Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

По принципам разрушения горной породы бу­рение скважин может осуществляться следующими способами, принципиально отличающимися по своей физической природе.

1. Механическое бурение, или бурение скважин породо­разрушающими инструментами, при котором горная порода разрушается в результате механического воздействия поро­доразрушающего инструмента на породу забоя.

Достоинства механического бурения: 1) возможность от­бора натуральных образцов пород для составления геологиче­ского разреза и их всестороннего изучения; 2) благоприятные условия для вскрытия и исследования водоносных и нефтега­зоносных горизонтов; 3) возможность бурения скважин в за­данном направлении.

В связи с указанными достоинствами механическое буре­ние породоразрушающими инструментами получило повсеме­стное практические применение.

Недостатки механического бурения: 1) износ рабочих эле­ментов породоразрушающих инструментов, приводящий к необходимости его замены; этот недостаток привел к поиску других физических «бездолотных» способов разрушения гор­ных пород при бурении; 2) низкий коэффициент использова­ния энергии, уменьшающийся с увеличением глубины сква­жины, если двигатель расположен на поверхности земли; этот недостаток привел к созданию забойных двигателей (турбо — и электробуров), у которых двигатель установлен в скважине над породоразрушающим инструментом.

Механическое бурение породоразрушающими инструмен­тами имеет много разновидностей. Их появление и развитие обусловлены теми задачами, которые ставились перед буре­нием скважин в данных геолого-технических условиях.

2. Гидродинамическое бурение, при котором разруше­ние горной породы осуществляется высоконапорной струей жидкости путем разрушения или растворения породы за­боя. Известны две разновидности гидродинамического буре­ния:

а) струя полностью разрушает забой и формирует ствол скважины. При этом для разрушения пород давление струи должно составлять от 20 до 200 МПа в зависимости от кре­пости породы. Способность струи разрушать породу воз­растает при эрозионном и гидромоторном бурении, когда в водяную струю вводят абразивный материал (стальную дробь, кварцевый песок) в концентрации от 5 до 15 % по объ­ему;

б) водяная струя частично разрушает и размягчает породу забоя, ствол скважины формируется долотом, имеющим гид­ромониторные насадки, увеличивающие скорость вылета струи. Эта разновидность получила практическое применение при бескерновом бурении гидромоторными долотами в мяг­ких и рыхлых породах.

3. Термическое, огневое или огнеструйное бурение, при котором разрушение горной породы происходит путем высо­котемпературного теплового воздействия на породу. Высокая температура (около 2300 °С) создается при сгорании струи керосина в струе кислорода, вылетающих из сопел огне­струйной горелки, опускаемой в скважину на трубах. Горелка охлаждается водой.

Свободному расширению нагретых участков породы забоя препятствует противодействие ненагретых ее участков. По­этому в породе возникают термические напряжения, вызы­вающие отслаивание от массива чешуек породы, которые вы­носятся отработанными газами и паром из зоны действия го­релки вверх. Отсос из скважины газов и пара осуществляется вентилятором. Огневое бурение применяют для бурения взрывных скважин. Станки для огневого бурения проходят скважины диаметром от 160 до 250 мм на глубину от 8 до 50 м. Производительность огневого бурения в кварцитах со­ставляет около 30 м/смену вместо 3-3,5 м/смену станками ударно-канатного бурения. При геологоразведочных работах термическое бурение не применяют.

4. Термомеханическое бурение предусматривает ослабле­ние прочности пород местного нагрева с последующим раз­рушением их обычным инструментом вращательного буре­ния.

5. Электротермическое бурение применяется в условиях Антарктиды для расплавления льда электронагревателями. Электротермобур приспособлен для бурения скважины во льду глубиной до 1000 м и диаметром до 300 мм с получением выхода керна льда до 100 %. Мощность нагревателя до 8 кВт. Снаряд имеет насос для откачки воды, образующейся при расплавлении льда.

6. Взрывное бурение разработано А. П. Островским. При взрывном бурении разрушение горной породы забоя осуще­ствляется под действием направленного взрыва. При импуль- ном взрывном бурении ампулы из пластмассы, заполненные компонентами взрывчатого вещества, через равные проме­жутки времени подаются к забою по трубам в потоке нагне­таемой промывочной жидкости.

При ударе о забой срабатывает взрыватель и ампула взрывается. Разрушенная в результате взрыва порода вы­носится струей промывочной жидкости с забоя на поверх­ность.

Бурение скважин

Взрывным бурением пробурена скважина глубиной до 2800 м в осадочных породах с подачей зарядов 300 шт/ч. Вследствие гидростатического давления, создаваемого стол­бом жидкости на забой скважины, эффективность единично­го взрыва уменьшается с глубиной. Взрывное бурение еще находится в стадии экспериментов и широкого практического применения не получило.

7. Электрофизические способы бурения объединяют груп­пу методов, в основе которых лежит применение электриче­ского тока для прямого разрушения горных пород. К ним от­носятся:

а) электрогидравлический эффект, открытый Л. А. Ютки — ным, — явление, заключающееся в создании импульсного вы­соковольтного разряда (искры) в воде; электрическая искра имеет определенный объем; она возникает мгновенно и с большой силой раздвигает жидкость, вызывая гидравличе­ский удар, который разрушает породу;

б) электроимпульсный метод, разработанный проф. А. А. Во­робьевым. При этом методе скважина заполняется жидко­стью (например, трансформаторным маслом), электрическое

сопротивление которой превышает электрическое сопротив­ление породы. К забою плотно прижимают два электрода и подают ток высокого напряжения. Ток проходит через поро­ду. Электрический пробой сопровождается эффективным разрушением породы.

Были предложены и другие физические способы разруше­ния горных пород для бурения скважин (ультразвуковой, плазменный, лазерный), но все эти способы не вышли из ста­дии экспериментов.

Классификация различных способов бурения скважин приведена на рис. 1.2.

Комментарии запрещены.