5. Конструкция скважин

Конструкция скважины при колонковом бурении зависит от: 1)геологических условий, определяемых твердостью и устойчивостью проходимых пород; 2) глубины скважины и 3) ее конечного диаметра.

Из свойств горных пород на выбор конструкции скважин влияют устойчивость, закарстованность, трещиноватость, наличие зон поглощения промывочной жидкости, буримость и выход керна. В ряде случаев, если применение оптимальных глинистых растворов не дает положительных результатов, приходится прибегать к креплению скважин обсадными трубами, что связано с уменьшением диаметра скважины и приводит к необходимости увеличения ее начального диаметра.

Чем глубже скважина, тем дольше она находится в бурении и тем больше возможных осложнений, а для устранения их часто требуются обсадные трубы.

На выбор конечного диаметра скважины влияют цель бурения и вид породоразрушающих инструментов. Так, при бурении дробью конечный диаметр должен быть не менее 91 мм, в противном случае выход керна получается явно недостаточным. В крепких массивных породах полный выход керна при алмазном бурении обеспечивается и при диаметрах коронки 46 и 36 мм. Однако в ряде случаев при алмазном бурении приходится бурить коронками бóльших диаметров – в одних случаях по геологическим причинам, чтобы обеспечить качественное опробование проходимых полезных ископаемых, в других – по техническим причинам, из-за большой глубины скважин. Так, например, в настоящее время не представляется возможным бурить скважины глубиной более 1000 м бурильными трубами диаметром 33,5 мм и т. д.

При бурении инженерно-геологических скважин конечный диаметр зависит от требований к диаметрам образцов грунтов с ненарушенной структурой, при бурении гидрогеологических скважин он зависит от диаметра погружного насоса, диаметра фильтра.

С учетом отмеченных требований и разрабатывается конструкция скважины: устанавливают конечный диаметр, определяют число колонн обсадных труб, диаметр и длину каждой колонны. Во всех случаях стремятся к упрощению конструкции скважин для экономии металла, затрачиваемого на обсадные трубы, и всего забойного и поверхностного оборудования.

В мировой практике отмечается тенденция к переходу на бурение скважин (разведочных и эксплуатационных) малых диаметров и к одноступенчатой конструкции скважин: например, крепят рыхлые породы трубами диаметром 108, 89 мм на глубину 15–100 м, а затем до проектной глубины (1500–2000 м) бурят коронкой одного диаметра 76, 59 или 46 мм. Возможна замена и на еще меньшие диаметры – 36, 24 мм. Переход на малые диаметры скважин снижает расход металла, алмазов, энергии, транспорта и т. д.

Было подсчитано, что с увеличением диаметра коронки с 76 до 93 мм, т. е. на один размер, увеличивается стоимость проходки 1 п. м на 45 %, при увеличении до 112 мм – на 90–100 %; при снижении с 59 до 46 мм стоимость 1 м снижается на 34–54 %.

Для алмазных инструментов считают нормальными диаметрами 59,46, 36 мм, для твердосплавных – 76, 59, 46 мм.

2. Ударно-механическое бурение

Ударно-механическое бурение разделяется на два основных вида: штанговое и канатное. Однако на практике применяется почти исключительно канатное бурение по следующим причинам: все канатное оборудование, в том числе и станок, легче штангового; на канате быстрее проводятся спуско-подъемные операции; не требуется организация промывки забоя, исключается высокая аварийность при работе со штангами. Поэтому в рассмотрении упор сделаем на канатное бурение.

Ударно-механическое канатное (т. е. без промывки) бурение применяется в следующих случаях:

1) при разведке россыпных месторождений полезных ископаемых, когда бурение ведется с целью точного опробования россыпи в осложненных геологических условиях;

2) при проходке галечников и валунных отложений, когда другие виды бурения в таких условиях дают весьма низкую производи-тельность;

3) при разведке малодебитных безнапорных водоносных горизонтов, ибо при бурении с промывкой их легко пропустить;

4) при разведке нефтяных и газовых с малым пластовым давлением месторождений (по указанным выше причинам);

5) в условиях, когда требуется проходка скважин большого диаметра и без промывки;

6) при разведке в безводной местности;

7) при разработке открытым способом месторождений полезных ископаемых, когда проходятся скважины-шпуры диаметром до 300 мм для закладки больших количеств ВВ (взрывчатых веществ).