Классификация способов бурения скважины

Разрушение породы возможно следующими способами: механическим, термическим и химическим.
Механическое воздействие на разрушаемую породу осуществляется либо породоразрушающими инструментами (буровыми долотами и коронками), либо бездолотными способами (взрывной, электрогидравлический, имплозионный, шароструйный, гидромониторный, гидроэрозионный).
При взрывном бурении на забой подаются капсулы со взрывчатой смесью, которая при ударе взрывается и разрушает породу.
При электрогидравлическом бурении у забоя скважины, заполненной жидкостью, создаются электрические разряды, образующие в жидкости кавитационные полости, при смыкании которых происходит гидравлический удар, разрушающий породу.
При имплозионном бурении в скважину подаются герметически закрытые капсулы, из которых удален воздух. В момент разбивания капсулы о забой жидкость, окружающая вакуумную полость, приобретает большую скорость и давление, под действием которого порода разрушается.
Сущность шароструйного бурения заключается в разрушении породы энергией удара стальных шариков, подаваемых на забой в струе жидкости.
Гидромониторное разрушение породы заключается в ее размывании энергией высоконапорной струи жидкости, направляемой на забой из специальных насадок.

Эрозионнное гидромониторное разрушение породы осуществляется струей жидкости, вытекающей из гидромониторных насадок и содержащей абразивный материал (кварцевый песок, стальную дробь).
Основные в настоящее время — механические способы бурения, при которых порода на забое скважины разрушается путем резания, дробления, скалывания или истирания различными породоразрушающими инструментами. К ним относятся вращательное, ударно-вращательное, ударно-поворотное, ударное и бурение задавливанием инструмента в породу.
Наиболее распространено вращательное бурение, при котором породоразрушающий инструмент получает вращение от ведущего механизма через колонну бурильных труб или шнеков.
Вращательное бурение может производиться с разрушением породы по всей площади забоя или кольцевым забоем, когда в центре скважины оставляется колонка неразрушенной породы. Такой способ бурения, называемый колонковым, является основным при поисках и разведке месторождений твердых полезных ископаемых. Колонка неразрушенной породы (керн) извлекается на поверхность и используется для изучения структуры и вещественного состава породы. Колонковое бурение производится породоразрушающими инструментами (коронками) кольцевой формы, оснащенной резцами из твердых сплавов или алмазными зернами. Соответственно различают два основных вида колонкового бурения: твердосплавное и алмазное. При бурении скважин на нефть и газ для получения керна применяют колонковые шарошечные долота.
Бескерновое бурение, т. е. бурение сплошным забоем, осуществляется лопастными, шарошечными и алмазными долотами, а также пикобурами.
Сущность ударно-вращательного бурения заключается в том, что по вращающемуся породоразрушающему инструменту наносятся удары с частотой 900—3500 уд/мин. Для бурения ударно-вращательным способом применяют гидроударники, пневмоударники и забойные вибраторы.
Ударно-поворотное бурение состоит в том, что тяжелый буровой снаряд с породоразрушающим инструментом (долотом) на нижнем конце периодически поднимается и сбрасывается на забой скважины, дробя и скалывая породу. После каждого удара долота по забою снаряд поворачивается на определенный угол для придания скважине цилиндрической формы. Снаряд спускается в скважину на стальном канате или на колонне бурильных труб. Соответственно различают ударно-канатное и ударно-штанговое бурение. Преимущественное применение имеет первое.
При инженерно геологических изысканиях используется задавливание (статическое зондирование) или забивание (динамическое зондирование) специальных инструментов (зондов) в мягкие породы с целью исследования их свойств в естественном залегании.
Кроме динамического зондирования к ударному способу относится вибрационное бурение, при котором для разрушения породы используются механические колебания большой частоты, передаваемые породоразрушающему инструменту через бурильную колонну от вибрационной машины.
При термических способах породы разрушаются за счет возникновения в них термических напряжений и различных эффектов (плавление, испарение и др.). В зависимости от способа и характера термического воздействия на породу различают огнеструйное, плазменное, электродуговое, электронагревательное, атомное, лазерное, электронно-лучевое и циклическое бурение, при котором на породу периодически воздействуют горячими и холодными агентами
Известны также комбинированные способы разрушения по род. К ним относятся термомеханический, гидроэрозионный, гидромониторно-механический, электротермомеханический.
Химические способы разрушения пород предусматривают использование высокоактивного химического вещества.
Разрушенная в скважине порода транспортируется от забоя на поверхность следующими способами:
1) извлечением в виде разжиженного шлама желонкой при ударно-канатном бурении;
2) транспортированием в измельченном состоянии вращающейся в скважине шнековой колонной (при шнековом бурении), составляемой из труб с приваренной на них по спирали стальной лентой;
3) путем выноса шлама струей промывочной жидкости, закачиваемой в скважину насосами, или воздуха, подаваемого от компрессора.
Последний способ очистки скважины применяется при вращательном бурении, когда породоразрушающий инструмент опускается в скважину на колонне пустотелых бурильных труб.
Для привода в действие буровых механизмов используются двигатели электрические и внутреннего сгорания. Механизмы буровой установки, приводящие в движение буровой снаряд, размещаются на поверхности около устья скважины. При этом значительная часть энергии расходуется непроизводительно на преодоление сил трения вращающейся колонны бурильных труб о стенки скважины. Бурильные трубы несут большие нагрузки при работе в скважине, поэтому быстро изнашиваются, часто рвутся. Это приводит к потере времени, снижению производительности и удорожанию работ. Более прогрессивно вращательное бурение с применением забойных двигателей: гидравлических (турбобур) и электрических (электробур).
Забойный двигатель опускается на трубах в скважину и помещается непосредственно над породоразрушающим инструментом. Колонна труб при этом не вращается, а мощность двигателя полностью передается забойному инструменту.