Чем и как бурят скважины
Чем и как бурят ?
Бурение есть технологический процесс, направленный на получение отверстий в земных недрах. Иначе это называется бурение скважин.
Отличительной особенностью скважины является малая величина соотношения диаметра и глубины. Скважины сооружают множеством способов, отсюда огромный выбор различных видов бурения
Скважины применяются в горном деле для взрывных и строительных работ, в разведке минеральных запасов, для добычи полезных ископаемых, для водоснабжения.
Общее представление о бурении каждый может получить на основе имеющегося жизненного опыта, например, из опыта сверления отверстия с помощью дрели. Если продолжить аналогию дальше, то сверло следует сравнить с инструментом , разрушающим горную породу в самой нижней части скважины, на ее забое. Такие инструменты носят название бурового долота, а в некоторых специальных видах бурения- буровой коронки.
Вращение к сверлу передается через стержень от зажимного патрона дрели, нечто подобное применяется и в бурении, с небольшой разницей, что длина скважины в сотни и тысячи раз больше глубины любого отверстия в металле или дереве. Поэтому приходится применять специальную разъемную колонну труб. Их называют бурильными трубами, а отдельные составные части колонны- свечами.
Итак, в забое скважины при бурении находится долото, соединенное с бурильными трубами. В верхней части скважины на поверхности земли, иными словами- на устье, бурильные трбы зажимаются в специальном механизме для передачи им и долоту вращения. Этот механизм называется ротором, а в некоторых бурильных станках- вращателем. Способ бурения, при котором бурильные трубы вращаются ротором, называется роторным.
При сверлении дерева или металла, разрушенный материал извлекается из отверстия по спиральным канавкам сверла. Такой способ применим и в бурении скважин. Соответствующий инструмент носит название шнека, а способ бурения- шнековым. Такой метод применяется при проходке неглубоких скважин- до нескольких десятков метров. С увеличением глубины скважины в современном бурении разрушенная порода удаляется специальной промывочной жидкостью, которая прокачивается насосами через бурильные трубы, выходит из отверстий долота захватывает частицы горной породы и по затрубному пространству между стенками ствола скважины и наружной поверхностью бурильных труб выносится на поверхность. Там она очищается и снова закачивается в скважину. Цикл повторяется в течение всего процесса бурения. Надежная очистка забоя скважины возможна при определенных параметрах промывочной жидкости – плотнсти, вязкости.
Процесс бурения оценивется скоростью, с которой происходит углубление скважины в единицу времени. Она называется механической скоростью буреня и зависит от режима бурения, свойств породы, типа долота. Из большого разнообразия существующих конструкций долот наибольшее распространение получили так называемые шарошечные долота. На корпусе долота под углом в 120 градусов на опорах вращаются три конусообразные шарошки, образующие которых касаются забоя специальными зубьями или твердосплавными вставками.
По мере увеличения глубин скважин энергия на вращение бурильных труб возрастает и тратится понапрасну. Увеличивается износ труб, аварии с ними учащаются. Еще в конце 19 века изобретатели искали способ вращения долота при неподвижной бурильной колонне. В 30х годах эта проблема была решена с помощью использования промывочной жидкости не только для промывки от породы но и для вращения турбины, такой способ бурения назвали турбинным. Существует и другой гидравлический забойный двигатель винтового тппа. Он работает по принципу известных винтовых насосов, но по обращенной схеме: при прокачке жидкости вращается вал двигателя.
Применяются и другие виды забойных двигателей- электрические и пневматические. Соответственно двигатели называются электробуром и пневмоударником.
При износе долота его необходимо заменить на новое. Бурение прекращается, останавливаются насосы и вся колонна бурильных труб извлекается по частям из скважины. Эти операции носят название спуско- подъемных. Для их выполнения предназначены особые устройства и механизмы, в первую очередь лебедка и мощное полиспастное устройство- талевая система. Она состоит из комбинации талевых блоков, кранблока на верху буровой вышки и металлических тросов. Талевая система рассчитана на подъем колонны массой в несколько сот тонн.
Отработанное долото заменяется на новое и вся колонна бурильных труб спускается в скважину в обратном порядке- это длительный и трудоемкий процесс, так как каждую бурильную трубу или свечу приходится соединять резьбовыми устройствами- замками.
После окончания бурения ствол скважины должен быть закреплен. Такое крепление в первую очередь необходимо для скважин, предназначенных для долгой работы , например эксплуотационных нефтяных, газовых и водоподъемных. Крепление достигается специальной колонной обсадных труб и последующим их цементированием для более прочной связи труб с горной породой стенок скважины.
Большинство скважин имеет вертикальное направление. Сохранение такого направления – одна из сложных задач буровика. Скважины по ряду причин постоянно искривляются. Нередко искривление приводит к осложнениям, а порой – к гибели дорогостроящей скважины.