Зміст
ВСТУП ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 1
Буріння та область застосування, Класифікація СПОСОБОВ
БУРІННЯ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .2
Буріння свердловин на нафту І ГАЗ ... ... ... ... ... ... ... ... .. 3
ТУРБОБУР, ЕЛЕКТРОБУР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5
Нахил-направленого буріння ... ... ... ... ... ... ... ... .7
Багатовибійного буріння ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 8
ПОШУКИ І РОЗВІДКА ТВЕРДИХ КОРИСНИХ КОПАЛИН ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 9
СВОЛОПРОХОДЧЕСКІЙ АГРЕГАТ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 11
БУРІННЯ ВИБУХОВИХ шпурів і свердловин ... ... ... ... .14
ВИСНОВОК ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .15
Список використаної літератури ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .16
ВСТУП
Центральна геолого-геофізична експедиція проводить цілий рядбурових робіт різної спрямованості. Наявний парк бурової техніки таматеріально-технічна оснащеність дозволяє вирішувати складні завдання збуріння свердловин. В даний час на технічному озброєнні експедиціїзнаходяться наступні види бурових установок: УРБ-3А3, УРБ-3АМ, УРБ-2.5А, УГБ-
50М, ПБУ-2, СТУ-1001Б і УГБ-3УК, які дозволяють проводити буріння:
Геологорозвідувальних свердловин глибиною до 800 м при діаметрах буріння звідбором керна 132, 112, 93 і 76 мм;
Свердловин глибиною до 300 м на розсоли, мінеральні води з проведеннямцементації відсадних колон;
Експлуатаційних свердловин для водопостачання під промислові насоси типу ЕЦВ-
5, 6, 8, 10;
Інженерно-геологічних свердловин шнековим і колонкові способом під будь-яківиди будівництва;
Свердловин під опори, стовпи, фундаменти, огородження глибиною 1-10 м ідіаметром 300-600 мм.
Крім того, експедиція проводить ремонт експлуатаційних свердловин:
6. Обладнання свердловин насосами (в тому числі, заміна насосів), водопідйомних трубами, засувками, станціями управління та захисту
(СЦ-8);
7. Гідравлічний "простріл" фільтрової частини свердловин установкою АСП-
ТМ
Чищення ствола свердловин з витягом і опусканням насоса.
9. Проведення ліквідаційного тампонажу свердловин, що вийшли з ладу.
Центральна геолого-геофізична експедиція проводить бурові роботи в
Нижегородської області, Республіка Татарстан, Марій Ел, Удмуртія, Мордовіята інших регіонах.
Експедиція має величезний досвід у виробництві бурових робіт, за періодїї існування споруджені тисячі геологорозвідувальних свердловин, що виконалисвоє геологічне завдання з високою якістю; споруджено сотніексплуатаційних свердловин для водопостачання селищ, підприємств іколгоспів.
Споруджені тисячі свердловин під побутові насоси для приватних осіб ісадівницьких товариств. В даний час свердловини обладнують під побутовінасоси типу "Малюк" і БЦП-50.
I. Буріння та область застосування, Класифікація способу буравлення
Буріння - процес спорудження гірничої виробки циліндричної форми --свердловини, шпуру або шахтного стовбура - шляхом руйнування гірських порід назабої. Буріння здійснюється, як правило, в земній корі, рідше вштучних матеріалах (бетоні, асфальті та ін.) У ряді випадків процесбуріння включає кріплення стінок свердловин (як правило, глибоких)обсадними трубами з закачуванням цементного розчину в кільцевий зазор міжтрубами і стінками свердловин.
Область застосування буріння багатогранна: пошуки і розвідка кориснихкопалин; вивчення властивостей гірських порід; видобуток рідких, газоподібних ітвердих (при вилуговування і виплавлення) корисних копалин черезексплуатаційні свердловини; виробництво вибухових робіт; виїмка твердихкорисних копалин; штучне закріплення гірських порід (заморожування,бітумізація, цементація та ін); осушення обводнених родовищ кориснихкопалин і заболочених районів; розтин родовищ; прокладкапідземних комунікацій: спорудження пальових фундаментів та ін
Щорічні обсяги буріння величезні: лише в СРСР за 1967 на нафту ігаз пробурено близько 12 млн. м глибоких свердловин, з яких 5,8 млн. м --розвідувальні, понад 20 млн. м пробурено вибухових і сейсморозвідувальнихсвердловин, 10-12 млн. м - структурно-пошукових.
Класифікація способів буріння. За характером руйнування породи,застосовувані способи буріння поділяються на: механічні - буровий інструментбезпосередньо впливає на гірську породу, руйнуючи її, інемеханічних - руйнування відбувається без безпосереднього контакту зпородою джерела впливу на неї (термічне, вибуховий та ін.)
Механічні способи буріння підрозділяють на обертальні та ударні (атакож обертально-ударні та ударно-обертальні). При обертальному бурінніпорода руйнується за рахунок обертання притиснутої до забою інструменту. УЗалежно від міцності породи при обертальному бурінні застосовують буровоїпородоруйнуючих інструмент різального типу (Долото бурове і Коронкабурова); алмазний буровий інструмент; дробові коронки, що руйнують породуза допомогою дробу (Дробовий буріння). Ударні способи буріння розділяютьсяна: ударне буріння або ударно-поворотний (буріння перфораторами, у томучислі зануреними, ударно-канатні, штангові і т.п., при яких поворотінструменту здійснюється в момент між ударами інструменту по забою);ударно-обертальний (зануреними пневмо-та гідроударнікамі, а також бурінняперфораторами з незалежним обертанням і т.п.), при якому удари завдаютьсяпо безперервно обертається інструменту; обертально-ударний, при якомупородоразрущающій буровий інструмент знаходиться під великим тиском осьовимв постійному контакті з породою і руйнує її за рахунок обертовогоруху по забою і періодично наносяться по ньому ударів. Руйнування порідвибою свердловини проводиться по всій його площі (буріння суцільним забоєм)або по кільцевому простору з витягом керна (колонкові буріння).
Видалення продуктів руйнування буває періодичне за допомогою Желонки ібезперервне шнеками, плетеними штангами або шляхом подачі на забій газу,рідини або розчину (Глинистий розчин). Іноді буріння підрозділяють потипу бурового інструменту (шнекові, штангові, алмазное, шарошечні іт.д.); за типом бурової машини (перфораторное, пневмоударні, турбінне ітощо), за методом проведення свердловин (похиле, кущових і т.д.).
Технічні засоби буріння складаються в основному з бурових машин (буровихустановок) та породоруйнуючих інструменту. З немеханічних способівотримало розповсюдження для буріння вибухових свердловин в кварцсодержащіхпородах термічне буріння, ведуться роботи по впровадженню вибухового буріння.
Буріння розвивалося і спеціалізувалося стосовно до трьох основнихобластям техніки: найбільш глибокі свердловини (кілька км) буряться нанафту і газ, менш глибокі (сотні м) для пошуків і розвідки твердихкорисних копалин, свердловини і шпури глибиною від декількох м до десятківм бурят для розміщення зарядів вибухових речовин (головним чином угірничій справі і будівництві).
II. Буріння свердловин на нафту І ГАЗ.
У Китаї понад 2 тис. років тому вперше у світовій практиці вручнубурилися свердловини (діаметром 12-15 см і глибиною до 900 м) для видобуткусоляних розчинів. Буровий інструмент (долото і бамбукові штанги)опускався у свердловину на канатах товщиною 1-4 см, свити з індійськоготростини. Буріння свердловин перший в Росії відноситься до 9 ст. і пов'язане звидобутком розчинів кухонної солі (Стара Русса). Потім соляні промислирозвиваються в Балахна (12 ст.), в Солікамську (16 ст.). На російських солянихпромислах здавна застосовувалося ударне штангові буріння. Щоб уникнутиіржавіння бурові штанги робили дерев'яними; стінки свердловин закріплювалидерев'яними трубами. Перший буровий колодязь, закріплений трубами, бувпробурити на воду в 1126 в провінції Артуа (Франція), звідси глибокіколодязі з напірної водою одержали назву артезіанських.
Розвиток методів і техніки буріння в Росії починається з 19 ст. у зв'язкуз необхідністю постачання великих міст питною водою. У 1831 в Одесібуло створено "Товариство артезіанських фонтанів" і пробурено 4 свердловиниглибиною від 36 до 189 м. У 1831-32 бурили свердловини в Петербурзі (на
Виборзькій стороні), в 1833 в Царському Селі, в Сімферополі та Керчі, в 1834 в
Тамбові, Казані і Євпаторії, у 1836 в Астрахані. У 1844 була закладенаперша свердловина для артезіанської води в Києві. У Москві першаартезіанська свердловина глибиною 458 м пробурена на Яузском бульварі в 1876.
Перша свердловина в США пробурена для видобутку соляного розчину поблизу
Чарлстона в Західній Вірджинії (1806).
Поворотним моментом, з якого починається бурхливий прогрес у бурінні,був розвиток нафтовидобутку. Перша нафтова свердловина була пробурена в СШАвипадково в 1826 поблизу Бернсвілла в Кентуккі при пошуках розсолів. Першусвердловину на нафту заклав в 1859 американець Дрейк поблизу м. Тайтесвілла в
Пенсільванії. 29 серпня 1859 нафта була зустрінута на глибині 71 фути
(близько 20 м), що поклало початок нафтової промисловості США. Першасвердловина на нафту в Росії пробурена в 1864 близько Анапи (Північний Кавказ).
Технічні удосконалення буріння в 19 ст. відкриваютьсяпропозицією німецького інженера Ейгаузена (1834) застосовувати так званіножиці (зрушується пара ланок при штангові Б.). Ідея скидатипоєднаний зі штангами долото призвела до винаходу у Франції Кінда
(1844) і Фабіаном (1849) вільно падаючого бурового інструменту
( "фрейфала"). Цей спосіб одержав назву "німецький". У 1846 французькийінженер Фовель зробив повідомлення про новий спосіб очищення бурових свердловинводяний струменем, що подається насосом з поверхні в порожню штангу. Першийуспішний досвід буріння з промиванням проведено Фовелем у Перпиньяні (Франція).
У 1859 Г.Д. Романовський вперше механізованих робіт, застосувавшипаровий двигун для буріння свердловини поблизу Подольська. На нафтовихпромислах Баку перші парові машини з'явилися в 1873, а через 10 років майжеповсюдно вони замінили кінну тягу. При бурінні свердловин на нафту напершому етапі отримав розвиток ударний спосіб (буріння штангові, канатні,бистроударное з промиванням вибою). Наприкінці 80-х рр.. в Новому Орлеані в
Луїзіані (США) впроваджується роторне буріння на нафту з застосуваннямлопатевих доліт і промиванням глинистим розчином. У Росії обертальнийроторне буріння з промиванням вперше застосували в м. Грозному для буріннясвердловини на нафту глибиною 345 м (1902). У Сураханах (Баку) на територіїзаводу Кокорева в 1901 закладена свердловина для видобутку газу. Через рік зглибини 207 м був отриманий газ, який використовувався для опалення заводу. У
1901 на Бакинських нафтопромислах з'явилися перші електродвигуни,замінили парові машини при бурінні. У 1907 пройдена свердловинаобертальним бурінням суцільним вибоєм з промиванням глинистим розчином.
Вперше автомат для регулювання подачі інструменту при роторномубурінні був запропонований в 1924 Хілд (США). На початку 20 ст. у США розробленийметод похилого роторного буріння з долотами малого діаметру длязабуріванія з подальшим розширенням свердловин.
Ще в 70-х рр.. 19 в. з'явилися пропозиції по створенню забійнихдвигунів, тобто розміщення двигуна безпосередньо над буровимдолотом у забою бурим свердловини. Створенням забійного двигуна займалисянайбільші фахівці в багатьох країнах, проектуючи його на принципіотримання енергії від гідравлічного потоку, пізніше - на принципівикористання електричної енергії. У 1873 американський інженер Х. Г.
Крос запатентував інструмент з гідравлічної одноступеневою турбіною длябуріння свердловин. У 1883 Дж. Вестінгауз (США) сконструював турбіннийвибійний двигун. Ці винаходи не були реалізовані, і проблемавважалася нездійсненною. У 1890 бакинський інженер К. Г. Симченкозапатентував ротаційний гідравлічний вибійний двигун. На початку 20 ст.польський інженер Вольський сконструював бистроударний вибійнийгідравлічний двигун (так званий таран Вольського), який отримавпромислове застосування та й став прототипом сучасних забійнихгідроударніков.
Вперше у світовій практиці М. А. Капелюшніковим, С. М. Волохом і Н. А.
Корнєвим запатентований (1922) турбобур, застосований двома роками пізніше длябуріння в Сураханах. Цей турбобур був виконаний на базі одноступеневоютурбіни і багатоярусного планетарного редуктора. Турбобури такої конструкціїзастосовувалися при бурінні нафтових свердловин до 1934. У 1935-39 П.П Шумілов,
Р. А. Іоаннесян, Е. І. Тагієва і М. Т. Гусман розробили і запатентували більшедосконалу конструкцію багатоступінчастого безредукторного турбобура,завдяки якому турбінний спосіб буріння став основним в СРСР.
Вдосконалення турбінного буріння здійснюється за рахунок створеннясекційних турбобуров зі зниженою частотою обертання і збільшениммоментом, що обертає.
III. ТУРБОБУР, ЕЛЕКТРОБУР
Турбобур - забійний гідравлічний двигун для буріння глибокихсвердловин переважно на нафту і газ. Багатоступінчастий турбобур - машинавідкритого типу, вал його обертається в радіальних і осьових гумовопідшипниках, мастилом і охолоджуючої рідиною для яких єциркулююча промивна рідина - глинистий розчин. Для отриманнямаксимальних значень ккд лопатки турбіни профілюють так, щоб безударнийрежим їх обтікання збігався з максимумом потужності турбіни. Виконуютьтурбіни суцільнолитими, загальне число ступенів турбіни досягає 120, робочідіаметри турбобура для буріння глибоких і надглибоких свердловин - 164,
172, 195, 215, 240, 280 мм, частота обертання вала турбіни від 150 до 800 -
1000 об/хв. Робочий момент на валу турбобура залежить від його діаметра істановить від 1 до 5-6 КНМ (1 нм = 0,1 кгсм). З 1950 для збільшенняобертального моменту на валу застосовують багатосекційні турбобури, в якихпослідовно з'єднуються 2-3 секції турбін турбобура із загальним числомступенів 300-450. Це дозволило поряд зі збільшенням обертального моментузнизити частоту обертання вала турбіни до 300-400 об/хв (для більшефективної роботи шарошечні доліт). У таких турбобурах кульова осьоваопора винесена в спеціальний шпиндель, що приєднується до нижньої секціїтурбобура. У шпинделі є також радіальні опори і сальника, що дозволяєвикористовувати гідромоніторние долота.
З 1970 для подальшого зниження частоти обертання вала турбіни втурбобуре застосовують ступені гідродинамічного гальмування, що дозволилибурити при 150 - 250 об/хв. З початку 70-х рр.. впроваджуються турбобури знезалежною підвіскою секції і з демпфірують пристроями, яківолодіють збільшеним строком міжремонтний роботи та покращують умови роботишарошечні доліт за рахунок зниження вібрації бурильної колони. Для роботи згідромоніторнимі долотами, без додаткового навантаження бурових насосів,розпочато застосування турбобуров з розділеним потоком на нижній секції,який відрізняється тим, що перепад тиску, спрацьовує в його нижнійсекції, дорівнює перепаду тисків у штуцерах гідромоніторного долота. Прицьому нижня секція турбобура працює на частини потоку, що подається усвердловину.
У розвідувального буріння для відбору керна в підлогою валу трубоборарозміщується знімна грунтоноска. Для буріння в умовах боротьби з кривизноюстовбура свердловини використовують трубобор з обертовим корпусом.
У 1899 в Росії був запатентований електробур на канаті. У 30-х рр.. в
США пройшов промислові випробування електробур з якорем для сприйняттяреактивного моменту, що опускається у свердловину на кабелі-канаті. У 1936вперше в СРСР Квітнером і Н. В. Александровим розроблена конструкціяелектробура з редуктором, а в 1938 А. П. Островським і Н. В. Александровимстворений електробур, долото якого приводиться в обертання занурювальнимелектродвигуном. У 1940 році в Баку електробуром пробурена перша свердловина.
У 1951-52 в Башкирії при бурінні нафтової свердловини за пропозицією
А. А. Мініна, А. А. Погарський і К. А. Чефранова вперше застосували електробурзнакозмінних обертання для гасіння реактивного моменту, що опускається нагнучкому електрокабель-канаті. Наприкінці 60-х рр.. в СРСР значновдосконалена конструкція електробура (підвищена надійність, поліпшенийструмопроводи).
Електробур - забійних бурова машина з занурювальним електродвигуном,призначена для буріння глибоких свердловин, переважно на нафту ігаз. Ідея електробура для ударного буріння належить російському інженеру
В. І. Дідів (1899). У 1938-40 в СРСР А. П. Островським і Н. В. Александровимстворений і застосований перший у світі електробур для обертального буріння,спускається в свердловину на бурильних трубах.
Електробур складається з маслонаповненого електродвигуна і шпинделя.
Потужність трифазного електродвигуна залежить від діаметра електробура істановить 75-240 квт. Для збільшення обертального моменту електробуразастосовують редукторні вставки, монтовані між двигуном і шпинделім ізнижують частоту обертання до 350, 220, 150, 70 об/хв. Частота обертаннябезредукторного електробура 455-685 об/хв. Довжина електробура 12-16 м,зовнішній діаметр 164-290 мм.
При бурінні електробур, приєднаний до низу бурильної колони,передає обертання буровому долоті. Електроенергія підводиться до електробурупо кабелю, змонтованого відрізками в бурильних трубах. При згвинченнятруб відрізки кабелю з'єднуються спеціальними контактними з'єднаннями. Докабелю електроенергія підводиться через струмоприймачів, ковзні контактиякого дозволяють провертати колону бурильних труб. Для безперервногоконтролю просторового положення стовбура свердловини та технологічнихпараметрів буріння при проходці похило спрямованих і розгалуженою -горизонтальних свердловин використовується спеціальна Заглибна апаратура (в т.ч. телеметрична). При бурінні електробурная очищення вибою здійснюєтьсябуровим розчином, повітрям або газом.
В СРСР за допомогою електробура проходиться понад 300 тис. м свердловин
(понад 2% загального обсягу буріння). Використання електробура, завдякинаявності лінії зв'язку з забоєм, є особливо цінним для дослідження режимівбуріння.
IV. Нахил-направленого буріння
Поява похилого буріння відноситься до 1894, коли С. Г. Войславпровів цим способом свердловину на воду поблизу Брянська. Успішна проходкасвердловини в Бухті Ілліча (Баку) за пропозицією Р. А. Іоаннесяна, П. П. Шумилова,
Е. І. Тагієва, М. Т. Гусмана (1941) турбінним похило-спрямованим буріннямпоклала початок впровадження похилого турбобуренія, що став основнимметодом направленого буріння в СРСР і отримав застосування за кордоном.
Цим методом при перетині рельєф місцевості і на морських родовищахбурят кущі до 20 свердловин з одного підстави). У 1938-41 в СРСР розробленіоснови теорії безперервного похилого регульованого турбінного буріння принерухомої колоні бурильних труб. Цей метод став основним при бурінніпохилих свердловин в СРСР і за кордоном.
Похило-спрямоване буріння - спосіб проведення свердловини звідхиленням від вертикалі за заздалегідь заданою кривою. Похило-спрямованебуріння вперше здійснено в СРСР на Грозненський нафтопромислах (1934). У
1972 в СРСР похило-направлене буріння споруджено близько 25% загальногометражу свердловин на нафту. Похило-спрямоване буріння виявляєтьсядоцільним при: складного рельєфу місцевості (наприклад, при розташуванніпоклади під дном великої водойми або під капітальними спорудами);геологічних умовах залягання корисних копалин, що не дозволяютьрозкрити їх вертикальними свердловинами; кущовий бурінні або багатозабійногобурінні; гасінні палаючих нафтових і газових фонтанів. Пригеологорозвідувальних роботах похило-направлене буріння здійснюєтьсяшпиндельні буровими верстатами, причому свердловина забурівается похилобезпосередньо з земної поверхні; при розтині нафтових і газовихпластів. Похило-спрямоване буріння здійснюється турбобурамі абороторним способом (свердловина з поверхні забурівается вертикально зподальшим відхиленням на заданій глибині в запроектованомунапрямку).
Відхилення свердловини від вертикалі при похило направленому бурінні
(зміна зенітного кута і азимута буріння) здійснюється відхиляєтьсяпристроями, наприклад турбінними отклонітелямі. Буріння прямолінійно -похилих ділянок проводиться за допомогою бурильних пристроїв, що включаютьцентруючі і калібрів елементи. Найбільше відхилення від вертикалі припохило-направленому буріння (3836 м) отримано в США в затоці Кука: наОстраві Сахалін відхилення склало 2453 м (1972).
V. Багатовибійного буріння
У 1941 Н. С. Тимофєєв запропонував в стійких породах застосовувати такзване багатозабійного буріння.
У 1897 в Тихому океані, в районі острів Сомерленд (Каліфорнія, США),вперше було здійснено буріння на море. У 1924-25 в СРСР поблизу бухти
Ілліча на штучно створеному острівці обертальним способом булапробурена перша морська свердловина, що дала нафту з глибини 461 м. У 1934
Н. С. Тимофєєвим здійснено на острові Артема в Каспійському морі Кущовабуріння, при якому кілька свердловин буряться із загальною майданчики, а в 1935там же споруджено перше морське металеву підставу для буріння в морі.
З 50-х рр.. 20 в. застосовується буріння для видобутку нафти і газу з дна моря.
Створено естакади, плаваючі бурові установки з затоплювались понтонами,спеціальні бурові суду, розроблені методи динамічної стабілізаціїбурових установок під час буріння на великих глибинах.
Основний метод буріння на нафту і газ в СРСР (1970) - турбобурамі (76%метражу пробурених свердловин), електробурамі пройдено 1,5% метражу,інше роторним бурінням. У США переважно поширення набулороторне буріння; в кінці 60-х рр.. при проведенні похило-спрямованихсвердловин почали застосовуватися турбобури. У країнах Західної Європи турбобуризастосовуються в похилому бурінні і під час буріння вертикальних свердловиналмазними долотами. У 60-і рр.. в СРСР помітно зросли швидкості і глибинабуріння на нафту і газ. Так, наприклад, в Татарії свердловини, бурядолотом діаметром 214 мм на глибину 1800 м, проходяться в середньому за 12-14днів, рекордний результат у цьому районі 8-9 днів. За 1963-69 в СРСР середняглибина експлуатаційних нафтових і газових свердловин зросла з 1627 до 1710м. Найбільш глибокі свердловини в світі - 7-8 км - пробурені в 60-і рр.. (США). У
СРСР в районі м. Баку пробурено свердловину на глибину 6,7 км і в
Прикаспійської низовини (район Аралсор) на глибину 6,8 км. Ці свердловинипройдені з метою розвідки на нафту і газ. Роботи з надглибокому буріннядля вивчення кори і верхньої мантії Землі ведуться за міжнародною програмою
"Верхня мантія Землі". У СРСР за цією програмою заплановано пробурити в 5районах ряд свердловин глибиною до 15 км. Перша така свердловина розпочатобурінням на Балтійському щиті в 1970. Ця свердловина проходиться методомтурбінного буріння.
Основний напрямок вдосконалення буріння на нафту і газ в СРСР --створення конструкцій турбобуров, що забезпечують збільшення проходкисвердловини на рейс долота (повний час роботи долота в свердловині до йогопідйому на поверхню). У 1970 створені безредукторние турбобури,що дозволяють здійснити оптимізацію режимів буріння шарошечні долотами вдіапазоні найбільш ефективних оборотів (від 150 до 400 в хв) івикористовувати долота з перепадом тисків у насадках до 10 Мн/м2 (100 атм)замість 1-1,5 Мн/м2 (10-15 атм). Створюються турбобури з високою частотоюобертання (800-100 об/хв) для буріння алмазними долотами, що забезпечуютьпри глибокому бурінні багаторазове збільшення проходки і механічноїшвидкості буріння за рейс. Розробляються нові конструкції низу бурильноїколони, що дозволяють бурити в складних геологічних умовах з мінімальнимвикривленням стовбура свердловини. Ведуться роботи по хімічній обробціпромивних розчинів для полегшення і підвищення безпеки процесубуріння. Конструюються турбіни з похилою лінією тиску, якідозволяють отримати інформацію про режим роботи турбобура на вибої свердловини іавтоматизувати процес буріння.
VI. ПОШУКИ І РОЗВІДКА ТВЕРДИХ КОРИСНИХ КОПАЛИН
Розвиток розвідувального буріння пов'язане з винаходом швейцарськогогодинникарем Г. Лешо алмазного бура (1862), який складався з сталевогопорожнього циліндра, армованого алмазами і укріпленого на полоюметалевою штанзі (по ній в забій подавалася промивна вода). Першапрацездатна бурова установка з алмазним інструментом створенафранцузьким інженером Перретом і привернула увагу на Всесвітній виставці в
Парижі (1867), що стало початком розповсюдження алмазного буріння в
Європі та Америці. У 1850 в Росії було закладено ряд розвідувальних свердловин накам'яне вугілля.
У 1871 і 1872 близько Бахмута і Слов'янська пробурено перші розвідувальнісвердловини в Росії на кам'яну сіль глибиною 90 і 120 м. Удосконаленнярозвідувального буріння в Росії наприкінці 19 ст. пов'язане з ім'ям Войслава,який у 1885 винайшов, а в 1897 отримав патент на бур для ручного буріннясвердловин великого діаметру. Бур Войслава мав розширник, що дозволяєзбільшувати діаметр свердловин, глибина яких досягла 22 м. У 1898 Войславразом з Л. Кулешов отримав патент на оригінальний верстат для алмазногобуріння і в тому ж році розробив новий спосіб вставки алмазів у коронку,що дозволив застосовувати дрібні алмази. У 1899 в Америці інженером Дейвісомзапропоновано дробового буріння. В період 1-ї світової війни для бурінняпочинають застосовувати за пропозицією німецького інженера Ломана тверді сплави
(так званий ВІЛ). Пізніше ці сплави застосовувалися при буріннірозвідувальних свердловин в районі Курської магнітної аномалії (1923).
Корінні зміни в техніці буріння відбулися в Росії після Великої
Жовтневої революції. З 1923 в СРСР впроваджується буріння з застосуваннямтвердих сплавів, а також дробового буріння (1924-25); виготовленнявітчизняних твердих сплавів почалося в 1929. У 1927 В.М Крейтер і
Б. І. Воздвиженським при колонкового буріння була успішно застосована дріб. У
1925-26 на Сормовському заводі налагоджено виробництво ударно-канатних верстатівтипу "Кійстон" для розвідки на золото (пізніше типу "Емпайр"). Кількароків по тому Н. І. Кулічіхіним розроблені перші вітчизняні верстати (УА-75-
150) ударно-канатного буріння. У 1928-1929 розгорнулося виробництвобурових верстатів колонкового обертального буріння на Іжорському заводі
(Ленінград), ім. Воровського (Свердловськ) та ін У той час для колонковогобуріння на глибині до 500 м в основному застосовувалися верстати КА-300 та КА-500.
У післявоєнні роки (починаючи з 1947) було проведено коріннепереобладнання технічних засобів геологорозвідувальної служби:вдосконалені бурильні, обсадні й колонкові труби; створені новіверстати з важільно-диференціальної подачею (Зів-75, Зів-150); розробленінові конструкції багатошвидкісних верстатів з гідравлічною подачею (ЗІФ-
300, ЗІФ-650, ЗІФ-1200, Витри-2000 та ін), що забезпечують буріння свердловин наглибині 300-2000 м; створено ряд самохідних бурових установок; розробленізасоби автоматизації і механізації трудомістких процесів і новіконструкції породо-руйнівного інструменту.
У 1935 радянський інженер В. Н. Комаров запропонував машину ударно -обертального буріння, теоретичні основи якого були розробленізгодом Є. Ф. Епштейна. У 1939 розробляється буріння зануренимипневмоударнікамі, а з 1940 впроваджується обертальний буріння зтранспортуванням породи зі свердловини шнеками, яке отрималопоширення в породах невисокої фортеці при геофізичних роботах,інженерно-геологічні дослідження, при бурінні на воду та ін У СРСРрозроблена технологія безнасосного буріння, що забезпечує повний вихідкерна в нестійких породах, і докорінно вдосконаленатехнологія дробового буріння (С. А. Волков). Після відкриття родовищалмазів у Якутії ширше застосовують алмазний породоруйнуючих інструмент, а з
1962 в бурінні набули поширення синтетичні алмази. Увдосконалення технології алмазного буріння відіграли велику рольрадянські вчені Ф. А. Шамшев, І. А. Уткін, Б. І. Воздвиженський, С. А. Волков іін Середня місячна швидкість буріння розвідувальних свердловин в Донбасісклала 265 м (1956), у Криворізькому бассейне360 м (1956), а на Курськіймагнітної аномалії 600 м (1965). При розвідці крутопадаючих рудоносних тіл,коли для перетину їх на різних горизонтах доводиться проходитикілька свердловин, з метою скорочення їх довжини застосовують спрямованебагатозабійного буріння, яке здійснюється за допомогою відхиляютьпристроїв, які встановлюються в свердловині на різних глибинах.
Розвідувальне буріння здійснюється в основному за рахунок обертовогоспособу, на який припадає (1970) близько 80% метражу пробурених свердловин
(50% буріння твердосплавним інструментом, 20% - алмазним інструментом, 10%
- Дробом); в обмежених обсягах застосовуються ударно-обертальний,шнекові, вібраційне буріння та ін
Роботи в галузі розвідувального буріння спрямовані на: забезпеченнязбереження керна, що витягується з великої глибини; розробку апаратури інадійних методів випробування гірських порід. Удосконалення техніки татехнології розвідувального буріння на тверді корисні копалини направленона: заміну дробового буріння алмазним; впровадження гідроударного буріння,бескернового буріння з використанням бічних гострим грунтоносов;подальше поліпшення технічних засобів і технології буріння, розробкунових способів руйнування гірських порід при бурінні; автоматизацію всіхвиробничих процесів.
VII. БУРІННЯ ВИБУХОВИХ шпурів і свердловин
Машинне буріння шпурів і свердловин замість ручного, яке застосовувалосядо початку 19 ст. для отбойкі міцних порід вибухом, початок впроваджуватися вНаприкінці 17 ст., коли були винайдені перші бурові машини для свердліннягоризонтальних шпурів. У 1683 механік Г. Гутман запропонував машинне буріння.
У 1803 австрійський інженер Гайншінг, а в 1813 англійська механік Травічудосконалили випускаються бурові машини. У 1849 Кауч (США) отримаводин з перших патентів на бурову парову машину. У 1852 Колладон
(Швейцарія) запропонував бурову машину, що працює на стиснутому повітрі. Припроходці Монт-Санісского тунелю в 1861 Соммейе вперше застосував поршневіперфоратори для буріння шпурів, що дозволило різко скоротити термінибудівництва тунелю. В кінці 19 в. з'являються молоткові перфоратори,швидко витіснили менш продуктивні поршневі. Надалі булистворені високочастотні і обертально-ударні (50-і рр.. 20 ст.) бурильнімашини, настановні (пневмоподдержкі, маніпулятори) та подають
(автоподавачі) пристосування, бурові каретки, максимальномеханізованої праці бурильника. Буріння ведеться з видаленням продуктівруйнування промиванням. Створюються легкі та потужні електро-, пневмогідросверлаі високоякісний буровий інструмент, що забезпечують обертальнийбуріння шпурів у середньої міцності породах. У 1965 в Кузбасі і в 1968 в
Киргизії застосовані бурильні агрегати з електрогідропріводом дляобертального й обертально-ударного буріння шпурів.
З кінця 19 - початку 20 ст. фахівці намагалися створитиелектроперфоратор, В 1879 німецький винахідник В. Сіменс зробив невдалуспробу застосувати електричний струм для приведення в дію бурильноїмашини, призначений для буріння шпурів при підривних роботах. У 1885американський винахідник Дж. Вестінгауз повторив цю спробу.
Вперше свердловини, пробурені важкими бурильними молотками, булизастосовані замість шпурів для отбойкі руди на початку 30-х рр.. на підземнихрудниках комбінату Апатит і в Кривому Розі. З цього періоду починаєтьсястворення машин для підземного буріння свердловин. У середині 30-х рр..впроваджується метод штангового буріння вибухових свердловин, застосування якогосприяло технічної революції в розробці рудних родовищвеликої потужності. У 1935 А.А. Миняйло сконструював верстат дляобертального буріння різцями діаметром до 150 мм у м'яких породах. УНаприкінці 30-х рр.. на шахтах Кривого Рогу впроваджено многоперфораторное бурінняглибоких свердловин. У 1938 А. К. Сидоренко запропоновано буріння зануренимиперфораторами, що входять в свердловину. У 1949-50 на підземних рудниках в СРСРвипробувані бурові верстати з зануреними пневмоударнікамі (обертанняпневмоударніка здійснювалося з поверхні через став бурових штанг). У
1954 Новосибірським інститутом гірничої справи і Кузнецьким металургійнимкомбінатом створено промисловий зразок бурового верстата БА-100 - першиймашини, в якій робочим тілом (енергоносієм) служить повітряно-водянийсуміш. Після відпрацювання ця суміш забезпечує просте і надійнепилопригнітання при бурінні. Широке впровадження високопродуктивнихверстатів БА-100 на рудниках дозволило широко поширити прогресивнусистему розробки родовищ з отбойкой руди глибокими вибуховимисвердловинами. Ця машина стала основою для створення в СРСР серії буровихмашин (в тому числі бурового напівавтомата НКР-100 в 1959) для пневмоударнібуріння свердловин діаметром 85-100 мм і глибиною до 50 м, якими в 50-60-хрр.. виконано понад 50% обсягів буріння при отбойке руд. З 60-х рр.. цейспосіб впроваджується в практику буріння розвідувальних і глибокихексплуатаційних свердловин. З 1950 в СРСР на підземних рудниках Алтаюрозробляються і впроваджуються верстати для буріння свердловин шарошечнідолотами, один з яких (БШ-145) випускається серійно. У 60-і рр.. 20 в.для підземного буріння свердловин діаметром 60-70 мм розробляютьсяобертально-ударні бурові машини, що встановлюються на бурових каретка, атакож бурові верстати з потужними бурильними молотками і неза?? сімим обертаннямінструменту.
Буріння свердловин для вибухових робіт на кар'єрах початок застосовуватися в
Росії на залізорудних підприємствах Уралу в 1908. У США на початку 20 ст. длябуріння вибухових свердловин на кар'єрах вперше застосовані ударно-канатніверстати. У СРСР цей спосіб починає застосовуватися з 30-х рр.. і до 60-х рр..є основним у породах вище середньої міцності для свердловин діаметром 150 -
300 мм. У 1932 Свердловський завод "Металіст" випущені верстати ударно -канатного буріння для кар'єрів. З 1939 в СРСР освоюється обертальнийбуріння свердловин різцями з видаленням бурової дрібниці шнеками. У 1943 випущенийна Уралі (Богуславський кар'єр) перший верстат обертального буріння (зшнеком, на гусеничному ходу). З 1956-57 починаються роботи по шарошечнібуріння вибухових свердловин на кар'єрах. У 1958 запропонований комбінованийударно-шарошечні буровий інструмент, використання якого можливе наверстатах обертального буріння з пневматичної продувкою свердловин. У 1959розпочато випуск верстатів (СБО-1, СБО-2) вогневого (термічного) буріння дляміцних кварцсодержащіх порід. Руйнування породи при цьому відбувається зарахунок швидкого розігріву поверхні забою газовими струменями, що вилітають зпальники з температурою 20000С і швидкістю близько 2000 м/сек. У 60-і рр..розроблено типовий ряд шарошечні верстатів (2СБШ-200, СБШ-250, СБШ-320) длябуріння вибухових свердловин діаметром 200-300 мм і глибиною до 30 м.
Продуктивність верстатів 20-70 м в зміну. Перспективні роботи по створеннюкомбінованих термомеханічних способів руйнування.
Буріння вибухових свердловин на кар'єрах в СРСР здійснюється в основному
(1970) шарошечні способом (близько 70% метражу свердловин), поширенешнекові буріння (близько 20%), 10% метражу свердловин припадає на рештуспособи буріння (пневмоударні, термічне, ударно-канатні та ін.)
Значно зросли швидкості буріння: змінна продуктивністьшарошечні верстата при проходки свердловини діаметром 250 мм в міцних породах
(вапняк, доломіт і т.п.) складає 40-60 м. При підземній розробцівугільних родовищ найбільше поширення має буріння бурильнимимолотками і електросвердла, рудних родовищ - бурильними молотками,зануреними пневмоударнікамі, шарошечні верстатами.
Розвиток гірничої промисловості вимагає збільшення продуктивностібуріння в 2-4 рази. Для цього необхідно вдосконалення механічнихспособів буріння і вишукування нових. Вдосконалення бурильних машинздійснюється за рахунок збільшення параметрів навантаження на інструмент,механізації та автоматизації допоміжних операцій. Перспективно створеннявібробуров. Розроблено вибуховий буріння, яке полягає вбезперервної обробці вибою свердловини невеликими зарядами вибуховоїречовини, що вводяться у потік промивального агента (повітря або рідини) ввигляді ампул (ампульне, або патронів взривобуреніе) або безперервної струменя
(струминне вибуховий буріння). Заряди-ампули мають обтічної форми ібезпечні в обігу, так як змішання невибухового рідких компонентівсуміші та освіта дор
