Зарубежный опыт бурения скважин в снежно-фирновых отложения и сплошных льдах

ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова»

Геологоразведочный  факультет

Кафедра Технологии и Техники Разведки МПИ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

По дисциплине: «Особенности бурения скважин в  мерзлоте»

На тему: Зарубежный опыт бурения скважин 

в снежно-фирновых отложениях и сплошных льдах 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: ст.гр. НД-08

Румянцев  Игорь

Проверил: зав.кафедры

Рево  Миронович 
 
 
 
 
 
 

Якутск 2011

Зарубежный  опыт 

     Ведущей за рубежом организацией в области  бурения во льдах является научно-исследовательская лаборатория холодных районов армии США (CRREL). Исследованы обычное вращательное бурение с использованием бурильных труб, тепловое бурение с помощью колонковых снарядов на кабеле и электромеханическое бурение с помощью электробура на кабеле.

     Вращательное  колонковое бурение предполагает использование серийного оборудования и инструмента, приспособленного для работы в суровых условиях Арктики и Антарктиды. Для скважин глубиной до 400 м эффективно бурение с продувкой охлажденным сжатым воздухом. Бурение глубоких скважин требует компрессоров высокого давления и связано с неизбежным сужением ствола, что вынуждает переходить на промывку незамерзающей жидкостью. Применение обычных технических средств колонкового бурения для проходки глубоких скважин во льдах оказывается поэтому малоэффективным.

     Способ  бурения-плавления разрабатывается  лабораторией по заказу ряда Арктических и Антарктических научно-исследовательских экспедиций США, Канады, Австралии, Франции, Японии. Первый комплекс технических средств для бурения до 450 м включал термобуровой снаряд CRREL, 450 м бронированного кабеля, лебедку, мачту высотой 6,7 м и бензиновый электрогенератор. Общая масса оборудования 1180 кг.

     Снаряд  CRREL -МК-II предназначен для ледников с умеренной отрицательной температурой. Скорость бурения-плавления при средней мощности нагревателя 3,5—4,0 кВт составляет от 2,3 до 1,9 м/ч при температуре льда от 0 до —28 °С.

     Кольцевой нагреватель представляет собой  алюминиевый корпус, куда плотно запрессовываются нагревательные элементы. Вода отсасывается через продольные отверстия в корпусе нагревателя по трубкам в водосборный бак вакуумным насосом с электроприводом. В корпусе кабельного замка установлен пружинный датчик массы снаряда.

     На  станции Берд в Западной Антарктиде с полным отбором керна пробурены четыре скважины глубиной от 57 до 61 м 'и одна глубиной 335 м.

     Параллельно с разработкой снаряда для  бурения «сухих» скважин в ледниковых покровах лаборатория CRREL вела разработку термобурового снаряда для глубокого бурения в залитых жидкостью скважинах. Окончательный вариант снаряда для залитых скважин состоит из медного кольцевого нагревателя максимальной мощностью 9 кВт с наружным диаметром 168 мм и внутренним 124 мм, колонковой трубы длиной 3,05 м, покрытой тонкослойным пластиком, водосборного бака, трансформатора и узла подвески. Внутри водосборного бака размещен насос для подъема талой воды с забоя через подогреваемые нихромовые трубки. Снаряд длиной 10,5 м и массой 400 кг спускали в скважину на бронированном кабеле диаметром 25,4 мм с 12 токопроводящими медными жилами при помощи лебедки с гидравлическим приводом и вышки высотой 31 м. Общая масса лебедки с кабелем длиной 3650 м около 19 т.

     Этой  установкой в Гренландии пробурена  скважина глубиной 535 м со средней скоростью 1,5 м/ч при мощности нагревателя 5—6 кВт. Выход керна 96 %• Наиболее трудной оказалась очистка призабойной зоны от воды и шугообразной массы. Увеличение мощности нагревателя не привело к повышению скорости бурения, вызывая перегорание тепловых элементов нагревателя. Раствор на основе дизельного топлива и трихлорэтилена, обладающий растворяющей способностью, приводил к распаду изоляции кабеля и образованию осадка на забое, что затрудняет циркуляцию и приводит к прекращению бурения. Часты обрывы токопроводящих жил в кабеле, повреждения его брони и неполадки в гидравлическом приводе лебедки.

     В настоящее время почти все  зарубежные страны, участвующие в изучении ледниковых покровов, ведут тепловое бурение «сухих» скважин с отбором керна с помощью усовершенствованных термобуровых снарядов на кабеле. Усовершенствовались в основном конструкция кольцевого нагревателя, системы обогрева и отсоса воды. В новых моделях увеличины длина керноприемной трубы и объем бака, включен блок для измерения искривления скважины и получения ориентированного керна; установлены датчики уровня, температуры воды и разрежения в баке. Программы работ Австралийской, Французской и Японской антарктических экспедиций планируют достичь 1000 м и более глубины бурения скважин тепловым способом.

     В 1978 г. французские специалисты термобуровым снарядом, «похожим на советский», как сказано авторами, на куполе С в Восточной Антарктиде пробурили «сухую» скважину глубиной 905 м.

     В табл. 1 приводятся сведения об основных типах современных зарубежных термобуровых снарядов для бурения «сухих» скважин.

     Своеобразный  способ теплового бурения льда испытан  в 1977 г. американскими специалистами на леднике Росса (Западная Антарктида). Скважина большого сечения (без отбора керна) была пройдена за несколько часов на глубину 400 м через всю толщу шельфового ледника с помощью огневого бурения. Снаряд в виде специальной горелки опускали на шлангах для подачи керосина и сжатого воздуха вручную с участием большого числа людей. Способ оказался весьма энергоемким. Та же группа специалистов разрабатывает проект теплового бурения с помощью подаваемой с поверхности горячей воды.

     Электромеханическое бурение разрабатывается в двух вариантах: создание специальных полуавтономных колонковых электромеханических снарядов малой мощности на питающем кабеле (США, Япония) и приспособление мощных промышленных электробуров на кабеле к условиям колонкового бурения в ледниках (США).

     В 1966 г. в центре Гренландии с помощью  колонкового механического электробура на кабеле с использованием раствора этиленгликоля для удаления ледяного шлама в призабойной зоне пройдена скважина глубиной 1375 м и в 1967 г. на станции Берд (Западная Антарктида) — скважина глубиной 2164 м. Обе пробурены с отбором керна и достигли подледниковых пород.

     Бурение в обоих случаях велось с помощью  снаряда, представляющего собой переоборудованный кабельный электробур А. Арутюнова длиной 26,5 м и массой 1100 кг. Снаряд состоит из шести секций: инклинометрического узла с кабельным замком, распорного механизма, внутреннего шламосборника, погружного электродвигателя, насоса и редуктора, колонковой трубы с коронкой. При бурении использовалось весьма мощное и тяжелое оборудование. Глубокая скважина на станции Берд ,к моменту окончания бурения отклонилась на 15° от вертикали; кроме того, на контакте с подстилающими породами был встречен слой воды толщиной 0,3 м под высоким давлением. При выравнивании давлений вода поднялась в стволе на 55 м над забоем, смешалась с этиленгликолем, образовав густую шугообразную массу. Внедриться в подстилающие породы не удалось. Опыт проходки этой глубокой скважины подробно изложен в работе. 

Таблица 1

Технические характеристики зарубежных термобуровых снарядов 

Использованная  литература

Кудряшов Б.Б., Яковлев  А.М. Бурение скважин в осложненных  условиях: Учеб. пособие для вузов.-М.: Недра, 1987.-269с.