БУРЕ́НИЕ

БУРЕ́НИЕ, про­цесс со­ору­же­ния гор­ной вы­ра­бот­ки пре­им. ци­лин­д­рич. фор­мы (шпур, сква­жи­на, шахт­ный ствол) пу­тём раз­ру­ше­ния гор­ных по­род с уда­ле­ни­ем про­дук­тов раз­ру­ше­ния. Из­вест­но мно­го ви­дов Б., раз­ли­чаю­щих­ся це­ле­вым на­зна­че­ни­ем, ха­рак­те­ром раз­ру­ше­ния по­ро­ды, ис­поль­зуе­мой тех­ни­кой. Б. ши­ро­ко при­ме­ня­ет­ся в гео­ло­гии при по­ис­ках и раз­вед­ке по­лез­ных ис­ко­пае­мых, до­бы­че неф­ти, га­за и под­зем­ных вод, в гор­ном де­ле для бу­ре­ния взрыв­ных и вспо­мо­га­тель­ных шпу­ров и сква­жин, в строи­тель­ст­ве, при гид­ро­тех­нич. ра­бо­тах. Раз­ру­ше­ние гор­ных по­род в про­цес­се Б. обыч­но про­из­во­дит­ся по всей пло­ща­ди за­боя (бес­кер­но­вое Б.). При Б. с от­бо­ром об­раз­ца по­ро­ды – кер­на – раз­ру­ша­ет­ся толь­ко коль­це­вое про­стран­ст­во у сте­нок сква­жи­ны (ко­лон­ко­вое Б.). По ха­рак­те­ру раз­ру­ше­ния по­ро­ды ви­ды Б. под­раз­де­ля­ют­ся на ме­ха­ни­че­ские (бу­ро­вой ин­ст­ру­мент не­по­сред­ст­вен­но воз­дей­ст­ву­ет на по­ро­ду, раз­ру­шая её) и не­ме­ха­ни­че­ские (опо­сре­до­ван­ный кон­такт ис­точ­ни­ка воз­дей­ст­вия с раз­ру­шае­мой по­ро­дой: Б. взрыв­ное, тер­ми­че­ское и т. п.). Б. производится в осн. ме­ха­ни­че­ским способом: раз­ру­ше­ние по­ро­ды осу­ще­ст­в­ля­ет­ся че­рез опе­ра­ции уда­ра или вра­ще­ния бу­ро­во­го ин­ст­ру­мен­та (удар­ное, вра­ща­тель­ное и вра­ща­тель­но-удар­ное Б.) в бу­ро­вых ус­та­нов­ках, бу­ро­вых стан­ках, пер­фо­ра­то­рах. По­ро­до­раз­ру­шаю­щий ин­ст­ру­мент (до­ло­та, ко­рон­ки, рас­ши­ри­те­ли) раз­ме­ща­ют на кон­це штанг или труб у за­боя шпу­ра, сква­жи­ны. По ти­пу при­ме­няе­мо­го по­ро­до­раз­ру­шаю­ще­го ин­ст­ру­мен­та и спо­со­бу его по­да­чи в за­бой раз­ли­ча­ют Б.: ша­ро­шеч­ное, ал­маз­ное, штан­го­вое, шне­ко­вое и др. Из не­ме­ха­ни­че­ских спо­со­бов наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ло тер­ми­че­ское Б. с при­ме­не­ни­ем стан­ков, ис­поль­зую­щих в ка­че­ст­ве ра­бо­че­го ин­ст­ру­мен­та ог­не­струй­ные го­рел­ки. Раз­ру­ше­ние по­ро­ды про­ис­хо­дит от на­пря­же­ний, обу­слов­лен­ных тем­пе­ра­тур­ным гра­ди­ен­том и те­п­ло­вым рас­ши­ре­ни­ем, а так­же от ме­ха­нич. воз­дей­ст­вия вы­со­ко­ско­ро­ст­ных га­зо­вых струй.

Б. раз­ви­ва­ет­ся и спе­циа­ли­зи­ру­ет­ся при­ме­ни­тель­но к трём осн. об­лас­тям тех­ни­ки: наи­бо­лее глу­бо­кие – эк­сплу­ата­ци­он­ные сква­жи­ны (неск. км) бу­рят­ся на нефть и газ, ме­нее глу­бо­кие – раз­ве­доч­ные (в осн. сот­ни м) – для по­ис­ков и раз­вед­ки твёр­дых по­лез­ных ис­ко­пае­мых (см. Бу­ро­вая сква­жи­на), сква­жи­ны и шпу­ры (от не­сколь­ких м до де­сят­ков м) бу­рят для раз­ме­ще­ния за­ря­дов взрыв­ча­тых ве­ществ (гл. обр. в гор­ном де­ле и строи­тель­ст­ве). Шпу­ром при­ня­то на­зы­вать ис­кусственную ци­лин­д­ри­ческую по­лость диа­мет­ром до 75 мм и глу­би­ной до 5 м, сква­жи­ной – та­кую же по­лость, но со­от­вет­ст­вен­но бо́льших раз­ме­ров.

Б. име­ет свою ис­то­рию, обу­слов­лен­ную об­щи­ми тен­ден­ция­ми тех­нич. про­грес­са. Впер­вые в ми­ро­вой прак­ти­ке вруч­ную бу­ри­лись сква­жи­ны (диа­мет­ром 12–15 см и глу­би­ной до 900 м) в Ки­тае св. 2 тыс. лет на­зад для до­бы­чи со­ля­ных рас­тво­ров. Бу­ро­вой ин­ст­ру­мент (до­ло­то и бам­бу­ко­вые штан­ги) опус­кал­ся в сква­жи­ну на ка­на­тах тол­щи­ной 1–4 см, сви­тых из ин­дий­ско­го тро­ст­ни­ка. Б. пер­вых сква­жин в Рос­сии от­но­сит­ся к 9 в. и свя­за­но с до­бы­чей рас­тво­ров по­ва­рен­ной со­ли (Ста­рая Рус­са). За­тем со­ля­ные про­мыс­лы на­ча­ли раз­ви­вать­ся в Ба­лах­не (12 в.), Со­ли­кам­ске (16 в.). На рус. со­ля­ных про­мыс­лах из­дав­на при­ме­ня­лось удар­но-штан­го­вое Б. Во из­бе­жа­ние ржав­ле­ния бу­ро­вые штан­ги де­ла­ли де­ре­вян­ны­ми; стен­ки сква­жин за­кре­п­ля­ли де­рев. тру­ба­ми. Пер­вый бу­ро­вой ко­ло­дец, за­кре­п­лён­ный тру­ба­ми, был про­бу­рен на во­ду в 1126 в пров. Ар­туа (Фран­ция), от­сю­да глу­бо­кие ко­лод­цы с на­пор­ной во­дой по­лу­чи­ли на­зва­ние 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 «Об-во ар­те­зи­ан­ских фон­та­нов» и про­бу­ре­ны 4 сква­жи­ны глу­би­ной от 36 до 189 м. В 1831–32 бу­ри­ли сква­жи­ны в С.-Пе­тер­бур­ге (на Вы­борг­ской сто­ро­не), в 1833 – в Цар­ском Се­ле, Сим­фе­ро­по­ле и Кер­чи, в 1834 – в Там­бо­ве, Ка­за­ни и Ев­па­то­рии, в 1836 – в Ас­т­ра­ха­ни. В Мо­ск­ве пер­вая ар­те­зи­ан­ская сква­жи­на глу­би­ной 458 м про­бу­ре­на на Яуз­ском буль­ва­ре в 1876. Бур­ный про­гресс в Б. свя­зан с раз­ви­ти­ем неф­те­до­бы­чи. Пер­вая неф­тя­ная сква­жи­на бы­ла про­бу­ре­на в США слу­чай­но в 1826 близ г. Бернс­вилл (штат Кен­тук­ки) при по­ис­ках рас­со­лов. Пер­вую сква­жи­ну на нефть за­ло­жил в 1859 аме­ри­ка­нец Э. Дрейк близ г. Тай­тес­вилл (штат Пен­силь­ва­ния). В Рос­сии пер­вая сква­жи­на на нефть про­бу­ре­на в 1864 око­ло г. Ана­па (Сев. Кав­каз).

Пер­во­на­чаль­но для Б. ис­поль­зо­ва­лась си­ла че­ло­ве­ка: сква­жи­ны бу­ри­лись стан­ка­ми с руч­ным при­во­дом. В по­сле­дую­щем для вра­ще­ния бу­ро­во­го сна­ря­да ста­ли ис­поль­зо­вать па­ро­вую ма­ши­ну (в Рос­сии впер­вые при­ме­нил инж. Г. Д. Ро­ма­нов­ский при строи­тель­ст­ве сква­жи­ны в с. Ери­но Мо­с­ков­ской губ.). На пер­вом эта­пе наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ло удар­ное Б. – са­мый про­стой, но и наи­ме­нее про­из­во­ди­тель­ный спо­соб раз­ру­ше­ния по­ро­ды. Поя­вив­шее­ся впо­след­ст­вии удар­но-ка­нат­ное Б. уже вклю­ча­ло эле­мент ме­ха­ни­за­ции это­го про­цес­са: бу­ро­вой ин­ст­ру­мент под­ве­ши­вал­ся на опус­кае­мом в сква­жи­ну ка­на­те. По за­бою на­но­си­лись не­пре­рыв­ные уда­ры с от­ка­лы­ва­ни­ем ку­соч­ков по­ро­ды, уда­ле­ние ко­то­рых спо­соб­ст­во­ва­ло уг­луб­ле­нию сква­жи­ны. Со­вер­шен­ст­во­ва­ние тех­ни­ки Б. с це­лью уве­ли­че­ния его про­из­во­ди­тель­но­сти, в т. ч. в бо­лее твёр­дых по­ро­дах, при­ве­ло к Б. с не­пре­рыв­ным вра­ще­ни­ем бу­ро­во­го ста­ва. Это оп­ре­де­ли­ло но­вый спо­соб Б., на­зван­ный ком­би­ни­ро­ван­ным. За­ме­ной гиб­ко­го ка­на­та на же­лез­ные штан­ги бы­ло обу­слов­ле­но по­яв­ле­ние удар­но-штан­го­во­го ме­то­да Б. В даль­ней­шем со­вмес­ти­ли вра­ще­ние бу­ро­вой ко­лон­ки с не­пре­рыв­ной про­мыв­кой за­боя бу­ро­вым ра­ст­во­ром и уда­ле­ни­ем бу­ро­вой ме­ло­чи. Но­вым на­прав­ле­ни­ем яви­лось Б. с за­бой­ны­ми дви­га­те­ля­ми (тур­бо­бур, элек­тро­бур) с вы­со­кой ско­ро­стью вра­ще­ния до­ло­та. Со­вер­шен­ст­во­ва­лись ти­пы до­лот. Важ­ную роль сыг­ра­ло при­ме­не­ние твёр­дых спла­вов, са­мо­за­та­чи­ваю­щих­ся твер­до­сплав­ных ко­ро­нок, ал­маз­ных ко­ро­нок и до­лот разл. кон­ст­рук­ций. Так, раз­ви­тие раз­ве­доч­но­го Б. свя­за­но с изо­бре­те­ни­ем швейц. ча­сов­щи­ком Ж. Ле­шо ал­маз­но­го бу­ра (1862), ко­то­рый со­сто­ял из сталь­но­го по­ло­го ци­лин­д­ра, ар­ми­ро­ван­но­го ал­ма­за­ми и ук­ре­п­лён­но­го на по­лой ме­тал­лич. штан­ге (по ней в за­бой по­да­ва­лась про­мы­воч­ная во­да). Пер­вая дей­ст­вую­щая бу­ро­вая ус­та­нов­ка с ал­маз­ным ин­ст­ру­мен­том со­з­да­на франц. инж. Пер­ре­том. При­ме­не­ние ша­ро­шеч­ных до­лот оп­ре­де­ли­ло но­вый, ша­ро­шеч­ный спо­соб Б., при­вед­ший к зна­чит. уве­ли­че­нию ско­ро­сти бу­ре­ния в твёр­дых гор­ных по­ро­дах. Этот спо­соб наи­бо­лее рас­про­стра­нён на от­кры­тых гор­ных ра­бо­тах при мас­со­вом бу­ре­нии сква­жин в по­ро­дах лю­бой кре­по­сти спец. ша­ро­шеч­ны­ми стан­ка­ми.

Диа­метр сква­жин и их глу­би­на вна­ча­ле не име­ли та­ко­го зна­че­ния, как, напр., ско­рость или про­из­во­ди­тель­ность Б., кре­пость по­род, из­но­со­стой­кость бу­ро­вых до­лот и ко­ро­нок. В даль­ней­шем бы­ли соз­да­ны спо­со­бы Б. гор­ных вы­ра­бо­ток боль­ших по­пе­реч­ных се­че­ний и шахт­ных ство­лов спец. ство­ло­про­ход­че­ски­ми аг­ре­га­та­ми (диа­мет­ром св. 3,5 м).

Бу­ре­ние шпу­ров и сква­жин про­из­во­дит­ся раз­но­об­раз­ны­ми бу­риль­ны­ми мо­лот­ка­ми, ста­цио­нар­ны­ми и мо­биль­ны­ми ус­та­нов­ка­ми, стан­ка­ми и аг­ре­га­та­ми. Для бу­ре­ния шпу­ров при­ме­ня­ют бу­ро­вые ма­ши­ны вра­ща­тель­но­го, удар­но­го и удар­но-вра­ща­тель­но­го дей­ст­вия с элек­тро-, пнев­мо- и гид­ро­свёр­ла­ми. Пнев­мо­с­вёр­ла ис­поль­зу­ют в шах­тах, в ко­то­рых су­ще­ст­ву­ет опас­ность взры­ва га­за или пы­ли. Бу­ро­вые ма­ши­ны де­лят­ся на руч­ные (мас­сой до 23 кг для по­род с ко­эф. кре­по­сти f до 3–4 по шка­ле проф. М. М. Про­то­дья­ко­но­ва) и ко­лон­ко­вые (со­от­вет­ст­вен­но до 120 кг и f до 10), ук­ре­п­ляе­мые при бу­ре­нии на ко­лон­ках или иных под­дер­жи­ваю­щих уст­рой­ст­вах.

Станок для бурения скважин под землёй.

В под­зем­ных ус­ло­ви­ях Б. не­глу­бо­ких сква­жин про­из­во­дит­ся пнев­ма­тич. бу­ро­вы­ми мо­лот­ка­ми, глу­бо­ких – по­груж­ны­ми пнев­ма­тич. пер­фо­ра­то­ра­ми или бу­ро­вы­ми стан­ка­ми со съём­ны­ми ко­рон­ка­ми и до­ло­та­ми разл. форм и ма­те­риа­лов. Вра­ща­тель­ное Б. сква­жин коль­це­вы­ми ре­жу­щи­ми ко­рон­ка­ми в по­ро­дах кре­по­стью не бо­лее f=8 про­из­во­дит­ся спец. стан­ка­ми с по­мо­щью сталь­ных ко­ро­нок, ар­ми­ро­ван­ных рез­ца­ми из твёр­дых спла­вов; в по­ро­дах креп­ких и очень креп­ких (f боль­ше 10) при­ме­ня­ют коль­це­вые и сплош­ные ал­маз­ные и ша­ро­шеч­ные ко­рон­ки. На под­зем­ных руд­ни­ках Рос­сии наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние по­лу­чил бу­ро­вой аг­ре­гат НКР-100 для пнев­мо­удар­но­го бу­ре­ния сква­жин диа­мет­ром 85–100 мм и глу­би­ной до 50 м.

Станок для бурения скважин на карьерах.

Б. взрыв­ных и гео­ло­го-раз­ве­доч­ных сква­жин диа­мет­ром до 450 мм на по­верх­но­сти осу­ще­ст­в­ля­ет­ся бу­ро­вы­ми стан­ка­ми разл. кон­ст­рук­ций. На карь­е­рах наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли са­мо­ход­ные тя­жё­лые стан­ки ша­ро­шеч­но­го Б. про­из­во­ди­тель­но­стью 90–240 м в сме­ну. На карь­е­рах ма­лой и сред­ней мощ­но­сти в осн. при­ме­ня­ют пнев­мо­удар­ные бу­ро­вые стан­ки. Рас­про­стра­не­ны уни­вер­саль­ные ус­та­нов­ки и аг­ре­га­ты, в ко­то­рых со­че­та­ют­ся воз­мож­но­сти разл. ви­дов Б. Для тер­ми­че­ско­го Б., гл. обр. в квар­ци­тах, пес­ча­ни­ках и др. по­ро­дах, со­дер­жа­щих крем­не­зём, при­ме­ня­ют бу­ро­вые ог­не­струй­ные стан­ки. Вра­ща­тель­ное Б. неф­тя­ных и га­зо­вых сква­жин, а так­же шахт­ных ство­лов осу­ще­ст­в­ля­ют элек­тро­бу­ром, стан­ка­ми ре­ак­тив­но­го, тур­бин­но­го и ре­ак­тив­но-тур­бин­но­го прин­ци­па дей­ст­вия. Но­вые пер­спек­тив­ные спо­со­бы Б. в креп­ких по­ро­дах (взрыв­ной, то­ка­ми разл. час­то­ты, хи­ми­че­ски ак­тив­ны­ми струя­ми и др.) на­хо­дят­ся в раз­ных ста­ди­ях про­из­водств. экс­пе­ри­мен­та. Бу­ро­вые аг­ре­га­ты при­ме­ня­ют так­же при про­ход­ке го­ри­зон­таль­ных вы­ра­бо­ток и тон­не­лей разл. на­зна­че­ния.

Б. при­ме­ня­ют и для ис­сле­до­ва­ния глу­бин­ных струк­тур зем­ной ко­ры. Для по­лу­че­ния проб во­ды из под­лед­ни­ко­во­го оз. Вос­ток в Ан­тарк­ти­де бы­ла раз­ра­бо­та­на тех­но­ло­гия Б. те­п­ло­вым бу­ро­вым сна­ря­дом с тер­мо­до­ло­том и тер­мо­ко­рон­кой, что по­зво­ли­ло про­бу­рить сква­жи­ну на глу­би­ну 3623 м (1995). Сре­ди сверх­глу­бо­ких сква­жин (глу­би­на бо­лее 6 км) наи­бо­лее из­вест­на Коль­ская сверх­глу­бо­кая сква­жи­на (Рос­сия). На ней ис­поль­зо­ва­лось тур­бин­ное Б., при ко­то­ром вра­ща­ет­ся не вся ко­лон­на, а толь­ко бу­ро­вая го­лов­ка. Че­рез ко­лон­ну под дав­ле­ни­ем по­да­вал­ся бу­ро­вой рас­твор, вра­щав­ший рас­по­ло­жен­ную вни­зу тур­би­ну. Ис­поль­зо­ва­лись спе­ци­аль­но раз­ра­бо­тан­ные тру­бы из лёг­ких спла­вов. Из­мель­чён­ная по­ро­да вме­сте с бу­ро­вым рас­тво­ром вы­но­си­лась по сква­жи­не на по­верх­ность. Цель Б. – по­лу­че­ние кер­на из глу­би­ны Зем­ли. Глу­би­на сква­жи­ны при диа­мет­ре 214 мм со­ста­ви­ла 12 262 м (при про­ект­ной – 15 000 м). В 1997 Коль­ская сверх­глу­бо­кая сква­жи­на бы­ла за­не­се­на в Кни­гу ре­кор­дов Гин­нес­са.