Тема 12. Бурові роботи

12.1 Поняття та межі застосування бурових робіт

12.1 Поняття та межі застосування бурових робіт

Буріння – це утворення спеціальних порожнин циліндричної форми за допомогою бурильного інструмента. Циліндричні порожнини – діаметром до 75 мм і до 6 м завглибшки називають шпуром, діаметром більше ніж 75 мм і понад 6 м завглибшки – свердловиною. Шпури та свердловини бувають вертикальні, похилі та горизонтальні.

Місце у поверхні землі, де починаються шпури чи свердловини, називають устем, дно шпурів чи свердловин – забоєм, бокові поверхні – стінками.

Бурові роботи – комплекс заготівельно-транспортних та основних процесів і операцій з улаштування циліндричних порожнин (свердловин і шпурів)

Буріння здійснюють під час:

· вибухових робіт;

· зведення пальових фундаментів;

· закріплення основ (цементація, заморожування);

· водопостачання;

· водозниження;

· дослідження ґрунтів;

· розвідування покладів корисних копалин.

Процес буріння складається з двох операцій:

· руйнування (відділення) породи на дні (у забої) бурової виробки;

· видалення зруйнованої породи з забою;

Зруйнований ґрунт видаляють з виробки за допомогою глинистого розчину чи води, струменем стисненого повітря, шнековими та іншими пристроями, які вибирають залежно від способу буріння, глибини виробки та виду ґрунту.

Стінки свердловин в слабких, пухких та насичених водою ґрунтах кріплять стальними обсадними трубами, що з’єднуються між собою муфтами чи методом вгвинчування.

12.2. Основні методи буріння

Залежно від характеру руйнування порід та глибини виробок застосовують такі методи буріння:

1) механічні – коли породи руйнуються під впливом на них механічних породоруйнівних інструментів (ударний, обертовий, вібраційний, ударно-обертовий);

2) фізико-хімічні – термічний, вибуховий, гідравлічний, електрогідравлічний, ультразвуковий, плазмовий.

Найчастіше буріння виконують механічними способами. Також практичного застосування набув термічний спосіб, решта у випробувальній стадії.

12.3. Основні види механічного буріння

Буріння свердловин звичайно виконують верстатами ударної, ударно-обертової, обертової дії.

Ударний спосіб буріння заключається в тому, що буровий снаряд масою 1…3 т падає з певної висоти в забій свердловини та руйнує породу внаслідок виникаючої сили від удару. Після кожного удару буровий снаряд повертається на певний кут, внаслідок чого створюються умови для рівномірного руйнування всієї площі забою свердловини.

Верстатами ударного буріння утворюють свердловини діаметром до 350 мм та до 50 м і більше завглибшки, як правило, у породах різної міцності.

При обертовому бурінні порода забою розтирається, її ріжуть та сколюють за допомогою бурового інструмента, жорстко закріпленого на нижньому кінці штанги, що обертається. Верстатами обертового буріння утворюють свердловини в м’ягких і мерзлих ґрунтах діаметром 110…125 мм і завглибшки до 30 м. Обертове буріння визначається:

· високою продуктивністю – в 3..5 разів перевищує продуктивність ударного буріння;

· порівняно низькою вартістю бурових робіт;

· можливістю буріння вертикальних, похилих та горизонтальних свердловин.

Застосовується два методи обертового буріння – колонковий і роторний. При колонковому методі буріння використовують кільцеву коронку, що армована різцями з твердих сплавів чи алмазами. При цьому вибурюють кільцевий забій (керн), що входить в колонкову трубу, з якої його достають на поверхню. При роторному бурінні розробляється грунт на всій площині забою.

Ударно-обертове буріння порівняно з ударним має більш високу швидкість (10..35 м/зміну), при цьому буріння свердловин може бути напрямленим (від 0 до 90° по горизонталі). При бурінні ударна дія та обертання долота здійснюються двома незалежними один від одного механізмами. Станками ударно-обертового буріння бурять свердловини діаметром 100...200 мм, до 30 м завглибшки тільки у важкобуримих та абразивних скельних породах. Недолік спосіб – мала стійкість бурових колонок та велике пилоутворення.

При використанні даних методів буріння буровий дріб'язок та шлам видаляють промиванням виробки водою під тиском чи продуванням стисненим повітрям.

Рис. 12.1. Бурові установки. Обладнання та інструмент для буріння шпурів і свердловин: в - форми головок бура; г - схема ручного термобура; д - бури ручні; є - самохідна установка колонкового буріння; є - робочі наконечники;

12.4. Термічне буріння

Даний метод буріння використовується для розроблення дуже міцної породи кристалічної структури. Наявні ручні термобури та пересувні станки термічного буріння на гусеничному та автомобільному шасі. Термічне буріння за продуктивність в разів 10 ефективніше механічних методів буріння.

Ручний термобур для розроблення шпурів діаметром 60 мм і глибиною 1,5…2 м представляє з себе металеву трубу-кожух діаметром 30 мм, в яку вмонтована реактивна грілка з форсункою, що розпилює гас (керосин), Температура вогняного напору, що створює термобур досягає 1800…2000 С. Якщо для буріння не потрібні такі високі температури, то замість кисню підводять зжате повітря. Порода, нагріваючись, розколюється на дрібні частинки, що викидаються струменем нагору.

Рухомі станки термобури працюють за аналогічним принципом і дозволяють розробляти шпури та свердловини діаметром до 130 мм і глибиною до 8 м.

12.5. Охорона праці при бурових роботах

При виконанні бурових робіт необхідно дотримуватися всіх діючих вимог, що затверджені на даний момент для таких робіт – «Єдині правила безпеки праці при геологорозвідувальних роботах».

До управління буровими верстатами та обладнанням допускаються працівники, що мають необхідне посвідчення. Робітники повинні бути проінструктовані та забезпечені відповідними інструкціями по техніці безпеки, вказівками про систему сигналів, правилами керування машиною, догляду за робочим місцем.

Буровий майстер відповідає за дотримання правил безпеки членів бригади.

До початку виконання робіт від зобов’язаний:

· переконатися в справності та надійності всіх механізмів;

· наявності огороджень рухомих частин;

· забезпечення вільного доступу до обладнання;

· провірити справність заземлення електродвигунів і пускової апаратури станків.

Зведення, ремонт, переміщення та демонтаж бурових вишок виконують під наглядом відповідальної особи. В межах забороненої зони (до 15 м від устя свердловини) перебування сторонніх осіб не допускається.

Місця буріння в темну пору доби повинні бути добре освітлені.