Что означает «бурение скважины.
Процесс бурения скважины состоит из двух обязательных операций: - разрушение породы на забое скважины,
- удаление разрушенной породы с забоя скважины.
При бурении скважины можно разрушать породу по всей площади забоя (площадь круга) или по площади кольца, оставляя в центральной чести забоя не разрушенную породу, которая, по мере углубки скважины, составляет столбик не разрушенной породы - «керн» (или «образец» при инженерно-геологических изысканиях). Рис.2
Рис. 2
Рис. 3 Трассы скважин
Буровые скважины бурятся для решения самых разных задач: от мелких частных, например, частное водоснабжение и дренаж, до глобальных общечеловеческих - научные сверхглубокие скважины и скважины в ледниках Антарктиды и Арктики. Но, все-таки основные объемы бурения скважин бурятся для разведки и добычи полезных ископаемых. Большие задачи решают и технические скважины в самых разных отраслях производства.
Краткая история бурения скважин.
Принято считать, что прародителем бурения скважин в горных породах было сверление отверстий в каменных бусах и в каменных молотках и топорах еще в каменном веке 10000-12000 лет назад (в английском и немецком языках сверление и бурение обозначаются одним словом - Drill – сверло, сверлить, Bore – буравить, сверлить). За 5000 лет до нашего времени в древнем Египте умели сверлить отверстия в блоках твердых горных пород уже явно с буровой технологией, используя медную трубку и подсыпая на «забой» крупный кварцевый песок – напоминает колонковое бурение, где песчинки играли роль резцов. Но более-менее глубокие скважины люди начали бурить ударным способом. Около 3000 лет назад в древнем Китае ударным способом на бамбуковых штангах бурили скважины для добычи рассолов. В XII веке скважины в Китае достигали глубины до 500 метров, имеется описание одной скважины глубиной в 1243 метра.
В России первые соляные скважины были пробурены в XII веке. Глубина скважин достигала 100 метров, а диаметр до 1 метра. Закреплялись стенки скважин деревянными трубами из выдолбленных стволов деревьев (в политехническом музее в Москве есть образцы таких деревянных обсадных труб).
В Европе в 1126 году ударным способом в провинции Артуа была пробурена первая скважина на воду, из которой стала изливаться вода (отсюда напорные водозаборные скважины стали называться Артезианскими).
В 1500 году Леонардо-да-Винчи сделал чертеж совершенного по тому времени станка для ручного вращательного бурения. К 1590 году относится информация об отборе образцов породы при бурении скважины – прототип керна. К этому же периоду относится применение в России ручного вращательного бурения бурами, напоминающими современный ложковый бур, (скважину называли -«труба», а бурильщика –«трубный мастер»).
Так бурили в России в XVII веке.
В 1840 – 1887 годы во Франции развивалась техника и технология ударно-штангового бурения. В 1843 году там впервые применили промывку скважин водой.
В 1876 году в Москве была пробурена первая артезианская скважина ударно-штанговым способом на глубину 458 метров, с конечным диаметром 432 мм.
В то же время в США начали применять ударно-канатное бурение.
Но все же, началом геологоразведочного бурения можно считать конец XIX века. В 1862 году в Альпах при проходке туннеля в твердых горных породах по предложению швейцарского часовщика Лешо было применено первое алмазное бурение, Бурение (шпуров) велось коронкой диаметром 42 мм с крупными и очень дорогими алмазами «Карбонадо», с получением керна диаметром 31 мм, станком вращательного бурения с ручным приводом. Уже в 1864 году был изготовлен станок с приводом от парового двигателя. С 1870 года стали выпускать буровые станки для алмазного бурения с приводным паровым двигателем мощностью в 5 – 7 л.с. и с частотой вращения более 360 об/мин. В конце XIX века (1878 год) происходит широкое внедрение геологоразведочного бурения – создаются станки вращательного бурения: Сулливан – с гидравлической подачей, станки Крелиус с ручной рычажной подачей - практичные и способные бурить скважины до 1000 метров (последние - основные станки разведочного бурения вплоть до 50 годов прошлого века и в нашей стране).
В 1899 году в добавление к дорогому алмазному бурению американский инженер Дэвис предложил дробовое бурение.
В 1901 году польский инженер Вольский предложил для бурения прототип гидроударника («Гидротаран Вольского»).
В 1915 году германский инженер Лемм предлагает твердосплавное бурение (использовался твердый сплав – литой карбид вольфрама – воломит).
В России в конце XIX века началось геологоразведочное бурение на Урале, в Рудном Алтае, в Донбассе.
Основное развитие геологоразведочного бурения в России (СССР) начинается с 1923 года на Курской Магнитной аномалии – КМА, а с 1925 года начинается разведка рудных месторождений Соликамска, Нижнего Тагила, Норильска – пока зарубежными станками,
До 1927 года в СССР колонковое бурение в твердых породах осуществлялось с использованием дорогих крупноалмазных коронок. С 1927 года была разработана технология и началось внедрение дробового бурения. Надо отметить, что до середины пятидесятых годов дробовое бурение полностью обеспечивало все объемы разведочного бурения в породах VII – XII категорий по буримости. Только с открытием Якутских алмазов в 1953 году в нашей стране дробовое бурение стадо замещаться алмазным.