Буровые работы
Работа из раздела: «
Геология»
[pic]
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..1
Бурение и область применения, КЛАСИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ
БУРЕНИЯ……………………………………………….2
БУРЕНИЕ СКВАЖИН НА НЕФТЬ И ГАЗ……………………..3
ТУРБОБУР, ЭЛЕКТРОБУР………………………………………...5
НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОЕ БУРЕНИЕ…………………….7
МНОГОЗАБОЙНОЕ БУРЕНИЕ…………………………………...8
ПОИСКИ И РАЗВЕДКА ТВЁРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ………………………………………………………..9
СВОЛОПРОХОДЧЕСКИЙ АГРЕГАТ…………………………..11
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:
6. Оборудование скважин насосами (в том числе, замена насосов),
водоподъёмными трубами, задвижками, станциями управления и защиты
(СЦ-8);
7. Гидравлический 'прострел' фильтровой части скважин установкой АСП-
ТМ
Чистка ствола скважин с извлечением и опусканием насоса.
9. 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.
В 1897 в Тихом океане, в районе остров Сомерленд (Калифорния, США),
впервые было осуществлено бурение на море. В 1924-25 в СССР вблизи бухты
Ильича на искусственно созданном островке вращательным способом была
пробурена первая морская скважина, давшая нефть с глубины 461 м. В 1934
Н.С.Тимофеевым осуществлено на острове Артема в Каспийском море кустовое
бурение, при котором несколько скважин бурятся с общей площадки, а в 1935
там же сооружено первое морское металлическое основание для бурения в море.
С 50-х гг. 20 в. применяется бурение для добычи нефти и газа со дна моря.
Созданы эстакады, плавающие буровые установки с затапливаемыми понтонами,
специальные буровые суда, разработаны методы динамической стабилизации
буровых установок при бурении на больших глубинах.
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.
