Классификация способов бурения. Механическое и немеханическое бурение
Бурение – это процесс строительства скважины посредством разрушения горных пород.
Способы бурения могут классифицироваться по трем основным критериям:
По способу оказания воздействия на горную породу. По данному признаку бурение может быть:
- немеханическое (гидравлическое, электрофизическое, взрывное и термическое),
- механическое (пневмоударное, ударно-канатное, вращательное и ударное на штангах).
По типу породоразрушающего инструмента. По данному признаку бурение может быть:
- режуще-скалывающего действия (лопастный породоразрушающий инструмент),
- режуще-истирающего действия (твердосплавные и алмазные долота), дробяще-скалывающего действия (шарошечные долота).
По характеру разрушения горных пород на забое скважины. По данному признаку бурение может быть:
- колонковое,
- сплошное.
В принципе, разрушить горную породу можно и без использования механических методов, при помощи лазеров, термических буров и других устройств. Однако, большинство немеханических способов бурения либо находятся на стадии лабораторных исследований, например, термохимическое и химическое бурение, либо на стадии опытно-промышленного внедрения, например, электроимпульсное бурение.
К механическим способам бурения относятся вращательное и ударное. При ударном бурении долото совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси скважины, нанося периодические удары по забою, при этом вынос горной породы и ударное разрушение забоя чередуются. При ударно-канатном бурении разрушение горной породы осуществляется под воздействием породоразрушающего инструмента, который подвешен на канате, шлам удаляется желонкой, подвешенной вместо долота. Такой способ бурения не используется в промышленных масштабах. В отличии от ударно-канатного бурения, при ударном бурении на штангах спуск долота осуществляется при помощи полых труб - штанг. Последняя штанга имеет канал, по которому подается вода для вывода шлама на поверхность. Этот способ также практически не используется. Пневмоударное бурение - единственное ударное бурение, которое используется в настоящий момент. Вынос шлама осуществляется сжатым воздухом.
Ударное бурение значительно уступает вращательному. Основное преимущество последнего заключается в том, что породоразрушающий инструмент находится в постоянном контакте с забоем, вращаясь вокруг своей оси, шлам удаляется непрерывно. Из-за данного преимущества вращательное бурение обладает более высокой производительностью, чем ударное. Вращательное бурение может осуществляться при помощи ротора, при помощи забойных двигателей, при помощи гидравлической турбины, электрической турбины или винтового забойного двигателя.
Колонковое бурение
Колонковое бурение – это быстровращательное бурение, при котором разрушение горной осуществляется по кольцу, а не по всей площади забоя, при этом внутренняя часть горной породы, сохраняется в виде керна.
Данный способ бурения широко используется при разведке месторождений твердых полезных ископаемых. Для разрушения крепких горных пород могут использоваться алмазные или дробовые коронки, для пород средней крепости - вольфрамитовые и победитовые, для горных пород небольшой крепости - стальные. При колонковом бурении промывка забоя скважины осуществляют с использованием обычной воды или глинистого раствора. Главное преимущество колонкового способа бурения заключается в его способности давать из выбуриваемой горной породы керны, которые представляют собой столбики ненарушенной структуры. Для подъема такого столбика на поверхность керн периодически заклинивают и поднимают. Таким образом, к особенностям колонкового бурения можно отнести:
- Использования легкого оборудования (относительно других способов бурения).
- Возможность извлечения из скважины керна.
- Маленький диаметр скважины, относительно ее большой глубины.
- Возможность осуществлять процесс бурения под различными углами к горизонту, в горных породах практически любой устойчивости и твердости.
К инструментам, которые необходимы для осуществления процесса колонкового бурения относятся: промывочный сальник, коронка, муфто-замковые соединители, колонна бурильных труб, колонковая труба, труба для шлама, тройной переходник. Для спускоподъемных операций используются подкладные вилки, разнообразные ключи и элеваторы. Коронки представляют собой короночные кольца, делающиеся из заготовок труб, в конец которых вставляются резцы из алмазов или твердых сплавов. Внутренняя поверхность такого кольца расточена на конус, верхняя часть правую наружную резьбу в виде трапеции.
