КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Разрушение породы может осуществляться механическим воздействием породоразрушающими инструментами, а также использованием различных физических явлений (высокой температуры, энергии взрыва, ультразвука, электронных и лазерных лучей). Основными в настоящее время являются механические способы бурения, при которых порода на забое скважины разрушается путем резания, дробления, скалывания или истирания. К механическим способам бурения относятся ударное, вращательное, ударно-вращательное и вибрационное.

Ударное бурение применяется при разведке россыпных месторождений полезных ископаемых, а также для сооружения гидрогеологических и вспомогательных скважин. Сущность этого способа заключается в том, что тяжелый буровой снаряд с породоразрушающим инструментом (долотом) на нижнем конце периодически поднимается и сбрасывается на забой скважины, дробя и скалывая породу. Спускается в скважину долбежный снаряд на стальном канате или на колонне бурильных труб. Соответственно различают ударно-канатное и ударно-штанговое бурение. Преимущественное применение имеет первое.

Наиболее распространенным является вращательное бурение, при котором породоразрушающий инструмент получает вращение от ведущего механизма через колонну бурильных труб или шнеков. Вращательное бурение может, производится с разрушением породы по всей площади забоя или по кольцу, когда в центре скважины оставляется колонка неразрушенной породы. Такой способ бурения, называемый колонковым, является основным при поисках и разведке месторождений твердых полезных ископаемых. Колонка неразрушенной породы (керн) извлекается на поверхность и используется для изучения структуры и вещественного состав породы. Колонковое бурение осуществляется породоразрушающими инструментами (коронками) кольцевой формы, заправленными резцами из твердых сплавов или алмазными зернами. Соответственно различают два основных вида колонкового бурения: твердосплавное и алмазное.

При ударно-вращательном бурении медленно вращающимся породоразрушающим инструментом наносятся частые удары по забою. В результате эффект разрушения пород средней и высокой твердости получается значительно выше, чем при вращательном бурении. Для бурения ударно-вращательным способом применяют специальные механизмы: гидроперфораторы и пневмоударники.

При вибрационном бурении для разрушения породы на забое скважины используются механические колебания большой частоты, передаваемые породоразрушающему инструменту от вибрационной машины или магнитостриктора. В зависимости от типа применяемого источника возбуждения вибрации различают вибрационное, виброударное и магнитострикционное бурение.

К физическим способам разрушения горных пород при бурении относятся термический (огневой и плазменный), взрывной, гидравлический и электроимпульсный. Практически в настоящее время применяется лишь огневое бурение. Остальные способы находятся в стадии лабораторных испытаний. При огневом бурении струя пламени температурой 2000-3000˚С из опущенной в скважину бензо-воздушной горелки направляется на забой и, омывая кристаллическую горную породу, вызывает интенсивное отделение ее частиц от массива.

Разрушенная в скважине порода транспортируется от забоя на поверхность следующими способами:

1) извлечением в виде разжиженного шлама желонкой при ударном

бурении;

2) транспортированием в измельченном состоянии вращающейся в

скважине колонной шнеков (при шнековом бурении);

3) путем выноса шлама струей промывочной жидкости,

закачиваемой в скважину насосами, или воздуха, подаваемого в скважину от компрессора. Последний способ очистки скважины является основным для вращательного бурения, когда породоразрушающий инструмент опускается в скважину на колонне пустотелых бурильных труб.

Предупреждение обрушения стенок скважиныдостигается:

1) созданием на них гидростатического давления промывочной

жидкости (вода, глинистый раствор и др.), заполняющей скважину;

2) образованием на них плотной глинистой корочки при промывке

скважины глинистым раствором;

3) установкой в скважины колонны обсадных труб;

4) методом электрохимического их закрепления.

Для привода в действие буровых механизмов используются двигатели электрические и внутреннего сгорания. Механизмы буровой установки размещаются на поверхности около устья скважины. Породоразрушающий инструмент приводится в движение с поверхности через колонну бурильных труб, шнеков (шнековое бурение) или стальной канат (ударно-канатное бурение). При этом значительная часть энергии расходуется непроизводительно – на преодоление сил трения вращающейся колонны бурильных труб о стенки скважины. Бурильные трубы несут большие нагрузки при работе в скважине, поэтому быстро изнашиваются, часто рвутся. Это приводит к потере времени, снижению производительности и удорожанию работ. Более прогрессивным является вращательное бурение с применением забойных двигателей: гидравлических (турбобур) и электрических (электробур), широко применяющихся в настоящее время при разведке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений.

Забойный двигатель опускается на трубах в скважину и помещается непосредственно над породоразрушающим инструментом. Колонна труб при этом не вращается, а мощность двигателя полностью передается забойному инструменту.