Буровая скважина

Буровая скважина (англ. well, drilling hole; нем. Воhrloch; фран. trou de forage; итал. agujero, pozo de sondeo) – это горная выработка круглого сечения, сооружаемая без доступа в нее людей, длина которой во много раз больше диаметра. Бурение - это процесс сооружения скважины путем разрушения горных пород. Скважина создаётся последовательным разрушением (бурением) горных пород, удалением выбуренной породы и, при необходимости, закреплением стенок скважины от обрушения[1].

Верхняя часть скважины называется устьем, дно - забоем, боковая поверхность - стенкой, а пространство, ограниченное стенкой - стволом скважины. Длина скважины - это расстояние от устья до забоя по оси ствола, а глубина - проекция длины на вертикальную ось. Длина и глубина численно равны только для вертикальных скважин. Однако они не совпадают у наклонных и искривленных скважин.

Разновидности буровых скважин

Буровые скважины разделяют на мелкие — глубиной до 2000 м (из них подавляющее большинство — до нескольких сотен метров), средние — до 4500 метров, глубокие — до 6000 метров, сверхглубокие — свыше 6000 метров. По положению оси ствола и конфигурации буровые скважины разделяют на вертикальные, горизонтальные, наклонные; неразветвлённые, разветвлённые; одиночные и кустовые[2].

По назначению буровых скважин различают: опорные – для определения строения недр Земли и попутного выявления их перспективных участков с повышенными концентрациями полезных ископаемых; структурно-поисковые – для идентификации структурных элементов земной коры, особенностей тектонического строения фундамента, исследования пород осадочного чехла; разведочные и оценочные – для определения продуктивности  недр, с точки зрения нахождения в них полезного компонента; эксплуатационные (добывающие) — для разработки месторождений полезных ископаемых; строительные — для строительства различных сооружений (мостов, причалов, свайных фундаментов и оснований, подземных хранилищ, водоводов и др.), горнотехнические буровые скважины — для строительства и эксплуатации горных сооружений.

Данные полученные при бурении опорных, структурно-поисковых, оценочных и разведочных скважин наиболее полно используются при проведении научно-исследовательских работ, составлении геологической документации и для выявления наиболее перспективных геологических структур и участков недр перспективных для обнаружения новых месторождений полезных ископаемых. С применением эксплуатационного бурения наиболее часто разрабатываются месторождения нефти, газа и подземных вод. Эксплуатационные скважины по выполняемой функции могут подразделяться на добывающие, нагнетательные, оценочные, контрольные (пьезометрические, наблюдательные). В связи с их состоянием на данный момент времени они также могут быть подразделены на действующие, ремонтируемые, бездействующие, законсервированные и ликвидированные.

Горнотехнические буровые скважины делятся на взрывные (на них приходятся наибольшие объёмы бурения — около 50 млн. м в год), замораживающие, тампонажные, вентиляционные, водоотливные и др.

Способы бурения

            По способу воздействия на горные породы различают механическое и немеханическое бурение. При механическом бурении (вращательном, ударном, ударно-вращательном, гидродинамическом, вибрационном, взрывоударном) буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая ее, а при немеханическом разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на нее. Немеханические способы (гидравлический, термический, электрофизический, химический) в настоящее время применяются гораздо реже чем механические.

            Вращательный способ бурения на практике распространен чрезвычайно широко. Это процесс является механическим бурением, при котором разрушающее усилие создаётся непрерывным вращением породоразрущающего инструмента с приложением осевой нагрузки. Существуют некоторые разновидности такого способа бурения в зависимости от способа вращения бурового инструмента: роторное - при таком способе бурения буровой снаряд вращается станком, имеющим вращатель роторного типа; турбинное – в этом случае инструмент разрушающий породу вращается турбобуром; объемное - породоразрушающий инструмент вращается винтовым (объёмным) двигателем; бурение электробуром - породоразрушающий инструмент вращается электробуром. В зависимости от особенностей разбуриваемых пород используют вращательное бурение с применением алмазного, твердосплавного или дробового разрушающего инструмента. В первом случае горная порода разрушается инструментом (буром с буровой коронкой), армированным алмазами, во втором - инструментом армированным твёрдыми сплавами, в третьем случае разрушением породы происходит посредством воздействия дроби на породу в забое. В настоящее время дробный способ бурения практически не используется. Твердые, скальные горные породы наиболее часто разбуривают с применением буровых коронок, армированных алмазами синтетического и реже природного происхождения.  

            Ударный способ бурения также как и вращательный является механическим, он предусматривает разрушающее воздействие на породы посредством ударов породоразрушающего инструмента.  В зависимости от технологии передачи возвратно-поступательного движения, создаваемого станком, для воздействия разрушающего процесса на породы, различают ударно-канатное, ударно-штанговое и гидроударное бурение. Передача движения от станка к разрушающему инструменту  при ударно канатном бурении предполагает использование каната, при ударно-штанговом бурении - прочной твердосплавной штанги, а при гидроударном бурении удары сообщаются породоразрушающему инструменту гидроударником.

            Вибрационный способ бурения является механическим, в этом случае внедрение бурового снаряда в горные породы осуществляется виброударником.

С использованием жидкостей подаваемых на забой при высоких давлениях струй также возможно разрушение горных пород. Такой способ, называемый гидродинамическим, наиболее часто используется при бурении мягких и рыхлых пород осадочного чехла.

Остальные разновидности способов бурения используются на практике гораздо реже, чем вышеперечисленные. Термический способ бурения предусматривает разрушение пород тепловым воздействием. С применением термического способа бурения может эффективно осуществляется проходка оледенелых толщ и участков земной коры. Электрофизический способ бурения предполагает разрушение горной породы под воздействием сил, возникающих в результате электрического разряда (импульса) большой силы, воспроизводимого с высокой частотой. Взрывоударное бурение, применяется на практике очень редко, при таком способе горная порода разрушается под воздействием сил взрыва в забое. Химическое бурение используется крайне редко, в этом случае порода разрушается под действием реагентов, вступающих с ней в химическую реакцию.

При разрушении горной породы в процессе бурения образуется шлам – обломки разрушенных горных пород в забое. С целью извлечения подобного материала используются различные приемы бурения. Бурение с промывкой предусматривает удаление продуктов разрушения горных пород из скважин потоком промывочной жидкости. Бурение с продувкой, продукты разрушения горных пород удаляются из забоя потоком газа