Бурение

Бурение - технический процесс разрушения горных пород с помощью специальной техники - бурового оборудования. (реже термическим, гидроэрозионным, взрывным и другими способами) с удалением продуктов разрушения. Бурение скважин - это процесс сооружения направленной цилиндрической горной выработки, диаметр которой существенно мал по сравнению с её длиной по стволу, без возможности доступа человека на забой. Начало скважины на поверхности земли называют устьем, дно - забоем, а стенки скважины образуют её ствол.

Различают три вида бурения:

Вертикальное бурение
Наклонно-направленное бурение
Горизонтальное бурение

При бурении разрушение ведётся по всей площади забоя (бескерновое бурение), реже только по кольцевому пространству для извлечения керна (колонковое бурение). Диаметры пробуриваемых выработок составляют десятки миллиметров (шпуры), сотни миллиметров (скважины), тысячи миллиметров (стволы шахтные). Глубина бурения определяется областью его применения и составляет несколько метров (в основном шпуры), десятки метров (скважины для размещения взрывчатых веществ, закрепления горных пород цементированием, замораживанием и др.), сотни и тысячи метров (скважины - разведочные на воду, нефть и газ, эксплуатационные и др.). Процесс сооружения глубоких скважин включает также крепление стенок ствола обсадными трубами с закачкой цементного раствора в кольцевой зазор между трубами и стенками.

Бурение глубоких скважин осуществляют буровыми установками, взрывных - буровыми станками, шахтных стволов - стволопроходческими агрегатами, шпуров - бурильными молотками, свёрлами и др. Технические средства бурения включают также буровой насос или компрессор для подачи бурового раствора и газа, бурильные трубы, буровую вышку с талевой системой, породоразрушающий инструмент, оборудование для приготовления промывочной жидкости, её очистки от шлама и дегазации, противовыбросовое оборудование и контрольно-измерительную аппаратуру. Бурение производится в основном механическим способом: буровой инструмент непосредственно воздействует на горные породы, разрушая их буровым долотом или буровой коронкой; при бурении взрывных скважин в кварцсодержащих горных пород применяют термическое бурение (струёй пламени). Механические способы бурения по методу воздействия инструмента на забой подразделяют на вращательное бурение, ударное бурение, ударно-поворотное и вращательно-ударное бурение.

По типу применяемого породоразрушающего инструмента различают шнековое бурение, шарошечное бурение, алмазное бурение, дробовое и такое прочее, по типу буровой машины - перфораторное бурение, пневмоударное бурение, гидроударное бурение, роторное бурение, турбинное бурение и такое прочее, по направлению и методу проводки скважин - кустовое бурение, вертикальное, наклонно направленное, многозабойное и др. Бурение развивается и специализируется применительно к трём основном областям горного дела: добыча жидких и газообразных полезных ископаемых, поиск и разведка полезных ископаемых, добыча твёрдых полезных ископаемых взрывным способом. Такое исторически сложившееся деление весьма условно, но методологически удобно для краткого изложения столь многопланового понятия, как "бурение".

В России бурение первых скважин относится к 9 в. и связано с добычей растворов поваренной соли в Старой Руссе. Затем соляные промыслы развиваются в Балахне (12 в.) и Соликамске (16 в.). Появление новых методов и техники бурения относится к 19 в. в связи с возрастающей необходимостью снабжения крупных городов питьевой водой. В 1831 в Одессе было образовано "Общество артезианских фонтанов" и пробурены 4 скважины глубиной 36-189 м.
В середине 19 в. ударное ручное бурение стало вытесняться портативными механическими станками. В России Г.Д. Романовский в 1859 впервые механизировал работы, применив паровой двигатель для бурения скважины вблизи Подольска. Первую скважину на нефть, пробуренную станком ударного бурения, заложил Дрейк в 1859 (США, штат Пенсильвания). Морская скважина впервые была пробурена в 1897 в Тихом океане у острова Сомерленд (шельф Калифорнийского полуострова, США), позже бурение на море получило широкое распространение. На Каспии шельфовое бурение начато в 1924 г. около г. Баку.

Развитие разведочного бурения на твёрдые ископаемые связано с изобретением швейцарцем Ж. Лешо алмазного бура (1862). В 1899 г. американским инженером Дейвисом предложено дробовое бурение. В СССР дробовое бурение применено в 1927-28 гг. советскими учёными В.М. Крейтером и Б.И. Воздвиженским для колонкового бурения, что позволило заменить этим способом алмазное бурение в крепких извержениях и метаморфических породах. В 1928-29 в СССР начинается производство буровых станков с рычажной подачей для колонкового вращательного бурения на глубине до 300-500 м, с 1947 создаются станки с рычажной дифференциальной подачей, многоскоростные станки для глубины 300-2000 м, самоходные буровые установки. С 1960 начались работы по освоению гидроударного бурения, что обеспечило значительное увеличение производительности твёрдосплавного колонкового бурения. Радикально совершенствуется алмазное бурение, объёмы которого для поисков месторождений полезных ископаемых увеличиваются. При разведке крутопадающих рудных тел, когда для пересечения их на разных горизонтах проходят несколько скважин, применяют направленное многозабойное бурение, которое проводится с помощью отклоняющих устройств, устанавливаемых в скважине на разных глубинах. Разведочное бурение на твёрдые полезные ископаемые осуществляется в основном роторным способом, на который приходится около 80% метража пробуренных скважин; в ограниченных объёмах применяются ударно-вращательное, гидроударное, шнековое, вибрационное бурение и др. Работы в области разведочного бурения направлены на обеспечение сохранности извлекаемого с большой глубины керна, разработку аппаратуры и надёжных методов опробования горных пород.