Файл: Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник.pdf

в Кузнецком бассейне и Караганде, в Восточной Сибири и на Даль­ нем Востоке.

Выпуск бурового оборудования во время войны почти прекра­ тился, но уже с 1944 г. началась работа по реконструкции бурового оборудования. Были составлены технические условия на новый стандарт обсадных, бурильных и колонковых труб и коронок, раз­ работан размерный ряд буровых станков колонкового бурения для разведки твердых полезных ископаемых. Этот ряд включал станки для бурения скважин колонковым способом на глубины 75, 150, 300, 600 и 1200 м.

В этих работах активное участие принимали преподаватели МГРИ и ЛГИ.

По инициативе треста Цветметразведка в 1945 г. был разработан станок для подземного бурения типа ГП-1.

В соответствии с разработанным размерным рядом станков в 1946—1947 гг. завод им. Воровского разработал многоскоростные станки марок ЗИВ-75 и ЗИВ-150 с комбинированной рычажно­ дифференциальной подачей. Станки для бурения скважин на глу­ бины 300, 600 и 1200 м были спроектированы и выпущены заводом им. Фрунзе под марками ЗИФ-300, ЗИФ-650 и ЗИФ-1200.

Эти станки оснащены двухцилиндровой гидравлической подачей и четырехступенчатыми коробками передач.

Станки ЗИВ-75 и ЗИВ-150 сняты уже с производства. Но станки ЗИФ и в настоящее время применяются на разведочных работах. С 1966 г. для алмазного бурения начали применять более быстро­ ходные и более современные станки (БСК-2А-100, СБА-500, СБА-800 и др.).

Наряду со стационарными станками для проходки скважин в легкобуримых породах были разработаны самоходные станки для относительно неглубокого бурения. Пионером самоходных станков является агрегат АВБ-3-100 конструкции А. Г. Мамедзаде (первый образец АВБ-100 был выпущен в 1936 г.).Под руководством М. М. Ан­ дреева и В. С. Казьмина были выпущены самоходные установки УКБ-100, УРБ-ЗАМ, УРБ-2А и др. Эти станки нашли большое при менение при структурно-картировочном, поисковом и гидрогеоло­ гическом бурении.

Советские буровые установки успешно применяются на разведоч­ ных работах не только в нашей стране, но и за рубежом.

В послевоенные годы значительно расширились научно-иссле­ довательские работы по технологии бурения. Были проведены боль­ шие экспериментальные работы по технологии твердосплавного и алмазного бурения, которые позволили значительно повысить производительность.

Разработаны и внедрены новые методы бурения — гидроудар­ ное (Л. Э. Граф), бурение с продувкой и др. С большой эффектив­ ностью начали применять многозабойное бурение. Проведены боль­ шие исследовательские работы по улучшению качества опробования при колонковом бурении.

С 1960—1962 гг. началось широкое внедрение и освоение алмаз­ ного бурения. Был разработан ряд алмазных коронок, армирован­ ных алмазами первого и второго сортов. Резко увеличился объем алмазного бурения. Если в 1959 г. алмазным бурением было прой­

Начиная с 1956 г. внедрены и получили широкое распространение новые типы твердосплавных коронок. Начали внедряться шарошеч­ ные долота под обсадные трубы геологоразведочного стандарта.

Достаточно широко проведена механизация спуско-подъемных операций. Благодаря устройствам ПО-49 и РТ-1200 механизированы трудоемкие операции по свинчиванию и развинчиванию бурильных труб. Широко внедрены новые элеваторы, позволяющие произво­ дить спуско-подъемные операции без верхового рабочего.

Значительный вклад в развитие теории и практики колонкового бурения внесли коллективы кафедр техники разведки Ленинград­ ского, Днепропетровского и Свердловского горных институтов, Московского геологоразведочного института и Томского политехни­ ческого института.

Советская буровая техника является одной из передовых в мире. Очередными задачами по ее усовершенствованию являются ком­ плексная механизация и автоматизация всех трудоемких процессов разведочного бурения.

Предстоит освоение сверхглубокого бурения с отбором кернов для вскрытия верхней мантии Земли.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Горные породы состоят из минеральных частиц, связанных между собой силами молекулярного взаимодействия или цементи­ рующим материалом.

По происхождению все горные породы делятся на магматические, осадочные и метаморфические.

Магматические породы являются продуктом затвердения магмы. В зависимости от условий охлаждения магматические породы делятся на глубинные (интрузивные) и излившиеся (эффузивные).

Глубинные породы обладают полнокристаллической структурой и представляют собой плотные кристаллические массивы (граниты, сиениты, диориты, габбро и пр.).

Излившиеся породы отличаются стекловидной и ненолнокристаллической структурой.

Магматические породы имеют высокую прочность. По содержа­ нию кремнезема (Si02) магматические породы делятся на четыре группы:

1)кислые с содержанием S i0 2 более 65% — гранит, липарит, пегматит, кварцевый порфир;

2)средние с содержанием S i0 2 от 65 до 52% — диорит, сиенит, андезит;

3)основные с содержанием S i02 от 52 до 40% — габбро, диабаз, базальт;

4)ультраосновные с содержанием S i0 2 менее 40% — дуниты, перидотиты, кимберлиты.

Кислые магматические породы содержат свободный кварц и труд­ нее поддаются разрушению при бурении.

Осадочные породы по своему происхождению делятся на следу­ ющие основные группы:

а) механические осадки, являющиеся результатом разрушения, переноса и отложения мелких кусочков разрушенных горных пород; б) осадки химического происхождения (минеральные соли и пр.); в) органические осадки (известняки, доломиты, мел, угли и пр.). По своим физико-механическим свойствам осадочные породы

в зависимости от происхождения и геологических условий бывают весьма разнообразны — от плывучих, сыпучих и рыхлых до плотных и крепких.

давлений и высоких температур.

Наибольшей твердостью обладают изверженные и метаморфи­ ческие породы. Из осадочных пород более высокой твердостью отличаются крепкие песчаники, доломиты и окремнелые известняки.

Породы, выходящие на дневную поверхность, выветриваются и имеют меньшую механическую прочность. При интенсивном выветри­ вании крепкие скальные породы превращаются в рыхлую дресву и наносы.

По степени связности горные породы разделяются на четыре основные группы: скальные, связные, рыхлые (сыпучие) и плывучие.

Скальные породы характеризуются наличием между минераль­

Хрупкие породы разрушаются по достижении предела упругости. Разрушению пластичных пород предшествуют не только упругие, но и остаточные вязко-пластические деформации. Поэтому на разру­ шение этих пород затрачивается больше работы, чем на разрушение хрупких.

На больших глубинах под влиянием высокого горного давления и температуры хрупкие горные породы начинают проявлять пласти­ ческие свойства.

Скальные породы бывают монолитные и трещиноватые. Стенки скважин, пройденных в скальных породах, устойчивы за исключе­ нием случаев пересечения сильно трещиноватых, раздробленных участков.

Скальные породы можно разделить на две группы: содержащие свободный кварц и бескварцевые.

Первая группа (кварцевая) характеризуется большей твердостью и абразивностью и труднее бурится.

Связные породы отличаются тем, что силы сцепления между частицами этих пород могут сильно изменяться в зависимости от влаж­ ности и восстанавливаться после нарушения связности путем при­ менения высокого давления и увлажнения.

Связные породы дают большие остаточные деформации без нару­ шения связности. Некоторые связные породы увеличиваются в объеме

при увлажнении (глинистые породы, мел). В этих породах стенки скважины могут выпучиваться и оползать.

Рыхлые (сыпучие) породы представляют собой скопления несвя­ занных между собой частиц различной формы и размеров (пески, гравий, галька, валуны и т. п.). Бурение в подобных породах обычно производится с одновременным закреплением стенок скважины, так как стенки неустойчивы и склонны к обвалам и оползням.

Плывучие породы состоят из частиц весьма малых размеров (илы) и полностью насыщены водой. Плывучие породы требуют закрепления стенок скважин. Плывучие породы, находясь под напором, могут подниматься по стволу скважины.

Горные породы обладают тем большей прочностью, чем тверже минеральные зерна, чем крепче связь между минеральными зернами, чем плотнее они связаны цементом и чем большей твердостью обла­ дает цемент.

Мелкозернистые породы прочнее крупнозернистых (при одном и том же минералогическом составе).

Более плотные, менее пористые и менее трещиноватые породы обладают большой прочностью.

Прочность горных пород по отношению к разным видам деформа­ ций различна.

Величины относительной прочности при различных видах дефор­ маций для некоторых пород приведены в табл. 1.

Т а б л и ц а 1

Разрушение горных пород при вращательном бурении, как правило, осуществляется вдавливанием резцов или зубьев различ­ ной формы в породу забоя и дальнейшим развитием разрушения породы скалыванием. Поэтому показатель твердости горной породы на вдавливание имеет при вращательном бурении большое значение.

Различают следующие свойства горных пород: твердость, меха­ ническую прочность, абразивность, вязкость, упругость, хрупкость, трещиноватость и кливаж.

Твердость — это свойство твердого тела оказывать сопротивление проникновению в него другого тела, не получающего остаточных деформаций. Твердость также можно определить как местную меха­ ническую прочность. В отличие от понятия прочности, характеризу­ ющего сопротивление тела полному (объемному) разрушению, твер­ дость представляет собой сопротивление поверхностных слоев тела местному силовому воздействию.