| Бурение - процесс сооружения горной выработки цилиндрической формы - скважины, шпура или шахтного ствола - путём разрушения горных пород на забое. Бурение осуществляется, как правило, в земной коре, реже в искусственных материалах (бетоне, асфальте и др.). В ряде случаев процесс бурения включает крепление стенок скважин (как правило, глубоких) обсадными трубами с закачкой цементного раствора в кольцевой зазор между трубами и стенками скважин.
Область применения бурения многогранна: поиски и разведка полезных ископаемых; изучение свойств горных пород; добыча жидких, газообразных и твёрдых (при выщелачивании и выплавлении) полезных ископаемых через эксплуатационные скважины; производство взрывных работ; выемка твёрдых полезных ископаемых; искусственное закрепление горных пород (замораживание, битумизация, цементация и др.); осушение обводнённых месторождений полезных ископаемых и заболоченных районов; вскрытие месторождений; прокладка подземных коммуникаций: сооружение свайных фундаментов и др.
Ежегодные объёмы бурения огромны: только в СССР за 1967 на нефть и газ пробурено около 12 млн. м глубоких скважин, из которых 5,8 млн. м - разведочные, свыше 20 млн. м пробурено взрывных и сейсморазведочных скважин, 10-12 млн. м - структурно-поисковых.
Классификация способов бурения. По характеру разрушения породы, применяемые способы бурения делятся на: механические - буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая её, и немеханические - разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на неё (термическое, взрывное и др.). Механические способы бурения подразделяют на вращательные и ударные (а также вращательно-ударные и ударно-вращательные). При вращательном бурении порода разрушается за счёт вращения прижатого к забою инструмента. В зависимости от прочности породы при вращательном бурении применяют буровой породоразрушающий инструмент режущего типа (Долото буровое и Коронка буровая); алмазный буровой инструмент; дробовые коронки, разрушаю-щие породу при помощи дроби (Дробовое бурение). Ударные способы бурения разделяются на: ударное бурение или ударно-поворотное (бурение перфораторами, в том числе погружными, ударно-канатное, штанговое и т.п., при которых поворот инструмента производится в момент между ударами инструмента по забою); ударно-вращательное (погружными пневмо-и гидроударниками, а также бурение перфораторами с независимым вращением и т.п.), при котором удары наносятся по непрерывно вращающемуся инструменту; вращательно-ударное, при котором породоразрущающий буровой инструмент находится под большим осевым давлением в постоянном контакте с породой и разрушает её за счёт вращательного движения по забою и периодически наносимых по нему ударов. Разрушение пород забоя скважины производится по всей его площади (бурение сплошным забоем) или по кольцевому пространству с извлечением керна (колонковое бурение). Удаление продуктов разрушения бывает периодическое с помощью желонки и непрерывное шнеками, витыми штангами или путём подачи на забой газа, жидкости или раствора (Глинистый раствор). Иногда бурение подразделяют по типу бурового инструмента (шнековое, штанговое, алмазное, шарошечное и т.д.); по типу буровой машины (перфораторное, пневмоударное, турбинное и т.д.), по методу проведения скважин (наклонное, кустовое и т.д.). Технические средства бурения состоят в основном из буровых машин (буровых установок) и породоразрушаю-щего инструмента. Из немеханических способов получило распространение для бурения взрывных скважин в кварцсодержащих породах термическое бурение, ведутся работы по внедрению взрывного бурения.
Бурение развивалось и специализировалось применительно к трём основным областям техники: наиболее глубокие скважины (несколько км) бурятся на нефть и газ, менее глубокие (сотни м) для поисков и разведки твёрдых полезных ископаемых, скважины и шпуры глубиной от нескольких м до десятков м бурят для размещения зарядов взрывчатых веществ (главным образом в горном деле и строительстве).
Буровые скважины представляют собой цилиндрические горные выработки, имеющие большую глубину (до 5 км и более) и сравнительно небольшой диаметр. Глубина буровых скважин на воду составляет от 10 до 1000 м и более; наиболее часто распространены скважины глубиной 100-150 м, реже - 200-300 м. Только в отдельных, сравнительно небольших районах страны глубина скважин на воду достигает 800-1000 м.
Скважины, вскрывающие пласты, содержащие подземные воды, имеют много преимуществ перед другими водозаборными сооружениями, и в связи с этим бурение их носит массовый характер.
Для добычи воды бурят одиночные скважины или группы скважин. Поэтому все водозаборы подземных вод делятся на групповые и одиночные.
Групповые подземные водозаборы состоят из нескольких одновременно работающих скважин, расположенных на таком расстоянии, при котором они взаимодействуют или могут взаимодействовать в определенных условиях режима эксплуатации.
Одиночные подземные водозаборы представляют единичные скважины и группы скважин, которые находятся вне зоны возможного взаимодействия или расположены хотя и на близком расстоянии одна от другой, но работают в разное время и поэтому не взаимодействуют (поочередно действует только одна скважина, а остальные - резервные).
На участках крупных водозаборов в малоизученных районах необходимо проводить разведочное бурение и опытные работы. В районах с хорошо изученными гидрогеологическими условиями на участках, перспективных в отношении количества и качества подземных вод для проектируемого группового водоразбора, бывает целесообразно без предварительной разведки начать сразу эксплуатационную разведку скважинами большого диаметра. После того как эти скважины выполнят свое назначение - разведку и опробование водоносного горизонта, их оборудуют эксплуатационными водоподъемниками и превращают в источники постоянного водоснабжения.
Одиночные скважины на воду бурят, как правило, без предварительной разведки. Следовательно, это своеобразная и ответственная работа, так как разведка и исследование в этом случае должны сочетаться с созданием эксплуатационного инженерного сооружения.
Разведочно-эксплуатационной называется скважина, конструкция которой, включая водоприемную часть, рассчитана на оборудование водоприемником проектной производительности. При положительных результатах опробования эти скважины передают в постоянную эксплуатацию.
Разведочной называется скважина облегченной конструкции и сравнительно небольшого диаметра, оборудованная временным фильтром и предназначенная для вскрытия и предварительного опробования водоносного горизонта. Разведочные скважины обычно бурят с таким расчетом, чтобы при необходимости можно было извлечь обсадные трубы и фильтр.
Эксплуатационной может считаться скважина только после передачи ее в эксплуатацию. Это название не должно присваиваться скважине при проектировании, так как даже в районах с хорошо изученными, но не разведанными детально на данном конкретном участке геолого-гидрогеологическими условиями всегда встречаются значительные отклонения от проекта. Поэтому одиночные скважины на воду, которые бурят без предварительной разведки точки заложения, должны быть всегда разведочно-эксплуатационными. В проектную конструкцию почти каждой скважины приходится вносить изменения в процессе ее бурения, опробования и оборудования. В этом заключается принципиальное отличие назначения и задач разведочно-эксплуатационного бурения на воду от эксплуатационного бурения, например, нефтяных скважин.
Эксплуатационные скважины на нефть бурят на детально разведанных месторождениях, четко оконтуренных и опробованных. При этом соблюдается строгое соответствие проекту, иногда даже типовому для данного месторождения. Недооценка, а иногда непонимание различия между эксплуатационным бурением на нефть и эксплуатационным бурением на воду нередко приводят к формальному механическому следованию запроектированной конструкции скважины без учета вскрываемого разреза и к изоляции нужного водоносного горизонта. В результате скважина оказывается дефектной. Во избежание этого при так называемом эксплуатационном бурении на воду необходимо вести инициативную разведку и опробование вскрываемых водоносных горизонтов, особенно в малоизученных районах.
|
