На главную

Буровые работы


Буровые работы

[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.

© 2010