Колонковое бурение

Наиболее распространённый способ сооружения поисковых и разведочных скважин на твердые полезные ископаемые - вращательное колонковое бурение. Основное преимущество колонкового бурения перед другими способами - возможность получения керна, изучение которого в сочетании с другими исследованиями в скважинах позволяет с большой точностью и достоверностью подсчитать запасы полезного ископаемого, определить его качество и условия залегания. Сущность колонкового вращательного бурения заключается в следующем.

Для колонкового вращательного механического бурения необходима буровая установка (рис. 4), состоящая из следующих технических средств. Буровой станок III служит для вращения бурильной колонны 4, а через неё — колонкового набора, состоящего из породоразрушающего инструмента 1, колонковой трубы 2 и переходника 3. Вращение бурильных труб осуществляется вращателем с помощью верхнего и нижнего зажимных патронов 9 (при роторном бурении - ротором через специальную ведущую бурильную трубу).

Буровой инструмент поднимают и спускают в скважину лебедкой станка 10 с помощью вышки I и талевой оснастки, состоящей из талевого каната 18, талевого блока 7 с подъёмным крюком 6 и кронблока 22. Свободный конец талевого каната крепится к основанию вышки или к якорю через динамометр или другой измерительный прибор 19, 20. Привод бурового станка осуществляется электродвигателем V или двигателем внутреннего сгорания.

Рис. 4. Схема установки для колонкового бурения: I — вышка; II — буровое здание; III — буровой станок; IY — буровой насос; Y — электродвигатель; YI — направляющая труба; 1 — породоразрушающий инструмент; 2 — колонковая труба; 3 — переходник с колонковой трубы на бурильную; 4 — колонна бурильных труб; 5 — вертлюг-сальник; 6 — подъемный крюк; 7 — талевой блок; 8 — вращатель станка; 9 — зажимные патроны; 10 — лебедка станка; 11 — регулятор подачи станка; 12 — нагнетательный шланг; 13 — керн; 14 — желоба циркуляционной системы; 15 — отстойный бак; 16 — приемный бак; 17 — всасывающий шланг с приемным клапаном; 18 — талевой канат; 18а — неподвижный конец каната; 19, 20 — измерительный прибор; 21 — манометр насоса; 22 — верхняя рама вышки с кронблоком; 23 — ноги вышки; 24 — пояса; 25 — раскосы вышки; 26 — фундамент.

Для подачи в скважину промывочной жидкости или сжатого воздуха применяется буровой насос (компрессор) IV с приводом от двигателя V. Из приемного бака 16 через приемный клапан и всасывающий шланг 17 буровой насос засасывает промывочную жидкость и по нагнетательному шлангу 12 через вертлюг-сальник 5 подает её в скважину по колонне бурильных труб. Из скважины промывочная жидкость выносит шлам и по желобам 14 стекает в отстойный бак 15, где очищается и самотеком поступает в приемный бак 16.

Для закрепления верхней части скважины (устья) от размыва и обрушения, а также для направления скважины при бурении служит направляющая труба VI. Все буровые механизмы и вспомогательный инструмент размещены внутри бурового здания II, которое служит для укрытия буровой смены от атмосферных осадков.

Процесс бурения осуществляется следующим образом. После спуска в скважину колонкового набора включают насос и наполняют скважину промывочной жидкостью. После выхода промывочной жидкости из скважины ставят породоразрушающий инструмент на забой с вращением, устанавливают необходимую осевую нагрузку и начинают бурение.

Для колонкового бурения применяются кольцевые коронки, заправленные алмазами или твердосплавными резцами. До открытия в нашей стране месторождений алмазов для колонкового бурения в крепких породах использовалось дробовое бурение.

При вращении коронки на забое порода разрушается по кольцу, а неразрушенный столбик породы - керн 13 поступает через коронку в колонковую трубу. Промывочная жидкость, попадая в колонковый набор через переходник, проходит в кольцевом зазоре между керном и стенкой колонковой трубы до забоя, охлаждает коронку и выносит с забоя продукты разрушения горных пород - шлам. После углубки скважины на определенную длину, которая зависит от твёрдости пород, ресурса коронки и сохранности керна, скважину промывают до полного удаления шлама. Затем заклинивают керн в коронке, отрывают его от забоя и поднимают вместе с колонковым набором на поверхность. Метод срыва и удержания керна зависит от способа бурения и степени разрушенности керна.

Наиболее распространенный и надёжный метод - применение специального приспособления - кернорвателя, вмонтированного в нижнюю часть колонковой трубы.