| е ветроупорных опушек.
БУРЕНИЕ, процесс сооружения горной выработки цилиндрич. формы - скважины, шпура или шахтного ствола - путём разрушения горных пород на забое. Б. осуществляется, как правило, в земной коре, реже в искусств, материалах (бетоне, асфальте и др. ). В ряде случаев процесс Б. включает крепление стенок скважин (как правило, глубоких) обсадными трубами с закачкой цементного раствора в кольцевой зазор между трубами и стенками скважин. Область применения Б. многогранна: поиски и разведка полезных ископаемых; изучение свойств горных пород; добыча жидких, газообразных и твёрдых (при выщелачивании и выплавлении) полезных ископаемых через эксплуатац. скважины; производство взрывных работ; выемка твёрдых полезных ископаемых (см. Бурошнековая машина); искусств, закрепление горных пород (замораживание, битумизация, цементация и др. ); осушение обводнённых месторождений полезных ископаемых и заболоченных районов; вскрытие месторождений; прокладка подземных коммуникаций; сооружение свайных фундаментов и др. Ежегодные объёмы Б. огромны: только в СССР за 1967 на нефть и газ пробурено ок. 12 млн. м глубоких скважин, из к-рых 5,8 млн. м - разведочные, св. 20 млн. м пробурено взрывных и сейсморазведочных скважин, 10-12 млн. м - структурнопоисковых. Классификация способов Б. По характеру разрушения породы применяемые способы Б. делятся на: механические - буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая её, и немеханические - разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на неё (термическое, взрывное и др. ). Механические способы Б. подразделяют на вращательные и ударные (а также вращательноударные и ударновращательные). При вращательном бурении порода разрушается за счёт вращения прижатого к забою инструмента. В зависимости от прочности породы при вращательном Б. применяют буровой породоразрушающий инструмент режущего типа (см. Долото буровое и Коронка буровая); алмазный буровой инструмент; дробовые коронки, разрушающие породу при помощи дроби (см. Дробовое бурение). Ударные способы Б. разделяются на: ударное бурение или ударноповоротное (Б. перфораторами, в том числе погружными, ударноканатное, штанговое и т. п., при к-рых поворот инструмента производится в момент между ударами инструмента по забою); ударновращательное (погружными пневмо- и гидроударниками, а также Б. перфораторами с независимым вращением и т. п. ), при к-ром удары наносятся по непрерывно вращающемуся инструменту; вращательноударное, при к-ром породоразрушающий буровой инструмент находится под большим осевым давлением в постоянном контакте с породой и разрушает её за счёт вращат. движения по забою и периодически наносимых по нему ударов. Разрушение пород забоя скважины производится по всей его площади (Б. сплошным забоем) или по кольцевому пространству с извлечением керна (колонковое Б. ). Удаление продуктов разрушения бывает периодическое с помощью желонки и непрерывное шнеками, витыми штангами или путём подачи на забой газа, жидкости или раствора (см. Глинистый раствор). Иногда Б. подразделяют по типу бурового инструмента (шнековое, штанговое, алмазное, шарошечное и т. д. ); по типу буровой машины (перфораторное, пневмоударное, турбинное и т. д. ), по методу проведения скважин (наклонное, кустовое и т. д. ). Технич. средства Б. состоят в основном из буровых машин (буровых установок) и породоразрушающего инструмента. Из немеха н ячеек их способов получило распространение для Б. взрывных скважин в кварцсодержащих породах термическое бурение, ведутся работы по внедрению взрывного Б. Б. развивалось и специализировалось применительно к трём осн. областям техники: наиболее глубокие скважины (неск. км) бурятся на нефть и газ, менее глубокие (сотни м) для поисков и разведки твёрдых полезных ископаемых, скважины и шпуры глубиной от неск. м до десятков м бурят для размещения зарядов взрывчатых веществ (гл. обр. в горном деле и строительстве). Бурение скважин на нефть и газ. В Китае св. 2 тыс. лет назад впервые в мировой практике вручную бурились скважины (диаметром 12-15 см и глубиной до 900 м) для добычи соляных растворов. Буровой инструмент (долото и бамбуковые штанги) опускался в скважину на канатах толщиной 1-4 см, свитых из инд. тростника. Б. первых скважин в России относится к 9 в. и связано с добычей растворов поваренной соли (Старая Русса). Затем соляные промыслы развиваются в Балахне (12 в. ), в Соликамске (16 в. ). На русских соляных промыслах издавна применялось ударное штанговое Б. Во избежание ржавления буровые штанги делали деревянными; стенки скважин закрепляли деревянными трубами. В 17 в. в рукописном труде "Роспись, как зачать делать новая труба на новом месте" ("Известия имп. археологического об-ва", 1868, т. 6, отд. 1, в. 3, с. 238-55) подробно описаны методы этого периода. Первый буровой колодец, закреплённый трубами, был пробурен на воду в 1126 в провинции Артуа (Франция), отсюда глубокие колодцы с напорной водой получили назв. артезианских. Развитие методов и техники Б. в России начинается с 19 в. в связи с необходимостью снабжения крупных городов питьевой водой. В 1831 в Одессе было образовано ч Общество артезианских фонтанов" и пробурены 4 скважины глуб. от 36 до 189 м. В 1831-32 бурили скважины в Петербурге (на Выборгской стороне), в 1833 в Царском Селе, в Симферополе и Керчи, в 1834 в Тамбове, Казани и Евпатории, в 1836 в Астрахани. В 1844 была заложена первая буровая скважина для артезианской воды в Киеве. В Москве первая артезианская скважина глуб. 458 м пробурена на Яузском бульваре в 1876. Первая буровая скважина в США пробурена для добычи соляного раствора близ Чарлстона в Западной Виргинии (1806). Поворотным моментом, с к-рого начинается бурный прогресс в Б., было развитие нефтедобычи. Первая нефтяная скважина была пробурена в США случайно в 1826 близ Бернсвилла в Кентукки при поисках рассолов. Первую скважину на нефть заложил в 1859 американец Дрейк близ г. Тайтесвилла в Пенсильвании. 29 авг. 1859 нефть была встречена на глубине 71 фута (ок. 20 м), что положило начало нефт. пром-сти США. Первая скважина на нефть в России пробурена в 1864 около Анапы (Сев. Кавказ). Технические усовершенствования Б. в 19 в. открываются предложением нем. инж. Эйгаузена (1834) применять т. н. ножницы (сдвигавшаяся пара звеньев при штанговом Б. ). Идея сбрасывать соединённое со штангами долото привела к изобретению во Франции Киндом (1844) и фабианом (1849) свободно падающего бурового инструмента ("фрейфала"). Этот способ получил название "немецкий". В 1846 франц. инж. Фовель сделал сообщение о новом способе очистки буровых скважин водяной струёй, подаваемой насосом с поверхности в полую штангу. Первый успешный опыт Б. с промывкой проведён Фовелем в Перпиньяне (Франция). В 1859 Г. Д. Романовский впервые механизировал работы, применив паровой двигатель для Б. скважины вблизи Подольска. На нефт. промыслах Баку первые паровые машины появились в 1873, а через 10 лет почти повсеместно они заменили конную тягу. При Б. скважин на нефть на первом этапе получил развитие ударный способ (Б. штанговое, канатное, быстроударное с промывкой забоя). В кон. 80-х гг. в Новом Орлеане в Луизиане (США) внедряется роторное Б. на нефть с применением лопастных долот и промывкой глинистым раствором. В России вращат. роторное Б. с промывкой впервые применили в г. Грозном для Б. скважины на нефть глуб. 345 м (1902). В Сураханах (Баку) на территории завода Кокорева в 1901 заложена скважина для добычи газа. Через год с глубины 207 м был получен газ, использовавшийся для отопления завода. В 1901 на Бакинских нефтепромыслах появились первые электродвигатели, заменившие паровые машины при Б. В 1907 пройдена скважина вращательным Б. сплошным забоем с промывкой глинистым раствором. Впервые автомат для регулирования подачи инструмента при роторном Б. был предложен в 1924 Хилдом (США). В нач. 20 в. в США разработан метод наклонного роторного Б. с долотами малого диаметра для забуривания с последующим расширением скважин. Ещё в 70-х гг. 19 в. появились предложения по созданию забойных двигателей, т. е. размещению двигателя непосредственно над буровым долотом у забоя буримой скважины. Созданием забойного двигателя занимались крупнейшие специалисты во мн. странах, проектируя его на принципе получения энергии от гидравлич. потока, позднее - на принципе использования электрич. энергии. В 1873 амер. инж. X. Г. Кросс запатентовал инструмент с гидравлич. одноступенчатой турбиной для Б. скважин. В 1883 Дж. Вестингауз (США) сконструировал турбинный забойный двигатель. Эти изобретения не были реализованы, и проблема считалась неосуществимой. В 1890 бакинский инж. К. Г. Симченко запатентовал ротационный гидравлич. забойный двигатель. В нач. 20 в. польский инж. Вольский сконструировал быстроударный забойный гидравлич. двигатель (т. н. таран Вольского), к-рый получил пром. применение и явился прототипом совр. забойных гидроударников. Впервые в мировой практике М. А. Капелюшниковым, С. М. Волохом и Н. А. Корневым запатентован (1922) турбобур, применённый двумя годами позже для Б. в Сураханах. Этот турбобур был выполнен на базе одноступенчатой турбины и многоярусного планетарного редуктора. Турбобуры такой конструкции применялись при Б. нефт. скважин до 1934. В 1935-39 П. П. Шумилов, Р. А. Иоаннесян, Э. И. Тагиев и М. Т. Гусман разработали и запатентовали более совершенную конструкцию многоступенчатого безредукторного турбобура, благодаря к-рому турбинный способ Б. стал основным в СССР. Совершенствование турбинного Б. осуществляется за счёт создания секционных турбобуров с пониженной частотой вращения и увеличенным вращающим моментом. В 1899 в России был запатентован электробур на канате. В 30-х гг. в США прошёл пром. испытания электробур с якорем для восприятия реактивного момента, опускавшийся в скважину на кабелеканате. В 1936 впервые в СССР Квитнером и Н. В. Александровым разработана конструкция электробура с редуктором, а в 1938 А. П. Островским и Н. В. Александровым создан электробур, долото которого приводится во вращение погруж-ным электродвигателем. В 1940 в Баку электробуром пробурена первая скважина. В 1951-52 в Башкирии при Б. нефтяной скважины по предложению А. А. Минина, А. А. Погарского и К. А. Чефранова впервые применили электробур знакопеременного вращения для гашения реактивного момента, опускаемый на гибком электрокабелеканате. В конце 60-х гг. в СССР значительно усовершенствована конструкция электробура (повышена надёжность, улучшен токопровод). Появление наклонного Б. относится к 1894, когда С. Г. Войслав провёл этим способом скважину на воду близ Брянска. Успешная проходка скважины в Бухте Ильича (Баку) по предложению Р. А. Иоаннесяна, П. П. Шумилова, Э. И. Тагиева, М. Т. Гусмана (1941) турбинным наклонно-направленным бурением положила начало внедрению наклонного турбобурения, ставшего осн. методом направленного Б. в СССР и получившего применение за рубежом. Этим методом при пересечённом рельефе местности и на морских месторождениях бурят кусты до 20 скважин с одного основания (см. Кустовое бурение). В 1938-41 в СССР разработаны основы теории непрерывного наклонного регулируемого турбинного Б. при неподвижной колонне бурильных труб. Этот метод стал основным при Б. наклонных скважин в СССР и за рубежом. В 1941 Н. С. Тимофеев предложил в устойчивых породах применять т. н. многозабойное бурение. В 1897 в Тихом океане, в р-не о. Сомерленд (Калифорния, США), впервые было осуществлено Б. на море. В 1924-25 в СССР вблизи бухты Ильича на искусственно созданном островке вращат. способом была пробурена первая морская скважина, давшая нефть с глубины 461 м. В 1934 Н. С. Тимофеевым осуществлено на о. Артёма в Каспийском м. кустовое Б., при к-ром несколько скважин бурятся с общей площадки, а в 1935 там же сооружено первое морское металлич. основание для Б. в море. С 50-х гг. 20 в. применяется Б. для добычи нефти и газа со дна моря. Созданы эстакады, плавающие буровые установки с затапливаемыми понтонами, спец. буровые суда, разработаны методы динамич. стабилизации буровых установок при Б. на больших глубинах. Осн. метод бурения на нефть и газ в СССР (1970) - турбобурами (76% метража пробуренных скважин), электробурами пройдено 1,5% метража, остальное роторным бурением. В США преимуществ, распространение получило роторное бурение; в конце 60-х гг. при проведении наклоннонаправленных скважин начали применяться турбобуры. В странах Зап. Европы турбобуры применяются в наклонном Б. и при Б. вертикальных скважин алмазными долотами. В 60-е гг. в СССР заметно возросли скорости и глубина Б. на нефть и газ. Так, напр., в Татарии скважины, бурящиеся долотом диаметром 214 мм на глубину 1800 м, проходятся в среднем за 12-14 дней, рекордный результат в этом районе 8- 9 дней. За 1963-69 в СССР средняя глубина эксплуатационных нефтяных и газовых скважин возросла с 1627 до 1710 м. Самые глубокие скважины в мире - 7-8 км - пробурены в 60-е гг. (США). В СССР в р-не г. Баку пробурена скважина на глубину 6,7 км и в Прикаспийской низменности (р-н Аралсор) на глубину 6,8 км. Эти скважины пройдены в целях разведки на нефть и газ (см. Опорное бурение). Работы по сверхглубокому бурению для изучения коры и верхней мантии Земли ведутся по междунар. программе "Верхняя мантия Земли". В СССР по этой программе намечено пробурить в 5 рнах ряд скважин глубиной до 15 км. Первая такая скважина начата бурением на Балтийском щите в 1970. Эта скважина проходится методом турбинного бурения. Осн. направление совершенствования Б. на нефть и газ в СССР - создание конструкций турбобуров, обеспечивающих увеличение проходки скважины на рейс долота (полное время работы долота в скважине до его подъёма на поверхность). В 1970 созданы безредукторные турбобуры, позволяющие осуществить оптимизацию режимов Б. шарошечными долотами в диапазоне наиболее эффективных оборотов (от 150 до 400 в мин) и использовать долота с перепадом давлений в насадках до 10 Мн1м* (100 атм) вместо 1 - 1,5 Ми1л2 (10- 15 атм). Создаются турбобуры с высокой частотой вращения (800-1000 об/мин) для Б. алмазными долотами, обеспечивающими при глубоком Б. многократное увеличение проходки и механич. скорости Б. за рейс. Разрабатываются новые конструкции низа бурильной колонны, позволяющие бурить в сложных геологич. условиях с миним. искривлением ствола скважины. Ведутся работы по хим. обработке промыв'очных растворов для облегчения и повышения безопасности процесса Б. Конструируются турбины с наклонной линией давления, к-рые позволяют получить информацию о режиме работы турбобура на забое скважины и автоматизировать процесс Б. Поиски и разведка твёрдых полезных ископаемых. Развитие разведочного Б. связано с изобретением швейц. часовщиком Г. Лешо алмазного бура (1862), к-рый состоял из стального полого цилиндра, армированного алмазами и укреплённого на полой металлич. штанге (по ней в забой подавалась промывочная вода). Первая работоспособная буровая установка с алмазным инструментом создана франц. инж. Перретом и привлекла внимание на Всемирной выставке в Париже (1867), что послужило началом распространения алмазного Б. в Европе и Америке. В 1850 в России был заложен ряд разведочных скважин на кам. уголь. В 1871 и 1872 около Бахмута и Славянска пробурены первые разведочные скважины в России на кам. соль глуб. 90 и 120 м. Совершенствование разведочного Б. в России в кон. 19 в. связано с именем Войслава, к-рый в 1885 изобрёл, а в 1897 получил патен |
