книги из ГПНТБ / Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник

ПРЕДИСЛОВИЕ

Решением XXIV съезда КПСС намечено всестороннее и быстрое развитие народного хозяйства нашей великой Родины.

Для обеспечения потребностей народного хозяйства геологиче­ ская служба страны должна так развернуть поисково-разведочные работы, чтобы заблаговременно, на много лет вперед, обеспечить нашу быстроразвивающуюся промышленность и сельское хозяй­ ство всеми видами минерального сырья.

Разведочное бурение является важнейшим техническим средством поисков и разведки полезных ископаемых. Поэтому будущие спе­ циалисты по поискам и разведке полезных ископаемых должны изучить различные способы бурения скважин, особенно те, которые наиболее широко используются на геологоразведочных работах.

Не менее важно знать причины и закономерности искривления скважин, методы направленного и многозабойного бурения, сред­ ства и технологию взятия представительных проб из скважин. Поэтому в данной книге более полно описаны техника и технология колонкового разведочного бурения, бурения неглубоких поисковых скважин и методы повышения выхода керна.

Роторное бурение, оборудование скважин фильтрами и водо­ подъемниками описаны более кратко и схематично.

ние с обратно-всасывающей промывкой» написаны А. А. Новожи­ ловым.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БУРЕНИИ СКВАЖИН

Введение

Буровой скважиной называется цилиндрическая выработка в зе ной коре, имеющая при сравнительно малых сечениях болыпу длину (глубину).

Начало скважины (рис. 1) называется устьем, дно скважины — забоем, боковые поверхности — стенками, расстояние от устья сква­ жины до забоя — глубиной скважины.

Диаметры буровых скважин колеблются в пределах от 16—20 мм до 1000—1500 мм. При строительстве шахт бурят скважины-шахты диаметром от 2 до 8 м.

Глубины скважин изменяются в широких пределах. При инже­ нерно-геологических изысканиях и при геологической съемке иногда бурят скважины глубиной в несколько метров. При бурении на нефть и газ скважины достигают глубины 9000 м.

Для изучения глубоких горизонтов земной коры, полного пере­ сечения ее и вскрытия верхней «мантии» Земли намечается бурение скважин глубиной более 15 км.

Бурение скважины состоит из следующих основных рабочих про­ цессов и вспомогательных операций:

1)разрушения горной породы на забое скважины;

2)удаления разрушенной породы с забоя и вынос ее на поверхность;

3)закрепления неустойчивых стенок скважины;

4)спуско-подъемных операций, производимых для замены износив­ шегося породоразрушающего инструмента и взятия образцов пород (проб).

При бурении в крепких устойчивых породах крепления стенок скважин не требуется.

По способу разработки забоя бурение скважин разделяется на:

1)бурение сплошным забоем (бескерновое);

2)бурение кольцевым забоем — колонковое.

В первом случае породоразрушающим инструментом — долотом разрушается порода по всему забою (рис. 1, а), во втором — выбури­ вается только кольцевой забой, а в центре скважины остается нетро­ нутая колонка породы, называемая керном (рис. 1, б).

Керн является хорошим геологическим образцом, поэтому колон­ ковое бурение получило широкое распространение на поисково­ съемочных, картировочных и разведочных работах. Бескерновое бурение сплошным забоем производится при проходке эксплуатаци­

ские, инженерно-геологические, гидро­ геологические;

2)эксплуатационные — для вскры­ тия и разработки месторождений жид­ ких, газообразных полезных ископа­ емых и минеральных солей;

3)технические — проходятся с раз­ личными инженерными целями;

4)взрывные — бурятся для прове­ дения взрывных работ.

и эксплуатируются буровыми скважинами.

Угольные месторождения, месторождения железных, марган­ цевых руд и мнбгие месторождения цветных металлов разведываются с помощью буровых скважин почти без применения горных работ. Полиметаллические месторождения и руды редких и благородных металлов, а также месторождения, залегающие в недрах в виде тел неправильной формы, обычно разведываются буровыми скважинами в сочетании с горноразведочными выработками. Геологическая съемка и поиски часто сопровождаются зондировочным бурением.

Сейсморазведка, применяемая при поисках нефтяных и газовых месторождений, сопровождается бурением большого количества взрывных и структурных скважин.

На площадках будущего строительства применяется бурение инженерно-геологических и гидрогеологических скважин для

Первая скважина, давшая нефть на Ашнеронском полуострове, пробурена в 1869 г.

В настоящее время основным методом разведки твердых полезных ископаемых является колонковое бурение.

Современное колонковое бурение развилось на основе исследо­ ваний швейцарского инженера Ж. Р. Лешо, который предложил при­ менить для бурения в крепких породах алмазы, вставленные в коль­ цевую коронку. Именно Ж. Р. Лешо вместе с механиком Пиге по­ строил первую машину для алмазного бурения неглубоких взрывных скважин.

В1864 г. при проходке железнодорожного туннеля в горе МонСени между Италией и Францией применили буровой станок с при­ водом от небольшой паровой машины, которая вращала алмазную коронку диаметром 43 мм со скоростью —30 об/мин. В гранитах коронка проходила 25—30 см/ч и выбуривала керн диаметром —30 мм.

С тех пор колонковое бурение стало широко применяться при разведке твердых полезных ископаемых. Так как коронки вооружа­ лись только алмазами, то этот способ вращательного бурения назы­ вался алмазным.

В1867 г. М. Буллок (США) получил патент на буровой станок

для алмазного бурения с приводом от паровой машины.

В1878 г. Альберт Хол (фирма «Сулливин») сконструировал ста-, нок с гидравлической подачей.

Ввосьмидесятых годах прошлого века шведский инж. Р. А. Крелиус сконструировал буровой станок с рычажной подачей через

кремальеру, который являлся прототипом станков типа KAM, Вирт, Трауцль и др.

ВРоссии алмазное бурение стало развиваться в конце прошлого века. Оно было усовершенствовано проф. С. Г. Войславом, который сконструировал для алмазного бурения оригинальные станки и впер­ вые обосновал большую перспективность коронок, армированных мелкими алмазами (1899 г.).

В1899 г. инж. Девис (США) применил для проходки скважин

вкрепких трещиноватых породах вместо алмазного бурения дробо­ вое.

Во время первой империалистической войны немецкий инж.. Ломан разработал твердый сплав, названный им воломитом (литой сплав на базе карбида вольфрама).

В XIX и начале XX в. бурение для разведки месторождений полезных ископаемых в России было развито слабо. Разведочное бурение в основном проводилось вручную, на нефть бурили механи­ ческим ударным способом. Станки и оборудование для колонкового бурения в России не производились. Развиваться разведочные буро­ вые работы в нашей стране начали только после Великой Октябрьской социалистической революции.

Сразу же после окончания гражданской войны по указанию В. И. Ленина начали разведывать колонковым бурением железные руды Курской магнитной аномалии.

в Кузнецком бассейне и Караганде, в Восточной Сибири и на Даль­ нем Востоке.

Выпуск бурового оборудования во время войны почти прекра­ тился, но уже с 1944 г. началась работа по реконструкции бурового оборудования. Были составлены технические условия на новый стандарт обсадных, бурильных и колонковых труб и коронок, раз­ работан размерный ряд буровых станков колонкового бурения для разведки твердых полезных ископаемых. Этот ряд включал станки для бурения скважин колонковым способом на глубины 75, 150, 300, 600 и 1200 м.

В этих работах активное участие принимали преподаватели МГРИ и ЛГИ.

По инициативе треста Цветметразведка в 1945 г. был разработан станок для подземного бурения типа ГП-1.

В соответствии с разработанным размерным рядом станков в 1946—1947 гг. завод им. Воровского разработал многоскоростные станки марок ЗИВ-75 и ЗИВ-150 с комбинированной рычажно­ дифференциальной подачей. Станки для бурения скважин на глу­ бины 300, 600 и 1200 м были спроектированы и выпущены заводом им. Фрунзе под марками ЗИФ-300, ЗИФ-650 и ЗИФ-1200.

Эти станки оснащены двухцилиндровой гидравлической подачей и четырехступенчатыми коробками передач.

Станки ЗИВ-75 и ЗИВ-150 сняты уже с производства. Но станки ЗИФ и в настоящее время применяются на разведочных работах. С 1966 г. для алмазного бурения начали применять более быстро­ ходные и более современные станки (БСК-2А-100, СБА-500, СБА-800 и др.).

Наряду со стационарными станками для проходки скважин в легкобуримых породах были разработаны самоходные станки для относительно неглубокого бурения. Пионером самоходных станков является агрегат АВБ-3-100 конструкции А. Г. Мамедзаде (первый образец АВБ-100 был выпущен в 1936 г.).Под руководством М. М. Ан­ дреева и В. С. Казьмина были выпущены самоходные установки УКБ-100, УРБ-ЗАМ, УРБ-2А и др. Эти станки нашли большое при менение при структурно-картировочном, поисковом и гидрогеоло­ гическом бурении.

Советские буровые установки успешно применяются на разведоч­ ных работах не только в нашей стране, но и за рубежом.

В послевоенные годы значительно расширились научно-иссле­ довательские работы по технологии бурения. Были проведены боль­ шие экспериментальные работы по технологии твердосплавного и алмазного бурения, которые позволили значительно повысить производительность.

Разработаны и внедрены новые методы бурения — гидроудар­ ное (Л. Э. Граф), бурение с продувкой и др. С большой эффектив­ ностью начали применять многозабойное бурение. Проведены боль­ шие исследовательские работы по улучшению качества опробования при колонковом бурении.