Диаметры буровых скважин изменяются в пределах от 25 до 2 000 мм и более. Глубины скважин колеблются от нескольких м до 3 900 м.
Процесс бурения любой скважины состоит в основном из разрушения породы и удаления измельченной породы из скважины на дневную поверхность. При углублении скважины в недостаточно устойчивых породах, дающих завалы, приходится еще закреплять стенки скважины для предохранения работающего в скважине инструмента от захвата его обвалившейся породой. Разрушение породы производится двумя основными способами.
При первом способе работ порода раздробляется ударами по забою скважины клинообразного инструмента, так называемого долота. Для усиления ударов долото соединяется с тяжелым массивным патроном — ударной штангой.
При втором способе выбуривание породы производится вращением под давлением долота разведенного наподобие сверла с перьями, или вращением пустотелого цилиндра, рабочий торец которого вооружается теми или иными резцами. Раздробленную породу удаляют с забоя скважины, или вычерпывая ее инструментами (желонками) или промывая жидкостью, накачиваемой через пустотелые штанги в скважину.
Крепление неустойчивых стенок скважины достигается опусканием в скважину так например обсадных труб, а также скреплением неустойчивых раздробленных пород тампонажным цементом. Крепление стенок скважины обсадными трубами — самый простой и надежный способ, но самый дорогой.
Буровые работы, начиная с конца 19 в. и особенно в текущем 20 в., получили чрезвычайное распространение.
В зависимости от того, производится ли разрушение породы путем ее раздробления и скалывания частиц горной породы ударами долота по забою или порода срезается и истирается посредством вращения особого кольца-коронки или долота, бурение делится на две основные группы:
Вращательное в свою оче редь разбивается на два вида:
В первом, случае вращающимся долотом или змеевиком разрабатывается и углубляется весь забой (рис. 1). При бурении же кольцевой коронкой, вооруженной тем или иным истирающим материалом (алмазами, твердыми сплавами или буровой дробью), вырабатывается только кольцевой забой, а в центре забоя остается нетронутая колонка породы, называемая керном, почему этот вид и носит название колонкового (рис. 2).
В процессе бурения керн периодически отрывается и извлекается на поверхность. В свою очередь вращательное - сплошным забоем делится на два, резко отличающихся друг от друга способа — на быстро вращательное с промывкой забоя глинистым раствором и на медленно вращательное змеевиками и ложками, которое в большинстве случаев комбинируется с ударным в зависимости от свойств буримых пород. Первый способ имеет преимущественное распространение в нефтяном деле, второй же чаще всего применяется при разведке на стройматериалы, а также на инженерно-геологических и поисково-разведочных работах.
При ударном способе долото с ударной штангой может осуществлять работу, будучи опущенным в скважину на жестких штангах или на гибком канате; таким образом ударное - разбивается на штанговое и канатное. При ударно-штанговом - работу можно вести как с промывкой забоя, так и без промывки.
Кроме того при бурении глубоких скважин ударным способом во избежание порчи штанг от сильных сотрясений долото с ударной штангой часто присоединяют к буровым штангам посредством раздвижной штанги (самопада, ясса). Поэтому различают ударно-штанговое - на раздвижной штанге и на нераздвижной. Для ускорения углубки и с целью предохранения штанг от быстрой порчи инженером Раки был введен быстро- ударный способ бурения с промывкой забоя, представлявший до усовершенствования быстро вращательного бурения сплошным забоем один из самых эффективных способов.
Классификация всех видов буровых работ представлена на схеме.
|
Бурение скважин
|
||||||||||||
|
Ударное
|
Вращательное
|
|||||||||||
|
штанговое
|
контак-тное |
сплошным забоем
|
кольцевым забоем (коллоновое) с промывкою | |||||||||
| без промывки | с промывкой | без промывки медленно враща-тельное | с промывкою раствором быстровращ-ательное (рторное) | твердыми сплавами | дробью | алма-зами | ||||||
| на раздвижной штанге | на нераздвиж-ной штанге | на нераздвижной штанге | на раздвижной штанге | |||||||||
| обыкно-венное | быстро-ударное | |||||||||||
Чтобы правильно подобрать оборудование и рационально пробурить скважину, необходимо до начала бурения определить все размеры будущей скважины, то есть наметить ее конструкцию. Для того чтобы правильно построить конструкцию скважины, необходимо задаться в зависимости от целей бурения конечным диаметром скважины. Конечный диаметр скважины зависит от целей.
При разведке угольных месторождений колонковым бурении конечный диаметр скважины не должен быть менее 75 мм. При бурении на воду конечный диаметр определяется габаритами насосного цилиндра, опускаемого в скважину. При разведке канатным - золотоносных россыпей минимальный диаметр во избежание получения неточных результатов опробования принимается в 150 мм. Далее в зависимости от количества неустойчивых горизонтов, требующих крепления трубами, или в зависимости от количества тампонажей (закрытия вод) решают вопрос о глубинах, на которые будут опускаться обсадные трубы, и определяют их диаметры. В зависимости от глубины и диаметров подбирается и необходимое оборудование.
Во время бурения иногда происходят аварии из-за обвала пород и шлама на инструмент или из-за обрыва штанг. Для предупреждения аварий необходимо регулярно производить осмотр всего спускаемого в скважину инструмента. Особенно тщательно следует следить за резьбовыми соединениями. Также все время надо наблюдать за работой насосов и двигателей. Особое значение для предупреждения аварий имеет правильное применение глинистой промывки.
Для ликвидации аварий применяют разнообразные методы. В скважину опускают различные ловильные инструменты и посредством домкратов вытягивают захваченный снаряд. При штанговом бурении наичаще применяются метчики, которые ввертываются в оборвавшуюся трубу, и колокола (рис. 0), которые навертываются на оборвавшийся инструмент. При канатном - употребляют чрезвычайно разнообразные ловильные инструменты. Для ловли оборвавшегося каната применяют ловильные ерши (рис. 1), спускаемые в скважину на канате.
При ловле оборвавшийся конец каната запутывается между когтями ерша и благодаря этому извлекается на поверхность. Для ловли оборвавшегося инструмента спускают в скважину шлипсы (рис. 2).
При надевании шлипса на ловимый предмет плашки шлипса захватывают его. При вытягивании шлипса вверх плашки настолько крепко захватывают ловимый инструмент, что вытаскивают его на поверхность.
