В крепких породах бурение производят алмазными коронками. В крепких хрупких породах может быть с успехом применено ударно-вращательное бурение с гидро- или пневмоударным механизмом. В породах средней твердости и мягких вращательное бурение ведется коронками, армированными твердосплавными резцами. Если скважины пересекают уже изученные породы, то на участках, где полезное ископаемое отсутствует, целесообразно перейти на бескерновое бурение, которое позволяет повысить производительность бурения за счет значительного увеличения проходки за рейс и сокращения времени на спуско-подъемные операции, а также за счет повышения режимов бурения.

Глубины колонковых скважин бывают различные - от нескольких метров до нескольких тысяч метров. Диаметры колонковых скважин зависят от целей их проходки и от типа породоразрушающего инструмента. При алмазном способе скважины бурятся в основном коронками диаметром 76, 59 и 46 мм. При твердосплавном бурении чаще применяют коронки диаметром 92, 76, 59 мм, При инженерно-геологических и гидрогеологических работах иногда проходят колонковым способом шурфо-скважины диаметром 500—1500 мм. Выпускаются установки для бурения колонковым способом круглых стволов шахт диаметром более 5 м.

1.3.Инструмент колонкового бурения

Инструмент, предназначенный для бурения скважин, называется буровым инструментом и подразделяется на технологический, вспомогательный, аварийный и специальный.

Технологический инструмент предназначен непосредственно для бурения. Набор инструмента, соединенного в определенной последовательности, называется буровым снарядом. Вспомогательный инструмент — это буровой инструмент, предназначенный для обслуживания технологического инструмента при бурении. Аварийный инструмент предназначен для ликвидации различного рода осложнений, препятствующих нормальному процессу бурения, а специальный - для обслуживания специфических операций в скважинах.

Технологический буровой инструмент (буровой снаряд) состоит из колонкового набора (буровой коронки, кернорвательного устройства, колонковой трубы, трубного переходника, шламовой трубы) и бурильной колонны (бурильных труб и их соединений). Для каждого диаметра скважин составляется определенный буровой снаряд. В связи с этим стандартами предусмотрено по каждому типу инструмента определенное количество размеров, взаимно унифицированных по соединительным элементам и диаметрам (типоразмеры).

Вспомогательный инструмент предназначен, в основном для сборки – разборки бурового снаряда и для обсадки скважины обсадными трубами. Представлен обсадными трубами, полуавтоматическим элеватором с пробкой (грибком), элеватором, шарнирным ключом, подкладной вилкой.

Таблица 3.1

Основные размеры обсадных труб ниппельного соединения и ниппелей к ним (в мм)

Параметры	Нормы
Наружный диаметр трубы и ниппеля D	73+0,35	89±0,40	108+ ±0,86	127+ + 1,02	±146 ±1,17
Толщина стенки труб	5,0±0,4	5,0+0,4	5+0,63	5,0+0,63	5,0±0,63
Внутренний диаметр ниппеля	62,0	78,0	95,5	114,5	134,5
Наружный диаметр наружной резьбы	68,5	84,5	103,0	122,0	141,0
Наружный диаметр внутренней резьбы	68,54	84,55	103,05	122.06	141,06
Длина резьбы	40	40	60	60	60
Внутренний диаметр резьбы	67,0	83,0	101,5	' 120,5	139,5
Длина трубы L	1500; 3000; 4500; 6000
Масса 1 м труб, кг	8,4	10,4	13,0	16,0	17,4

Таблица 3.2

Основные размеры обсадных безниппельных труб (в мм)

Наружный диаметр труб D	34+0,15	44±0,20	57±0,25	73+0,35	89±0,40
Толщина стенки труб t	3,0+0,25	3,5±0,25	4,5+0,35	5,0+0,40	5,0+0,40
Наружный диаметр наружной резьбы d0	31,6	42,0	54,0	69,5	85,5
Наружный диаметр внутренней резьбы	31,632	42,032	54,040	69,540	85,550
Внутренний диаметр резьбы	30,1	40,5	52,5	68,0	84,0
Длина трубы L	1500 3000	1500 3000	1500 3000 4500	1500 3000 4500 6000	1500 3000 4500 6000
Масса 1 м труб, кг	3,0	4,0	52	8,4	10,4

Для удержания снаряда в подвешенном состоянии применяются трубные хомуты и трубодержатели. Для свинчивания и развинчивания обсадных труб применяются двух- или трехшарнирные ключи. Каждый ключ может быть использован для свинчивания и развинчивания двух размеров обсадных труб.

Для предохранения нижнего конца обсадной колонны от повреждений при спуске и во время бурения к нижнему ее концу присоединяется башмак обсадных труб

2.КОНСТРУКЦИЯ КОЛОНКОВЫХ СКВАЖИН

Прежде чем приступить к бурению скважины, надо составить ее проектную конструкцию Исходными данными для выбора конструкции скважины служат:

а) физико-механические свойства пород, пересекаемых скважиной, их крепость, устойчивость, водонасыщенность и т. д.;

б) глубина скважины, наклон скважины;

в) конечный диаметр скважины, который зависит от вида полезного ископаемого;

г) способ бурения.

Проектирование скважины начинается с выбора и обоснования глубины скважины, конечного диаметра бурения, начальных углов забуривания, технической конструкции скважины. Глубина картировочной скважины определяется установленной геологическим заданием глубиной геологического картирования. Глубина разведочной и поисковой скважин в общем случае устанавливается из необходимости пересечения скважиной тела полезного ископаемого и углубления в подстилающие породы на 2-20 м. Начальные углы забуривания зависят от угла падения и азимута падения тела полезного ископаемого или пластов горных пород, глубины скважины. Желательно, чтобы скважина пересекала пласты горных пород под углами, близкими к 70⁰ -90⁰ . Если углы падения пластов не превышают 30⁰ , то скважины проектируются вертикальными. При больших углах падения необходимо бурение наклонных или искривленных скважин.

Конечный диаметр бурения определяется, прежде всего, видом полезного ископаемого, которое требуется вскрыть, а точнее – требованиями к объему их проб. Большинство твердых полезных ископаемых не требует специфических видов анализа. При бурении их алмазными коронками рекомендуется принимать конечный диаметр скважины 46 или 59 мм. Для твердосплавного бурения конечный диаметр скважины следует брать 59, 76 мм. Бурение некоторых полезных ископаемых, требует более объемных проб для изучения. Например, бурение при разведке угольных месторождений, минеральных солей и других твердых полезных ископаемых, залегающих в толщах осадочных пород, производится твердосплавными коронками, причем при проходке по угольному пласту конечный диаметр скважины должен быть не меньше 76 мм, а при пересечении минеральных солей — не менее 92 мм. При разведке химического сырья и стройматериалов бурят скважины диаметром 93-200 мм. Разведка россыпных месторождений золота и платины производится скважинами диаметром 150-200 мм При инженерно-геологических исследованиях в основном бурят скважины диаметром 112-219 мм. При гидрогеологических изысканиях диаметры скважин определяются размерами существующих конструкций приборов и водоподъемного оборудования и колеблются в пределах 100-219 мм и более. Диаметры эксплуатационных скважин на воду определяются требуемой продуктивностью скважины и обычно не менее 168 - 300 мм.

Основная масса этих скважин бурится в перемежающихся породах рыхлых, мягких и средней крепости. Часто бурение производится в песчано-глинистых грунтах, содержащих гравий, гальку и валуны. Породы эти склонны к обрушению. Встречаются породы типа плывунов. Поэтому в процессе углубки необходимо закреплять скважину обсадными трубами.

После выбора конечного диаметра скважины, намечают интервалы, требующие закрепления обсадными трубами, определяют глубины установки колонн обсадных труб. Обсадные трубы необходимо предусматривать для:

1) закрепления устья скважины с целью предохранения от размывания и отвода промывочной жидкости в желоба (направляющая труба);

2) закрепления залегающих сверху неустойчивых и обводненных пород и для надлежащего направления ствола скважины (кондуктор);

3) перекрытия зон разрушенных и раздробленных пород, галечников, слабых конгломератов и брекчий, которые плохо крепятся глинистым раствором и не могут быть затампонированы быстросхватывающимися смесями;

4) производства тампонажа для изоляции водоносных горизонтов, закрепления стенок скважины перед пересечением полезного ископаемого, над которым залегают неустойчивые породы, дающие осыпи.

При проектировании буровых работ в новых районах необходимо предусматривать резервную колонну обсадных труб и соответствующий резервный диаметр коронок.

Выбирают конструкцию скважины снизу вверх. После выбора конструкции скважины выбирают буровую установку, затем составляют спецификацию необходимого бурового оборудования и инструментов, определяют режимы бурения для каждого типа породы в отдельных интервалах и разрабатывают геолого-технический наряд на строительство скважины (табл. 4.1.). Он будет служить основным документом - руководством для буровой бригады. В нем в табличной форме имеется информация по геологическому разрезу, конструкция скважины и рекомендуемые параметры режима бурения.

3.БУРОВЫЕ УСТАНОВКИ КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ

Буровой установкой называется комплекс бурового и энергетического оборудования, а также сооружений (вышка или мачта, буровое здание), служащий для бурения скважин. Колонковое бурение производится установками, состоящими из бурового агрегата, который размещен в буровом здании, и буровой вышки или мачты. Буровой агрегат включает буровой станок, буровой насос для промывки скважины, силовые приводы к ним, аппаратуру контроля и регулирования процесса бурения.

Установки для колонкового бурения по транспортабельности разделяются на стационарные, передвижные, самоходные, переносные.

Таблица4.1

Стационарными называются такие установки, у которых буровой агрегат и вышка монтируются в виде одного или нескольких блоков. Эти установки не имеют собственной транспортной базы. После окончания бурения установка разбирается на составные блоки, которые перевозятся на новое место бурения, где снова монтируются. Стационарные буровые установки используются при больших затратах времени на бурение скважин.

Передвижные буровые установки монтируются на одной или нескольких рамах, установленных на санях, колесных или гусеничных тележках. Такие установки применяют при небольших расстояниях между скважинами и перемещают буксировкой автомобилями или тракторами.

Самоходные установки монтируются на базе автомашин, тракторов.