Вариант 1
1
Исторические сведения о развитии бурового дела

Первые сведения исходят из Египта, где бурились скважины при строительстве пирамид и извлечении из недр земли соляных растворов еще 6000 лет тому назад. Китайцы получали из буровых скважин рассолы и выпа­ривали из них соль 2000 лет тому назад.

В ХV-ХVII веках нашей эры на Пермских соляных промыслах бурили скважины глубиной до 100 м, диаметром до 1 м. Бурение производилось вручную, ударным способом с применением деревянных штанг и креплением стенок скважины деревянными обсадными трубами.

Впервые буровые скважины были использованы при разведке месторо­ждений угля в 1850 г. инженером Г.Я. Дорошенко.

В настоящее время преобладает вращательное бурение с твердосплав­ным и алмазным породоразрушающим инструментом.
11 Вращательное бурение

Наиболее распространенным является вращательное бурение, при кото­ром породоразрушающий инструмент получает вращение от ведущего меха­низма через колонну бурильных труб или шнеков. Вращательное бурение может производиться с разрушением породы по всей площади забоя или по кольцу, когда в центре скважины оставляется колонка неразрушенной породы. Такой способ бурения, называемый колонковым, является основным при поисках и разведке месторождений твердых полезных ископаемых. Колонка неразрушенной породы (керн) извлекается на поверхность и используется для изучения структуры и вещественного состава породы. Колонковое бурение производится породоразрушающими резцами из твердых сплавов или алмаз­ными зернами. Соответственно различают два основных вида колонкового бурения: твердосплавное и алмазное.

21
Пористость горных пород

Пористость обусловлена наличием в породе пространства, не заполнен­ного твердым веществом. Такую пористость называют абсолютной или физи­ческой. Различают также эффективную пористость, определяемую наличием пор, сообщающихся между собой. Чем выше пористость пород, тем меньше их прочность. В пористых породах часто теряется промывочная жидкость. Поэтому их бурят с промывкой глинистым раствором.
31 Рейсовая скорость

Рейсовая скорость (м/час) зависит от механической скорости, углубки за рейс, глубины скважины и организации работ в течение рейса. Определя­ется величиной углубки скважины за время, затраченное на все работы от спуска бурового снаряда в скважину до подъема его на поверхность.
, (1)
где h₁ – величина углубки за рейс, м;

t – время чистого бурения за рейс, час;

t₁ – время на спуск бурового снаряда в скважину в час;

t₂ – время на подготовку к бурению, час;

t₃ – время на перекрепление зажимных патронов и наращивание бурильной колонны, час;

t₄ – время на подготовку к подъему снаряда, час;

t₅ – время на подъем снаряда из скважины, час;

t₆ – время на смену колонкового снаряда или породоразрушающего инструмента.
41 Количество промывочной жидкости, подаваемой на забой сква­жины

Количество промывочной жидкости, которое нужно подавать в скважи­ну для ее очистки, определяется по формуле:
Q = V_n·F, л/с (2)
где V_n – скорость восходящего потока промывочной жидкости в коль­цевом зазоре между стенками скважины и колонной бурильных труб, дм/с (обычно V_n = 2,5÷6 дм/с).

Практически необходимое количество закачиваемой в скважину промы­вочной жидкости чаще определяют из расчета на 1 мм диаметра коронки:
Q = q ·D, (3)

где q – удельный расход промывочной жидкости на 1 мм диаметра ко­ронки, л/мин;

D – диаметр коронки, мм.
51 Водоотдача промывочного раствора

Водоотдача характеризует способность глинистого раствора отдавать свободную воду пористым породам, в результате чего происходит глиниза­ция стенок скважины. Показателем водоотдачи является количество воды (см³), отфильтровывающейся в течение 30 мин из 120 см³ глинистого раство­ра через бумажный фильтр диаметром 75 мм под избыточным давлением в 1 кг с/см². Водоотдача глинистых растворов в нормальных условиях не должна превышать 20-25 см³ за 30 мин.

В осложненных условиях бурения по рыхлым, неустойчивым породам для предупреждения обвалов и прихватов снаряда водоотдачу глинистого раствора посредством химической обработки снижают до 5-6 и даже 2-3 см³ за 30 мин.
61 Рекомендуемые режимы при бескерновом бурении

Рекомендуемые режимы бурения шарошечными долотами, например, для диаметра бурения 112 мм составляют для категории буримости VШ-IХ в среднем:

1. 
   осевая нагрузка на долото да Н – 2500-300;
   
2. 
   частота вращения – 150-250 об/мин;
   
3. 
   расход промывочной жидкости – 150-180 л/мин.
   

Рекомендуемые режимы бурения лопастными долотами, например, для

диаметра 112 мм составляют для категории буримости I-Ш в среднем:

1. 
   осевая нагрузка на забой да Н – 800-10000;
   
2. 
   частота вращения – 203-231 об/мин;
   
3. 
   расход промывочной жидкости – 200-300 л/мин.
   

Для создания необходимой нагрузки на долото диаметром 76 мм и вы­ше, а также для обеспечения нормальных условий работы бурильных труб и предотвращения искривлений ствола скважины необходимо применять утя­желенные бурильные трубы (УБТ). Общий вес УБТ должен быть больше осе­вой нагрузки на 20-30%.

В качестве промывочных жидкостей при бескерновом бурении могут применяться как глинистые растворы, обработанные соответствующими реа­гентами (КМЦ, УСУР и др.), так и техническая вода.
71 Забойные двигатели при бурении скважин

Применение забойных двигателей исключает необходимость вращения бурильной колонны и позволяет основную часть их мощности передать поро-доразрушающему инструменту. В результате забойная мощность в 5-7 раз превышает забойную мощность при роторном бурении. Современные турбо­буры развивают мощность на валу до 300-350 л. с. при 600-700 об/мин. Бу­рильные трубы при этом работают в более благоприятных условиях в связи с чем увеличивается срок их службы. Число обрывов бурильной колонны со­кращается в 3-4 раза. Кроме того, при работе забойными двигателями умень­шается вероятность искривления ствола и упрощается бурение наклонных и направленных скважин.

Промывочная жидкость, нагнетаемая насосами в бурильные трубы, проходит в корпус турбобура и через окна подпятников верхней опоры поступает в направляющие каналы статора первой ступени. Этими каналами по­ток жидкости направляется на лопатки ротора той же ступени, приводя его во вращение. Таким образом, жидкость проходит последовательно все ступени турбины, приводя во вращение вал, и через отверстия вала направляется в до­лото и к забою скважины.

Для бурения геологоразведочных скважин диаметром 112 мм применя­ется турбобур геологоразведочный ТБГ-104А, имеющий диаметр 104 мм. В отличие от описанного выше, турбобур ТБГ-104А имеет опорную пяту, уста­новленную в нижней части корпуса.

При бурении скважин в пластичных вязких породах, а также на боль­ших глубинах эффективно работают секционные турбобуры, представляющие собой агрегаты, состоящие из 2, 3 и 4 турбобуров, валы которых соединяются конусно-шлицевыми муфтами, а корпусы – замковой резьбой через перевод­ники. Секционные турбобуры имеют от 200 до 370 ступеней.
81 Ликвидация аварий

Общие сведения: аварией при бурении называется непредвиденное прекращение углуб­ления скважины, вызванное нарушением нормального состояния скважины или находящегося в ней бурового инструмента.

Наиболее характерными для вращательного бурения являются аварии:

С бурильными трубами:

1. 
   обрыв и развертывание их при бурении;
   
2. 
   падение части колонны в скважину при спускоподъемных итерациях.
   

С колонковым снарядом:

1. 
   развинчивание и оставление в скважине;
   
2. 
   прихват и затяжки при извлечении из скважины.
   

С породоразрушающимц инструментами:

1. 
   оставление в скважине;
   
2. 
   разрушение алмазосодержащей матрицы;
   
3. 
   прижог коронки.
   

С обсадными трубами:

1. 
   развинчивание в процессе бурения нижней части колонны;
   
2. 
   падение части колонны в скважину при ее спуске;
   
3. 
   обрыв колонны при извлечении из скважины (редко при пуске);
   
4. 
   притертость труб в результате трения о них бурильной колонны.
   

Связанные с падением в скважину:

1. 
   мелких инструментов или посторонних предметов.
   

Аварии, возникающие при бурении в скважинах, могут быть обусловле­ны:

1. 
   геологическими причинами (обвалы стенок скважины в не­устойчивых породах, закарстованность и трещиноватость пород, тектониче­ские нарушения, встреча плывунов с большим напором и т. п.);
   
2. 
   низкой квалификацией бурильщиков и рабочих, отсутствием в бри­гаде должной трудовой дисциплины, небрежным отношением к уходу за обо­рудованием и выполнению правил, предупреждающих аварии;
   
3. 
   использованием неисправного или чрезмерно изношенного оборудо­вания, бурильных и обсадных труб, инструментов и принадлежностей;
   
4. 
   нарушением элементарных правил технологии бурения, работой на параметрах режима, не соответствующих характеру буримых пород и соз­дающих недопустимые нагрузки на буровой инструмент и оборудование.
   

Во избежание аварий с бурильными трубами нужно:

1. 
   осуществлять систематический, во время каждого подъема, осмотр бу­рильной колонны и своевременно выбраковывать ее части, имеющие дефек­ты или чрезмерный износ;
   
2. 
   вести учет продолжительности работы труб, не включать в колонну трубы различного качества;
   
3. 
   применять бурильные трубы, диаметр которых по возможности бли­же к диаметру скважины, использовать резиновые кольца-протекторы, что позволяет уменьшить изгибающие колонну напряжения;
   
4. 
   правильно отрабатывать бурильные трубы в процессе бурения, чтобы износ был равномерным по всей длине колонны;
   
5. 
   следить за состоянием резьбовых соединений, свинчивание труб
   производить до отказа, смазывать резьбу графитовой смазкой;
   
6. 
   для улучшения условий работы нижней части буровой колонны при­менять УБТ;
   
7. 
   все принадлежности для спуско-подъемных операций содержать в
   постоянной исправности.
   

Для предупреждения прихватов бурового снаряда в скважине шламом, кусками породы или отделившейся от стенок глинистой корки:

1. 
   не следует оставлять его на забое без подачи промывочной жидкости
   в скважину;
   
2. 
   при внезапном прекращении циркуляции промывочной жидкости
   приподнимать снаряд над забоем на 1,5 – 3 м;
   
3. 
   нужно применять промывочную жидкость, качество которой соответ­ствует характеру буримых пород.
   

91 Буровое оборудование и инструмент при бурении скважин в под­земных горных выработках

При выборе оборудования для буровых работ в шахте определяющими факторами являются: физико-механические свойства пород, угол наклона, диаметр и глубина скважины, способ бурения (бескерновый или с отбором керна, шнеками или с промывкой), назначение и размеры подземных горных выработок, из которых проводится бурение. Предпочтение при равных усло­виях отдается компактному оборудованию с меньшей массой и большей монтажеспособностыо. Во всех случаях следует стремиться к уменьшению числа находящихся в эксплуатации станков, что облегчает их эксплуатацию, ре­монт, подготовку бурового персонала (обычно не более 3-4 типов станков).

Обычно при бурении по углю используются станки БС-1М, 2УГНС, БИП-2, БИК-2, по породе – СБГ-1М, СБА-500-Г, НКР-100М, БСК-2М2-100, БСК-2В, ГП, КА-2М-300Г.

Перед спуском бурового станка в шахту буровая бригада должна быть обучена, ознакомлена с особенностями конструкции, включающими в себя и места периодической смазки, режимом работы. Обычно станок доставляется к месту монтажа в разобранном виде и поэтому все разомкнутые места гидро­магистралей, выходы валов, полости узлов должны быть изолированы так, чтобы полностью избавить их от повреждений, а также попадания пыли и грязи. До спуска станка в шахту он должен быть собран на поверхности и его работа должна быть проверена на холостом ходу. К признакам неисправности станка относятся шумы и стуки при работе, перегрев редуктора, двигателя, утечки смазывающих веществ. В шахте рекомендуется выполнять только мелкий ремонт. Более сложные ремонтные работы проводятся на поверхно­сти. При выдаче станка на поверхность он должен быть надежно закреплен на транспортном средстве (вагонетка, площадка и т.д.). Особое внимание необ­ходимо уделять состоянию подвода электрокабелей, плотностью прилегания взрывобезопасных оболочек, надежности систем блокировки и заземления. При любых неисправностях электрооборудования работа должна быть немед­ленно прекращена.

При недостаточном давлении в шахтном водопроводе применяют для промывки скважин буровые насосы. Чаще применяют поршневые геологораз­ведочные насосы типа 11ГрБ, Г-16/40, реже плунжерные НГП-1М, НБ2-63/40 РВ, НБЗ-120/40, НБ4-230/63. Обычно эти насосы требуют замены двигателей в обычном исполнении на двигатели во взрывобезопасном исполнении. Недостатком большинства из вышеуказанных насосов является наличие клино-ременной передачи.