Колонковое и керновое бурение - Классификация способов бурения

Классификация способов бурения

 

В природе разрушающих горную породу напряжений все способы бурения делятся на механические, при которых разрушение происходит вследствие развития в породе механических напряжений, и термические, при которых разрушение происходит вследствиие развития в породе температурных напряжений.

К механическим способам бурения относятся:

Ø  ударный,

Ø  вращательный,

Ø  ударно-вращательный,

Ø  вращательно-ударный,

Ø  ультразвуковой,

Ø  взрывной,

Ø  электрогидравлический и гидравлический.

К термическим относятся

Ø  огневое,

Ø  плазменное,

Ø  электротермическое бурение.

По видам передачи энергии породе способы бурения делятся на

 а) контактные (ударное, вращательное, ударно-вращательное, вращательно-ударное, взрывное, электротермическое)

б) бесконтактные (термическое, плазменное, гидравлическое, электрогидравлическое, ультразвуковое).

Способы воздействия на породу:

Ø     твердым породоразрушающим инструментом (ударно-вращательное, ударное, вращательное, вращательно-ударное);

Ø     газами (взрывное бурение патронированными зарядами);

Ø     жидкостью (электрогидравлическое и гидравлическое бурение);

Ø     электрическим током (электротермическое и электроимпульсное бурение);

Ø      комбинированные (с помощью газов и тепла – струйное взрывобурение, огневое, плазменное бурение, с помощью абразива и жидкости – ультразвуковое бурение).

По способу разрушения забоя может быть колонковое бурение с отбором керна и бурение сплошным забоем.

По способу удаления продуктов разрушения из забоя различают периодическую (с помощью желонок, различных буров и грунтоносов) и непрерывную очистку, осуществляемую механически с помощью витых штанг и шнеков при вращательном бурении и циркулирующим жидким, аэрированным (водовоздушная смесь) или газообразным агентом при шарошечном и ударном бурении.

По способу подачи промывочного агента к забоювозможны прямая очистка, при которой агент движется внутри бурильных труб или штанг и перфоратора, омывают забой и вместе с продуктами разрушения поднимается по затрубному пространству на поверхность, и обратная очистка, когда промывочный агент подаётся по затрубному пространству, поступает вместе с продуктами разрушения внутрь бурового става и поднимается на поверхность. Последний способ при бурении шпуров широко применяется при отсосе шлама.

По виду используемой энергииразличают ручное бурение, когда все операции выполняются вручную, и машинное, когда все процессы бурения выполняются различными механизмами.

Механическое разрушение – отделение горных пород от массива или их дробление (измельчение) путём воздействия на породу породоразрушающего инструмента – резца, фрезы, шарошки, ударника, алмазных и абразивных кругов и коронок, скалывателей и др. В результате действия того или иного механического фактора протекают физические процессы чисто механического разрушения породы: сжатие, раздавливание, дробление, скалывание, резание и др.

Гидравлическое разрушениеосуществляется воздействием на горную породу струй воды под высоким давлением.

Термическое разрушениепород происходит под действием физических полей, создаваемых без использования специальных породоразрушающих инструментов за счёт физико-химических процессов, протекающих под действием высокой температуры. Термическому разрушению способствует низкая теплопроводность породы, анизотропия её, высокий коэффициент теплового расширения и т.д.

Взрывоударное разрушение – разрушение и перемещение горных пород под действием энергии взрывчатых веществ, размещённых в массиве (в скважинах, шпурах, камерах и пр.).

Электрические способы ослабления и разрушения основаны на воздействии на горную породу электрической энергии в виде электромагнитного поля, электрического разряда, электрического тока и др.

При проведении горно-разведочных выработок в основном имеет место взрывоударное разрушение горных пород и применение связанных с ним механических способов, необходимых для создания в массиве пород полостей с целью заложения заряда ВВ.

При вращательном способе порода разрушается при вращении породоразрушающего инструмента с наложением постоянно действующего (статического) осевого усилия. Этот способ в основном применяется при бурении шпуров в мягких и средней крепости породах (f£10).

При ударном способе разрушение породы происходит при нанесении ударов породоразрушающим инструментом по породе с определённой силой и скоростью.

Выделяются следующие комбинации ударного и вращательного способов бурения:

ударно-поворотное бурение обычными и погружными бурильными молотками (перфораторами), при котором инструмент в промежутках между ударами поворачивается на определённый угол (к ударно-поворотному относится и ударно-канатное бурение скважин);ударно-вращательное бурение погружными пневмо- или гидроударниками и перфораторами с независимым вращением, при котором удары наносятся по непрерывно вращающемуся инструменту.

 

При указанных двух способах бурения порода разрушается в основном в результате ударов:

при вращательно-ударном бурении удары наносятся по непрерывно вращающемуся под большим осевым усилием инструменту. Разрушение породы происходит в результате ударов и вращения инструмента.

При вибрационном способе происходит погружение специального забойного инструмента обычно цилиндрической формы в рыхлую породу под действием вынужденных продольных колебаний – вибраций и осевого усилия.

При способе задавливания происходит погружение породоразрушающего инструмента, имеющего форму конуса или полого цилиндра, в мягкую породу под действием осевого усилия. Разрушаемая порода в этом случае уплотняется в стенках скважины.

При вибрационно-вращательном способе разрушение пород происходит при вращении специального инструмента и действии осевого усилия.

 В результате взаимодействия инструмента с породой наблюдается три основных типа разрушения.

Первый – разрушение под лезвием инструмента монолита в мелкодисперсную массу. Размеры частиц менее глубины внедрения инструмента и меньше первоначальных кристаллов и зёрен породы.

Второй – скалывание по краям зоны дробления, которое за счёт неоднородности и начальных дефектов в породе приводит к тому, что размеры зоны разрушения несколько отличаются от правильных. Размеры частиц значительны.

Третий – образование трещин в породе под зоной (ядром) измельчения, позволяющих при повторных воздействиях увеличивать зону разрушения.