Инженеры изобрели много технологий, позволяющих достичь геологического пласта. Из всего этого многообразия практическое применение нашли только несколько способов бурения. В статье коротко описаны наиболее популярные из них.
Бурение, основанное на принципе вращения — роторное
Вращательное бурение считается самым быстрым и эффективным способом. Применяют вращательное бурение при строительстве всех видов скважин, независимо от назначения, глубины и структуры пласта.
Принципом такого бурения является разрушение породы вращающимся буровым инструментом. Своё второе название метод получил от названия устройства – ротора — передающего вращательное движение инструменту через колонну буровых труб.
Чаще всего в качестве бурового инструмента применяют долота различных конструкций. Существует несколько видов буровых долот: шарошечные, различающиеся количеством шарошек, колонковые, торцовые и т.д. Шарошечные долота разрушают грунт по сплошной поверхности, перемалывая породу в шлам, колонковые – по кольцу, оставляя нетронутым керн.
Разновидностью вращательного способа является шнековое бурение водозаборных скважин. Принцип вращения тот же, но в качестве бурового инструмента является шнек, имеющий всем известную форму винта Архимеда.
Ударные способы бурения
В этом способе вращение заменено на удар. Инструмент поднимают и фактически бросают на забой, аналогично всем известному долблению. В зависимости от применяемого оборудования различают вращательный, канатный или штанговый ударный способы.
Пневмоударная технология
В основе метода лежит всем известный принцип пневматического молотка, использующегося при дорожных работах. Чередование прилагаемого усилия с периодической вибрацией рабочего органа разрушает породу. Для применения пневмоударного метода разработаны специальные установки, предназначенные для передачи вибрации на разрушающий породу инструмент через колонну буровых штанг. В связи с тем, что с увеличением длины колонны эффективность метода падает, то его применяют при бурении только неглубоких скважин.
Технология бурения горячими газами
В скважинах метод применяется крайне редко, только при проходке особокрепких пород, таких как базальт и гранит. Эффект достигается горячими газами, образующимися в специальной горелке и направляемыми реактивными соплами на забой. Метод крайне небезопасен, так как в качестве топлива служит легковоспламеняющаяся смесь керосина и кислорода (сжатого воздуха). Такую смесь применяли в первых моделях ракет.
Технология чаще используется при работе в промышленных карьерах и разрезах.
Бурение водой
В этом методе породу разрушают струёй воды, направляемой под высоким давлением на забой. Различают гидравлический и гидродинамический способы. В первом случае в качестве рабочей жидкости используют глинистый буровой раствор, во втором случае – техническую воду. Жидкость насосом подаётся на забой через колонну специальных пустотелых буровых штанг. Для повышения эффективности применяют специальные насадки инжекторного типа. Метод недорог и применяется для строительства неглубоких скважин.
Электрофизический способ
Метод основан на применении электрического разряда большой мощности. Разрушающий породу импульс образуется на забое в результате всем известного эффекта несжимаемости воды, которую специально подают в скважину.
Метод электротермического бурения
Сегодня большое внимание уделяется бурению в вечной мерзлоте. В последнее время скважины бурят в ледниках Антарктиды. Электротермическое бурение особенно эффективно в таких случаях. Метод незаменим при необходимости получения образца керна изо льда.
Другие способы
В стадии испытаний и экспериментов находятся способы бурения, основанные на применении плазмы, ультразвука, лазера и других новейших изобретений.
Комбинированные способы бурения
Описанные в этой статье редко используемые и дорогостоящие способы, часто применяют вместе с традиционными методами. Такие комбинированные методы доказали свою эффективность. Примером применения комбинированного методы является разведочная скважина, где шарошечное долото часто заменяют на колонковое для получения керна.