Лекция 2

Тема: Способы бурения и буровая техника для создания скважин.

Цель: ознакомиться со способами бурения и применяемой буровой техники при ведении горных работ.

Вид занятия: лекция

Тип: традиционная (поточная)

План

1. Способы воздействия на горную породу и способы бурения.

2. Буровые станки и их технические характеристики.

Способы воздействия на породу

По способу воздействия на породу или виду применяемой энергии можно выделить три основных класса разрушения горных пород.

I класс – группа способов, широко применяемых при бурении скважин, получивших название механических. Это способы, при которых процессы разрушения связаны с проявлениями механических свойств пород (проч­ность, твердость, хрупкость, пластичность и т.д.). В результате силового воздействия в породе протекают физические процессы чисто механического разрушения твердого тела: смятие и раздавливание, дробление, скалывание, резание и др. Практически эти процессы реализуются при использовании специальных породоразрушающих инструментов.

II класс – способы, при реализации которых породы разрушаются как под действием силового поля, создаваемого без использования специальных породоразрушающих инструментов, так и под действием непосредственно физического или вещественного поля. Разрушение происходит за счет физико-химических процессов, протекающих под действием, например, высокой температуры или при растворении вещества, образующего породу (гидравлический, термический, взрывной, физико-химический).

III класс – включает комбинированные способы воздействия на породу, осуществляемые при реализации одновременно тех или иных способов I и II классов.

Способы бурения

В соответствии со способами воздействия на породу различают способы бурения.

Для I класса широко применяется в практике механический способ бурения, который включает в себя: ударный; вращательный; вращательно-ударный; ударно-вращательный; вибрационный; вибрационно-вращательный; задавливанием инструмента.

Для II класса необходимы способы бурения, при которых порода разрушается с использованием различных видов энергии. При реализации этих способов происходит плавление, испарение, горение, растворение.

Способы разрушения, входящие в III класс, представляют собой ту или иную комбинацию из способов I и II классов.

В практике бурения геологоразведочных скважин применяются пока только те способы, которые соответствуют I классу воздействия на породу, т.е. - механические.

При ударном (ударно-поворотном) способе бурения породы разрушаются путем нанесения ударов породоразрушающим инструментом (долотом или шарами) с определенной силой и скоростью. После каждого удара долото поворачивается на некоторый угол без нагрузки. В таких условиях реализуются процессы смятия, дробления и скалывания породы.

Вращательный способ осуществляется при вращении внедряемого породоразрушающего инструмента под действием постоянной (статической) осевой нагрузки и силы резания (протекают процессы смятия, раздавливания, скалывания, сдвига, отрыва, резания, истирания).

Вращательно-ударный способ (шарошечный) осуществляется с помощью специального породоразрушающего инструмента шарошечного типа, при вращении которого зубья перекатывающихся шарошек наносят удары по забою, в результате чего порода разрушается, как и при ударном способе за счет смятия, дробления, скалывания и только частично за счет резания в момент проскальзывания шарошек.

Ударно-вращательный способ реализуется путем вращения инструмента под действием силы и внедрения его под действием осевой нагрузки и ударов, наносимых с помощью специальных механизмов с определенной частотой. При этом реализуются процессы смятия, раздавливания, скалывания, резания и истирания породы.

Вибрационный способ заключается в погружении специального бурового инструмента, обычно цилиндрической формы (трубы), в рыхлую породу под действием вынужденных высокочастотных возвратно-поступательных продольных колебаний (вибраций), динамической нагрузки и осевой нагрузки (протекают процессы смятия, перемещения и уплотнения в стенках скважины элементов породы).

Вибрационно-вращательный способ заключается в разрушении породы при вращении под действием силы резания специального инструмента, внедряющегося в породу под действием осевой нагрузки и динамических высокочастотных импульсных нагрузок (вибраций). При этом реализуются процессы смятия, раздавливания, дробления, скалывания, резания, истирания.

Способ задавливания заключается в погружении породоразрушающего инструмента, имеющего форму конуса или полого цилиндра, в мягкую породу под действием осевой нагрузки. Разрушаемая порода в этом случае уплотняется в стенках скважины (процессы смятия и перемещения массы).