În prezent sunt cunoscute metode mecanice, fizico-chimice, termice, termomecanice și alte metode de distrugere a rocilor (metode de foraj) - doar câteva duzini. În metode mecanice, stresurile sunt create în roci care depășesc limita forței lor. În metodele termice, distrugerea rocilor are loc datorită apariției în acestea a solicitărilor termice și a diferitelor tipuri de efecte (deshidratare, disociere, topire, evaporare etc.). În metodele termomecanice, efectul termic se efectuează în mod intenționat pentru a reduce rezistența rocii la o defecțiune mecanică ulterioară. Metodele chimice (fizico-chimice) de distrugere a rocilor necesită utilizarea unui produs chimic foarte activ.
Cu o metodă mecanică de distrugere, în stâncă se creează stresuri semnificative locale, ducând la distrugerea lor. La forare, rocile sunt distruse în principal datorită compresiei și forfecării.
Metoda mecanică de găurire este reprezentată de două tipuri principale: foraj și foraj rotativ. În forajul cu impact, piatra este distrusă prin impact cu biti de foraj, numiți dălți; în foraj rotativ, piatra este tăiată sau zdrobită și uzată în față de către tăietori speciali de tăiere și zdrobire sau bucăți de coroane.
Șocul de foraj, la rândul său, este împărțit în tijă și cablu. În primul caz, burghiele sunt coborâte în gaura de foraj și sunt antrenate de tije metalice - tije, în cel de-al doilea caz - de o frânghie.
Vârfurile de foraj la tije pot fi efectuate cu spălarea fundului puțului sau fără spălare. Erupția de crăpături în timpul forajului de impact este efectuată pe toată suprafața secțiunii transversale a puțului; o astfel de metodă de găurire este numită o forare continuă a găurii de fund.
În foraj rotativ mecanic, cuplul de tăiere și forța de alimentare sunt aplicate pe sculele de rupere (diamant, biți de carbură, biți). Puterea transmisă instrumentului de tăiere a rocilor crește odată cu creșterea vitezei de rotație a burghiului, încărcătura axială și rezistența rocilor de rocă. Condițiile limită sunt: rezistența coroanelor, a țevilor de miez și a burghiului, pe de o parte, și a proprietăților fizice și mecanice ale rocilor - pe de altă parte.
În timpul forării tăiere curse suprapuse (de foraj rotativ percuție) atașate la instrumentul de rupere rocă o hrănire forță, cuplu și șoc impulsuri de o anumită frecvență și putere. Atunci când se creează vibrații ale unei scule de tăiat rock, o energie specifică suplimentară este transferată pe stâncă, iar procesul de distrugere a rocilor este însoțit de formarea de particule mai mari, ceea ce duce la scăderea intensității energetice a procesului. Prin varierea frecvenței și forța loviturilor, presiunea de alimentare statică și viteza periferică, poate fi într-o gamă largă de efecte pentru a schimba caracterul tăietori de rasa. Pentru a crea impulsuri de șoc, dispozitivele care funcționează în sisteme infrasonice (<20 Гц), звуковом (20–20 000 Гц) и ультразвуковом (>20 000 Hz).
Sarcina de șoc apare la forarea cu freze cu role (foraj prin zdrobire și forfecare). Generatoarele de oscilații infrasonice sunt în prezent mașini cu impact hidraulic și cu impact pneumatic. Oscilațiile sonore și ultrasonice ale instrumentului sunt create de magnetostrictoare și de oscilatoarele orbitale, precum și de mașinile cu impact hidraulic de înaltă frecvență.
moduri Bezdolotnye de rupere rocă asociată cu utilizarea energiei de explozie (găurire exploziv), cavitație (implozie de foraj), energia de impact de bile de oțel rasa (găurire sharostruynoe), energie cu jet de lichid (jetting gidroerozionnoe foraj).
În forajul exploziv, componentele care formează un amestec exploziv în capsule sunt livrate la sacrificare, unde sunt amestecate la impact. Acestea pot fi hrănite la sacrificare și separat prin conducte; acolo se amestecă și explodează.
În forajul electrohidraulic, descărcarea electrică în lichid formează cavități cavitaționale care se umple cu un șoc hidraulic sau trece direct prin rocă datorită umplerii puțului cu un fluid dielectric.
În cazul forajului cu implozie, capsulele etanșate ermetic sunt introduse în puț, din care aerul este eliminat anterior. La momentul ruperii capsulei pe față, apare o închidere intensă a cavității de vid. Lichidul care înconjoară cavitatea de vid, sub influența presiunii hidrostatice, dobândește o viteză mare și piatra este distrusă sub acțiunea impulsurilor de înaltă presiune.
Proiectare hidromonitor și hidroeroziune. Energia jeturilor lichide de înaltă presiune poate fi utilizată pentru a distruge stânca în combinație cu bucățile de tăietoare sau de tăiere cu role sau independent. Adăugarea de particule abrazive la fluidul de lucru mărește eficiența izbucnirii rocilor la aceleași presiuni. Prin proiectarea adecvată a ajutajelor de jet, este posibil să se obțină efectul cavitației jetului lichidului de spălare direct la fundul puțului.
A fost creat un instrument pentru forarea hidraulică a puțurilor hidrogeologice în roci moi. Cu un diametru al țevii de 250-300 mm, este furnizat un volum de 58-80 m 3 / h la o presiune de 1-3 MPa. Lichidul curge cu viteză ridicată de la duzele capului conului și estompează solul. Experimentele experimentale efectuate cu jeturi la o presiune de 70-100 MPa, au arătat capacitatea apei să distrugă și rocile grele. Eficace este și distrugerea rocilor printr-un jet de puls intermitent, scos din duza în porțiuni separate la presiuni de 300-500 MPa.
Când eroziunea jetting roca de foraj se prăbușește jet de fluid care curge din duze stropire cu jeturi de la o diferență de presiune de aproximativ 35 MPa la o viteză de cel puțin 200 m / s și care conține (nisip de siliciu, oțel împușcat) abraziv la o concentrație de 5-15% în volum.
În cazul distrugerii termice a rocilor, încălzirea lor se realizează prin transferul direct către ele a energiei termice (încălzire directă) sau a energiei electromagnetice și radiante (încălzire indirectă).
Metode cu încălzirea directă a rocilor: jet de incendiu (impactul asupra rocilor de căldură ale combustibilului ars și efortului de curgere a gazului); plasma (transferul de căldură din plasmă care are loc atunci când trece printr-un curent electric prin gaze); plasma-jet de foc (transferul de căldură de la o plasmă care are loc atunci când curentul electric trece prin perechi de combustibil); arc electric (transfer de căldură de la arcul electric); încălzirea electrică (încălzirea datorată căldurii generate de conversia energiei electrice în căldură în proiectil); atomic (utilizarea căldurii eliberate în reactoarele nucleare); ciclic (expunerea la căldură și la rece).
Metode cu încălzire indirectă a rocilor: electrotermale (distrugerea rocilor ca urmare a încălzirii dielectrice prin utilizarea de curenți de frecvență joasă, înaltă și ultrahigh); electroinducție (încălzire prin intermediul câmpurilor magnetice de înaltă frecvență); laser (încălzirea și distrugerea stâncii datorită transmiterii energiei radiației către ea); electroni (prin influențarea fluxului de electroni).
Ognestruynoe de foraj - o metodă de rupere rocă prin încălzirea lor de ardere a combustibilului care chimică (kerosen alcool, benzină, păcură, motorină, gaze naturale) oxidant în mediu (oxigen, aer, acid azotic), în arzătorul de reacție. Astfel, roca acționează jet de gaz care iese din duza de arzător la viteza supersonică.
Perforarea termică este utilizată la scară industrială cu lucrări deschise. Ca combustibil, kerosen sau ulei solar, oxigenul este oxidantul. Arzătorul este răcit cu apă. Exercițiile termice manuale permit găuri de găurire cu adâncimi de până la 1,5-2 m, iar cu ajutorul mașinilor de foraj termic este posibilă forarea puțurilor cu o adâncime de 8-50 m și un diametru de 160-250 mm.
În găurire termodinamic în curentul de gaz se adaugă la faza solidă (de exemplu, nisip de siliciu), printr-o duză specială pe o porțiune a duzei Laval, având ca rezultat îmbunătățirea fluxului de gaze de transfer de căldură și de rasă.
Electroarc de foraj pe baza locală arc de rocă de încălzire AC și DC frecvență de putere datorită generării de căldură a arcului și transferul rasei sale, precum și datorită căldurii generate de trecerea curentului prin zone locale de rocă. Arcul electric creează o temperatură de 5500-16 700 ° C și la o densitate de putere suficientă poate topi orice rasa.
În cazul forajului de detonare termică, arderea combustibilului are loc la viteze ridicate și este însoțită de formarea undelor detonante. În acest caz, presiunea din față a valurilor atinge valori foarte mari. Prin ajustarea frecvenței impulsurilor, este posibil să se schimbe raportul dintre energia mecanică și cea termică consumată pentru distrugerea rocilor. Acțiunea impulsivă a lanternei pe stâncă duce la apariția în ea a sarcinilor alternante și la creșterea transferului de căldură de la torță la față.
La găurirea încălzire electrică energie termică convertită din ansamblul de foraj electric sau în agentul de răcire, care poate fi fie solid (de exemplu, instrument de foraj) și corpul de lichid (de exemplu, roci topite și minerale). Distrugerea stâncii apare în principal datorită topirii acesteia.
Atomul de foraj este un tip de metoda de incalzire a forajului. Se utilizează căldura produsă de reactorul atomic.
Procesarea ciclică implică periodicitatea impactului asupra sacrificării agenților calzi și reci.
Găurirea cu radiații de energie - o metodă de rupere lasere rocă folosind (laser) care emit unde electromagnetice de o anumită lungime de fascicul foarte ușor divergente, ceea ce face posibilă nu numai termic distruge piatra, dar chiar topi sau să le vaporizarea. Metoda cu fascicul de electroni de distrugere a rocilor se bazează pe accelerarea mișcării electronilor între catod și anod la tensiuni de la 5 la 150 kV. Electronii emise de catod sunt focalizate pe partea de jos cu o tensiune de polarizare, precum și cu lentile electrostatice și electromagnetice.
În foraj termomecanic, energia termică este utilizată pentru a reduce rezistența rocilor la defecțiunile mecanice ulterioare. Acesta este un proces calitativ nou, caracterizat printr-o mai mare eficiență a indicatorilor metodelor termice și mecanice de distrugere a rocilor separat. Introdus în energia termică roca este distribuită într-un strat foarte subțire, care cauzează distrugerea valorilor mici ale intensității energetice a procesului, care are un caracter de volum. Distrugerea rocilor în timpul termomecanice de foraj facilitat de diferite valori ale coeficientului de dilatare termică a părților componente ale mineralelor, încălzirea lor inegală, presiunea aburului în roci conținând apă, diferența de temperatură în partea de jos și în matrice. Relaxarea stresului termic, chiar și pentru o perioadă scurtă de timp (din momentul închiderii impactului termic la aplicarea mecanică a sarcinii - peste 1-2), conduce la o reducere semnificativă sau încetarea efectului.
Cel mai adesea în practica explorării geologice se utilizează foraj rotativ mecanic.
de foraj rotativ mecanic împărțit în rotație corespunzătoare (rotative, mașini cu rotator mobile) de foraj, în cazul în care de foraj se realizează în principal pentru sacrificare continuă și carotaj rotativ, în care roca de fund se prăbușește în jurul cilindrului tubular inel - coroana în interiorul căruia rămâne o coloană sau rasa coloană neîntrerupte (miez); acesta este motivul pentru care acest tip de foraj este numit o foraj de bază.
de foraj rotativ este împărțit în motorul de foraj la suprafață, din care rotația unui instrument de foraj (tip) se transmite tije - țeava de foraj și găurire cu motoare de foraj, atunci când acestea sunt coborâte pe conducte, direct în spatele sculei de tăiere de rocă. Motoarele pot fi puțul de foraj: turbodrill, burghiu electric, etc hydrovibrator.
a - tip M; b - tip T; c-tip C; g - tip K
În forajul de bază, rocile și aliajele grele fixate pe coroane sunt folosite pentru a distruge roca și o împușcare îngropată pe fața coroanei. Distins prin foraj diamant, aliaje solide și împușcat.
La găurirea coloanelor, este posibilă și utilizarea unui hidropperforator, prin care distrugerea rocilor se efectuează prin impacturi frecvente asupra unei coroane armate cu unelte din carbură, cu rotația simultană a coroanei. Acesta este un mod combinat de rupere a stâncii pe față.
Găurile rotative, inclusiv găurile de bază, se efectuează, de obicei, cu spălare la sacrificare. În acest caz, produsele de distrugere a rocilor (nămol) sunt transportate la suprafață printr-un flux ascendent de lichid. Atunci când se efectuează forfecarea cu cablu de impact, curățarea feței se efectuează cu ajutorul unui instrument special - un dispozitiv de prindere - după ce piatra a fost spartă de o daltă.
Pentru forarea puțurilor de mică adâncime se utilizează foraj vibratoare - adâncirea puțului prin compactarea rocii sub acțiunea sarcinilor axiale și vibraționale.
În sfârșit, în ceea ce privește tipul de energie utilizată, acestea disting între forarea manuală și forajul mecanic.