Технология и техника бурения в 2 частях Часть Горные породы

разделению ее на мелкие элементы (частицы).
К термическим способам относятся: термодинамический, тер-
моэлектрический, термоиндукционный, плазменный, разрушение 
пород с помощью лазерного луча, огневой.
Те р м о д и н а м и ч е с к и й с п о с о б разрушения осущест-
вляется при помощи струи раскаленных газов, получаемых в га-
зовых горелках-термобурах. Температура газов в камере сгорания 
может достигать 3200 
qС при давлении до 2–4 МПа. Газовые струи 
вылетают из такой горелки со сверхзвуковой скоростью (1800–
2000 м/с), что обеспечивает мгновенную передачу тепла породе. 
В результате неравномерного нагревания порода на поверхности 
растрескивается и происходит отслоение некоторых элементов: 
чешуек, пластинок и кусочков размером 1,5–2,5 см. Динамическое 
воздействие струи газов способствует отделению частиц породы, 
подхватываемых потоком газов и паров, движущихся вверх по 
стволу скважины. Разрушение породы в зависимости от ее минера-
логического состава может происходить без плавления с незначи-
тельными изменениями свойств и с плавлением и существенным 
видоизменением состава.
Те р м о э л е к т р и ч е с к и й с п о с о б осуществляется при на-
гревании пород в высокочастотном электрическом поле, что создает 
разрушающее напряжение в результате увеличения размеров от-
дельных минералов, способных поглощать электромагнитную энер-
гию. Кроме того, прочность пород уменьшается и за счет расплавле-
ния, испарения и выгорания некоторых минералов с образованием 
газов и пара внутри породы. Предполагается, что нагрев может про-
исходить в породах с плохой проводимостью тока (диэлектриче-
ских) из-за взаимного трения смежных полярных молекул при их 
поворачивании в быстропеременном электрическом поле вслед за 
направлением этого поля или в результате образования вихревых 
токов (токи Фуко) в породах, обладающих проводимостью.

---

150 
II. Способы разрушения горных пород при бурении скважин
Те р м о и н д у к ц и о н н ы й с п о с о б осуществляется при на-
гревании пород, обладающих высокой магнитной чувствительно-
стью к индукционному нагреванию, под действием высокочастот-
ного магнитного поля.
П л а з м е н н ы й с п о с о б осуществляется под воздействием 
газов со сверхвысокой температурой или плазмы. Разрушение по-
род происходит за счет плавления породообразующих минералов. 
Нагревание газов до сверхвысокой температуры возможно при 
электрическом разряде, что вызывает их ионизацию. Ионизируясь, 
газ переходит в особое состояние — плазму. Такая высокотемпера-
турная плазма способна расплавлять и испарять породы. При этом 
происходит не только плавление и испарение породообразующих 
минералов, но и возникают термические напряжения, вызывающие 
растрескивание породы и отслаивание частиц. 
Кроме того, в режиме плавления при определенных условиях 
могут работать и термодинамические горелки. В этом случае раз-
рушение породы также происходит за счет плавления, испарения 
и выгорания отдельных минералов. Однако такой процесс весьма 
энергоемок и может использоваться только для бурения скважин 
сплошным забоем небольшой глубины.
Р а з р у ш е н и е п о р о д с п о м о щ ь ю л у ч а л а з е р а явля-
ется весьма перспективным. Температура в пульсирующем пучке 
лучей света рубинового лазера, как показывают исследования, мо-
жет превышать почти в 20 раз температуру Солнца, а сконцентри-
рованная на площадь 1 см
2
энергия достигает 10
–6
Вт.
Делаются попытки использовать для разрушения пород элек-
трическую дугу, энергию расщепления водорода, термоядерного 
распада и других физических процессов.
О г н е в о й с п о с о б осуществляется при нагревании пород до 
температуры плавления, испарения или горения. При этом исполь-
зуются кислородное копье, термит (термическая смесь) и другие 
средства. 
Разрушение пород кислородным копьем заключается в том, 
что в кислородной среде, как при газовой (кислородной) резке ме-
таллов, сжигается железо (трубки, проволока, стружка). При этом 
происходит плавление, сгорание и испарение минералов, а продук-
ты выбрасываются струей газов и паров. 

---

6. Способы разрушения горных пород при бурении 
151
Разрушение пород при сжигании на забое термита (смесь по-
рошков алюминия и железной окалины) происходит под действи-
ем выделяемого тепла, в результате порода плавится и нагревается. 
Практически этот способ применяется только для дробления глыб 
крепких пород. При быстром нагревании породы в значительном 
объеме глыбы возникают напряжения, превышающие прочность 
породы, и она раскалывается. Разрушение может наступить также 
при горении самой породы, например каменного угля.
Электрические способы разрушения пород основаны на явле-
нии электрического пробоя диэлектриков и полупроводников при 
действии электрических импульсов разрядов большой мощности в 
очень короткий промежуток времени. Если к поверхности образца 
подвести электрический ток высокого напряжения в виде коротко-
го мощного импульса, то разряд при определенных условиях может 
пойти в породу. Происходит пробой твердого тела при наличии вто-
рого электрода. В этом случае за счет повышения температуры, ис-
парения, ионизации газов и других изменений в твердом теле созда-
ется электрический мостик (токопроводящий канал). При разряде 
электрического тока возникает ударная волна, распространяющаяся 
в твердом теле. В результате место пробоя характеризуется механи-
ческим, термическим и даже химическим разрушением; преобла-
дание одного из видов разрушения определяется составом и свой-
ствами пород, а также характером импульсов тока. В итоге может 
происходить механическое разрушение образца или отделение от 
его поверхности довольно значительных объемов породы.
Разрушение пород растворением осуществляется с использова-
нием высокоактивных химических веществ в случае растворимо-
сти пород. Область применения такого способа весьма ограничена.