Реферат: Буровые работы
/>
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..1
I. Бурение и область применения,КЛАСИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ БУРЕНИЯ……………………………………………….2
II. БУРЕНИЕ СКВАЖИННА НЕФТЬ И ГАЗ……………………..3
III. ТУРБОБУР,ЭЛЕКТРОБУР………………………………………...5
IV. НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОЕБУРЕНИЕ…………………….7
V. МНОГОЗАБОЙНОЕБУРЕНИЕ…………………………………...8
VI. ПОИСКИ И РАЗВЕДКАТВЁРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ………………………………………………………..9
VII. СВОЛОПРОХОДЧЕСКИЙАГРЕГАТ…………………………..11
VIII. БУРЕНИЕ ВЗРЫВНЫХШПУРОВ И СКВАЖИН………….14
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………….15
Списокиспользованной литературы………………………….16
ВВЕДЕНИЕ
Центральная геолого-геофизическаяэкспедиция проводит целый ряд буровых работ различной направленности. Имеющийся парк буровой техники и материально-техническая оснащенность позволяетрешать сложнейшие задачи по бурению скважин. В настоящее время на техническомвооружении экспедиции находятся следующие виды буровых установок: УРБ-3А3,УРБ-3АМ, УРБ-2.5А, УГБ-50М, ПБУ-2, СТУ-1001Б и УГБ-3УК, которые позволяютпроизводить бурение:
· Геологоразведочных скважинглубиной до 800 м при диаметрах бурения с отбором керна 132, 112, 93 и 76 мм;
· Скважин глубиной до 300 м нарассолы, минеральные воды с проведением цементации отсадных колонн;
· Эксплуатационных скважин дляводоснабжения под промышленные насосы типа ЭЦВ-5, 6, 8, 10;
· Инженерно-геологических скважиншнековым 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 ремонтэксплуатационных скважин:
· Оборудование скважин насосами (втом числе, замена насосов), водоподъёмными трубами, задвижками, станциямиуправления и защиты (СЦ-8);
· Гидравлический«прострел» фильтровой части скважин установкой АСП-ТМ
· Чистка ствола скважин сизвлечением и опусканием насоса.
· Проведение ликвидационноготампонажа скважин, вышедших из строя.
Центральная геолого-геофизическаяэкспедиция проводит буровые работы в Нижегородской области, РеспубликахТатарстан, Марий Эл, Удмуртия, Мордовия и других регионах.
Экспедиция имеет огромный опыт впроизводстве буровых работ, за период её существования сооружены тысячигеологоразведочных скважин, выполнивших свое геологическое задание с высокимкачеством; сооружены сотни эксплуатационных скважин для водоснабжения поселков,предприятий и колхозов.
Сооружены тысячи скважин подбытовые насосы для частных лиц и садоводческих товариществ. В настоящее времяскважины оборудуют под бытовые насосы типа «Малыш» и БЦП-50.
I. Бурение и область применения, КЛАСИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ БУРЕНИЯ
Бурение — процесс сооружения горнойвыработки цилиндрической формы — скважины, шпураили шахтного ствола — путём разрушения горных пород на забое. Бурениеосуществляется, как правило, в земной коре, реже в искусственных материалах(бетоне, асфальте и др.). В ряде случаев процесс бурения включает креплениестенок скважин (как правило, глубоких) обсадными трубами с закачкой цементногораствора в кольцевой зазор между трубами и стенками скважин.
Область применения бурениямногогранна: поиски и разведка полезных ископаемых; изучение свойств горныхпород; добыча жидких, газообразных и твёрдых (при выщелачивании и выплавлении)полезных ископаемых через эксплуатационные скважины; производство взрывныхработ; выемка твёрдых полезных ископаемых; искусственное закрепление горныхпород (замораживание, битумизация, цементация и др.); осушение обводнённыхместорождений 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. мглубоких скважин, из которых 5,8 млн. м - разведочные, свыше 20 млн. мпробурено взрывных и сейсморазведочных скважин, 10-12 млн. м - структурно-поисковых.
Классификация способов бурения. По характеруразрушения породы, применяемые способы бурения делятся на: механические — буровойинструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая её, инемеханические — разрушение происходит без непосредственного контакта с породойисточника воздействия на неё (термическое, взрывное и др.). Механическиеспособы бурения подразделяют на вращательные и ударные (а такжевращательно-ударные и ударно-вращательные). При вращательном бурении породаразрушается за счёт вращения прижатого к забою инструмента. В зависимости отпрочности породы при вращательном бурении применяют буровой породоразрушающийинструмент 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 междуударами инструмента по забою); ударно-вращательное (погружными пневмо-игидроударниками, 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 осевымдавлением в постоянном контакте с породой и разрушает её за счёт вращательногодвижения по забою и периодически наносимых по нему ударов. Разрушение породзабоя скважины производится по всей его площади (бурение сплошным забоем) илипо кольцевому пространству с извлечением керна(колонковое бурение). Удаление продуктовразрушения бывает периодическое с помощью желонки и непрерывное шнеками, витымиштангами или путём подачи на забой газа, жидкости или раствора (Глинистыйраствор). 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 буровыхмашин (буровых установок) и породоразрушающего инструмента. Из немеханическихспособов получило распространение для бурения взрывных скважин вкварцсодержащих породах термическое бурение, ведутся работы по внедрениювзрывного бурения.
Бурение развивалось испециализировалось применительно к трём основным областям техники: наиболееглубокие скважины (несколько км) бурятся на нефть и газ, менее глубокие(сотни м) для поисков и разведки твёрдых полезных ископаемых, скважины ишпуры глубиной от нескольких м до десятков м бурят дляразмещения зарядов взрывчатых веществ (главным образом в горном деле и строительстве).
II. БУРЕНИЕ СКВАЖИН НАНЕФТЬ И ГАЗ.
В Китае свыше 2 тыс. лет назад впервые в мировой практике вручнуюбурились скважины (диаметром 12-15 см и глубиной до 900 м) для добычисоляных растворов. Буровой инструмент (долото и бамбуковые штанги) опускался вскважину на канатах толщиной 1-4 см, свитых из индийского тростника.Бурение первых скважин в России относится к 9 в. и связано с добычей растворовповаренной соли (Старая Русса). Затем соляные промыслы развиваются в Балахне(12 в.), в Соликамске (16 в.). На русских соляных промыслах издавна применялосьударное штанговое бурение. Во избежание ржавления буровые штанги делалидеревянными; стенки скважин закрепляли деревянными трубами. Первый буровойколодец, закрепленный трубами, был пробурен на воду в 1126 в провинции Артуа(Франция), отсюда глубокие колодцы с напорной водой получили название артезианских.
Развитие методов и техникибурения в России начинается с 19 в. в связи с необходимостью снабжения крупныхгородов питьевой водой. В 1831 в Одессе было образовано «Обществоартезианских фонтанов» и пробурены 4 скважины глубиной от 36 до 189 м.В 1831-32 бурили скважины в Петербурге (на Выборгской стороне), в 1833 вЦарском Селе, в Симферополе и Керчи, в 1834 в Тамбове, Казани и Евпатории, в1836 в Астрахани. В 1844 была заложена первая буровая скважина для артезианскойводы в Киеве. В Москве первая артезианская скважина глубиной 458 мпробурена на Яузском бульваре в 1876. Первая буровая скважина в США пробуренадля добычи соляного раствора близ Чарлстона в Западной Виргинии (1806).
Поворотным моментом, с которогоначинается бурный прогресс в бурении, было развитие нефтедобычи. Перваянефтяная скважина была пробурена в США случайно в 1826 близ Бернсвилла вКентукки при поисках рассолов. Первую скважину на нефть заложил в 1859 американецДрейк близ г. Тайтесвилла в Пенсильвании. 29 августа 1859 нефть была встреченана глубине 71 фута (около 20 м), что положило начало нефтянойпромышленности США. Первая скважина на нефть в России пробурена в 1864 околоАнапы (Северный Кавказ).
Технические усовершенствованиябурения 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 ФранцииКиндом (1844) и Фабианом (1849) свободно падающего бурового инструмента(«фрейфала»). Этот способ получил название «немецкий». В1846 французский инженер Фовель сделал сообщение о новом способе очисткибуровых скважин водяной струей, подаваемой насосом с поверхности в полуюштангу. Первый успешный опыт бурения с промывкой проведён Фовелем в Перпиньяне(Франция).
В 1859 Г.Д. Романовский впервыемеханизировал работы, применив паровой двигатель для бурения скважины вблизиПодольска. На нефтяных промыслах Баку первые паровые машины появились в 1873, ачерез 10 лет почти повсеместно они заменили конную тягу. При бурении скважин нанефть на первом этапе получил развитие ударный способ (бурение штанговое,канатное, быстроударное с промывкой забоя). В конце 80-х гг. в Новом Орлеане вЛуизиане (США) внедряется роторное бурение на нефть с применением лопастныхдолот и промывкой глинистым раствором. В России вращательное роторное бурение спромывкой впервые применили в г. Грозном для бурения скважины на нефть глубиной345 м (1902). В Сураханах (Баку) на территории завода Кокорева в 1901заложена скважина для добычи газа. Через год с глубины 207 м был полученгаз, использовавшийся для отопления завода. В 1901 на Бакинских нефтепромыслахпоявились первые электродвигатели, заменившие паровые машины при бурении. В1907 пройдена скважина вращательным бурением сплошным забоем с промывкойглинистым раствором.
Впервые автомат для регулированияподачи инструмента при роторном бурении был предложен в 1924 Хилдом (США). Вначале 20 в. в США разработан метод наклонного роторного бурения с долотамималого диаметра для забуривания с последующим расширением скважин.
Ещё в 70-х гг. 19 в. появилисьпредложения по созданию забойных двигателей, то есть размещению двигателянепосредственно над буровым долотом у забоя буримой скважины. Созданиемзабойного 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 инженерХ. Г. Кросс запатентовал инструмент с гидравлической одноступенчатой турбинойдля бурения скважин. В 1883 Дж. Вестингауз (США) сконструировал турбинный забойныйдвигатель. Эти изобретения не были реализованы, и проблема считалась неосуществимой.В 1890 бакинский инженер К. Г. Симченко запатентовал ротационный гидравлическийзабойный двигатель. В начале 20 в. польский инженер Вольский сконструировалбыстроударный забойный гидравлический двигатель (так называемый таран Вольского),который получил промышленное применение и явился прототипом современных забойныхгидроударников.
Впервые в мировой практике М. А.Капелюшниковым, С. М. Волохом и Н. А. Корневым запатентован (1922) турбобур, примененный двумя годами позже длябурения в Сураханах. Этот турбобур был выполнен на базе одноступенчатой турбиныи многоярусного планетарного редуктора. Турбобуры такой конструкции применялисьпри 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 совершеннуюконструкцию многоступенчатого безредукторного турбобура, благодаря которомутурбинный способ бурения стал основным в СССР. Совершенствование турбинногобурения осуществляется за счёт создания секционных турбобуров с пониженнойчастотой вращения и увеличенным вращающим моментом.
III. ТУРБОБУР,ЭЛЕКТРОБУР
Турбобур - забойный гидравлическийдвигатель для бурения глубоких скважинпреимущественно на нефть и газ. Многоступенчатый турбобур — машина открытоготипа, вал его вращается в радиальных и осевых резинометаллических подшипниках,смазкой и охлаждающей жидкостью для которых является циркулирующая промывочнаяжидкость — глинистый раствор. Для получения максимальных значений кпд лопаткитурбины профилируют так, чтобы безударный режим их обтекания совпадал смаксимумом мощности турбины. Выполняют турбины цельнолитыми, общее числоступеней турбины достигает 120, рабочие диаметры турбобура для буренияглубоких и сверхглубоких скважин — 164, 172, 195, 215, 240, 280 мм,частота вращения вала турбины от 150 до 800-1000 об/мин. Рабочий моментна валу турбобура зависит от его диаметра и составляет от 1 до 5-6 кнм(1 нм = 0,1 кгсм). С 1950 для увеличения вращающегомомента на валу применяют многосекционные турбобуры, в которых последовательносоединяются 2-3 секции турбин турбобура с общим числом ступеней 300-450. Этопозволило наряду с увеличением вращающего момента снизить частоту вращения валатурбины до 300-400 об/мин (для более эффективной работы шарошечныхдолот). В таких турбобурах шаровая осевая опора вынесена в специальныйшпиндель, присоединяемый к нижней секции турбобура. В шпинделе имеются такжерадиальные опоры и сальник, позволяющий использовать гидромониторные долота.
С 1970 для дальнейшего снижениячастоты вращения вала турбины в турбобуре применяют ступени гидродинамическоготорможения, 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 условияработы шарошечных долот за счёт снижения вибрации бурильной колонны. Для работыс гидромониторными долотами, без дополнительногонагружения буровых насосов, начато применение турбобуров с разделённым потокомна нижней секции, который отличается тем, что перепад давлений, срабатываемый вего нижней секции, равен перепаду давлений в штуцерах гидромониторного долота.При этом нижняя секция турбобура работает на части потока, подаваемого вскважину.
В разведочном бурениидля отбора керна в полом валу трубобора размещается съёмная грунтоноска. Длябурения в условиях борьбы с кривизной ствола скважины используют трубобор свращающимся корпусом.
В 1899 в России былзапатентован электробур на канате. В 30-х гг. в США прошёл промышленныеиспытания электробур с якорем для восприятия реактивного момента, опускавшийсяв 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 приводитсяво вращение погружным электродвигателем. В 1940 в Баку электробуром пробурена перваяскважина.
В 1951-52 в Башкирии при бурениинефтяной скважины по предложению А.А.Минина, А.А.Погарского и К.А.Чефрановавпервые применили электробур знакопеременного вращения для гашения реактивногомомента, опускаемый на гибком электрокабеле-канате. В конце 60-х гг. в СССРзначительно усовершенствована конструкция электробура (повышена надёжность,улучшен токопровод).
Электробур - забойная буровая машина спогружным электродвигателем, предназначенная для бурения глубоких скважин,преимущественно на нефть и газ. Идея электробура для ударного буренияпринадлежит русскому инженеру В.И.Дедову (1899). В 1938-40 в СССРА.П.Островским и Н.В.Александровым создан и применен первый в мире электробур длявращательного бурения, спускаемый в скважину на бурильных трубах.
Электробур состоит измаслонаполненного электродвигателя и шпинделя. Мощность трёхфазногоэлектродвигателя зависит от диаметра электробура и составляет 75-240 квт. Дляувеличения вращающего момента электробура применяют редукторные вставки, монтируемыемежду двигателем и шпинделем и снижающие частоту вращения до 350, 220, 150, 70 об/мин.Частота вращения безредукторного электробура 455-685 об/мин. Длинаэлектробура 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 вбурильных трубах. При свинчивании труб отрезки кабеля сращиваются специальнымиконтактными соединениями. К кабелю электроэнергия подводится черезтокоприёмник, скользящие контакты которого позволяют проворачивать колоннубурильных труб. Для непрерывного контроля пространственного положения стволаскважины и технологических параметров бурения при проходке наклонно направленныхи разветвлённо-горизонтальных скважин используется специальная погружная аппаратура(в т. ч. телеметрическая). При бурении электробурная очистка забоя осуществляетсябуровым раствором, воздухом или газом.
В СССР с помощью электробурапроходится свыше 300 тыс. м скважин (свыше 2% общего объёма бурения).Использование электробура, благодаря наличию линии связи с забоем, особенноценно для исследования режимов бурения.
IV. НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОЕБУРЕНИЕ
Появление наклонного буренияотносится к 1894, когда С.Г.Войслав провёл этим способом скважину на воду близБрянска. Успешная проходка скважины в Бухте Ильича (Баку) по предложениюР.А.Иоаннесяна, П.П.Шумилова, Э.И.Тагиева, М.Т.Гусмана (1941) турбинным наклонно-направленным бурением положила начало внедрениюнаклонного турбобурения, ставшего основным методом направленного бурения в СССРи получившего применение за рубежом. Этим методом при пересечённом рельефеместности и на морских месторождениях бурят кусты до 20 скважин с одногооснования). В 1938-41 в СССР разработаны основы теории непрерывного наклонногорегулируемого турбинного бурения при неподвижной колонне бурильных труб. Этотметод стал основным при бурении наклонных скважин в СССР и за рубежом.
Наклонно-направленное бурение — способ проведения скважины с отклонениемот вертикали по заранее заданной кривой. Наклонно-направленное бурение впервыеосуществлено в СССР на Грозненских нефтепромыслах (1934). В 1972 в СССРнаклонно-направленное бурение сооружено около 25% общего метража скважин нанефть. Наклонно-направленное бурение оказывается целесообразным при: сложномрельефе местности (например, при расположении залежи под дном крупного водоёмаили под капитальными сооружениями); геологических условиях залегания полезныхископаемых, не позволяющих вскрыть их вертикальными скважинами; кустовом бурении или многозабойномбурении; тушении горящих нефтяных и газовых фонтанов. При геологоразведочныхработах наклонно-направленное бурение осуществляется шпиндельными буровымистанками, причём скважина забуривается наклонно непосредственно с земной поверхности;при вскрытии нефтяных и газовых пластов. Наклонно-направленное бурениепроизводится турбобурами или роторным способом (скважина с поверхности забуриваетсявертикально с последующим отклонением на заданной глубине в запроектированномнаправлении).
Отклонение скважины от вертикалипри наклонно-направленном бурении (изменение зенитного угла и азимута бурения)осуществляется отклоняющими устройствами, например турбинными отклонителями.Бурение прямолинейно-наклонных участков производится с помощью бурильныхустройств, включающих центрирующие и калибрующие элементы. Наибольшееотклонение от вертикали при наклонно-направленном бурение (3836 м)получено в США в заливе Кука: на остраве Сахалин отклонение составило 2453 м(1972).
V. МНОГОЗАБОЙНОЕБУРЕНИЕ
В 1941 Н.С.Тимофеев предложил вустойчивых породах применять так называемое многозабойноебурение.
В 1897 в Тихом океане, в районеостров Сомерленд (Калифорния, США), впервые было осуществлено бурение на море.В 1924-25 в СССР вблизи бухты Ильича на искусственно созданном островке вращательнымспособом была пробурена первая морская скважина, давшая нефть с глубины 461 м.В 1934 Н.С.Тимофеевым осуществлено на острове Артема в Каспийском море кустовоебурение, при котором несколько скважин бурятся с общей площадки, а в 1935 тамже сооружено первое морское металлическое основание для бурения в море. С 50-хгг. 20 в. применяется бурение для добычи нефти и газа со дна моря. Созданыэстакады, плавающие буровые установки с затапливаемыми понтонами, специальныебуровые суда, разработаны методы динамической стабилизации буровых установокпри бурении на больших глубинах.
Основной метод бурения на нефть игаз в СССР (1970) — турбобурами (76% метража пробуренных скважин),электробурами пройдено 1,5% метража, остальное роторным бурением. В СШАпреимущественно распространение получило роторное бурение; в конце 60-х гг. припроведении наклонно-направленных скважин начали применяться турбобуры. Встранах Западной Европы турбобуры применяются в наклонном бурении и при бурениивертикальных скважин алмазными долотами. В 60-е гг. в СССР заметно возрослискорости и глубина бурения на нефть и газ. Так, например, в Татарии скважины,бурящиеся долотом диаметром 214 мм на глубину 1800 м, проходятсяв среднем за 12-14 дней, рекордный результат в этом районе 8-9 дней. За 1963-69в СССР средняя глубина эксплуатационных нефтяных и газовых скважин возросла с1627 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 наглубину 6,7 км и в Прикаспийской низменности (район Аралсор) на глубину6,8 км. Этискважины пройдены в целях разведки на нефть и газ. Работы по сверхглубокомубурению для изучения коры и верхней мантии Земли ведутся по международнойпрограмме «Верхняя мантия Земли». В СССР по этой программе намеченопробурить в 5 районах ряд скважин глубиной до 15 км. Первая такаяскважина начата бурением на Балтийском щите в 1970. Эта скважина проходится методомтурбинного бурения.
Основное направлениесовершенствования бурения на нефть и газ в СССР — создание конструкцийтурбобуров, обеспечивающих увеличение проходки скважины на рейс долота (полноевремя работы долота в скважине до его подъёма на поверхность). В 1970 созданыбезредукторные турбобуры, позволяющие осуществить оптимизацию режимов буренияшарошечными долотами в диапазоне наиболее эффективных оборотов (от 150 до 400 вмин) и использовать долота с перепадом давлений в насадках до 10 Мн/м2(100атм) вместо 1-1,5 Мн/м2(10-15 атм).Создаются турбобуры с высокой частотой вращения (800-100 об/мин) длябурения алмазными долотами, обеспечивающими при глубоком бурении многократноеувеличение проходки и механической скорости бурения за рейс. Разрабатываютсяновые конструкции низа бурильной колонны, позволяющие бурить в сложныхгеологических условиях с минимальным искривлением ствола скважины. Ведутсяработы по химической обработке промывочных растворов для облегчения и повышениябезопасности процесса бурения. Конструируются турбины с наклонной линиейдавления, которые позволяют получить информацию о режиме работы турбобура на забоескважины и автоматизировать процесс бурения.
VI. ПОИСКИ ИРАЗВЕДКА ТВЁРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Развитие разведочного бурения связано с изобретением швейцарскогочасовщиком Г.Лешо алмазного бура (1862), который состоял из стального пологоцилиндра, армированного алмазами и укрепленного на полой металлической штанге(по ней в забой подавалась промывочная вода). Первая работоспособная буроваяустановка с алмазным инструментом создана французским инженером Перретом ипривлекла внимание на Всемирной выставке в Париже (1867), что послужило началомраспространения алмазного бурения в Европе и Америке. В 1850 в России былзаложен ряд разведочных скважин на каменный уголь.
В 1871 и 1872 около Бахмута иСлавянска пробурены первые разведочные скважины в России на каменную сольглубиной 90 и 120 м. Совершенствование разведочного бурения в России вконце 19 в. связано с именем Войслава, который в 1885 изобрёл, а в 1897 получилпатент на бур для ручного бурения скважин большого диаметра. Бур Войслава имелрасширитель, позволяющий увеличивать диаметр скважин, глубина которых достигла22 м. В 1898 Войслав совместно с Л.Кулешом получил патент на оригинальныйстанок для алмазного бурения и в том же году разработал новый способ вставкиалмазов в коронку, позволивший применять мелкие алмазы. В 1899 в Америке инженеромДейвисом предложено дробовое бурение. В период 1-й мировой войны для бурения начинают применять по предложению немецкого инженера Ломана твёрдые сплавы (такназываемый воломит). Позднее эти сплавы применялись при бурении разведочныхскважин в районе Курской магнитной аномалии (1923).
Коренные изменения в техникебурения произошли в России после Великой Октябрьской революции. С 1923 в СССРвнедряется бурение с применением твёрдых сплавов, а также дробовое бурение (1924-25); изготовление отечественных твёрдых сплавов началось в 1929. В 1927В.М Крейтером и Б.И.Воздвиженским при колонковом бурении была успешноприменена дробь. В 1925-26 на Сормовском заводе налажено производствоударно-канатных станков типа «Кийстон» для разведки на золото(позднее типа «Эмпайр»). Несколько лет спустя Н.И.Куличихинымразработаны первые отечественные станки (УА-75-150) ударно-канатного бурения. В 1928-1929 развернулось производство буровых станков колонкового вращательногобурения на Ижорском заводе (Ленинград), им. Воровского (Свердловск) и др. В товремя для колонкового бурения на глубине до 500 м в основном применялисьстанки КА-300 и КА-500. В послевоенные годы (начиная с 1947) было проведенокоренное переоборудование технических средств геологоразведочной службы:усовершенствованы бурильные, обсадные и колонковые трубы; созданы новые станкис рычажно-дифференциальной подачей (ЗИВ-75, ЗИВ-150); разработаны новыеконструкции 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 имеханизации трудоёмких процессов и новые конструкции породо-разрушающего инструмента.
В 1935 советский инженерВ.Н.Комаров предложил машину ударно-вращательного бурения, теоретическиеосновы которого были разработаны впоследствии Е.Ф.Эпштейном. В 1939разрабатывается бурение погружными пневмоударниками, а с 1940 внедряетсявращательное бурение с транспортировкой породы из скважины шнеками, котороеполучило распространение в породах невысокой крепости при геофизическихработах, инженерно-геологических изысканиях, при бурении на воду и др. В СССРразработана технология безнасосного бурения, обеспечивающего полный выход кернав неустойчивых породах, и коренным образом усовершенствована технологиядробового бурения (С. А. Волков). После открытия месторождений алмазов в Якутиишире применяют алмазный породоразрушающий инструмент, а с 1962 в бурении получили распространение синтетические алмазы. В совершенствовании технологииалмазного бурения сыграли большую роль советские учёные Ф.А.Шамшев, И.А.Уткин, Б.И.Воздвиженский, С.А.Волков и др. Средняя месячная скоростьбурения разведочных скважин в Донбассе составила 265 м (1956), вКриворожском бассейне360 м (1956), а на Курской магнитной аномалии 600 м(1965). При разведке крутопадающих рудоносных тел, когда для пересечения их наразных горизонтах приходится проходить несколько скважин, в целях сокращения ихдлины применяют направленное многозабойное бурение, которое осуществляется спомощью отклоняющих устройств, устанавливаемых в скважине на разных глубинах.
Разведочное бурение осуществляется в основном засчёт вращательного способа, на который приходится (1970) около 80% метражапробуренных скважин (50% бурение твердосплавным инструментом, 20% — алмазныминструментом, 10% — дробью); в ограниченных объёмах применяютсяударно-вращательное, шнековое, вибрационное бурение и др.
Работы в области разведочногобурения направлены на: обеспечение сохранности керна,извлекаемого с большой глубины; разработку аппаратуры и надёжных методовопробования горных пород. Совершенствование техники и технологии разведочного буренияна твёрдые полезные ископаемые направлено на: замену дробового бурения алмазным;внедрение гидроударного бурения, бескернового бурения с использованиембоковых сверлящих грунтоносов; дальнейшее улучшение технических средств и технологиибурения, разработку новых способов разрушения горных пород при бурении; автоматизациювсех производственных процессов.
VII. БУРЕНИЕ ВЗРЫВНЫХШПУРОВ И СКВАЖИН
Машинное бурение шпуров и скважин взамен ручного, которое применялосьдо начала 19 в. для отбойки крепких пород взрывом, начало внедряться в конце 17в., когда были изобретены первые буровые машины для сверления горизонтальныхшпуров. В 1683 механик Г.Гутман предложил машинное бурение. В 1803 австрийскийинженер Гайншинг, а в 1813 английский механик Травич усовершенствоваливыпускаемые буровые машины. В 1849 Кауч (США) получил один из первых патентовна паровую буровую машину. В 1852 Колладон (Швейцария) предложил буровуюмашину, работающую на сжатом воздухе. При проходке Монт-Санисского тоннеля в1861 Соммейе впервые применил поршневые перфораторы для бурения шпуров, чтопозволило резко сократить сроки строительства тоннеля. В конце 19 в. появляютсямолотковые перфораторы, быстро вытеснившие менее производительные поршневые. Вдальнейшем были созданы высокочастотные и вращательно-ударные (50-е гг. 20 в.)бурильные машины, установочные (пневмоподдержки, манипуляторы) и подающие(автоподатчики) приспособления, буровые каретки, максимально механизировавшиетруд бурильщика. Бурение ведётся с удалением продуктов разрушения промывкой.Создаются лёгкие и мощные электро-, пневмогидросвёрла и высококачественныйбуровой инструмент, обеспечивающие вращательное бурение шпуров в среднейкрепости породах. В 1965 в Кузбассе и в 1968 в Киргизии применены бурильныеагрегаты с электрогидроприводом для вращательного и вращательно-ударногобурения шпуров.
С конца 19 — начала 20 вв.специалисты пытались создать электроперфоратор, В 1879 немецкий изобретательВ.Сименс сделал неудачную попытку применить электрический ток для приведения вдействие бурильной машины, предназначенный для бурения шпуров при взрывныхработах. В 1885 американский изобретатель Дж. Вестингауз повторил эту попытку.
Впервые скважины, пробурённыетяжёлыми бурильными молотками, были применены взамен шпуров для отбойки руды вначале 30-х гг. на подземных рудниках комбината Апатит и в Кривом Роге. С этогопериода начинается создание машин для подземного бурения скважин. В середине30-х гг. внедряется метод штангового бурения взрывных скважин, применениекоторого способствовало технической революции в разработке рудных месторожденийбольшой мощности. В 1935 А.А. Миняйло сконструировал станок для вращательногобурения резцами диаметром до 150 мм в мягких породах. В конце 30-х гг.на шахтах Кривого Рога внедрено многоперфораторное бурение глубоких скважин. В1938 А. К. Сидоренко предложено бурение погружными перфораторами, входящими вскважину. В 1949-50 на подземных рудниках в СССР испытаны буровые станки спогружными пневмоударниками (вращение пневмоударника осуществлялось споверхности через став буровых штанг). В 1954 Новосибирским институтом горногодела и Кузнецким металлургическим комбинатом создан промышленный образецбурового станка БА-100 — первой машины, в которой рабочим телом(энергоносителем) служит воздушно-водяная смесь. После отработки эта смесьобеспечивает простое и надёжное пылеподавление при бурении. Повсеместноевнедрение высокопроизводительных станков БА-100 на рудниках позволило широкораспространить прогрессивную систему разработки месторождений с отбойкой рудыглубокими взрывными скважинами. Эта машина явилась основой для создания в СССРсерии буровых машин (в том числе бурового полуавтомата НКР-100 в 1959) для пневмоударного буренияскважин диаметром 85-100 мм и глубиной до 50 м, которыми в50-60-х гг. выполнено свыше 50% объёмов бурения при отбойке руд. С 60-х гг.этот способ внедряется в практику бурения разведочных и глубокихэксплуатационных скважин. С 1950 в СССР на подземных рудниках Алтая разрабатываютсяи внедряются станки для бурения скважин шарошечными долотами, один из которых(БШ-145) выпускается серийно. В 60-е гг. 20 в. для подземного бурения скважиндиаметром 60-70 мм разрабатываются вращательно-ударные буровые машины,устанавливаемые на буровых каретках, а также буровые станки с мощнымибурильными молотками и независимым вращением инструмента.
Бурение скважин для взрывныхработ на карьерах начало применяться в России на железорудных предприятияхУрала в 1908. В США в начале 20 в. для бурения взрывных скважин на карьерахвпервые применены ударно-канатные станки. В СССР этот способ начинает применятьсяс 30-х гг. и до 60-х гг. является основным в породах выше средней крепости дляскважин диаметром 150-300 мм. В 1932 Свердловским заводом «Металлист»выпущены станки ударно-канатного бурения для карьеров. С 1939 в СССР осваиваетсявращательное бурение скважин резцами с удалением буровой мелочи шнеками. В 1943выпущен на Урале (Богословский карьер) первый станок вращательного бурения (сошнеком, на гусеничном ходу). С 1956-57 начинаются работы по шарошечному бурению взрывных скважин на карьерах. В1958 предложен комбинированный ударно-шарошечный буровой инструмент, использованиекоторого возможно на станках вращательного бурения с пневматической продувкойскважин. В 1959 начат выпуск станков (СБО-1, СБО-2) огневого (термического)бурения для крепких кварцсодержащих пород. Разрушение породы при этомпроисходит за счёт быстрого разогрева поверхности забоя газовыми струями, вылетающимииз 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 глубинойдо 30 м. Производительность станков 20-70 м в смену. Перспективныработы по созданию комбинированных термомеханических способов разрушения.
Бурение взрывных скважин накарьерах в СССР осуществляется в основном (1970) шарошечным способом (около 70%метража скважин), распространено шнековое бурение (около 20%), 10% метражаскважин приходится на остальные способы бурения (пневмоударное, термическое,ударно-канатное и др.). Значительно возросли скорости бурения: сменнаяпроизводительность шарошечного станка при проходке скважины диаметром 250 ммв крепких породах (известняк, доломит и т.п.) составляет 40-60 м.При подземной разработке угольных месторождений наибольшее распространениеимеет бурение бурильными молотками и электросвёрлами, рудных месторождений — бурильными молотками, погружными пневмоударниками, шарошечными станками.
Развитие горной промышленноститребует увеличения производительности бурения в 2-4 раза. Для этого необходимосовершенствование механических способов бурения и изыскание новых. Совершенствованиебурильных машин осуществляется за счёт увеличения параметров нагрузки наинструмент, механизации и автоматизации вспомогательных операций. Перспективносоздание вибробуров. Разработано взрывное бурение, которое заключается внепрерывной 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 (струйноевзрывное бурение). Заряды-ампулы имеют обтекаемую форму и безопасны вобращении, так как смешение невзрывчатых жидких компонентов смеси и образованиевзрывчатых веществ (ВВ) происходит непосредственно у забоя. Заряды твёрдых ВВтребуют для взрыва больших скоростей удара (не менее 80 м/сек).При струйном взрывобурении взрывчатая смесь из горючего и окислителя в видеплоского жидкого заряда образуется непосредственно на забое и инициируетсяэвтектической смесью калия и натрия, впрыскиваемой с определенной частотой.Взрывобурение скважин позволяет в 2-5 раз увеличить производительность бурения,особенно в крепких породах.
Проводятся работы поконструированию аппаратов для создания импульсной струи, периодическивыстреливаемой из сопла по забою скважины для так называемого гидроимпульсногобурения, а также электроимпульсных станков, в которых разрушение породы производитсямощным электрическим разрядом.
Большой интерес представляетмеханизированное бурение вертикальных горных выработок больших поперечныхсечений (диаметром свыше 3,5 м) — шахтных стволов).
VIII. СВОЛОПРОХОДЧЕСКИЙАГРЕГАТ
Стволопроходческий агрегат — комбайн для сооружения вертикальных шахтныхстволов. Применяется в породах не выше средней крепости (коэффициент крепостидо 8, по шкале М. М. Протодьяконова). Совмещает процессы механическогоразрушения пород, погрузку горной массы в подъёмные сосуды, возведениепостоянного крепления ствола, водоотлив, наращивание ставов труб и т.д.Представляет собой трёхэтажный металлический каркас с размещенным на нёмоборудованием. С помощью стволопроходческого агрегата типа ПД в СССР в Карагандинскомугольном бассейне пройдено 4 шахтных ствола общей глубиной свыше 2150 ми 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 мготового ствола в месяц и были установлены мировые рекорды попроизводительности труда проходчиков соответственно 13,23 и 12,7 м3готового ствола на человека в смену. Агрегат обслуживают 3 человека в смену.
Созданиестволопроходческогоагрегата — качественно новый этап в развитии техники сооружения шахтныхстволов, т.к. позволяет в 5-6 раз повысить производительность труда рабочих,устранить тяжёлый физический труд, обеспечить высокую степень безопасностиведения горных работ и улучшить санитарно-гигиенические условия. Первыйстволопроходческий агрегат создан в СССР в 1952
Успехи в создании эффективныхсредств и способов бурения базируются на изучении физико-механических свойствразрушаемых пород, механизма разрушения породы при различных способах и режимахбурения. В СССР проводятся фундаментальные работы в области изучения иопределения базовых физических свойств горных пород для оценки эффективностиосновных процессов разрушения пород при бурении.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Более 152 миллионов рублей капитальных вложенийвыделило в четвертом квартале нынешнего года ОАО «ЛУКОЙЛ» наорганизацию буровых работ в нефтяной компании КОМИТЭК.
Это позволило уже в декабреначать бурение эксплуатационной скважины на Харягинском месторождении(расположено в Ненецком автономном округе) и поисковой скважины наЮжно-Кедровской площади (Войвожский нефтегазоносный район Республики Коми).
В основу организации буровыхработ положена принятая в ЛУКОЙЛе схема концентрации организационных,технических и технологических функций на всех этапах строительства скважин водной 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 выполнениевсего комплекса работ — вышкостроение, бурение, освоение, обустройстворазведочных и эксплуатационных скважин на всей территории деятельности ОАО НК«КОМИТЭК» и ЗАО «Нобель Ойл». Предполагается завершитьподготовку технико-экономического обоснования Соглашения о разделе продукции напермокарбоновой залежи Усинского месторождения. Здесь уже в будущем годупланируется пробурить 12 тыс. метров горных пород, построить восемь скважин. В2001 году объемы бурения на залежи увеличатся в три раза, а количество сданныхэксплуатационных скважин дойдет до 25. В 2002 году компания намерена пробуритьздесь 42 тыс. метров и сдать в эксплуатацию 28 новых скважин.
Для расширения ресурсной базынепосредственно на территории Республики Коми уже в двухтысячном году будутразвернуты обширные геологоразведочные работы. Силами вновь созданных шести буровыхбригад намечено начать глубокое разведочное бурение на Южно-Кедровской,Нижне-Ордымской, Южно-Сойвинской (юг республики), Восточно-Мастеръельской,Западно-Сынатысской, Северо-Сынатысской, Центрально-Возейской (Усинскийнефтегазоносный район) перспективных структурах. Здесь руководство компанииожидает получить прирост запасов в объеме девяти миллионов тонн нефти. Планомна 2003 год предусмотрено пробурить 90,2 тысячи погонных метров горных пород вэксплуатационном и разведочном бурении. На эти цели выделяется 231 миллионрублей. На территории Республики Коми будут задействованы семь буровых бригад,на территории Ненецкого автономного округа — три бригады.
На сегодняшний день очень выгодное предложениесобственная скважина это оптимальное решение проблемы водоснабжения. Владельцамсобственных домов и садоводам — любителям требуется много воды. Это совсем необязательно должна быть вода из водопровода. Идеальным решением являетсясобственная скважина, в которую устанавливается защищенный от замерзанияскважинный насос, который работает очень тихо и надежно.
Списокиспользованной 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 взрывныхскважин, 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 приразработке 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.