Геологоразведочное бурение на твердые полезные ископаемые

Технология бурения геологоразведочных скважин

В данном учебном пособии дается системное изложение основ современной технологии бурения геологоразведочных скважин при разведке твердых полезных ископаемых. Оно изложено в виде текста лекций и практических занятий курса «Бурение геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые» и соответствует программе курса «Бурение на ТПИ» для специализации РТБ и являются добавлением к имеющимся учебникам по бурению разведочных скважин.

В настоящее время бурение скважин является одним из важнейших направлений развития промышленного производства во всем мире. И, хотя, основное внимание в мире уделяется бурению скважин для разведки и добычи углеводородного сырья, бурение геологоразведочных скважин также является весьма актуальным для обеспечения сырьевой независимости нашей страны.

Для оценки места и роли изучения курса бурение на ТПИ, рассмотрим для чего вообще бурятся скважины.

Существует несколько подробных классификаций назначения буровых скважин, но по существу основные применения буровых скважин можно разделить на пять групп в соответствии с их назначением, технологией и техникой их бурения. Такое деление приведено на рис. 1

Кроме приведенных в диаграмме назначений буровых скважин существует еще много случаев применения бурения скважин для решения частных задач, например, скважина для спасения чилийских горняков, скважины для тушения подземных пожаров и.т.п.

Бурение геологоразведочных скважин при разведке твердых полезных ископаемых в этом ряду занимает важное место и по объемам и по стратегической важности, практически сразу после разведки и добычи углеводородов.

В последние годы в нашей стране, наряду с отечественной, широко применяется зарубежная техника и технологии в разведочном бурении. В данном учебном пособии соответственно рассмотрены современные технологии и технические средства бурения разведочных скважин , в первую очередь, отечественные, а также ведущих зарубежных фирм .

Рис: 1

Бурение скважины может осуществляться различными способами с использованием различных технических средсв и технологий. В зависимости от назначения скважин горно-геологических и технико-технологических условий бурения применяется та или иная разновидность бурения. Применяемые в настоящее время виды и разновидности бурения скважин различного назначения приведены в табл. 1. В таблице приведены примерные величины основных параметров бурения скважин и главные области их применения.

Способы, виды и разновидности бурения Таблица 1

Способы, виды и разновидности бурения	Параметры бурения	Главные области применения
Категория пород по буримости	Глубина скважин до, м	Диаметр скважин мм
Ударно-канатное	I – XII	140 – 700	Разведка россыпей. Бурение на воду
Бурение неглубоких скважин без циркуляции очистного агента	Мелкое ударное бурение	I –III	93 – 168	Инженерная геология, Геологоразведка. Разведка россыпных месторождений Малое водоснабжение. Взрывные сейсмоскважины. Взрывные при открытой разработке в угольных карьерах. Технические скважины (в строительстве, в горных работах и другие)
Медленно-вращательное и комбинированное	I – V	30 – 50	112 – 250
Бурение задавливанием и винтобурение	I – III	24 – 40	50 – 65
Вибрационное, виброударное и виброударно-вращательное	I – IV I – V	93 – 168
Шнековое	I – IV (V)	60 -250
Механическое вращательное с циркуляцией очистного агента	Геологоразведочное	Бескерновое (со сплошным забоем)	I – XII	Не ограничена	73 – 151 (250)	Геологоразведочные скважины на интервалах, где не нужен керн (кроме пород XII категории).
Колонковое	Простые снаряды	Твердосплавное	I – VIII	» 1500	36 – 151	Целесообразно до глубин скважин до 200 – 300 м, глубже лучше применять ССК.
С резцами из СТМ	V – VIII	36 – 132
Алмазное	VI – XII	36 – 112
Простые снаряды с забойным механизмом	Гидроударное Ударно-вращательное Вращательно-ударное	VI –XI IX – XII	≈ 500 » 1500	59 – 151 59 – 76	С твердосплавными коронками. С алмазными коронками против заполирования алмазов и самозаклинивания керна.
Пневмоударное Ударно-вращательное	VI – XI	» 500 (до1000)	76 – 300	В сухих и слабообводненных скважинах.
С компрессором высокого давления.
С забойным двигателем		» 1500	59 – 76	Для отклонения интервала скважины при направленном бурении.

			Специаль-ные снаряды с подъемом керна без подъема труб	Снаряды со съемным керноприемником КССК, ССК, LJNGYEAR и подобные	V – XI (XII)	1500 – 3500	46 – 95 (47 -145)	При глубине скважин более 200 – 300 м. Современный прогрессивный вариант!
Снаряды (Комплекты) с гидро (пневмо) транспортом керна или шлама КГК, КПК	I – V	300 – 500	76- 250	Прогрессивный метод, но только в слабых породах. Прогрессивный вариант с кольцевым пневмоударником для твердых пород до 1200 м.
Механическое вращательное с циркуляцией очистного агента	Эксплуатационное	Бескерновое	Бурение эксплуатацион-ных скважин на нефть и газ	Роторное	I – XII	(с горизонтальным окончанием до 13000м)	120 – 490	Доразведка и добыча и нефти, конденсата и газа (Применялось до 2008 года)
С подвижным вращателем
Турбобуром	V – XII
Гидравлическим двигателем
Электробуром	146 – 390
Бурение водозаборных и гидротермальных скважин	I – IX	200 – 350 2000-2500	112- 350	Добыча воды, рассолов и гидротепла
Бурение геотехнологических скважин	I – IX	50 -700	70 – 500	Добыча ТПИ (уран, сера, железо и др.)
Бурение технических, научных и вспомогательных скважин	I – XII	10 – 12300	70 – 900
Физические способы разрушения горных пород	Гидромониторное бурение	I – IV	В сочетании с добычей ТПИ.
Термодинамическое бурение	VI –XII	Для бурения взрывных скважин.
Взрывное бурение	V – XII	Эффективно, но опасно.
Термостатическое плавлением	VI – XII	Опытное.
Плазменное бурение	VI – XII	Опытное.
Электроимпульсное бурение	IV – VII	Опытное.
Лазерное бурение		Опытное.
Кавитационное бурение		Опытное.
Реактивное		Опытное.
Магнитострикционное		Опытное
Ультразвуковое		Опытное

Из показанных физических способов бурения реальное применение имеет, пожалуй, только гидромониторное бурение, применяемое при разработке месторождений в песчаных толщах на глубине, главным образом урановых месторождений. В небольших объемах применяется термическое бурение при проходке взрывных скважин в наиболее твердых породах и для бурения в толщах льда в Антарктиде. Другие нетрадиционные методы бурения были разработаны, испытаны и, в принципе, показали удовлетворительные результаты, но из-за сложности техники и технологии не выдерживают конкуренции с механическими способами бурения. Подробно физические способы бурения описаны в учебнике «Бурение разведочных скважин», глава 2.9 [1]

Скважины, используемые для геологоразведки (кроме разведки нефти и газа и гидрогеологических скважин) можно разделить на две группы (с учетом их глубины и способа удаления разрушенной породы): «бурение неглубоких скважин без циркуляции очистного агента»и«геологоразведочное бурение при разведке месторождений твердых полезных ископаемых (бурение на ТПИ)». В первую группу видов бурения входят: разведка твердых полезных ископаемых на малых глубинах – россыпные месторождения, мелкие поисково-съемочные скважины, разведка стройматериалов и бурение при инженерно-геологических изысканиях.Первая группа изучается в курсе “Неглубокое бурение”, (смотри учебник « Бурение разведочных скважин», глава 8 [1]).

“Бурение на ТПИ” представляет собой механическое вращательное бурение с циркуляцией очистного, агента, применяемое при разведке месторождений твердых полезных ископаемых. Курс “Бурение на ТПИ” предусматривает изучение техники и технологии бурения разведочных скважин. При этом, учитывая наличие самостоятельных курсов по отдельным разделом техники и технологии разведочного бурения, («Основы разрушения горных пород при бурении», «Очистные агенты», «Искривление скважин и направленное бурение»), ряд вопросов в данном курсе не рассматривается или рассматривается только в общем, плане.

Источник

Геологоразведка необходима не только для поиска месторождений полезных ископаемых. Ее также часто используют при строительстве различных объектов. Геологоразведочное бурение позволяет получить сведения о геологическом строении выбранной площадки, наличии водоносных горизонтов, пустот, карст и прочих опасных явлений, составе грунта. Заказать бурение геологоразведочных скважин в Москве и по области вы сможете в нашей компании «Изыскание МСК».

Геологоразведочное бурение: что определяется?

Нередко люди пренебрегают проведением геологоразведочных работ перед началом строительства, особенно если они уже проводились на соседнем участке. Такая беспечность может повлечь за собой необратимые последствия. Далеко не всегда геологическое строение расположенных рядом земельных участков идентичное. Кроме того, непосредственно в границах конкретного участка могут быть представлены грунты с разными физическими свойствами, например, различной сжимаемостью или плотностью. Построив здание на таких грунтах и не приняв во внимание их особенности, при эксплуатации вы можете столкнуться с деформациями и даже обрушениями.

Затраты на устранение таких последствий могут во много раз превысить затраты на строительство нового такого здания. Поэтому важно обязательно выполнять геологоразведочное бурение скважин до начала всех строительных работ – так вы убережете себя от проблем и лишних денежных трат. Количество скважин, необходимых для проведения исследований, определяется размерами участка на подготовительном этапе работ. Из этих скважин наши специалисты возьмут пробы почвы и воды для дальнейшего анализа в лабораторных условиях.

В целом, выполняя геологоразведочное бурение при строительстве, мы определяем:

виды грунтов, представленных на участке, их свойства и состав;
глубину расположения водоносного горизонта, пригодность воды для питья;
особенности геологического строения местности, где запланировано строительство;
неблагоприятные геологические процессы, протекающие в районе, их вероятное влияние на ход строительства и объект, в целом.

Важно! Геологоразведка также позволяет определить, есть ли необходимость в установке дренажей на участке. Дренажные системы позволят избежать подтопления подвалов и цокольных этажей.

Как проводится геологоразведочное бурение на месторождениях полезных ископаемых

Разработка месторождений полезных ископаемых обязательно должна включать геологоразведочное бурение. Его используют на каждом из этапов разработки месторождения: от поиска перспективного района до эксплуатационной разведки. Геологоразведочное бурение на твердые полезные ископаемые позволяет обосновать техническую и экономическую целесообразность их добычи. Выполнив на обозначенном участке геологоразведочное бурение, специалисты нашей компании определят мощность месторождения, глубину залегания полезных ископаемых.

Важно! Результаты геологоразведки используются при составлении проекта по добыче полезных ископаемых.

Бурение скважин на территории месторождения необходимо для составления геологического разреза местности, а также взятия образцов породы на анализ. С помощью современных методик бурения наши специалисты смогут изучить строение недр, не нарушив природное сложение слоев породы. В результате проведенных работ и полученных данных заказчик сможет решить, рациональна ли, в принципе, разработка данного месторождения. Геологоразведочное бурение также позволяет спрогнозировать развитие различных опасных процессов в результате техногенного влияния, обосновать выбор методики добычи ископаемых и обеспечить максимальную безопасность работников при освоении месторождения.

Почему стоит доверить бурение геологоразведочных скважин геологам нашей компании?

От качества проведенной геологоразведки перед началом строительства напрямую зависит безопасность будущего сооружения. Такую работу должны выполнять исключительно профессиональные геологи с опытом работы на участках различной степени сложности. Таких специалистов вы найдете в нашей компании «Изыскание МСК». Помимо геологоразведочных работ при строительстве мы также выполняем бурение геологоразведочных скважин для определения параметров месторождений твердых ископаемых. Стоимость работ, выполняемых нашей компанией, зависит от множества факторов, таких как:

площадь исследуемого участка;
количество и глубина скважин;
сложность рельефа местности;
используемый метод бурения.

Чтобы узнать точную цену работ, вам следует обратиться к нашим сотрудникам и предоставить им техническое задание.

Подробнее на сайте https://izyskanie.msk.ru/article/geologorazvedochnoe-burenie

Источник

Практикум

По бурению геологоразведочных скважин

на твердые полезные ископаемые.

(Бурение на ТПИ).

Учебное пособие для студентов МГРИ-РГГРУ

Специализации 130203 Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых

Часть 1

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………………………..3

1.Буровой инструмент……………………………………………………5

1. 1. Технологический буровой инструмент……………………………5

1. 2. Вспомогательный буровой инструмент………………………….27

1. 3. Специальный буровой инструмент………………………………36

1. 4. Аварийный буровой инструмент…………………………………37

2. Буровое оборудование…………………………………………..…..44

2. 1. Буровой станок (установка)………………………………………45

2.1.1. Буровые станки (установки) с вращателем роторного типа….52

2.1.2. Буровые станки с вращателем шпиндельного типа……………53

2.1.3. Буровые станки с подвижным вращателем…………………….66

2. 2. Буровые насосы……………………………………………………85

2. 3. Буровые мачты и вышки……………………………………… . 90

Введение

Специалист инженер-буровик – инженер технолог по бурению разведочных скважин, должен изучать, знать и понимать технику и технологию бурения геологоразведочных скважин, в том числе при разведке твердых полезных ископаемых – ТПИ. Техника и технология две стороны курса «Бурение на ТПИ» – техника изучается на практических занятиях и на учебных и производственных буровых практиках, технология на лекциях, на учебной исследовательской буровой и на производственных практиках.

Практикум предназначен для помощи студентам при освоении курса в добавление к учебникам и справочникам. Поэтому в нем даются разъяснения работы технических средств и для лучшего усвоения допущены некоторые повторения. Следует иметь в виду, что освоение применения бурового инструмента и понимание работы буровых установок поможет при изучении техники бурении я гидрогеологических и нефтегазовых скважин.

Для более четкого восприятия курса вначале рассмотрим значение основных терминов, определяющих технические средства, используемые при бурении геологоразведочных скважин:

(Стр. 3, 4, далее буровой снаряд –стр.15, 16, 17, 18, 19; далее вспомогательный и аварийный инструмент – стр. 28, 31, 34, 38,39. распечатать в конспект, размеры скважин и колонковых труб, выделенных жирным шрифтом знать наизусть).

Технические средства для бурения это: буровое оборудование, включая транспортные средства, на которых оно смонтировано, средства энергообеспечения, буровой инструмент, контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации и управления (КИП и САиУ)

1 Буровое оборудование – совокупность агрегатов, механизмов и сооружений, предназначенных для сооружения буровых скважин: буровая установка плюс, специальное оборудование, например, для приготовления очистных агентов, очистки очистных агентов и.т.п., не входящее в буровую установку, а также, при необходимости, общетехническое оборудование такое, как компрессор, дизельэлектростанция и др..

2 Буровая установка – комплекс механизмов и сооружений необходимых и достаточных для бурения скважины.

Буровые установки бывают единые и сборные.

В единой буровой установке все механизмы и сооружения собраны на одном основании (чаще всего транспортном средстве или основании) и представляют единое целое, т.е. здесь нет отдельно бурового станка. Обычно это самоходные буровые установки (СБУ) или передвижные установки (ПБУ).

В сборную буровую установку входят самостоятельные единицы бурового оборудования, выпускаемые отдельно (обычно – буровой станок, буровой насос, буровая мачта или вышка).

3 Буровой агрегат –комплект оборудования для бурения скважин, включающий буровой станок,буровой насос, иногда компрессор,с приводными двигателями.

4 Буровой станок– единица оборудования, состоящая из механизмов, обеспечивающих выполнение операций по бурению и оборудованию скважин

5 Буровой насос – насос, предназначенный для подачи на забой скважины промывочной жидкости или участвующий в создании и подачи на забой газожидкостных смесей. (Неверно – «грязевый насос», «промывочный насос»).

6 Буровая мачтаиливышка –сооружение, входящее в состав буровой установки предназначенное для выполнения спуско-подъемных операций с буровым снарядом, обсадными трубами, и для других грузоподъемных работ,

а также для направления движения подвижного вращателя, (в станках с подвижным вращателем).

7 Буровой инструмент –группы инструмента, участвующие в бурении и оборудовании скважины, а также применяющиеся для выполнения вспомогательных работ, связанных с бурением, специальных и аварийных работ в скважине. Буровой инструмент подразделяется на технологический, вспомогательный, аварийный и специальный.

8. Технологический буровой инструмент –группа инструмента непосредственно участвующая в процессе бурения.

9. Вспомогательный буровой инструмент – инструмент, применяющийся для работы с технологическим инструментом (главным образом для спуско-подъемных операций, сборки и разборки технологического инструмента).

10. Аварийный буровой инструмент –инструмент,предназначенный для ликвидации аварий в скважине.

11. Специальный буровой инструмент – инструмент для выполнения специальных работ в скважине (Закрепление стенок скважины, инструмент для направленного бурения и инструмент для борьбы с осложнениями в скважине).

Геологоразведочные скважины на твердые полезные ископаемые в абсолютном большинстве проходятся с помощью механического вращательного бурения с циркуляцией очистного агента. Геологоразведочные скважины на ТПИ с диаметрами ствола скважины от 46 мм до151мм (диаметры скважин 26 и 36 мм применяются очень редко, только для очень маленьких скважин при поисково-съемочных работах), имеют глубины от первых десятков до 3500 м (в нашей стране). Самая глубокая геологоразведочная скважина на ТПИ пробурена в Ю.А.Р. в 1986 году и имеет глубину 5442 м!

Процесс бурения (углубки) скважины заключается в разрушении породы на забое скважины вращающимся породоразрушающим инструментом (ПРИ), вращение на которой при бурении на ТПИ передается от бурового станка с поверхности с помощью колонны бурильных труб. Следовательно, ПРИ и бурильные трубы играют не менее ответственную роль, чем буровой станок.

Для лучшего понимания функционирования технических средств бурения геологоразведочных скважин, изучение их целесообразнее начинать с технологического бурового инструмента, после чего более понятно устройство и функциональность бурового оборудования.

1. Буровой инструмент.

Буровой инструмент – это совокупность технических средств, (кроме оборудования и сооружений), используемых в процессе бурения скважины, при выполнении вспомогательных операций и специальных работ в скважине, а также для преодоления геологических осложнений и ликвидации аварий в скважине. В соответствии с назначением буровой инструмент делится на четыре группы: технологический, вспомогательный, специальный и аварийный.

Источник