Тенденции развития способов разрушения горных пород

Объект исследования. Способы и инструменты разрушения горных пород. Цель работы. Обзор и анализ новых способов разрушения горных пород и соответствующего пород разрушающего инструмента. Результаты исследования. Выявление наиболее перспективных способов разрушения горных пород и вектор развития индустрии в целом.
Область применения. Технологии разрушения горных пород при бурении нефтяных и газовых скважин.

Содержание …………………………………………………………………………………………………… 4
Введение ……………………………………………………………………………………………………….. 6
1 История развития основных технологий и способов разрушения горных пород
в России и за рубежом …………………………………………………………………………………… 7
1.1 Истоки ведения буровых работ в мировой истории ………………………………… 7
1.2 Внедрение и развитие технологии бурения вращательным способом……… 9
1.3 Хронология развития породоразрушающего инструмента ……………………. 11
1.3.1 Бурение сплошным забоем …………………………………………………………….. 11
1.3.2 Развитие колонкового бурения, внедрение алмазов ………………………… 13
2 Способы разрушения горных пород при бурении скважин ………………………… 15
2.1 Механические способы разрушения горной породы …………………………….. 16
2.1.1 Породоразрушающие инструменты………………………………………………… 18
2.1.1.1 Классфикация породоразрушающих инструментов …………………… 19
2.1.1.2 Тенденции развития породоразрушающих инструментов………….. 20
2.2 Немеханические способы разрушения горных пород …………………………… 23
2.2.1 Термические способы разрушения горных пород……………………………. 24
2.2.1.1 Взрывной способ………………………………………………………………………. 25
2.2.1.2 Огнеструйный способ ………………………………………………………………. 27
2.2.1.3 Лазерный способ ………………………………………………………………………. 29
2.2.1.4 Плазменный способ ………………………………………………………………….. 32
2.2.1.5 Термомеханический способ ………………………………………………………. 37
2.2.1.6 Электротермо-механический способ …………………………………………. 39
2.2.2 Электрофизические способы разрушения горных пород …………………. 40
2.2.2.1 Ультразвуковой способ …………………………………………………………….. 40
2.2.2.2 Электрогидравлический способ ………………………………………………… 42
2.2.2.3 Электроимпульсный способ ……………………………………………………… 43
2.2.2.4 Электроимпульсно-механический способ …………………………………. 45
2.2.3 Гидродинамические способы разрушения горных пород ………………… 47
2.2.3.1 Гидромониторный способ…………………………………………………………. 47
2.2.3.2 Абразивно-ударный и гидромониторно-ударный способы ………… 48
2.2.3.3 Комбинированные гидродинамические и механические способы 49
2.2.4 Химические способы разрушения…………………………………………………… 51
3 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение……. 53
3.1 Применение методических и технологических решений ………………………. 53
4. Социальная ответственность ……………………………………………………………………. 62
4.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ………. 62
4.1.1. Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя)
правовые нормы трудового законодательства …………………………………………. 62
4.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны ………. 63
4.2 Производственная безопасность ………………………………………………………….. 63
4.2.1 Анализ вредных производственных факторов, обоснование
мероприятий по защите персонала от их воздействия …………………………….. 63
4.2.1.1 Анализ показателей климата и метеоусловий на открытом воздухе
……………………………………………………………………………………………………………. 64
4.2.1.2 Повышенный уровень шума ……………………………………………………… 64
4.2.1.3 Повышенный уровень вибрации ……………………………………………….. 65
4.2.1.4 Повышенная загазованность воздуха рабочей среды …………………. 66
4.2.1.5 Недостаточная освещённость ……………………………………………………. 66
4.2.1.6 Повреждения в результате контакта с живыми организмами …….. 67
4.2.1.7 Физические и нервно-психические перегрузки………………………….. 67
4.2.2 Анализ опасных производственных факторов, обоснование
мероприятий по их устранении. ……………………………………………………………… 67
4.2.2.1 Движущиеся машины и механизмы, подвижные части
производственного оборудования ……………………………………………………….. 68
4.2.2.2 Электрический ток……………………………………………………………………. 68
4.2.2.3 Расположение рабочего места на значительной высоте, падение
предметов с высоты …………………………………………………………………………….. 70
4.2.2.4 Пожаровзрывоопасность…………………………………………………………… 71
4.3 Экологическая безопасность………………………………………………………………… 72
4.3.1 Анализ влияния процесса строительства скважины на
окружающую среду ……………………………………………………………………………….. 72
4.3.2 Обоснование решений по обеспечению экологической безопасности 73
4.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………….. 73
4.4.1 Анализ возможных ЧС, возникающих при строительстве скважин …. 73
4.4.2 Обоснование мероприятий по предупреждению и ликвидации ЧС….. 74
Заключение …………………………………………………………………………………………………. 75
Список литературы ……………………………………………………………………………………… 77
Приложение А …………………………………………………………………………………………….. 88
Abstract ……………………………………………………………………………………………………….. 89
Introduction ………………………………………………………………………………………………….. 89
1 Unconventional drilling methods ………………………………………………………………….. 90
1.1 Laser ……………………………………………………………………………………………………. 91
1.2 Laser Mechanical Bit …………………………………………………………………………….. 92
1.3 Stage of laser drilling …………………………………………………………………………….. 93
1.4 Spallation and Melting Zone Identified ……………………………………………………. 93
1.5 Method and Discussion ………………………………………………………………………….. 94
1.6 Change in physical properties of rock ……………………………………………………… 95
1.7 Laser Drilling and its advantages …………………………………………………………….. 97
1.8 Limitations of Laser Drilling ………………………………………………………………….. 98
Conclusion ……………………………………………………………………………………………………. 98
Приложение Б ……………………………………………………………………………………………. 100
Приложение В……………………………………………………………………………………………. 104
Приложение Г ……………………………………………………………………………………………. 105
Приложение Д……………………………………………………………………………………………. 109
Приложение Е ……………………………………………………………………………………………. 110

В аналитической выпускной квалификационной работе магистра была
поставлена цель – проанализировать тенденции развития способов разрушения
горных пород, произвести обзор и анализ новых способов разрушения и соответ-
ствующего породоразрушающего инструмента.
Для достижения поставленной цели, были рассмотрены открытия, изоб-
ретения и принципы развития технологий разрушения горных пород в хроноло-
гическом порядке с древних времён до настоящего времени.
Произведён обзор существующих способов разрушения горных пород, а
также перспективных технологий, которые находятся на этапе своего формиро-
вания. Выделены преимущества и недостатки каждого отдельно взятого способа,
а также определены наиболее благоприятные области применения перспектив-
ных немеханических и комбинированных способов разрушения горных пород.
На сегодняшний день способы механического разрушения горных пород
обеспечивают основной объем работ. Технико-экономический анализ современ-
ных способов бурения скважин показывает невозможность устранения целого
ряда присущих им принципиальных недостатков:
− низкий КПД (2–10 %);
− наличие сложных кинематических передач;
− быстроизнашивающийся и недостаточно надёжный породоразрушаю-
щий элемент;
− резкое уменьшение скорости разрушения с увеличением крепости раз-
рушаемых пород и диаметра скважин;
− высокая себестоимость работ и др.
В этой связи не ослабевает интерес как к совершенствованию традицион-
ных, так и к поиску и разработке принципиально новых способов рвзрушения
горных пород. Каждый отдельно взятый способ разрушения обладает как пре-
имуществами, так и определенными недостатками. Комбинируя, объединяя раз-
личные способы, получают новые.
Теоретическая значимость заключается в возможном использовании ос-
новных результатов данной работы в компаниях-недропользователях, а также в
исследовательских организациях.
Научная новизна заключается в разработке авторской классификации
способов разрушения горных пород, а также в выявлении благоприятных обла-
стей их применения.
Преимущества и недостатки, и наиболее благоприятные области приме-
нения перспективных немеханических и комбинированных способов разруше-
ния горных пород представлены в таблице Г.1, приложения Г.