Бурові роботи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Буріння: область застосування, класифікація способів буріння

буріння турбобур свердловина

Буріння - процес спорудження гірничої виробки циліндричної форми - свердловини, шпуру або шахтного стовбура - шляхом руйнування гірських порід на вибої. Буріння здійснюється, як правило, в земній корі, рідше в штучних матеріалах (бетоні, асфальті та ін.) У ряді випадків процес буріння включає кріплення стінок свердловин (як правило, глибоких) обсадними трубами із закачуванням цементного розчину в кільцевий зазор між трубами і стінками свердловин.

Область застосування буріння багатогранна: пошуки і розвідка корисних копалин; вивчення властивостей гірських порід; видобуток рідких, газоподібних і твердих (при вилуговування і виплавлення) корисних копалин через експлуатаційні свердловини; виробництво вибухових робіт; виїмка твердих корисних копалин; штучне закріплення гірських порід (заморожування, бітумізація, цементація та ін); осушення обводнених родовищ корисних копалин і заболочених районів; розтин родовищ; прокладка підземних комунікацій: спорудження пальових фундаментів та ін Щорічні обсяги буріння величезні: тільки в СРСР за 1967 на нафту і газ пробурено близько 12 млн. м глибоких свердловин, з яких 5,8 млн. м - розвідувальні, понад 20 млн. м пробурено вибухових і сейсморозвідувальних свердловин, 10-12 млн. м - структурно-пошукових.

Класифікація способів буріння. За характером руйнування породи, застосовувані способи буріння діляться на: механічні - буровий інструмент безпосередньо впливає на гірську породу, руйнуючи її, і немеханічні - руйнування відбувається без безпосереднього контакту з породою джерела впливу на неї (термічне, вибуховий та ін.) Механічні способи буріння підрозділяють на обертальні та ударні (а також обертально-ударні і ударно-обертальні). При обертальному бурінні порода руйнується за рахунок обертання притиснутого до вибою інструмента. Залежно від міцності породи при обертальному бурінні застосовують бурової породоруйнуючих інструмент ріжучого типу (Долото бурове і Коронка бурова); алмазний буровий інструмент; дробові коронки, руйнують породу за допомогою дробу (Дробовий буріння). Ударні способи буріння розділяються на: ударне буріння або ударно-поворотний (буріння перфораторами, у тому числі зануреними, ударно-канатні, штангові і т.п., при яких поворот інструменту проводиться в момент між ударами інструменту по забою); ударно-обертальний ( зануреними пневмо-і гідроударника, а також буріння перфораторами з незалежним обертанням і т.п.), при якому удари завдаються по безперервно обертається інструменту; обертально-ударне, при якому породоразрущающій буровий інструмент знаходиться під великим осьовим тиском в постійному контакті з породою і руйнує її за рахунок обертового руху по забою і періодично наносяться по ньому ударів.

Руйнування порід забою свердловини проводиться по всій його площі (буріння суцільним забоєм) або по кільцевому простору з витяганням керна (колонкові буріння). Видалення продуктів руйнування буває періодичне за допомогою желонки і безперервне шнеками, витими штангами або шляхом подачі на забій газу, рідини або розчину (Глинистий розчин). Іноді буріння поділяють за типом бурового інструменту (шнекові, штангові, алмазное, шарошечні і т.д.); за типом бурової машини (перфораторное, пневмоударні, турбінне і т.д.), методом проведення свердловин (похиле, кущова і т. д.).Технічні засоби буріння складаються в основному з бурових машин (бурових установок) і породоразрушающего інструменту. З немеханічних способів набуло поширення для буріння вибухових свердловин в кварцсодержащіх породах термічне буріння, ведуться роботи по впровадженню вибухового буріння. Буріння розвивалося і спеціалізувалося стосовно трьом основним областям техніки: найбільш глибокі свердловини (кілька км) буряться на нафту і газ, менш глибокі (сотні м) для пошуків і розвідки твердих корисних копалин, свердловини і шпури глибиною від декількох м до десятків м бурять длярозміщення зарядів вибухових речовин (головним чином у гірничій справі і будівництві).

Буріння свердловин на нафту і газ

У Китаї понад 2 тис. років тому вперше у світовій практиці вручну бурились свердловини (діаметром 12-15 см і глибиною до 900 м) для видобутку соляних розчинів. Буровий інструмент (долото і бамбукові штанги) опускався у свердловину на канатах товщиною 1-4 см, звитих з індійського очерету. Буріння першої свердловини в Росії відноситься до 9 ст. і пов'язане з видобутком розчинів кухонної солі (Стара Русса). Потім соляні промисли розвиваються в Балахна (12 ст.), В Солікамську (16 ст.). На російських соляних промислах здавна застосовувалося ударне штангові буріння. Щоб уникнути іржавіння бурові штанги робили дерев'яними; стінки свердловин закріплювали дерев'яними трубами. Перший буровий колодязь, закріплений трубами, був пробурений на воду в 1126 в провінції Артуа (Франція), звідси глибокі колодязі з напірної водою одержали назву артезіанських. Розвиток методів і техніки буріння в Росії починається з 19 ст. у зв'язку з необхідністю постачання великих міст питною водою. У 1831 в Одесі було утворено "Суспільство артезіанських фонтанів" і пробурено 4 свердловини глибиною від 36 до 189 м. У 1831-32 бурили свердловини в Петербурзі (на Виборзькій стороні), в 1833 в Царському Селі, в Сімферополі та Керчі, в 1834 в Тамбові, Казані та Євпаторії, в 1836 в Астрахані. У 1844 була закладена перша свердловина для артезіанської води в Києві. У Москві перша артезіанська свердловина глибиною 458 м пробурена на Яузском бульварі в 1876.

Перша свердловина в США пробурена для видобутку соляного розчину поблизу Чарлстона в Західній Вірджинії (1806). Поворотним моментом, з якого починається бурхливий прогрес в бурінні, був розвиток нафтовидобутку. Перша нафтова свердловина була пробурена в США випадково в 1826 поблизу Бернсвілла в Кентуккі при пошуках розсолів.Першу свердловину на нафту заклав в 1859 американець Дрейк поблизу м. Тайтесвілл в Пенсільванії. 29 серпня 1859 нафта була зустрінута на глибині 71 фути (близько 20 м), що поклало початок нафтової промисловості США. Перша свердловина на нафту в Росії пробурена в 1864 близько Анапи (Північний Кавказ). Технічні вдосконалення буріння в 19 ст. відкриваються пропозицією німецького інженера Ейгаузена (1834) застосовувати так звані ножиці (зсувається пара ланок при штангові Б.). Ідея скидати поєднаний зі штангами долото призвела до винаходу у Франції Кінда (1844) і Фабіаном (1849) вільно падаючого бурового інструменту ("фрейфала").Цей спосіб одержав назву "німецький". У 1846 французький інженер Фовель зробив повідомлення про новий спосіб очищення бурових свердловин водяний струменем, що подається насосом з поверхні в порожнисту штангу.

Перший успішний досвід буріння з промиванням проведено Фовелем в Перпіньяні (Франція). У 1859 Г.Д. Романовський вперше механізованих робіт, застосувавши паровий двигун для буріння свердловини поблизу Подольська. На нафтових промислах Баку перші парові машини з'явилися в 1873, а через 10 років майже повсюдно вони замінили кінну тягу. При бурінні свердловин на нафту на першому етапі отримав розвиток ударний спосіб (буріння штангові, канатні, бистроударное з промиванням вибою). Наприкінці 80-х рр.. в Новому Орлеані в Луїзіані (США) впроваджується роторне буріння на нафту із застосуванням лопатевих доліт і промиванням глинистим розчином. У Росії обертальний роторне буріння з промиванням вперше застосували в м. Грозному для буріння свердловини на нафту глибиною 345 м (1902). У Сураханах (Баку) на території заводу Кокорева в 1901 закладена свердловина для видобутку газу. Через рік з глибини 207 м був отриманий газ, що використовувався для опалення заводу. У 1901 на Бакинських нафтопромислах з'явилися перші електродвигуни, що замінили парові машини при бурінні. У 1907 пройдена свердловина обертальним бурінням суцільним забоєм з промиванням глинистим розчином. Вперше автомат для регулювання подачі інструменту при роторному бурінні був запропонований в 1924 Хілд (США). На початку 20 ст. в США розроблено метод похилого роторного буріння з долотами малого діаметра для забурювання з подальшим розширенням свердловин. Ще в 70-х рр.. 19 в. з'явилися пропозиції по створенню забійних двигунів, тобто розміщення двигуна безпосередньо над буровим долотом у забою буримой свердловини.Створенням забійного двигуна займалися найбільші фахівці у багатьох країнах, проектуючи його на принципі отримання енергії від гідравлічного потоку, пізніше - на принципі використання електричної енергії. У 1873 американський інженер Х. Г. Кросс запатентував інструмент з гідравлічної одноступінчастої турбіною для буріння свердловин. У 1883 Дж. Вестінгауз (США) сконструював турбінний вибійний двигун. Ці винаходи не були реалізовані, і проблема вважалася нездійсненною. У 1890 бакинський інженер К. Г. Сімченко запатентував ротаційний гідравлічний вибійний двигун. На початку 20 ст. польський інженер Вольський сконструював бистроударний вибійний гідравлічний двигун (так званий таран Вольського), який отримав промислове застосування і став прототипом сучасних забійних гідроударників.

Вперше у світовій практиці М. А. Капелюшникова, С. М. Волохом і Н. А. Корнєвим запатентований (1922) турбобур, застосований двома роками пізніше для буріння в Сураханах.Цей турбобур був виконаний на базі одноступеневою турбіни і багатоярусного планетарного редуктора. Турбобури такої конструкції застосовувалися при бурінні нафтових свердловин до 1934. У 1935-39 П.П Шумілов, Р. А. Иоаннесян, Е. І. Тагієва і М. Т. Гусман розробили і запатентували більш досконалу конструкцію багатоступінчастого безредукторного турбобура, завдяки якому турбінний спосіб буріння став основним в СРСР.Вдосконалення турбінного буріння здійснюється за рахунок створення секційних турбобуров зі зниженою частотою обертання і збільшеним моментом, що обертає.

Турбобур, електробур

Турбобур - забійний гідравлічний двигун для буріння глибоких свердловин переважно на нафту і газ. Багатоступінчастий турбобур - машина відкритого типу, вал його обертається в радіальних і осьових гумово підшипниках, мастилом і охолоджуючої рідиною для яких є циркулююча промивна рідина - глинистий розчин. Для отримання максимальних значень ккд лопатки турбіни профілюють так, щоб ненаголошений режим їх обтікання збігався з максимумом потужності турбіни. Виконують турбіни суцільнолитими, загальне число ступенів турбіни досягає 120, робочі діаметри турбобура для буріння глибоких і надглибоких свердловин - 164, 172, 195, 215, 240, 280 мм, частота обертання валу турбіни від 150 до 800-1000 об / хв. Робочий момент на валу турбобура залежить від його діаметра і становить від 1 до 5-6 кНм (1 нм = 0,1 кгсм). З 1950 для збільшення обертаючого моменту на валу застосовують багатосекційні турбобури, в яких послідовно з'єднуються 2-3 секції турбін турбобура із загальним числом ступенів 300-450. Це дозволило поряд зі збільшенням обертаючого моменту знизити частоту обертання валу турбіни до 300-400 об / хв (для більш ефективної роботи шарошкових доліт). У таких турбобура кульова осьова опора винесена в спеціальний шпиндель, що приєднується до нижньої секції турбобура.

У шпинделі є також радіальні опори і сальник, що дозволяє використовувати гідромоніторний долота. З 1970 для подальшого зниження частоти обертання вала турбіни в турбобура застосовують щаблі гідродинамічного гальмування, що дозволили бурити при 150 - 250 об / хв. З початку 70-х рр.. впроваджуються турбобури з незалежною підвіскою секції і з демпфірують пристроями, які мають збільшеним терміном міжремонтний роботи та покращують умови роботи шарошкових доліт за рахунок зниження вібрації бурильної колони. Для роботи з гідромоніторний долотами, без додаткового навантаження бурових насосів, розпочато застосування турбобуров з розділеним потоком на нижній секції, який відрізняється тим, що перепад тисків, спрацьовує в його нижній секції, дорівнює перепаду тисків у штуцерах гідромоніторний долота. При цьому нижня секція турбобура працює на частини потоку, що подається в свердловину.

У розвідувальному бурінні для відбору керна в підлогою валу трубобора розміщується знімна грунтоноска. Для буріння в умовах боротьби з кривизною стовбура свердловини використовують трубобор з обертовим кор-пусом. У 1899 в Росії був запатентований електробур на канаті. У 30-х рр.. в США пройшов промислові випробування електробур з якорем для сприйняття реактивного моменту, спускався в свердловину на кабелі-канаті. У 1936 вперше в СРСР Квітнером і Н. В. Александровим раз-працювала конструкція електробура з редуктором, а в 1938 А. П. Ост-ровськ і Н. В. Александровим створений електробур, долото якого наводиться в обертання занурювальним електродвигуном. У 1940 в Баку електробуром пробурена перша свердловина. У 1951-52 в Башкирії при бурінні нафтової свердловини за подан-додатком А. А. Мініна, А. А. Погарського і К. А. Чефранова вперше при-менілі електробур знакозмінного обертання для гасіння реактивного моменту, що опускається на гнучкому електрокабель-канаті. Наприкінці 60-х рр.. в СРСР значно вдосконалена конструкція електробура (по-вишена надійність, поліпшений струмопровід). Електробур - забойная бурова машина з занурювальним електро-двигуном, призначена для буріння глибоких свердловин, переваг громадської на нафту і газ. Ідея електробура для ударного буріння належить російському інженеру В. І. Дідів (1899). У 1938-40 в СРСР А. П. Островським і М. В. Александровим створений і застосований перший у світі електробур для обертального буріння, спускний в свердловину на бурильних трубах. Електробур складається з маслонаповненого електродвигуна і шпинделя.

Потужність трифазного електродвигуна залежить від діаметра електробура і становить 75-240 квт. Для збільшення обертаючого моменту електробура застосовують редукторні вставки, монтовані між двигуном і шпинделем і знижують частоту обертання до 350, 220, 150, 70 об / хв. Частота обертання безредукторного електробура 455-685 об / хв. Довжина електробура 12-16 м, зовнішній діаметр 164-290 мм. При бурінні електробур, приєднаний до низу бурильної ко-лонни, передає обертання бурового долота. Електроенергія підводиться до електробура по кабелю, змонтованому відрізками в бурильних трубах. При згвинчення труб відрізки кабелю зрощуються спеціальними контактними з'єднаннями.До кабелю електроенергія підводиться через пантограф, ковзні контакти якого дозволяють провертати колону бурильних труб. Для безперервного контролю просторового положення стовбура свердловини і технологічних параметрів буріння при проходці похило спрямованих і розгалужено-горизонтальних свердловин використовується спеціальна занурювальна апаратура (в т. ч. телеметрична). При бурінні електробурная очищення вибою здійснюється буровим розчином, повітрям або газом. У СРСР за допомогою електробура проходиться понад 300 тис. м свердловин (понад 2% загального обсягу буріння).Використання електробура, завдяки наявності лінії зв'язку з забоєм, особливо цінно для ис-проходження режимів буріння.

Похило-направлене буріння

Поява похилого буріння відноситься до 1894, коли С. Г. Войслав провів цим способом свердловину на воду поблизу Брянська. Успішна проходка свердловини в Бухті Ілліча (Баку) за пропозицією Р. А. Іоаннесяна, П. П. Шумилова, Е. І. Тагієва, М. Т. Гусмана (1941) тур-бінним похило-спрямованим бурінням поклала початок впровадження похилого турбобуренія, що став основним методом спрямованого буріння в СРСР і отримав застосування за кордоном.

Цим методом при перетині рельєф місцевості і на морських родовищах бурят кущі до 20 свердловин з одного підстави). У 1938-41 в СРСР розроблені основи теорії безперервного похилого регульованого турбінного буріння при нерухомій колоні бурильних труб. Цей метод став основним при бурінні похилих свердловин в СРСР і за ру-бежом. Похило-спрямоване буріння - спосіб проведення свердловини з відхиленням від вертикалі за заздалегідь заданою кривою. Похило-спрямоване буріння вперше здійснено в СРСР на Грозненський нафтопромислах (1934).У 1972 в СРСР похило-направлене буріння споруджено близько 25% загального метражу свердловин на нафту.Похило-спрямоване буріння виявляється доцільним при: складному рельєфі місцевості (наприклад, при розташуванні поклади під дном великої водойми або під капітальними спорудами); геологічних умовах залягання корисних копалин, що не дозволяють розкрити їх вертикальними свердловинами; кущовому бурінні або багатозабійного бурінні; гасінні палаючих нафтових і газових фонтанів. При геологорозвідувальних роботах похило-направлене буріння здійснюється шпиндельними буровими верстатами, причому свердловина забурівается похило безпосередньо з земної поверхні; при розтині нафтових і газових пластів. Похило-спрямоване буріння здійснюється турбобурами або роторним способом (свердловина з поверхні забурівается вертикально з подальшим відхиленням на заданій глибині в запроектованому напрямку). Відхилення свердловини від вертикалі при похило-направленому бурінні (зміна зенітного кута і азимута буріння) здійснюється отклоняющими пристроями, наприклад турбінними отклонітеля. Буріння прямолінійно-похилих ділянок проводиться за допомогою бурильних пристроїв, що включають центруючі і калібрів елементи. Найбільше відхилення від вертикалі при похило-направленому буріння (3836 м) отримано в США в затоці Кука: на Остраві Сахалін відхилення склало 2453 м (1972). V. Багатозабійного БУРІННЯ У 1941 Н. С. Тимофєєв запропонував в стійких породах застосовувати так зване багатозабійного буріння. У 1897 в Тихому океані, в районі острів Сомерленд (Каліфорнія, США), вперше було здійснено буріння на море. У 1924-25 в СРСР поблизу бухти Ілліча на штучно створеному острівці обертальним способом була пробурена перша морська свердловина, що дала нафту з глибини 461 м. У 1934 Н. С. Тимофєєвим здійснено на острові Артема в Каспійському морі Кущова буріння, при якому кілька свердловин буряться із загальною майданчики, а в 1935 там же споруджено перше морське металеву підставу для буріння в морі. З 50-х рр.. 20 в. застосовується буріння для видобутку нафти і газу з дна моря. Створено естакади, плаваючі бурові установки з затоплюваних понтонами, спеціальні бурові суду, розроблені методи динамічної стабілізації бурових установок при бурінні на великих глибинах. Основний метод буріння на нафту і газ в СРСР (1970) - турбобу-рами (76% метражу пробурених свердловин), електробура пройдено 1,5% метражу, решта роторним бурінням. У США переважно поширення набуло роторне буріння; в кінці 60-х рр.. при проведенні похило-спрямованих свердловин почали застосовуватися тур-Бобур.

У країнах Західної Європи турбобури застосовуються в похилому бурінні і при бурінні вертикальних свердловин алмазними долотами. У 60-і рр.. в СРСР помітно зросли швидкості і глибина буріння на нафту і газ. Так, наприклад, в Татарії свердловини, буря долотом діаметром 214 мм на глибину 1800 м, проходяться в середньому за 12-14 днів, рекордний результат у цьому районі 8-9 днів. За 1963-69 в СРСР середня глибина експлуатаційних нафтових і газових свердловин зросла з 1627 до 1710 м. Найбільш глибокі свердловини в світі - 7-8 км - пробурені в 60-і рр.. (США). У СРСР в районі м. Баку пробурена свердловина на глибину 6,7 км і в Прикаспійської низовини (район Аралсор) на глибину 6,8 км. Ці свердловини пройдені з метою розвідки на нафту і газ. Роботи по надглибокому буріння для вивчення кори і верхньої мантії Землі ведуться за міжнародною програмою "Верхня мантія Землі". У СРСР за цією програмою заплановано пробурити в 5 районах ряд свердловин глибиною до 15 км. Перша така свердловина розпочато бурінням на Балтійському щиті в 1970. Ця свердловина проходиться методом турбінного буріння. Основний напрямок вдосконалення буріння на нафту і газ в СРСР - створення конструкцій турбобуров, що забезпечують збільшення проходки свердловини на рейс долота (повне час роботи долота в свердловині до його підйому на поверхню).У 1970 створені безредук-торні турбобури, що дозволяють здійснити оптимізацію режимів буріння шарошечні долотами в діапазоні найбільш ефективних оборотів (від 150 до 400 в хв) і використовувати долота з перепадом давши-лений в насадках до 10 Мн/м2 (100 атм) замість 1 - 1,5 Мн/м2 (10-15 атм). Створюються турбобури з високою частотою обертання (800-100 об / хв) для буріння алмазними долотами, що забезпечують при глибокому бурінні багаторазове збільшення проходки і механічної швидкості буріння за рейс.Розробляються нові конструкції низу бурильної колони, що дозволяють бурити в складних геологічних умовах з мінімальним викривленням ствола свердловини. Ведуться роботи по хімічній обробці промивних розчинів для полегшення і підвищення безпеки процесу буріння.Конструюються турбіни з похилою лінією тиску, які дозволяють отримати інформацію про режим роботи турбобура на вибої свердловини і автоматизувати процес буріння.

Пошуки і розвідка твердих корисних копалин

Розвиток розвідувального буріння пов'язане з винаходом швейцарського годинникарем Г. Лешо алмазного бура (1862), який складався з сталевого порожнього циліндра, армованого алмазами і укріпленого на порожнистої металевої штанги (по ній в забій подавалася промивна вода).Перша працездатна бурова установка з алмазним ін-струментом створена французьким інженером Перретом і привернула увагу на Всесвітній виставці в Парижі (1867), що послужило на-чалому розповсюдження алмазного буріння в Європі та Америці. У 1850 в Росії було закладено ряд розвідувальних свердловин на кам'яне вугілля. У 1871 і 1872 близько Бахмута і Слов'янська пробурено перші свердловини в Росії на кам'яну сіль глибиною 90 і 120 м. Удосконалення розвідувального буріння в Росії в кінці 19 в. пов'язано з ім'ям Войслава, який в 1885 винайшов, а в 1897 отримав патент на бур для ручного буріння свердловин великого діаметру. Бур Войслава мав розширник, що дозволяє збільшувати діаметр свердловин, глибина яких досягла 22 м. У 1898 Войслав спільно з Л. Кулешов отримав патент на оригінальний верстат для алмазного буріння і в тому ж році розробив новий спосіб вставки алмазів у коронку, що дозволив застосовувати дрібні алмази. У 1899 в Америці інженером Дейвісом запропоновано дробового буріння. В період 1-ої світової війни для буріння починають застосовувати за пропозицією німецького інженера Ломана тверді сплави (так званий волом).

Пізніше ці сплави застосовувалися при бурінні розвідувальних свердловин в районі Курської магнітної аномалії (1923). Корінні зміни в техніці буріння відбулися в Росії після Великої Жовтневої революції. З 1923 в СРСР впроваджується буріння з застосуванням твердих сплавів, а також дробового буріння (1924-25); виготовлення вітчизняних твердих сплавів почалося в 1929. У 1927 В.М Крейтер і Б. І. Воздвиженським при колонкового буравлення була успішно застосована дріб.В 1925-26 на Сормовском заводі налагоджено виробництво ударно-канатних верстатів типу "Кійстон" для розвідки на золото (пізніше типу "Емпайр"). Кілька років тому Н. І. Кулічихін розроблені перші вітчизняні верстати (УА-75-150) ударно-канатного буріння. У 1928-1929 розгорнулося виробництво бурових верстатів колонкового обертального буріння на Іжорському заводі (Ленінград), ім. Воровського (Свердловськ) та ін. У той час для колонкового буріння на глибині до 500 м в основному застосовувалися верстати КА-300 та КА-500. У повоєнні роки (починаючи з 1947) було проведено корінне переобладнання технічних засобів геологорозвідувальної служби: вдосконалені бурильні, обсадні й колонкові труби; створені нові верстати з важільно-диференціальної подачею (Зів-75, Зів-150); розроблені нові конструкції багатошвидкісних верстатів з гідравлічноюподачею (ЗІФ-300, ЗІФ-650, ЗІФ-1200, вітре-2000 та ін), що забезпечують буріння свердловин на глибині 300-2000 м; створено ряд самохідних бурових установок; розроблені засоби автоматизації та механізації трудомістких процесів і нові конструкції породо- руйнуючого інструменту. У 1935 радянський інженер В. Н. Комаров запропонував машину ударно-обертального буріння, теоретичні основи якого були розроблені згодом Е. Ф. Епштейном. У 1939 розробляється буріння зануреними пневмоударниками, а з 1940 впроваджується обертальне буріння з транспортуванням породи зі свердловини шнеками, яке набуло поширення в породах невисокою фортеці при гео-фізичних роботах, інженерно-геологічних вишукуваннях, при бурінні на воду та ін У СРСР розроблена технологія безнасосного буріння, що забезпечує повний вихід керна в нестійких породах, і докорінно вдосконалена технологія дробового буріння (С. А. Волков). Після відкриття родовищ алмазів в Якутії ширше застосовують алмазний породоруйнуючих інструмент, а з 1962 в бурении набули поширення синтетичні алмази. У здійснений-вання технології алмазного буріння відіграли велику роль радянської вчені Ф. А. Шамшев, І. А. Уткін, Б. І. Воздвиженський, С. А. Волков та ін Середня місячна швидкість буріння розвідувальних свердловин в Донбасі склала 265 м (1956), в Криворізькому бассейне360 м (1956), а на Курської магнітної аномалії 600 м (1965). При розвідці крутопадаючих рудоносних тіл, коли для перетину їх на різних горизонтах доводиться проходити кілька свердловин, з метою скорочення їх довжини застосовують спрямоване багатозабійного буріння, яке здійснюється за допомогою отклоняющих пристроїв, встановлює в свердловині на різних глибинах.

Розвідувальне буріння здійснюється в основному за рахунок обертов-ного способу, на який припадає (1970), близько 80% метражу пробурених свердловин (50% буріння твердосплавним інструментом, 20% - алмазним інструментом, 10% - дробом); в обмежених обсягах застосовуються ударно-обертальний , шнекові, вібраційне буріння та ін Роботи в області розвідувального буріння спрямовані на: забезпечення схоронності керна, що витягується з великої глибини; розробку апаратури і надійних методів випробування гірських порід. Совершенствованія техніки і технології розвідувального буріння на тверді корисні копалини направлено на: заміну дробового буріння алмазним; впровадження гідроударного буріння, бескернового буріння з використанням бічних свердлувальних грунтоносов; подальше поліпшення технічних засобів і технології буріння, розробку нових способів руйнування гірських порід при бурінні; автоматизацію всіх виробницьких процесів.

Буріння вибухових шпурів і свердловин

Машинне буріння шпурів і свердловин замість ручного, що застосовувалося до початку 19 ст. для відбою міцних порід вибухом, почало впроваджуватися в кінці 17 в., коли були винайдені перші бурові машини для свердління горизонтальних шпурів. У 1683 механік Г. Гутман запропонував машинне буріння. У 1803 австрійський інженер Гайншінг, а в 1813 англійський механік Травіч вдосконалили випущені бурові машини. У 1849 Кауч (США) отримав один з перших патентів на парову бурову машину. У 1852 Колладон (Швейцарія) запропонував бурову машину, що працює на стисненому повітрі. При проходці Монт-Санісского тунелю в 1861 Соммейе вперше застосував поршневі перфоратори для буріння шпурів, що дозволило різко скоротити терміни будівництва тунелю. В кінці 19 в. з'являються молоткові перфоратори, швидко витіснили менш продуктивні поршневі.

Надалі були створені високочастотні і обертально-ударні (50-і рр.. 20 в.) Бурильні машини, настановні (пневмоподдержкі, маніпулятори) і подають (автоподатчики) пристосування, бурові каретки, максимально механізувати працю бурильника. Буріння ведеться з видаленням продуктів руйнування промиванням. Створюються легкі та потужні електро-, пневмогідросверла і високоякісний буровий інструмент, що забезпечують обертальне буріння шпурів у середньої міцності породах. У 1965 в Кузбасі і в 1968 в Киргизії застосовані бурильні агрегати з електрогідропрівод для обертального й обертально-ударного буріння шпурів. З кінця 19 - початку 20 вв. фахівці намагалися створити електроперфоратор, У 1879 німецький винахідник В. Сіменс зробив невдалу спробу застосувати електричний струм для приведення в дію бурильної машини, призначений для буріння шпурів при вибухових роботах. У 1885 американський винахідник Дж. Вестінгауз повторив цю спробу. Вперше свердловини, пробурені важкими бурильними молотками, були застосовані замість шпурів для відбою руди на початку 30-х рр.. на підземних рудниках комбінату Апатит і в Кривому Розі. З цього періоду починається створення машин для підземного буріння свердловин. У середині 30-х рр.. впроваджується метод штангового буріння вибухових свердловин, застосування якого сприяло технічної революції в розробці рудних родовищ великої потужності. У 1935 А.А.Міняйло сконструював станок для обертального буріння різцями діаметром до 150 мм у м'яких породах. Наприкінці 30-х рр.. на шахтах Кривого Рогу впроваджено многоперфораторное буріння глибоких свердловин. У 1938 А. К. Сидоренко запропоновано буріння зануреними перфораторамі, що входять в свердловину. В 1949-50 на підземних рудниках в СРСР випробувані бурові верстати з зануреними пневмоударниками (обертання пневмоударнік здійснювалося з поверхні через ставши бурових штанг). У 1954 Новосибірським інститутом гірничої справи і Кузнецьким металургійним комбінатом створено промисловий зразок бурового верстата БА-100 - першої машини, в якій робочим тілом (енергоносієм) служить повітряно-водяний суміш. Після відпрацювання ця суміш забезпечує просте і надійне пилопригнітання при бурінні.

Повсюдне впровадження високопродуктивних верстатів БА-100 на рудниках дозволило широко поширити прогресивну систему розробки родовищ з отбойкой руди глибокими вибуховими свердловинами. Ця машина стала основою для створення в СРСР серії бурових машин (в тому числі бурового напівавтомата НКР-100 в 1959) для пневмоударного буріння свердловин діаметром 85-100 мм і глибиною до 50 м, якими в 50-60-х рр.. виконано понад 50% обсягів буріння при отбойке руд. З 60-х рр.. цей спосіб впроваджується в практику буріння розвідувальних і глибоких експлуатаційних свердловин. З 1950 в СРСР на підземних рудниках Алтаю розробляються та впроваджуються верстати для буріння свердловин шарошечні долотами, один з яких (БШ-145) випускається серійно. У 60-і рр.. 20 в. для підземного буріння свердловин діаметром 60-70 мм розробляються обертально-ударні бурові машини, що встановлюються на бурових каретках, а також бурові верстати з потужними бурильними молотками і незалежним обертанням інструмента.

Буріння свердловин для вибухових робіт на кар'єрах початок застосовуватися в Росії на залізорудних підприємствах Уралу в 1908. У США на початку 20 ст. для буріння вибухових свердловин на кар'єрах вперше застосовані ударно-канатні верстати. У СРСР цей спосіб починає застосовуватися з 30-х рр.. і до 60-х рр.. є основним у породах вище середньої міцності для свердловин діаметром 150-300 мм. У 1932 Свердловського заводом "Металіст" випущені верстати ударно-канатного буренію для кар'єрів. З 1939 в СРСР освоюється обертальне буріння свердловин різцями з видаленням бурової дрібниці шнеками. У 1943 випущений на Уралі (Богословський кар'єр) перший верстат обертального буріння (зі шнеком, на гусеничному ходу). З 1956-57 починаються роботи по бурінню шарошкового вибухових свердловин на кар'єрах. У 1958 запропонований комбінований ударно-шарошечний буровий інструмент, використання якого можливе на верстатах обертального буріння з пневматичної продувкою свердловин. У 1959 розпочато випуск верстатів (СБО-1, СБО-2) вогневого (термічного) буріння для міцних кварцсодержащіх порід.Руйнування породи при цьому відбувається за рахунок швидкого розігріву поверхні забою газовими струменями, що вилітають з пальники з температурою 20000С і швидкістю близько 2000 м / сек. У 60-і рр.. розроблено типовий ряд шарошкових верстатів (2СБШ-200, СБШ-250, СБШ-320) для буріння вибухових свердловин діаметром 200-300 мм і глибиною до 30 м. Продуктивність верстатів 20-70 м за зміну.Перспективні роботи зі створення комбінованих термомеханічних способів руйнування. Буріння вибухових свердловин на кар'єрах в СРСР здійснюється в основному (1970) шарошечним способом (близько 70% метражу свердловин), поширене шнекове буріння (близько 20%), 10% метражу свердловин припадає на інші способи буріння (пневмоударні, термічне, ударно-канатні і ін.) Значно зросли швидкості буріння: змінна продуктивність шарошечного верстата при проходці свердловини діаметром 250 мм в міцних породах (вапняк, доломіт і т.п.) складає 40-60 м.

При підземній розробці вугільних родовищ найбільшого поширення має буріння бурильними молотками і електросвердлами, рудних родовищ- бурильними молотками, зануреними пневмоударниками, шарошечні верстатами. Розвиток гірничої промисловості вимагає збільшення вироб-дітельності буріння в 2-4 рази. Для цього необхідно досконалість-вання механічних способів буріння і вишукування нових. Здійснено-наленню бурильних машин здійснюється за рахунок збільшення пара-метрів навантаження на інструмент, механізації та автоматизації вспомо-готельних операцій. Перспективно створення вібробури. Розроблено вибуховий буріння, яке полягає в безперервній обробці забою свердловини невеликими зарядами вибухової речовини, що вводяться в потік промивного агента (повітря або рідини) у вигляді ампул (ампульне, або патронів взривобуреніе) або безперервної струменя (струминне вибуховий буріння). Заряди-ампули мають обтічну форму і безпечні в обігу, так як змішання невибухових рідких компонентів суміші та освіта вибухових речовин (ВР) відбувається безпосередньо у вибої. Заряди твердих ВВ вимагають для вибуху великих швидкостей удару (не менше 80 м / сек). При струминному вибухобез-рении вибухова суміш з пального та окислювача у вигляді плоского рідкого заряду утворюється безпосередньо на забої і ініціюється евтектичної сумішшю калію і натрію, що впорскується з певною частотою. Взривобуреніе свердловин дозволяє в 2-5 разів збільшити про-тивність буріння, особливо в міцних породах.

Проводяться роботи з конструювання апаратів для створення імпульсної струменя, періодично вистрілює з сопла по забою свердловини для так званого гідроімпульсного буріння, а також електроімпульсним верстатів, в яких руйнування породи здійснюється потужним електричним розрядом. Великий інтерес представляє механізоване буріння вертикальних гірських виробок великих поперечних перерізів (діаметром понад 3,5 м) - шахтних стовбурів).

Размещено на Allbest.ru