Буровые работы
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..1
I.
Бурение и область применения,
КЛАСИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ БУРЕНИЯ……………………………………………….2
II.
БУРЕНИЕ СКВАЖИН НА
НЕФТЬ И ГАЗ……………………..3
III.
ТУРБОБУР, ЭЛЕКТРОБУР………………………………………...5
IV.
НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОЕ
БУРЕНИЕ…………………….7
V.
МНОГОЗАБОЙНОЕ
БУРЕНИЕ…………………………………...8
VI.
ПОИСКИ И РАЗВЕДКА
ТВЁРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ………………………………………………………..9
VII.
СВОЛОПРОХОДЧЕСКИЙ
АГРЕГАТ…………………………..11
VIII.
БУРЕНИЕ ВЗРЫВНЫХ
ШПУРОВ И СКВАЖИН………….14
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………….15
Список использованной литературы………………………….16
ВВЕДЕНИЕ
Центральная
геолого-геофизическая экспедиция проводит целый ряд буровых работ различной
направленности. Имеющийся парк буровой техники и материально-техническая
оснащенность позволяет решать сложнейшие задачи по бурению скважин. В настоящее
время на техническом вооружении экспедиции находятся следующие виды буровых
установок: УРБ-3А3, УРБ-3АМ, УРБ-2.5А, УГБ-50М, ПБУ-2, СТУ-1001Б и УГБ-3УК,
которые позволяют производить бурение:
· Геологоразведочных
скважин глубиной до 800 м при диаметрах бурения с отбором керна 132, 112, 93 и
76 мм;
· Скважин глубиной до 300 м
на рассолы, минеральные воды с проведением цементации отсадных колонн;
· Эксплуатационных скважин
для водоснабжения под промышленные насосы типа ЭЦВ-5, 6, 8, 10;
· Инженерно-геологических
скважин шнековым и колонковым способом под любые виды строительства;
· Скважин под опоры,
столбы, фундаменты, ограждения глубиной 1-10 м и диаметром 300-600 мм.
Кроме того, экспедиция
проводит ремонт эксплуатационных скважин:
· Оборудование скважин
насосами (в том числе, замена насосов), водоподъёмными трубами, задвижками,
станциями управления и защиты (СЦ-8);
· Гидравлический
"прострел" фильтровой части скважин установкой АСП-ТМ
· Чистка ствола скважин с
извлечением и опусканием насоса.
· Проведение
ликвидационного тампонажа скважин, вышедших из строя.
Центральная
геолого-геофизическая экспедиция проводит буровые работы в Нижегородской
области, Республиках Татарстан, Марий Эл, Удмуртия, Мордовия и других регионах.
Экспедиция имеет огромный
опыт в производстве буровых работ, за период её существования сооружены тысячи
геологоразведочных скважин, выполнивших свое геологическое задание с высоким
качеством; сооружены сотни эксплуатационных скважин для водоснабжения поселков,
предприятий и колхозов.
Сооружены тысячи скважин
под бытовые насосы для частных лиц и садоводческих товариществ. В настоящее
время скважины оборудуют под бытовые насосы типа "Малыш" и БЦП-50.
I.
Бурение и область применения, КЛАСИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ БУРЕНИЯ
Бурение - процесс сооружения горной
выработки цилиндрической формы - скважины, шпура или шахтного
ствола - путём разрушения горных пород на забое. Бурение осуществляется, как
правило, в земной коре, реже в искусственных материалах (бетоне, асфальте и
др.). В ряде случаев процесс бурения включает крепление стенок скважин (как
правило, глубоких) обсадными трубами с закачкой цементного раствора в кольцевой
зазор между трубами и стенками скважин.
Область применения
бурения многогранна: поиски и разведка полезных ископаемых; изучение свойств
горных пород; добыча жидких, газообразных и твёрдых (при выщелачивании и
выплавлении) полезных ископаемых через эксплуатационные скважины; производство
взрывных работ; выемка твёрдых полезных ископаемых; искусственное закрепление
горных пород (замораживание, битумизация, цементация и др.); осушение
обводнённых месторождений полезных ископаемых и заболоченных районов; вскрытие
месторождений; прокладка подземных коммуникаций: сооружение свайных фундаментов
и др.
Ежегодные объёмы бурения
огромны: только в СССР за 1967 на нефть и газ пробурено около 12 млн. м
глубоких скважин, из которых 5,8 млн. м - разведочные, свыше 20 млн. м
пробурено взрывных и сейсморазведочных скважин, 10-12 млн. м -
структурно-поисковых.
Классификация способов бурения. По характеру
разрушения породы, применяемые способы бурения делятся на: механические - буровой
инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая её, и
немеханические - разрушение происходит без непосредственного контакта с породой
источника воздействия на неё (термическое, взрывное и др.). Механические
способы бурения подразделяют на вращательные и ударные (а также
вращательно-ударные и ударно-вращательные). При вращательном бурении порода
разрушается за счёт вращения прижатого к забою инструмента. В зависимости от
прочности породы при вращательном бурении применяют буровой породоразрушающий
инструмент режущего типа (Долото буровое и Коронка буровая); алмазный
буровой инструмент; дробовые коронки, разрушающие породу при помощи дроби (Дробовое бурение). Ударные
способы бурения разделяются на: ударное бурение или
ударно-поворотное (бурение перфораторами, в том числе погружными,
ударно-канатное, штанговое и т.п., при которых поворот инструмента
производится в момент между ударами инструмента по забою); ударно-вращательное
(погружными пневмо-и гидроударниками, а также бурение перфораторами с
независимым вращением и т.п.), при котором удары наносятся по непрерывно
вращающемуся инструменту; вращательно-ударное, при котором породоразрущающий
буровой инструмент находится под большим осевым давлением в постоянном контакте
с породой и разрушает её за счёт вращательного движения по забою и периодически
наносимых по нему ударов. Разрушение пород забоя скважины производится по всей
его площади (бурение сплошным забоем) или по кольцевому пространству с
извлечением керна (колонковое
бурение). Удаление продуктов разрушения бывает
периодическое с помощью желонки и непрерывное
шнеками, витыми штангами или путём подачи на забой газа, жидкости или раствора
(Глинистый раствор). Иногда
бурение подразделяют по типу бурового инструмента (шнековое, штанговое,
алмазное, шарошечное и т.д.); по типу буровой машины (перфораторное,
пневмоударное, турбинное и т.д.), по методу проведения скважин (наклонное,
кустовое и т.д.). Технические средства бурения состоят в основном из буровых
машин (буровых установок) и породоразрушающего инструмента. Из немеханических
способов получило распространение для бурения взрывных скважин в
кварцсодержащих породах термическое бурение,
ведутся работы по внедрению взрывного бурения.
Бурение развивалось и
специализировалось применительно к трём основным областям техники: наиболее
глубокие скважины (несколько км) бурятся на нефть и газ, менее глубокие
(сотни м) для поисков и разведки твёрдых полезных ископаемых, скважины и
шпуры глубиной от нескольких м до десятков м бурят для
размещения зарядов взрывчатых веществ (главным образом в горном деле и строительстве).
II.
БУРЕНИЕ
СКВАЖИН НА НЕФТЬ И ГАЗ.
В Китае свыше 2 тыс. лет назад впервые в мировой
практике вручную бурились скважины (диаметром 12-15 см и глубиной до 900
м) для добычи соляных растворов. Буровой инструмент (долото и бамбуковые
штанги) опускался в скважину на канатах толщиной 1-4 см, свитых из
индийского тростника. Бурение первых скважин в России относится к 9 в. и связано
с добычей растворов поваренной соли (Старая Русса). Затем соляные промыслы развиваются
в Балахне (12 в.), в Соликамске (16 в.). На русских соляных промыслах издавна
применялось ударное штанговое бурение. Во избежание ржавления буровые штанги
делали деревянными; стенки скважин закрепляли деревянными трубами. Первый
буровой колодец, закрепленный трубами, был пробурен на воду в 1126 в провинции
Артуа (Франция), отсюда глубокие колодцы с напорной водой получили название
артезианских.
Развитие методов и
техники бурения в России начинается с 19 в. в связи с необходимостью снабжения
крупных городов питьевой водой. В 1831 в Одессе было образовано "Общество
артезианских фонтанов" и пробурены 4 скважины глубиной от 36 до 189 м.
В 1831-32 бурили скважины в Петербурге (на Выборгской стороне), в 1833 в
Царском Селе, в Симферополе и Керчи, в 1834 в Тамбове, Казани и Евпатории, в
1836 в Астрахани. В 1844 была заложена первая буровая скважина для артезианской
воды в Киеве. В Москве первая артезианская скважина глубиной 458 м
пробурена на Яузском бульваре в 1876. Первая буровая скважина в США пробурена
для добычи соляного раствора близ Чарлстона в Западной Виргинии (1806).
Поворотным моментом, с
которого начинается бурный прогресс в бурении, было развитие нефтедобычи.
Первая нефтяная скважина была пробурена в США случайно в 1826 близ Бернсвилла в
Кентукки при поисках рассолов. Первую скважину на нефть заложил в 1859 американец
Дрейк близ г. Тайтесвилла в Пенсильвании. 29 августа 1859 нефть была встречена
на глубине 71 фута (около 20 м), что положило начало нефтяной промышленности
США. Первая скважина на нефть в России пробурена в 1864 около Анапы (Северный
Кавказ).
Технические
усовершенствования бурения в 19 в. открываются предложением немецкого инженера
Эйгаузена (1834) применять так называемые ножницы (сдвигавшаяся пара звеньев
при штанговом Б.). Идея сбрасывать соединённое со штангами долото привела к
изобретению во Франции Киндом (1844) и Фабианом (1849) свободно падающего
бурового инструмента ("фрейфала"). Этот способ получил название
"немецкий". В 1846 французский инженер Фовель сделал сообщение о
новом способе очистки буровых скважин водяной струей, подаваемой насосом с
поверхности в полую штангу. Первый успешный опыт бурения с промывкой проведён
Фовелем в Перпиньяне (Франция).
В 1859 Г.Д. Романовский
впервые механизировал работы, применив паровой двигатель для бурения скважины
вблизи Подольска. На нефтяных промыслах Баку первые паровые машины появились в
1873, а через 10 лет почти повсеместно они заменили конную тягу. При бурении
скважин на нефть на первом этапе получил развитие ударный способ (бурение
штанговое, канатное, быстроударное с промывкой забоя). В конце 80-х гг. в Новом
Орлеане в Луизиане (США) внедряется роторное бурение на нефть с применением
лопастных долот и промывкой глинистым раствором. В России вращательное роторное
бурение с промывкой впервые применили в г. Грозном для бурения скважины на
нефть глубиной 345 м (1902). В Сураханах (Баку) на территории завода
Кокорева в 1901 заложена скважина для добычи газа. Через год с глубины 207 м
был получен газ, использовавшийся для отопления завода. В 1901 на Бакинских
нефтепромыслах появились первые электродвигатели, заменившие паровые машины при
бурении. В 1907 пройдена скважина вращательным бурением сплошным забоем с
промывкой глинистым раствором.
Впервые автомат для
регулирования подачи инструмента при роторном бурении был предложен в 1924
Хилдом (США). В начале 20 в. в США разработан метод наклонного роторного
бурения с долотами малого диаметра для забуривания с последующим расширением
скважин.
Ещё в 70-х гг. 19 в.
появились предложения по созданию забойных двигателей, то есть размещению
двигателя непосредственно над буровым долотом у забоя буримой скважины.
Созданием забойного двигателя занимались крупнейшие специалисты во многих странах,
проектируя его на принципе получения энергии от гидравлического потока, позднее
- на принципе использования электрической энергии. В 1873 американский инженер
Х. Г. Кросс запатентовал инструмент с гидравлической одноступенчатой турбиной
для бурения скважин. В 1883 Дж. Вестингауз (США) сконструировал турбинный
забойный двигатель. Эти изобретения не были реализованы, и проблема считалась
неосуществимой. В 1890 бакинский инженер К. Г. Симченко запатентовал
ротационный гидравлический забойный двигатель. В начале 20 в. польский инженер
Вольский сконструировал быстроударный забойный гидравлический двигатель (так
называемый таран Вольского), который получил промышленное применение и явился
прототипом современных забойных гидроударников.
Впервые в мировой
практике М. А. Капелюшниковым, С. М. Волохом и Н. А. Корневым запатентован
(1922) турбобур,
примененный двумя годами позже для бурения в Сураханах. Этот турбобур был выполнен
на базе одноступенчатой турбины и многоярусного планетарного редуктора.
Турбобуры такой конструкции применялись при бурении нефтяных скважин до 1934. В
1935-39 П.П Шумилов, Р.А.Иоаннесян, Э.И.Тагиев и М.Т.Гусман разработали и
запатентовали более совершенную конструкцию многоступенчатого безредукторного
турбобура, благодаря которому турбинный способ бурения стал основным в СССР.
Совершенствование турбинного бурения осуществляется за счёт создания секционных
турбобуров с пониженной частотой вращения и увеличенным вращающим моментом.
III.
ТУРБОБУР,
ЭЛЕКТРОБУР
Турбобур - забойный гидравлический
двигатель для бурения глубоких
скважин преимущественно на нефть и газ. Многоступенчатый турбобур - машина
открытого типа, вал его вращается в радиальных и осевых резинометаллических
подшипниках, смазкой и охлаждающей жидкостью для которых является циркулирующая
промывочная жидкость - глинистый раствор. Для получения максимальных значений
кпд лопатки турбины профилируют так, чтобы безударный режим их обтекания
совпадал с максимумом мощности турбины. Выполняют турбины цельнолитыми, общее
число ступеней турбины достигает 120, рабочие диаметры турбобура для бурения
глубоких и сверхглубоких скважин - 164, 172, 195, 215, 240, 280 мм,
частота вращения вала турбины от 150 до 800-1000 об/мин. Рабочий момент
на валу турбобура зависит от его диаметра и составляет от 1 до 5-6 кнм
(1 нм = 0,1 кгсм). С 1950 для увеличения вращающего
момента на валу применяют многосекционные турбобуры, в которых последовательно
соединяются 2-3 секции турбин турбобура с общим числом ступеней 300-450. Это
позволило наряду с увеличением вращающего момента снизить частоту вращения вала
турбины до 300-400 об/мин (для более эффективной работы шарошечных
долот). В таких турбобурах шаровая осевая опора вынесена в специальный
шпиндель, присоединяемый к нижней секции турбобура. В шпинделе имеются также
радиальные опоры и сальник, позволяющий использовать гидромониторные долота.
С 1970 для дальнейшего
снижения частоты вращения вала турбины в турбобуре применяют ступени
гидродинамического торможения, позволившие бурить при 150- 250 об/мин. С
начала 70-х гг. внедряются турбобуры с независимой подвеской секции и с
демпфирующими устройствами, которые обладают увеличенным сроком межремонтной работы
и улучшают условия работы шарошечных долот за счёт снижения вибрации бурильной
колонны. Для работы с гидромониторными долотами, без
дополнительного нагружения буровых насосов, начато применение турбобуров с
разделённым потоком на нижней секции, который отличается тем, что перепад
давлений, срабатываемый в его нижней секции, равен перепаду давлений в штуцерах
гидромониторного долота. При этом нижняя секция турбобура работает на части
потока, подаваемого в скважину.
В разведочном
бурении для отбора керна в полом валу трубобора размещается съёмная
грунтоноска. Для бурения в условиях борьбы с кривизной ствола скважины
используют трубобор с вращающимся корпусом.
В 1899 в
России был запатентован электробур на канате. В 30-х гг. в США прошёл
промышленные испытания электробур с якорем для восприятия реактивного момента,
опускавшийся в скважину на кабеле-канате. В 1936 впервые в СССР Квитнером и Н.
В. Александровым разработана конструкция электробура с редуктором, а в 1938 А.
П. Островским и Н. В. Александровым создан электробур, долото которого
приводится во вращение погружным электродвигателем. В 1940 в Баку электробуром пробурена
первая скважина.
В 1951-52 в Башкирии при
бурении нефтяной скважины по предложению А.А.Минина, А.А.Погарского и
К.А.Чефранова впервые применили электробур знакопеременного вращения для
гашения реактивного момента, опускаемый на гибком электрокабеле-канате. В конце
60-х гг. в СССР значительно усовершенствована конструкция электробура (повышена
надёжность, улучшен токопровод).
Электробур - забойная буровая машина
с погружным электродвигателем, предназначенная для бурения глубоких скважин,
преимущественно на нефть и газ. Идея электробура для ударного бурения
принадлежит русскому инженеру В.И.Дедову (1899). В 1938-40 в СССР
А.П.Островским и Н.В.Александровым создан и применен первый в мире электробур для
вращательного бурения, спускаемый в скважину на бурильных трубах.
Электробур состоит из
маслонаполненного электродвигателя и шпинделя. Мощность трёхфазного
электродвигателя зависит от диаметра электробура и составляет 75-240 квт. Для
увеличения вращающего момента электробура применяют редукторные вставки, монтируемые
между двигателем и шпинделем и снижающие частоту вращения до 350, 220, 150, 70 об/мин.
Частота вращения безредукторного электробура 455-685 об/мин. Длина
электробура 12-16 м, наружный диаметр 164-290 мм.
При бурении электробур,
присоединённый к низу бурильной колонны, передаёт вращение буровому долоту.
Электроэнергия подводится к электробуру по кабелю, смонтированному отрезками в
бурильных трубах. При свинчивании труб отрезки кабеля сращиваются специальными
контактными соединениями. К кабелю электроэнергия подводится через токоприёмник,
скользящие контакты которого позволяют проворачивать колонну бурильных труб.
Для непрерывного контроля пространственного положения ствола скважины и технологических
параметров бурения при проходке наклонно направленных и разветвлённо-горизонтальных
скважин используется специальная погружная аппаратура (в т. ч. телеметрическая).
При бурении электробурная очистка забоя осуществляется буровым раствором,
воздухом или газом.
В СССР с помощью
электробура проходится свыше 300 тыс. м скважин (свыше 2% общего объёма
бурения). Использование электробура, благодаря наличию линии связи с забоем,
особенно ценно для исследования режимов бурения.
IV.
НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОЕ
БУРЕНИЕ
Появление наклонного
бурения относится к 1894, когда С.Г.Войслав провёл этим способом скважину на
воду близ Брянска. Успешная проходка скважины в Бухте Ильича (Баку) по
предложению Р.А.Иоаннесяна, П.П.Шумилова, Э.И.Тагиева, М.Т.Гусмана (1941) турбинным
наклонно-направленным бурением
положила начало внедрению наклонного турбобурения, ставшего основным методом
направленного бурения в СССР и получившего применение за рубежом. Этим методом
при пересечённом рельефе местности и на морских месторождениях бурят кусты до
20 скважин с одного основания). В 1938-41 в СССР разработаны основы теории
непрерывного наклонного регулируемого турбинного бурения при неподвижной
колонне бурильных труб. Этот метод стал основным при бурении наклонных скважин
в СССР и за рубежом.
Наклонно-направленное
бурение
- способ проведения скважины с отклонением от вертикали по заранее заданной
кривой. Наклонно-направленное бурение впервые осуществлено в СССР на
Грозненских нефтепромыслах (1934). В 1972 в СССР наклонно-направленное бурение
сооружено около 25% общего метража скважин на нефть. Наклонно-направленное
бурение оказывается целесообразным при: сложном рельефе местности (например,
при расположении залежи под дном крупного водоёма или под капитальными сооружениями);
геологических условиях залегания полезных ископаемых, не позволяющих вскрыть их
вертикальными скважинами; кустовом бурении или
многозабойном бурении;
тушении горящих нефтяных и газовых фонтанов. При геологоразведочных работах
наклонно-направленное бурение осуществляется шпиндельными буровыми станками,
причём скважина забуривается наклонно непосредственно с земной поверхности; при
вскрытии нефтяных и газовых пластов. Наклонно-направленное бурение производится
турбобурами или роторным способом (скважина с поверхности забуривается
вертикально с последующим отклонением на заданной глубине в запроектированном
направлении).
Отклонение скважины от
вертикали при наклонно-направленном бурении (изменение зенитного угла и азимута
бурения) осуществляется отклоняющими устройствами, например турбинными
отклонителями. Бурение прямолинейно-наклонных участков производится с помощью
бурильных устройств, включающих центрирующие и калибрующие элементы. Наибольшее
отклонение от вертикали при наклонно-направленном бурение (3836 м)
получено в США в заливе Кука: на остраве Сахалин отклонение составило 2453 м
(1972).
V.
МНОГОЗАБОЙНОЕ
БУРЕНИЕ
В 1941 Н.С.Тимофеев
предложил в устойчивых породах применять так называемое многозабойное бурение.
Основной метод бурения на
нефть и газ в СССР (1970) - турбобурами (76% метража пробуренных скважин),
электробурами пройдено 1,5% метража, остальное роторным бурением. В США
преимущественно распространение получило роторное бурение; в конце 60-х гг. при
проведении наклонно-направленных скважин начали применяться турбобуры. В странах
Западной Европы турбобуры применяются в наклонном бурении и при бурении вертикальных
скважин алмазными долотами. В 60-е гг. в СССР заметно возросли скорости и глубина
бурения на нефть и газ. Так, например, в Татарии скважины, бурящиеся долотом диаметром
214 мм на глубину 1800 м, проходятся в среднем за 12-14 дней,
рекордный результат в этом районе 8-9 дней. За 1963-69 в СССР средняя глубина
эксплуатационных нефтяных и газовых скважин возросла с 1627 до 1710 м.
Самые глубокие скважины в мире - 7-8 км - пробурены в 60-е гг. (США). В
СССР в районе г. Баку пробурена скважина на глубину 6,7 км и в
Прикаспийской низменности (район Аралсор) на глубину 6,8 км. Эти скважины
пройдены в целях разведки на нефть и газ. Работы по сверхглубокому бурению для
изучения коры и верхней мантии Земли ведутся по международной программе
"Верхняя мантия Земли". В СССР по этой программе намечено пробурить в
5 районах ряд скважин глубиной до 15 км. Первая такая скважина начата
бурением на Балтийском щите в 1970. Эта скважина проходится методом турбинного бурения.
Основное направление
совершенствования бурения на нефть и газ в СССР - создание конструкций
турбобуров, обеспечивающих увеличение проходки скважины на рейс долота (полное
время работы долота в скважине до его подъёма на поверхность). В 1970 созданы
безредукторные турбобуры, позволяющие осуществить оптимизацию режимов бурения шарошечными
долотами в диапазоне наиболее эффективных оборотов (от 150 до 400 в мин)
и использовать долота с перепадом давлений в насадках до 10 Мн/м2(100
атм) вместо 1-1,5 Мн/м2(10-15 атм).
Создаются турбобуры с высокой частотой вращения (800-100 об/мин) для
бурения алмазными долотами, обеспечивающими при глубоком бурении многократное
увеличение проходки и механической скорости бурения за рейс. Разрабатываются
новые конструкции низа бурильной колонны, позволяющие бурить в сложных
геологических условиях с минимальным искривлением ствола скважины. Ведутся
работы по химической обработке промывочных растворов для облегчения и повышения
безопасности процесса бурения. Конструируются турбины с наклонной линией
давления, которые позволяют получить информацию о режиме работы турбобура на
забое скважины и автоматизировать процесс бурения.
VI.
ПОИСКИ И
РАЗВЕДКА ТВЁРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Развитие разведочного бурения связано с изобретением
швейцарского часовщиком Г.Лешо алмазного бура (1862), который состоял из
стального полого цилиндра, армированного алмазами и укрепленного на полой
металлической штанге (по ней в забой подавалась промывочная вода). Первая
работоспособная буровая установка с алмазным инструментом создана французским
инженером Перретом и привлекла внимание на Всемирной выставке в Париже (1867),
что послужило началом распространения алмазного бурения в Европе и Америке. В
1850 в России был заложен ряд разведочных скважин на каменный уголь.
В 1871 и 1872 около
Бахмута и Славянска пробурены первые разведочные скважины в России на каменную
соль глубиной 90 и 120 м. Совершенствование разведочного бурения в
России в конце 19 в. связано с именем Войслава, который в 1885 изобрёл, а в
1897 получил патент на бур для ручного бурения скважин большого диаметра. Бур
Войслава имел расширитель, позволяющий увеличивать диаметр скважин, глубина
которых достигла 22 м. В 1898 Войслав совместно с Л.Кулешом получил
патент на оригинальный станок для алмазного бурения и в том же году разработал
новый способ вставки алмазов в коронку, позволивший применять мелкие алмазы. В
1899 в Америке инженером Дейвисом предложено дробовое бурение. В период 1-й
мировой войны для бурения начинают применять по предложению немецкого инженера
Ломана твёрдые сплавы (так называемый воломит). Позднее эти сплавы применялись
при бурении разведочных скважин в районе Курской магнитной аномалии (1923).
Коренные изменения в
технике бурения произошли в России после Великой Октябрьской революции. С 1923
в СССР внедряется бурение с применением твёрдых сплавов, а также дробовое
бурение (1924-25); изготовление отечественных твёрдых сплавов началось в 1929.
В 1927 В.М Крейтером и Б.И.Воздвиженским при колонковом бурении была успешно
применена дробь. В 1925-26 на Сормовском заводе налажено производство
ударно-канатных станков типа "Кийстон" для разведки на золото
(позднее типа "Эмпайр"). Несколько лет спустя Н.И.Куличихиным
разработаны первые отечественные станки (УА-75-150) ударно-канатного бурения.
В 1928-1929 развернулось производство буровых станков колонкового вращательного
бурения на Ижорском заводе (Ленинград), им. Воровского (Свердловск) и др. В то
время для колонкового бурения на глубине до 500 м в основном применялись
станки КА-300 и КА-500. В послевоенные годы (начиная с 1947) было проведено коренное
переоборудование технических средств геологоразведочной службы: усовершенствованы
бурильные, обсадные и колонковые трубы; созданы новые станки с
рычажно-дифференциальной подачей (ЗИВ-75, ЗИВ-150); разработаны новые
конструкции многоскоростных станков с гидравлической подачей (ЗИФ-300, ЗИФ-650,
ЗИФ-1200, ВИТР-2000 и др.), обеспечивающие бурение скважин на глубине 300-2000 м;
создан ряд самоходных буровых установок; разработаны средства автоматизации и
механизации трудоёмких процессов и новые конструкции породо-разрушающего инструмента.
В 1935 советский инженер
В.Н.Комаров предложил машину ударно-вращательного бурения, теоретические
основы которого были разработаны впоследствии Е.Ф.Эпштейном. В 1939
разрабатывается бурение погружными пневмоударниками, а с 1940 внедряется вращательное
бурение с транспортировкой породы из скважины шнеками, которое получило
распространение в породах невысокой крепости при геофизических работах,
инженерно-геологических изысканиях, при бурении на воду и др. В СССР
разработана технология безнасосного бурения, обеспечивающего полный выход керна
в неустойчивых породах, и коренным образом усовершенствована технология
дробового бурения (С. А. Волков). После открытия месторождений алмазов в Якутии
шире применяют алмазный породоразрушающий инструмент, а с 1962 в бурении
получили распространение синтетические алмазы. В совершенствовании технологии
алмазного бурения сыграли большую роль советские учёные Ф.А.Шамшев,
И.А.Уткин, Б.И.Воздвиженский, С.А.Волков и др. Средняя месячная скорость
бурения разведочных скважин в Донбассе составила 265 м (1956), в
Криворожском бассейне360 м (1956), а на Курской магнитной аномалии 600 м
(1965). При разведке крутопадающих рудоносных тел, когда для пересечения их на
разных горизонтах приходится проходить несколько скважин, в целях сокращения их
длины применяют направленное многозабойное бурение, которое осуществляется с
помощью отклоняющих устройств, устанавливаемых в скважине на разных глубинах.
Разведочное бурение осуществляется в
основном за счёт вращательного способа, на который приходится (1970) около 80%
метража пробуренных скважин (50% бурение твердосплавным инструментом, 20% -
алмазным инструментом, 10% - дробью); в ограниченных объёмах применяются
ударно-вращательное, шнековое, вибрационное бурение и др.
Работы в области
разведочного бурения направлены на: обеспечение сохранности керна, извлекаемого
с большой глубины; разработку аппаратуры и надёжных методов опробования горных
пород. Совершенствование техники и технологии разведочного бурения на твёрдые
полезные ископаемые направлено на: замену дробового бурения алмазным; внедрение
гидроударного бурения, бескернового бурения с использованием боковых
сверлящих грунтоносов; дальнейшее улучшение технических средств и технологии
бурения, разработку новых способов разрушения горных пород при бурении;
автоматизацию всех производственных процессов.
VII.
БУРЕНИЕ
ВЗРЫВНЫХ ШПУРОВ И СКВАЖИН
Машинное бурение шпуров и скважин взамен ручного,
которое применялось до начала 19 в. для отбойки крепких пород взрывом, начало
внедряться в конце 17 в., когда были изобретены первые буровые машины для
сверления горизонтальных шпуров. В 1683 механик Г.Гутман предложил машинное
бурение. В 1803 австрийский инженер Гайншинг, а в 1813 английский механик
Травич усовершенствовали выпускаемые буровые машины. В 1849 Кауч (США) получил
один из первых патентов на паровую буровую машину. В 1852 Колладон (Швейцария)
предложил буровую машину, работающую на сжатом воздухе. При проходке
Монт-Санисского тоннеля в 1861 Соммейе впервые применил поршневые перфораторы
для бурения шпуров, что позволило резко сократить сроки строительства тоннеля.
В конце 19 в. появляются молотковые перфораторы, быстро вытеснившие менее
производительные поршневые. В дальнейшем были созданы высокочастотные и вращательно-ударные
(50-е гг. 20 в.) бурильные машины, установочные (пневмоподдержки, манипуляторы)
и подающие (автоподатчики) приспособления, буровые каретки, максимально
механизировавшие труд бурильщика. Бурение ведётся с удалением продуктов
разрушения промывкой. Создаются лёгкие и мощные электро-, пневмогидросвёрла и
высококачественный буровой инструмент, обеспечивающие вращательное бурение
шпуров в средней крепости породах. В 1965 в Кузбассе и в 1968 в Киргизии
применены бурильные агрегаты с электрогидроприводом для вращательного и
вращательно-ударного бурения шпуров.
С конца 19 - начала 20
вв. специалисты пытались создать электроперфоратор, В 1879 немецкий
изобретатель В.Сименс сделал неудачную попытку применить электрический ток для
приведения в действие бурильной машины, предназначенный для бурения шпуров при
взрывных работах. В 1885 американский изобретатель Дж. Вестингауз повторил эту
попытку.
Впервые скважины,
пробурённые тяжёлыми бурильными молотками, были применены взамен шпуров для
отбойки руды в начале 30-х гг. на подземных рудниках комбината Апатит и в
Кривом Роге. С этого периода начинается создание машин для подземного бурения
скважин. В середине 30-х гг. внедряется метод штангового бурения взрывных
скважин, применение которого способствовало технической революции в разработке
рудных месторождений большой мощности. В 1935 А.А. Миняйло сконструировал
станок для вращательного бурения резцами диаметром до 150 мм в мягких
породах. В конце 30-х гг. на шахтах Кривого Рога внедрено многоперфораторное
бурение глубоких скважин. В 1938 А. К. Сидоренко предложено бурение
погружными перфораторами, входящими в скважину. В 1949-50 на подземных рудниках
в СССР испытаны буровые станки с погружными пневмоударниками (вращение
пневмоударника осуществлялось с поверхности через став буровых штанг). В 1954
Новосибирским институтом горного дела и Кузнецким металлургическим комбинатом
создан промышленный образец бурового станка БА-100 - первой машины, в которой рабочим
телом (энергоносителем) служит воздушно-водяная смесь. После отработки эта
смесь обеспечивает простое и надёжное пылеподавление при бурении. Повсеместное
внедрение высокопроизводительных станков БА-100 на рудниках позволило широко
распространить прогрессивную систему разработки месторождений с отбойкой руды
глубокими взрывными скважинами. Эта машина явилась основой для создания в СССР
серии буровых машин (в том числе бурового полуавтомата НКР-100 в 1959) для пневмоударного бурения
скважин диаметром 85-100 мм и глубиной до 50 м, которыми в
50-60-х гг. выполнено свыше 50% объёмов бурения при отбойке руд. С 60-х гг.
этот способ внедряется в практику бурения разведочных и глубоких
эксплуатационных скважин. С 1950 в СССР на подземных рудниках Алтая
разрабатываются и внедряются станки для бурения скважин шарошечными долотами,
один из которых (БШ-145) выпускается серийно. В 60-е гг. 20 в. для подземного
бурения скважин диаметром 60-70 мм разрабатываются вращательно-ударные
буровые машины, устанавливаемые на буровых каретках, а также буровые станки с
мощными бурильными молотками и независимым вращением инструмента.
Бурение скважин для
взрывных работ на карьерах начало применяться в России на железорудных
предприятиях Урала в 1908. В США в начале 20 в. для бурения взрывных скважин на
карьерах впервые применены ударно-канатные станки. В СССР этот способ начинает
применяться с 30-х гг. и до 60-х гг. является основным в породах выше средней
крепости для скважин диаметром 150-300 мм. В 1932 Свердловским заводом
"Металлист" выпущены станки ударно-канатного бурения для карьеров. С
1939 в СССР осваивается вращательное бурение скважин резцами с удалением
буровой мелочи шнеками. В 1943 выпущен на Урале (Богословский карьер) первый
станок вращательного бурения (со шнеком, на гусеничном ходу). С 1956-57
начинаются работы по шарошечному бурению
взрывных скважин на карьерах. В 1958 предложен комбинированный
ударно-шарошечный буровой инструмент, использование которого возможно на
станках вращательного бурения с пневматической продувкой скважин. В 1959 начат
выпуск станков (СБО-1, СБО-2) огневого (термического) бурения для крепких кварцсодержащих
пород. Разрушение породы при этом происходит за счёт быстрого разогрева
поверхности забоя газовыми струями, вылетающими из горелки с температурой 20000С
и скоростью около 2000 м/сек. В 60-е гг. разработан типовой ряд
шарошечных станков (2СБШ-200, СБШ-250, СБШ-320) для бурения взрывных скважин
диаметром 200-300 мм и глубиной до 30 м. Производительность
станков 20-70 м в смену. Перспективны работы по созданию комбинированных
термомеханических способов разрушения.
Бурение взрывных скважин
на карьерах в СССР осуществляется в основном (1970) шарошечным способом (около
70% метража скважин), распространено шнековое бурение (около 20%), 10% метража
скважин приходится на остальные способы бурения (пневмоударное, термическое,
ударно-канатное и др.). Значительно возросли скорости бурения: сменная
производительность шарошечного станка при проходке скважины диаметром 250 мм
в крепких породах (известняк, доломит и т.п.) составляет 40-60 м.
При подземной разработке угольных месторождений наибольшее распространение
имеет бурение бурильными молотками и электросвёрлами, рудных месторождений -
бурильными молотками, погружными пневмоударниками, шарошечными станками.
Развитие горной
промышленности требует увеличения производительности бурения в 2-4 раза. Для
этого необходимо совершенствование механических способов бурения и изыскание
новых. Совершенствование бурильных машин осуществляется за счёт увеличения параметров
нагрузки на инструмент, механизации и автоматизации вспомогательных операций.
Перспективно создание вибробуров. Разработано взрывное бурение, которое заключается
в непрерывной обработке забоя скважины небольшими зарядами взрывчатого вещества,
вводимыми в поток промывочного агента (воздуха или жидкости) в виде ампул
(ампульное, или патронное взрывобурение) или непрерывной струи (струйное
взрывное бурение). Заряды-ампулы имеют обтекаемую форму и безопасны в
обращении, так как смешение невзрывчатых жидких компонентов смеси и образование
взрывчатых веществ (ВВ) происходит непосредственно у забоя. Заряды твёрдых ВВ
требуют для взрыва больших скоростей удара (не менее 80 м/сек).
При струйном взрывобурении взрывчатая смесь из горючего и окислителя в виде
плоского жидкого заряда образуется непосредственно на забое и инициируется
эвтектической смесью калия и натрия, впрыскиваемой с определенной частотой.
Взрывобурение скважин позволяет в 2-5 раз увеличить производительность бурения,
особенно в крепких породах.
Проводятся работы по
конструированию аппаратов для создания импульсной струи, периодически
выстреливаемой из сопла по забою скважины для так называемого гидроимпульсного
бурения, а также электроимпульсных станков, в которых разрушение породы производится
мощным электрическим разрядом.
Большой интерес
представляет механизированное бурение вертикальных горных выработок больших
поперечных сечений (диаметром свыше 3,5 м) - шахтных стволов).
VIII.
СВОЛОПРОХОДЧЕСКИЙ
АГРЕГАТ
Стволопроходческий агрегат - комбайн для сооружения
вертикальных шахтных стволов. Применяется в породах не выше средней крепости
(коэффициент крепости до 8, по шкале М. М. Протодьяконова). Совмещает процессы
механического разрушения пород, погрузку горной массы в подъёмные сосуды,
возведение постоянного крепления ствола, водоотлив, наращивание ставов труб и
т.д. Представляет собой трёхэтажный металлический каркас с размещенным на нём
оборудованием. С помощью стволопроходческого агрегата типа ПД в СССР в Карагандинском
угольном бассейне пройдено 4 шахтных ствола общей глубиной свыше 2150 м
и один ствол в Донбассе на глубине свыше 520 м. При этом темпы проходки,
достигнутые на агрегатах, составили в Караганде 133 м и в Донбассе 175 м
готового ствола в месяц и были установлены мировые рекорды по
производительности труда проходчиков соответственно 13,23 и 12,7 м3
готового ствола на человека в смену. Агрегат обслуживают 3 человека в смену.
Создание стволопроходческого
агрегата - качественно новый этап в развитии техники сооружения шахтных
стволов, т.к. позволяет в 5-6 раз повысить производительность труда рабочих,
устранить тяжёлый физический труд, обеспечить высокую степень безопасности
ведения горных работ и улучшить санитарно-гигиенические условия. Первый
стволопроходческий агрегат создан в СССР в 1952
Успехи в создании
эффективных средств и способов бурения базируются на изучении
физико-механических свойств разрушаемых пород, механизма разрушения породы при
различных способах и режимах бурения. В СССР проводятся фундаментальные работы
в области изучения и определения базовых физических свойств горных пород для
оценки эффективности основных процессов разрушения пород при бурении.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Более 152 миллионов рублей
капитальных вложений выделило в четвертом квартале нынешнего года ОАО
"ЛУКОЙЛ" на организацию буровых работ в нефтяной компании КОМИТЭК.
Это позволило уже в декабре
начать бурение эксплуатационной скважины на Харягинском месторождении
(расположено в Ненецком автономном округе) и поисковой скважины на
Южно-Кедровской площади (Войвожский нефтегазоносный район Республики Коми).
В основу организации буровых
работ положена принятая в ЛУКОЙЛе схема концентрации организационных,
технических и технологических функций на всех этапах строительства скважин в
одной производственной структуре. Эти функции передаются дочернему предприятию
"ЛУКОЙЛ - Бурение". А в Усинске на базе компании "Комибур"
формируется филиал дочерней структуры, который получил наименование
"ЛУКОЙЛ - Бурение - Коми". В его функции будет входить выполнение
всего комплекса работ - вышкостроение, бурение, освоение, обустройство
разведочных и эксплуатационных скважин на всей территории деятельности ОАО НК
"КОМИТЭК" и ЗАО "Нобель Ойл". Предполагается завершить
подготовку технико-экономического обоснования Соглашения о разделе продукции на
пермокарбоновой залежи Усинского месторождения. Здесь уже в будущем году
планируется пробурить 12 тыс. метров горных пород, построить восемь скважин. В
2001 году объемы бурения на залежи увеличатся в три раза, а количество сданных
эксплуатационных скважин дойдет до 25. В 2002 году компания намерена пробурить
здесь 42 тыс. метров и сдать в эксплуатацию 28 новых скважин.
Для расширения ресурсной базы
непосредственно на территории Республики Коми уже в двухтысячном году будут
развернуты обширные геологоразведочные работы. Силами вновь созданных шести буровых
бригад намечено начать глубокое разведочное бурение на Южно-Кедровской,
Нижне-Ордымской, Южно-Сойвинской (юг республики), Восточно-Мастеръельской,
Западно-Сынатысской, Северо-Сынатысской, Центрально-Возейской (Усинский
нефтегазоносный район) перспективных структурах. Здесь руководство компании
ожидает получить прирост запасов в объеме девяти миллионов тонн нефти. Планом
на 2003 год предусмотрено пробурить 90,2 тысячи погонных метров горных пород в
эксплуатационном и разведочном бурении. На эти цели выделяется 231 миллион
рублей. На территории Республики Коми будут задействованы семь буровых бригад,
на территории Ненецкого автономного округа - три бригады.
На сегодняшний день очень выгодное предложение
собственная скважина это оптимальное решение проблемы водоснабжения. Владельцам
собственных домов и садоводам - любителям требуется много воды. Это совсем не
обязательно должна быть вода из водопровода. Идеальным решением является
собственная скважина, в которую устанавливается защищенный от замерзания
скважинный насос, который работает очень тихо и надежно.
Список использованной литературы:
1.
Иоаннесян
Р.А., Основы теории и техники турбинного бурения, М-Л., 1953;
2.
Лисичкин
С.М., Очерки по истории развития отечественной нефтяной промышленности, М.-Л.,
1954; Разведочное колонковое бурение, М., 1957;
3.
Федюкин
В.А., Проходка шахтных стволов и скважин бурением, М., 1959; Огневое бурение
взрывных скважин, М., 1962;
4.
Волков
С.А., Сулакшин С.С., Андреев М.М., Буровое дело, М., 1965;
5.
Куличихин
Н.И., Воздвиженский Б.И., Разведочное бурение, М., 1966;Техника бурения при
разработке месторождений полезных ископаемых, М., 1966;
6.
Вадецкий
Ю.В., Бурение нефтяных и газовых скважин, М., 1967;
7.
Ханмурзин
И.И., Бурение на верхнюю мантию, М., 1967; Техника горного дела и металлургии,
М., 1968;
8.
Скрыпник
С.Г., Данелянц С.М., Механизация в автоматизация трудоёмких процессов в
бурении, М., 1968;
9.
Арш
Э.И., Виторт Г.К., Черкасский Ф.Б., Новые методы дробления крепких горных пород.
К., 1966.