Геннадий Блинов - Покорители земных недр

• Название: Покорители земных недр
• Автор: Геннадий Блинов
• Издательство: Недра
• Жанр: Техническая литература
• Год: 1986

Авторы этой книги — горный инженер по технике разведки и геолог-разведчик — знакомят молодежь с одной из ведущих технических профессий в геологоразведочном деле — с работой первых помощников геолога: бурильщиков и буровых мастеров. Рассказывают о роли бурения скважин в различных отраслях народного хозяйства. Прослеживают развитие техники бурения от простейшего ручного бура до автоматизированных буровых установок. Раскрывают романтику и реальность профессии первооткрывателей земных недр.

Для учащейся молодежи, выбирающей будущую профессию, а также для работников, занимающихся вопросами профориентации школьников.

---

Принцип работы бурильного молотка несложен. В чугунном корпусе находится камера для цилиндрического бойка. Камера снабжена системой воздушных клапанов, и боёк бегает в ней подобно маленькому поршню. При движении вперед боёк с силой ударяет по хвостовику направляющей штанги (или бура) и тут же отскакивает назад для новой атаки. На конце бура находится съемная коронка с запрессованной в ней пластиной из твердого сплава. Вот и вся конструкция.

Надо только добавить, что измельченная в пудру порода с силой выдувается из скважины (точнее, из «шпура») отработанным в молотке сжатым воздухом. Тот же воздух постоянно проворачивает штангу вокруг ее оси. Вращение штанги происходит очень медленно, всего несколько оборотов в минуту, и служит оно здесь не столько для истирания породы, сколько для изменения направления удара коронки, для равномерного кругового скалывания материала на забое.

Бурильный молоток является самым компактным и миниатюрным из всех типов буровых станков.

Правда, его старший брат — отбойный молоток — еще меньше, еще миниатюрнее. Да, да, тот самый отбойный молоток, которым при необходимости вскрывают асфальт, разрыхляют мерзлый грунт. Тот молоток, который мы видим в кадрах довоенного кино на плечах или в руках героев-стахановцев. Теперь в угольных шахтах он полностью вытеснен врубовой машиной.

Отбойный молоток действует так же, как и бурильный (частые удары бойка, приводимого в движение от сжатого воздуха), но в качестве наконечника здесь применяется короткая стальная пика, которая может разрушить лишь относительно мягкие породы: уголь, известняк, мерзлый грунт — и не более того. Бурильный же молоток сам по себе ничего не разрушает, он пробивает длинные цилиндрические отверстия для заложения взрывчатки в любых, самых твердых породах: в мелкозернистых гранитах, железистых кварцитах и даже в сливном кварце.

При столь удивительных способностях бурильного молотка его размеры сравнительно невелики (масса около 30 кг), и при работе проходчик вполне может держать его в руках. Правда, долго удерживать в руках такую прыгающую двухпудовую игрушку — занятие не из приятных. Поэтому при работе с бурильным молотком применяется еще одно приспособление — пневмоподдержка.

Рис. 18. Бурильный молоток на пневмоподдержке.

Пневмоподдержка — это полая труба с поршнем, которым выталкивается из этой трубы (либо наоборот — втягивается в нее) длинный шток, упирающийся свободным концом в бурильный молоток (рис. 18). Пневмоподдержка действует от того же сжатого воздуха, который подается на молоток. При работе с пневмоподдержкой проходчик, регулируя подачу воздуха, без особых усилий ведет бур в заданном направлении.

Бурильный молоток очень оперативен. К примеру, двухметровый бур пробивает самую крепкую породу на всю свою длину за 10–15 минут. Поразительная скорость при таких размерах. Габаритные размеры установки, на которой размещается бурильный молоток, и жесткость конструкции (стальной бур вместо гибкого каната) позволяют широко использовать главное преимущество этого вида бурения — отсутствие ограничений в углах наклона и в направлениях скважин. Так, бурильным молотком можно проходить шпуры в любой плоскости, под любым углом: вниз, вправо, влево, куда угодно, хоть вертикально вверх — в кровлю выработки. Всепроникающий трудяга, имеющий столько достоинств одновременно! Он и прост, и компактен, и универсален, да еще и обеспечивает высокие скорости проходки…

А недостатки? Есть и они. Это прежде всего малые диаметры бурения (не более 33 мм) и незначительные глубины скважин-шпуров (не более 2–2,5 м). Именно поэтому бурильный молоток почти не применяется на поверхности. Зато в подземных выработках он вне конкуренции. Здесь его недостатки решительно никакой роли не играют.

Ударно-вращательный способ получил дальнейшее развитие в виде гидроударного бурения. Созданы забойные машины, приводимые в действие гидравлической энергией промывочной жидкости.

Вращательное бескерновое бурение

Применимость ударно-канатного бурения лимитируется твердостью пород, пневматического — глубиной скважин, не превышающей первых сотен метров. А более глубокие, многокилометровые скважины в разных породах? Они проходятся вращательным способом и, как правило, «сплошным забоем», т. е. с полным истиранием пород в скважине.

Надо сказать, что во всех случаях бескерновое бурение, т. е. бурение сплошным забоем, является самым производительным, самым скоростным. Размолотить в скважине твердыми сплавами, на высоких частотах вращения да еще под большой нагрузкой можно все что угодно: любые самые твердые породы, даже случайно уроненный в скважину металлический буровой или другой инструмент, скажем, кувалду, цепной ключ или стальную плашку. Силища у вращательного снаряда такая, что, как говорится, «черта в ступе» разотрет. И при том довольно быстро.

Выпилить столбик керна в горной породе, закрепить его в колонковой трубе и поднять на поверхность — гораздо более хлопотное и трудоемкое занятие. Именно поэтому керновое (колонковое) бурение применяется только в самых ответственных случаях: в сверхглубоких скважинах, при разведке рудных полезных ископаемых, при инженерно-геологических исследованиях, когда необходимо совершенно точно знать все текстурные и структурные особенности пород, характер их взаимоотношений, контакты между ними и многое другое, т. е. в тех случаях, когда нужно видеть (!) весь разрез и иметь ненарушенные образцы пород.

Ну а при разведке и отработке наиболее глубинных месторождений земной коры — нефтяных и газовых залежей? Основное назначение нефтяной скважины состоит в том, чтобы как можно быстрее пробиться сквозь многокилометровую толщу, отыскать залежь и после всего этого превратиться в надежный и долговечный вертикальный нефтепровод. Цель оправдывает средства, а самое эффективное средство здесь — это бескерновое бурение. Что же касается разреза по скважине, то иметь его, разумеется, тоже важно, но видеть вовсе не обязательно, вполне достаточно представить его себе по ряду косвенных признаков и данных. Для получения этих сведений есть масса различных методов.

Во-первых, разрушаемая в скважине порода поднимается вместе с промывочной жидкостью на земную поверхность. Эту породу (шлам) можно собрать, просушить, потом просмотреть под микроскопом-бинокуляром, проанализировать и получить совершенно определенные сведения о составе (только о составе, но не о строении и структурных особенностях) горных пород на той или иной глубине.

Во-вторых, в нефтяных скважинах проводится обширнейший комплекс разнообразных геофизических исследований — так называемый «каротаж». Здесь применяются электрический, магнитный, радиоактивный, термический, газометрический, акустический и многие другие виды каротажа (всего существует около 40 методов скважинной геофизики). Кроме того, применяется фотографирование стенок скважин — наиболее достоверный способ их документации.

Полученный по данным всех этих исследований разрез вдоль нефтяной скважины выглядит вполне представительно. Он содержит все сведения о составе и строении пород, пересеченных скважиной, об их пористости, проницаемости, о наличии в них углеводородных газовых включений, об электрических, магнитных, радиоактивных и других свойствах пород.

Какова же оснащенность нефтяной вышки? Поскольку нефтяное бурение является наиболее глубинным и самым ответственным среди остальных видов (за исключением сверхглубоких исследовательских скважин), то совершенно естественно, что здесь применяется самая передовая технология, используются самые мощные и производительные станки, самое современное оборудование.

Достаточно сказать, что в комплект среднеглубинной буровой установки для нефтяного бурения входят: пять дизелей мощностью по 400 л. с. каждый, две дизель-электростанции, лебедка грузоподъемностью до 300 тонн, стальная 40-метровая вышка (та самая, которую мы изображали на геологической эмблеме), два огромных насоса массой до 20 тонн каждый, солидные глино- и бетономешалки и еще множество всевозможного оборудования. На сменную вахту здесь одновременно выходят шесть опытных бурильщиков (это не считая геологического и обслуживающего персонала). Для сравнения заметим, что сменная вахта на колонковом поисково-разведочном бурении обычно состоит всего из двух человек — мастера-бурильщика и его помощника.

Так что нефтяная буровая — это по существу небольшое промышленное предприятие, месяцами и годами работающее в одном и том же месте, «на одной точке» — как говорят геологи.

Как осуществляется нефтяное бурение? На полую трубу небольшого диаметра (называемую направляющей или ведущей) навинчивают долото с запрессованными в нем твердыми сплавами либо алмазами, трубу закрепляют в роторе станка и начинают вращать. Для передачи нагрузки на долото ротор-вращатель снабжен специальной системой.