Том 57 Вып. 2

Начало научной, педагогической и производственной деятельности доктора технических наук, профессора Ф. А. Шамшева совпало с замечательным историческим периодом в жизни нашей страны — превращением ее в мощную индустриальную державу Геологическая служба, которая до Октябрьской революции только зарождалась, стала бурно развиваться.

До недавнего времени главным способом борьбы с потерей промывочной жидкости, обрушениями стенок скважин в скальных породах, разбитых тектоническими трещинами, являлись обсадные трубы. Но, как известно, применение обсадных труб связано с потерей диаметров, поэтому при сложных геологических условиях получаются многоколонные конструкции скважин, увеличиваются начальные диаметры. Это приводит к добавочным осложнениям, так как нарушается основное правило бурения: чем меньше диаметр скважин, тем при прочих равных условиях меньше обрушений стенок, производительнее работа. В настоящее время это положение является общепринятым, в связи с чем во всех странах переходят при разведке твердых полезных ископаемых на бурение коронками d 46-59 мм при одноступенчатой конструкции сква­жин, т. е. крепят верхние неустойчивые породы трубами, и далее бурение ведется без обсадки.

До последнего времени практически отсутствовали быстросхватывающиеся смеси (БСС) для многолетнемерзлых пород. В связи с этим в Ленинградском горном институте были проведены опыты по разработке таких смесей на одно- и двухсолевой основе.

В последние годы при бурении скважин на воду в качестве эксплуатационной колонны все чаще используют трубы не стальные, а из других, более дешевых материалов. При вскрытии минерализованных вод отказ от применения стальных труб является необходимым условием нормальной эксплуатации скважин. Для крепления стенок скважин в этом случае применяют асбестоцементные, фанерноклеенные и пластмассовые трубы. В настоящее время осваивается электрохимический способ крепления стенок скважин.

Задача о скорости проходки при вращательном бурении твердых горных пород приостренным резцом сводится к установлению общей зависимости проходки Н от времени t при заданных параметрах режима бурения: осевой нагрузке c₀ и числе оборотов n и определению начальной скорости проходки v₀. ...

На площади около 49,7% территории СССР распространена многолетняя мерзлота. Бурение скважин в мерзлых породах связано с рядом специфических трудностей. Слабосвязные рыхлые четвертичные отложения, а также разрушенные коренные породы, сцементированные в мерзлом состоянии льдом, весьма чувствительны к нарушению их температурного состояния. При оттаивании льда такие породы теряют связность и устойчивость, могут приобретать текучесть. Любые мерзлые породы, в том числе монолитные и устойчивые скальные, являются аккумуляторами громадных запасов холода, что также существенно осложняет процессы проведения скважин.

Постоянное совершенствование технологии бурения разведочных скважин, вызванное увеличением их глубин, а также все возрастающей сложностью и разнообразием геолого-технических условий, привело к созданию большого количества различных промывочных агентов. Применяемые в настоящее время промывочные агенты — от воздуха и природного газа до утяжеленных глинистых растворов — обладают весьма различными физическими свойствами, оказывающими значительное влияние на буровой процесс и основные показатели бурения.

Интенсивность разрушения горных пород при вращательно-ударном бурении зависит, как известно, от целого ряда факторов, важнейшими из которых являются энергия и частота ударов, величина осевой нагрузки и скорость вращения инструмента. Совместное действие этих факторов обуслбвливает весьма сложный характер процесса бурения, что сильно затрудняет исследование его закономерностей. Недостаточная изученность механизма разрушения горных пород и процесса взаимодействия инструмента с породой при вращательно­ударном бурении сдерживает развитие этого эффективного способа бурения.

Целью одновременного с процессом бурения замораживания проходимых талых пород является обеспечение их монолитности и прочности, что дает возможность избежать осложнений, связанных с неустойчивостью рыхлых влажных пород, и получить высокий выход керна.

В связи с увеличением глубин и интенсификацией процессов бурения возникает практическая необходимость учета тепловых явлений в бурящихся скважинах. Температура промывочной среды становится одним из основных факторов, определяющих успешное проведение буровых работ.

Район Депутатского месторождения, где проводилось бурение, сло­жен литологически однообразной толщей отложений, дислоцированных в крупные пологие складки субширотного и северо-восточного простирания. С точки зрения физико-механических свойств, определяющих выбор алмазного инструмента, породы, слагающие месторождение, можно разделить на три основные группы: 1) сильно дробленые, нередко перемятые средне- и мелкозернистые песчаники и песчано-глинистые сланцы, сцементированные известковым материалом и льдом, VІІІ-ІХ категорий по буримости; 2) песчано-глинистые сланцы VІІІ категории по буримости; 3) плотные окварцованные, местами ороговикованные тонкозернистые малоабразивные песчаники X—XІ категорий по буримости.

Важнейшей задачей разведочного колонкового бурения является обеспечение высокого выхода и качества керна — исходного материала для геологического и инженерно-геологического опробования. Анализ производственных данных ряда организаций, занимающихся бурением в многолетнемерзлых породах, показывает, что при бурении с промывкой выход керна по скважине составляет 60-70% для коренных пород с влажностью 2-5% и 20-30% в по­родах с влажностью 15% и более. В производственных условиях очень часто в целях повышения выхода керна переходят на бурение "всухую" . При этом, однако, резко ухудшается качество керна. Происходит частичное или полное его растепление (протаивание) с нарушением структурных характеристик.

В силу особой чувствительности алмазов к действию температурного фактора соблюдение нормального теплового режима алмазных коронок в процессе бурения является одним из основных условий их эффективной работы. Нормальным следует считать такой тепловой режим, при котором температура нагрева алмазов не достигает величины, вызывающей их окисление, графитизацию или деформации вследствие температурных напряжений.

При электрохимическом креплении неустойчивых пород в буровых скважинах обычно используются трубчатые и раздвижные конструкции электродов. Наиболее широкое распространение нашли трубчатые электроды.

Создание цементных труб непосредственно в стволе скважины является актуальной проблемой. Цементные обсадные трубы могут выполнять роль эксплуатационной колонны при бурении на воду, а также перекрывать отдельные осложненные зоны, связанные с обвалами стенок скважин или поглощением промывочной жидкости.

В настоящее время в поисковом и разведочном бурении все большее распространение получают способы проходки рыхлых пород, основанные на их уплотнении. К таким способам относятся задавливание и вибробурение. Эти способы применяются при проходке пород I-III категорий по буримости для классификации вращательного бурения и обладают высокой механической скоростью.

Успешное испытание технических средств и технологии бурения скважин с очисткой забоя охлажденным сжатым воздухом, разрабатываемых кафедрой ТТБС ЛГИ по договору с институтом "Дальстройпроект" (г. Магадан), позволило провести бурение указанным способом в производственных условиях и дать предварительную оценку его экономической эффективности по сравнению со способом бурения скважин в мерзлых породах "всухую" , т. е. без очистки забоя каким-либо циркуляционным агентом.