бурения применяются одни и те же буровые установки, техническая характеристика которых приведена в табл. 22. Выбор буровой установки осуществляется в зависимости от глубины и цели бурения.
При разведочном бурении на коренных месторождениях золота используются алмазные и твердосплавные коронки d= 46 мм и более. При выходе керна более 70 % коронки d=46 мм обеспечивают достаточную для опробования массу пробы. Однако, учитывая ограниченность в выборе технических средств для отбора проб соответствующего диаметра, а также то обстоятельство, что при бурении коронками d=46 мм не всегда удается получать кондиционный выход керна, основными диаметрами для бурения по рудным телам на коренных месторождениях золота следует считать: при алмазном бурении 59 мм, при твердосплавном 76 мм. При повышении требований к выходу керна и сохранности его структуры следует применять большие диаметры бурения. Так, при бурении маломощных жильных тел, где желательно получать керн ненарушенной структуры при высоком проценте его выхода, должны использовать алмазные коронки d= 76 мм и твердосплавные d= 76 и 93 мм.
Твердосплавное бурение на золоторудных месторождениях может применяться в породах до VIIIкатегории. Для наиболее эффективного бурения необходимо правильно выбрать тип коронки и рациональный режим бурения (табл. 23).
Установлено, что максимальная механическая скорость бурения соответствует окружной скорости коронки, равной 1,5 м/с. В зависимости от диаметра коронки можно определить необходимую частоту вращения (мин-1)
где V— окружная скорость коронки, равная 1,5 м/с; Д — диаметр коронки, м.
При бурении трещиноватых и абразивных пород частота вращения уменьшается.
Расход промывочной жидкости определяют по формуле: (Q= К*Д, где К — удельный расход промывочной жидкости на 1 см диаметра коронки, л/мин; Д — диаметр коронки, см.
Для резцовых и самозатачивающихся коронок величина К в породах V— VIкатегории равна 8—16; VII— VIIIкатегории 7—8.
Алмазное бурение на золоторудных месторождениях применяется в породах VII— XIIкатегорий. Правильный выбор алмазной коронки
Таблица 23
Области рационального применения твердосплавных коронок
| Породы | Категории | Типы коронок | Огевая нагрузка на один основной резец, Н | Окружная скорость, м/с |
| Суглинки, мины, слабо- | ||||
| сцементированные песча- | До IV | Ребристые (Ml; | 300—800 | 1 — 1,5 |
| ники, ангидриты, глинис- | М2; М5) | |||
| тые сланцы | ||||
| Аргиллиты, алевролиты, | IV— VII | Мелкорезцовые | 500—1000 | 0,8—1,6 |
| глинистые и песчаные | (СМЗ; СМ4; СМ5) | |||
| сланцы, гипсы, известня- | ||||
| ки, дуниты, серпентиниты, | ||||
| перидотиты | ||||
| Песчаники, алевролиты, | VI— VIII | Самозатачиваю- | 500—800 | 0,6—1,5 |
| диориты, габбро, порфи- | частично | щиеся (СА2; САЗ; | ||
| риты, окварцованные | IX | СА4; СА5) | ||
| известняки, пироксениты, | ||||
| базальты, скарны |
определяет производительность бурения и его стоимость. В конкретных горно-геологических условиях при алмазном бурении необходимо как можно точнее оценивать физико-механические свойства пород, прежде всего их абразивные свойства и твердость. При выборе типов алмазных коронок следует руководствоваться соответствующими нормативными документами.
Оптимальные сочетания режимных параметров (частота вращения, осевая нагрузка и количество промывочной жидкости) необходимо подбирать с учетом конкретных свойств горных пород (твердость, трещиноватость абразивность и др.), типа и диаметра коронки, размера объемных алмазов глубины скважины, требований к выходу керна, характера искривления скважины, а также с учетом состояния, применяемого оборудования и наличия антивибрационных средств.
При алмазном бурении рекомендуется максимально возможные частоты вращения, допускаемые состоянием оборудования, инструмента и характером разбуриваемых пород. Осевая нагрузка на коронку должна быть достаточной для эффективного разрушения породы на забое. Нагрузки ниже оптимальных приводят к заполировыванию алмазов. Чрезмерные нагрузки вызывают зашламование и резко повышают расход алмазов. С увеличением частоты вращения осевую нагрузку следует повышать.
Количество подаваемой промывочной жидкости должно обеспечивать очистку забоя от шлама и охлаждение алмазной коронки. При бурении очень твердых пород, в которых алмазы заполировываются, количество промывочной жидкости к концу рейса уменьшать. Во всех случаях с повышением механической скорости бурения увеличивается количество подаваемой на забой промывочной жидкости.
Высокочастотное алмазное бурение с применением ЛБТ при частоте вращения 800—1 500 мин-1 может эффективно применяться, если бурение ведется в однородных по буримости породах, преимущественно VIII—IXкатегорий, слабой и средней трещиноватости; стенки скважин устойчивы и отсутствуют зоны интенсивного поглощения промывочной жидкости; изменчивость физико-механических свойств пород такова, что позволяет заменять тип применяемой коронки не менее чем через 10—20 м бурения; глубина бурения не превышает 150—200 м.
К неблагоприятным горно-геологическим условиям, препятствующим внедрению высокочастотного бурения, относятся: неоднородность (по буримости) пород геологического разреза и их интенсивная трещиноватость; преобладание в разрезе мощных толщ пород IXи более высоких категорий, в которых наблюдается повышенный износ алмазов на высокой частоте вращения коронки; необходимость бурения коронками d= 76 мм и более из-за осложнений с отбором керна; интенсивное поглощение промывочной жидкости, исключающее применение эмульсионных растворов.
Гидроударное бурение скважин диаметром скважин 76 и 59 мм в породах V—Xкатегорий эффективно по сравнению с другими способами при наличии геологических факторов, вызывающих интенсивное искривление ствола скважины; частой перемежаемости пород различной твердости и абразивности; преобладании в разрезе пород VI—IXкатегорий; возможности использования в качестве промывочной жидкости воды, что увеличивает рабочий ресурс гидроударников и глубину их применения; возможности выбора только одного вида бурения по всему разрезу — гидроударниками или гидроударниками с бескерновым и твердосплавным бурением; возможности больших объемов гидроударного бурения при глубине скважин 400—1000 м.
Неблагоприятны для гидроударного бурения: преобладание в разрезе пород менее Vкатегории или абразивных пород Xи более высоких категорий; необходимость использования глинистого раствора, увеличивающего износ гидроударников; неустойчивость стенок скважины в мощных интервалах интенсивной трещиноватости пород; сложность обеспечения промывочной жидкостью и малые объемы бурения.
Бурение снарядами со съемными керноприемниками может быть эффективно в случае однородных по буримости пород соответствующей твердости, позволяющих бурить без подъема колонны 30—50 м и глубине бурения более 500 м для ССК и 1000 м для КССК.
Не благоприятны для применения съемных керноприемников: частая перемежаемость пород различной твердости, затрудняющая подбор коронки; кавернозность или интенсивная разработка ствола скважины, приводящая к поломкам резьбовых соединений; неустойчивость стенок скважин, вызывающая необходимость применения глинистых растворов большой плотности, что затрудняет работу с керноприемником; наличие зон катастрофического поглощения на большой глубине, обусловливающее необходимость спуска обсадных труб и применения двух типов бурильных колонн и породоразрушающего инструмента; физико — механические свойства пород, обусловливающие углубку на коронку менее 12—15 м.
Высокочастотное гидроударное бурение гидроударниками ГВ—5 и ГВ—6 дает высокие технико-экономические показатели при бурении скважин глубиной более 200 м в твердых трещиноватых породах, где применение форсированных режимов вызывает повышенный износ инструмента, а также разрезов, содержащих мощные толщи малоабразивных пород XI—XIIкатегорий, вызывающих заполировку алмазов.
В геологических разрезах, сложенных монолитными слаботрещиноватыми породами, относительная эффективность бурения этим способом в сравнении с вращательным уменьшается.
Пневмоударное бурение эффективно в разрезах, сложенных необводненными или многолетнемерзлыми породами VII—XIкатегорий, при наличии зон катастрофического поглощения промывочной жидкости, особенно в безводных и пустынных районах, где затруднено снабжение буровых промывочной жидкостью.
Неблагоприятны для пневмоударного бурения наличие обводненных пород, сильный водоприток в скважину; присутствие в разрезах глинистых включений и прослоев; преобладание в разрезе абразивных пород Xкатегории и выше, что приводит к интенсивному износу коронок и снижению эффективности бурения по сравнению с вращательным способом; наличие в геологических разрезах мощных зон сильнотрещиноватых и раздробленных пород, затрудняющих геологическую документацию из-за низкого выхода керна.
Рекомендуемые рациональные области применения различных способов бурения даны в табл. 24.
Бескерновое бурение чаще всего осуществляется с помощью шарошечных долот. Этот способ по сравнению с колонковым позволяет значительно увеличить углубку за рейс и механическую скорость бурения. Бескерновое бурение шарошечными долотами применяется при бурении вмещающих пород на хорошо изученных месторождениях.
В некоторых случаях, когда по геологическим условиям невозможно получать высокий выход керна, а опробование по шламу дает удовлетворительные результаты, бескерновое бурение шарошечными долотами может применяться и при пересечении рудных интервалов.
Получение надежных шламовых проб возможно только при выполнении следующих условий: улавливания всех частиц разбуриваемого материала независимо от их размеров и плотности; возможной точной привязки шламовых проб к интервалам опробования; отсутствия привноса в шламовую пробу материала с других интервалов скважины. В компоновку снаряда при шарошечном бурении обязательно включается шламовая труба для улавливания крупного шлама. Улавливание
Таблица 24
Рациональные области применения различных способов бурения
| Бурение | Рекомендуемые глубины (в м) бурения в породах различных категорий | ||
| VI— VII | VIII — IX | X-XI | |
| Алмазное | __ | 0—150 | 0—200 |
| Твердосплавное Высокооборотное с ЛБТ Комплексом: | 0—300 | 150—1000 | 100—1000 |
| ССК— 59 | — | 500—1200 | — |
| КССК— 76 | 1000—2000 | — | — |
| Гидроударное Высокочастотное гидроудар- | . ----- . | 400—1000 | — |
| ное: | |||
| твердосплавными корон- | 300—1000 | — | — |
| ками | |||
| алмазными коронками Пневмоударное: в необводненных сква- | 0—400 | 200—1000 0—400 | |
| жинах | |||
| в обводненных скважи | — | 0—150 | 0—150 |
| нах | |||
мелкого шлама осуществляется на поверхности с помощью системы желобов, секционных и гидроциклонных шламоулавливателей.
Бескерновое бурение шарошечыми долотами наиболее эффективно при сильной трещиноватости пород и интенсивных поглощениях промывочной жидкости. В этих условиях шарошечное бурение с продувкой позволяет значительно увеличить выход материала для опробования. Кроме того, при бурении с продувкой обеспечивается более точная привязка материала к интервалам опробования, а высокая производительность этого вида бурения позволяет значительно сократить сроки разведочных работ.
Технические средства для опробования скважин и
особенности технологического режима бурения
Надежность результатов разведки золоторудных месторождений бурением во многом определяется их геологическими особенностями, морфологией рудных тел, условиями залегания, характером распределения полезного компонента, текстуро-структурными особенностями руд, физико — механическими свойствами вмещающих пород и руд. Важнейшее условие получения надежных результатов опробования скважин — получение высокого выхода керна и снижение степени его избирательного истирания в процессе геологоразведочного бурения.
Этого можно добиться правильным выбором технических средств и параметров технологического режима бурения применительно к конкретным особенностям геологического строения разведуемых месторождений.
Для типизации условий отбора буровых проб в зависимости от признаков, определяющих требования к надежности буровых проб: особенностей геологического строения, мощности рудных тел, характера геологических границ и степени неравномерности распределения рудной минерализации, рудные тела месторождений разделены на четыре группы (табл. 25).
В группу А включены месторождения, представленные маломощными рудными телами с четкими геологическими границами, неравномерным и
Таблица 25
Группировка золоторудных месторождений по условиям отбора буровых проб
| Группы рудных тел, объединенных по признакам, определяющим требования к надежности буровых проб |
Типы руд, объединенных в подгруппы по признакам, влияющим на степень надежности буровых проб |
Свойства руд | |
| степень подверженности керна разрушению при бурении |
подверженность керна избирательному истиранию | ||
| А. Маломощные жильные тела и жильные зоны малой мощности с неравномерным и весьма неравномерным распределением рудной минерализации и четко выраженными геологическими границами |
1. Прочные, однородные по твердости и прочности монолитные и слаботрещиноватые руды |
Слабая |
Не подвержены |
| 2. Однородные по твердости и прочности трещиноватые и сильно трещиноватые руды |
Средняя и значительная |
-«- | |
| 3. Перемежающиеся по твердости и прочности в раз личной степени трещиноватые, а также слабо связанные, выветрелые и рыхлые руды |
Значительная и весьма значительная |
Подвержены | |
| Б. Жильные зоны и жильные штокверки средней мощности с неравномерным распределением рудной минерализации и относительно выдержанной мощностью |
2. Однородные по твердости и прочности трещиноватые и сильнотрещиноватые руды |
Средняя и значительная |
Не подвержены |
| 3. Перемежающиеся по твердости и прочности в различной степени трещиноватые, а также слабосвязанные, выветрелые и рыхлые руды |
Значительная и весьма значительная |
Подвержены | |
| В. Рудные тела большой мощности с относительно равномерным распределением рудной минерализации (жильные и минерализованные зоны, штокверки с вкрапленной минерализацией) |
1. Прочные, однородные по твердости и прочности монолитные слаботрещиноватые руды |
Слабая |
Не подвержены |
| 2. Однородные по твердости и прочности трещиноватые и сильно трещиноватые руды |
Средняя и значительная |
-«- | |
| Г. Колчеданные залежи сложной формы с относительно равномерным распределением рудной минерализации |
1. Прочные, однородные по твердости и прочности монолитные и слаботрещиноватые руды | Слабая |
-«- |
| 2. Однородные по твердости и прочности трещиноватые и сильнотрещиноватые руды |
Средняя и значительная |
-«- | |
весьма неравномерным распределением рудной минерализации, в ряде случаев с невыдержанной мощностью и прерывистым промышленным оруденением. В эту группу вошли рудные тела типа жил и жильных зон малой мощности.
К группе Б отнесены жильные зоны и жильные штокверки средней мощности с неравномерным распределением рудной минерализации, относительно выдержанной мощностью и наличием геологических границ.
В группу В вошли рудные тела большой мощности с относительно равномерным распределением рудной минерализации (жильные зоны, минерализованные зоны, вкрапленные руды штокверков).
В группу Г — рудные тела колчеданных залежей с относительно равномерным распределением рудной минерализации.
Некоторые из перечисленных групп рудных тел могут быть представлены рудами, которые характеризуются различной степенью разрушения и избирательного истирания керна при воздействии на него промывочной жидкости и вибраций, возникающих при бурении. Поэтому внутри групп рудных тел выделены подгруппы (по степени трудности получения надежных буровых проб), отличающиеся однородностью по твердости и прочности (однородные, перемежающиеся), степени подверженности керна разрушению при бурении (слабая, средняя, значительная и весьма значительная), подверженности керна избирательному истиранию (подвержены, не подвержены).
На основании анализа характера основных морфологических типов рудных тел коренных месторождений золота, в рудных телах группы А выделены три подгруппы (1, 2, 3) руд по признакам, характеризующим степень подверженности керна разрушению, избирательному истиранию и размыву промывочной жидкостью. По этим признакам в группе Б выделены 2-я и 3-я подгруппы; в группе В и Г— 1-я и 2-я подгруппы.
В рудных телах, отнесенных по предложенной классификации в группу А, необходимо точно определить мощность жилы, особенности ее строения, наличие и мощность зальбандов. Часто наибольшую промышленную ценность представляют призальбандовые участки жилы, а при полосчатых текстурах жил — отдельные полосы. Исходя из этих особенностей, при отборе проб в жильных рудных телах необходимо добиваться максимального выхода керна с хорошей сохранностью его структуры, чтобы иметь возможность Точно определить мощность жилы и зальбандов, а также получить достоверные сведения об их первоначальной структуре. Для обеспечения хорошей сохранности структуры керна следует применять колонковые снаряды, диаметр которых не должен быть меньше 73 мм.
В рудах 1-й подгруппы группы А, керн которых подвержен слабому разрушению, не подтвержден избирательному истиранию и размыву промывочной жидкостью, допустимо применение технических средств, работающих при прямом направлении потока промывочной жидкости.
В рудах 2-й подгруппы группы А, керн которых хотя и не подвержен размыву и избирательному истиранию, но склонен к разрушению. Во избежание вымывания мелких частиц под торец коронки и в затрубное пространство следует применять технические средства, обеспечивающие полную изоляцию керна от промывочной жидкости при прямом направлении потока либо обратную циркуляцию в призабойной зоне. В неустойчивых породах должна обеспечиваться предварительная прямая промывка скважины.
В рудах 3-й подгруппы группы А, характеризующихся перемежающимися по твердости и прочности прослоями, слабой сцементированностью и высокой трещиноватостью, керн которых в значительной степени подвержен разрушению, избирательному истиранию и размыву промывочной жидкостью, следует применять технические средства, обеспечивающие обратное направление потока промывочной жидкости в призабойной зоне, а также отбор шламовых проб. При наличии на забое шлама и частиц породы необходимо предусмотреть предварительную прямую промывку забоя.
Рудные тела группы Б, объединяющие жильные зоны и жильные штокверки, отличаются от жильного типа большей мощностью. Эти рудные тела обычно приурочены к крупным тектоническим зонам сильнотрещиноватых пород, в прослоях которых размещаются невыдержанные по мощности рудные зоны, прожилки, линзовидные тела и т. п. В связи со сравнительно большой мощностью жильных зон и жильных штокверков, каждое скважинное пересечение включает несколько проб, а это повышает надежность опробования. Поэтому требования к сохранности структуры керна при отборе проб в этих рудных телах менее жестки, чем при опробовании рудных тел жильного типа. Диаметр керна определяется массой керна, которая необходима для проведения основных и контрольных анализов и выделения дубликатов проб.
Требования в полноте выхода керна определяются в основном подверженностью рудных тел избирательному истиранию. В рудах, керн которых подвержен разрушению, но не подвержен избирательному истиранию (2-я группа), опробование может быть надежным при выходе корил более 70%. Поэтому допустимо применение технических средств с при мой циркуляцией потока промывочной жидкости при диаметре алмазных коронок 59 и твердосплавных 76 мм. В рудах, керн которых в различной степени подвержен разрушению и избирательному истиранию (3-я подгруппа) надежность опробования по керну может быть обеспечена только при высоком выходе керна. Возможность опробования только по керну должна быть доказана заверочными работами. При недостаточной надежности опробования только по керну необходимо применять технические средства, обеспечивающие обратную призабойную циркуляцию промывом ной жидкости и получение керно-шламовых проб. При попадании на забои материала с других интервалов должна обеспечиваться предварительная прямая промывка забоя.
В группе В объединены мощные рудные тела минерализованных зон и штокверков. Эти рудные тела часто характеризуются вкрапленным оруденением. Относительно равномерное распределение рудной минерализации позволяет получать достаточно удовлетворительные результаты опробования при выходе керна 70 % даже в тех случаях, когда имеет место разрушение керна. На стадии детальной разведки границы рудного тел.-iуже определены и промежуточные скважины можно бурить без отбора керна с опробованием по шламу.
Избирательному истиранию руды группы В подвержены в незначительной степени и оно существенно не сказывается на точности опробования.
В рудах 1-й подгруппы группы В, керн которых подвержен слабому разрушению, для отбора проб могут применяться любые технические средства (даже простые колонковые снаряды). Выбор технических средств м этом случае определяется в зависимости от условий бурения (глубины скважины, степени однородности пород в разрезе, их устойчивости и т. п.), Основные критерии выбора технических средств бурения и отбора проб: обеспечение выхода керна более 70 % и максимальная производительность бурения.
В рудах 1-й подгруппы группы Г допустимо применение любых технических средств, обеспечивающих выход керна или керна и шлама более 70 %. В рудах 2-й подгруппы, керн которых в значительной степени подвержен разрушению, следует применять снаряды с прямой циркуляцией потока промывочной жидкости, обеспечивающие изоляцию керна от ее воздействия.
Для повышения выхода керна используются различные колонковые снаряды, которые в зависимости от направления потока промывочной жидкости в призабойной зоне делятся на три группы: для бурения с прямой, обратной и с комбинированной (переменной) промывкой забоя. К первой группе относятся различные типы двойных колонковых снарядов (ДКС), наибольшее распространение из которых имеют ДКС, разработанные ВИТР ВПО «Союзгеотехника». Серийно изготавливают две разновидности ДКС: с вращающейся и невращающейся в процессе бурения внутренней (керноприемной) трубой. Выпускаются два типа ДКС с вращающейся внутренней трубой — ТДВ-1 и ТДВ-2 для бурения коронками диаметром 76 и 59 мм. Основное отличие этих снарядов в том, что ДКС первого типа обеспечивают при одинаковых диаметрах бурения большой диаметр керна. Это достигается за счет применения более тонко стенных труб и уменьшения зазора между ними.
ДКС первого типа (ТДВ-1) предназначены для отбора керна в горных породах V—XIIкатегорий серийными твердосплавными и алмазными коронками, имеющими нормальную ширину торца. Это позволяет получать керн такого же диаметра, что и при использовании одинарных колонковых снарядов (ОКС), а для достижения высокой механической скорости бурения не требуется увеличивать осевое давление. Промывка скважин осуществляется только водой.
К недостаткам этих снарядов относится частичное предохранение керна от воздействия потока промывочной жидкости и не защищенность от ударов, возникающих из-за вибрации бурового снаряда. Кроме того, эти снаряды можно применять только при бурении устойчивых слаботрещиноватых пород, так как их конструкция не позволяет промывку глинистыми растворами.
Снаряды типа ТДВ-2 в отличие от ТДВ-1 имеют большие зазоры между трубами и могут быть использованы при промывке скважины водой и глинистым раствором. Снаряды этого типа применяются с алмазными коронками специальной конструкции, имеющими увеличенную ширину матрицы. Они используются в основном в условиях трещиноватых пород. Как ив других конструкциях ДКС с вращающейся внутренней трубой, В снарядах ТДВ-2 керн не защищен от ударов и истирания.
Для лучшего предохранения керна от ударов и трения применяются ДКС, внутренняя труба которых связана с переходником подшипниковым узлом и при бурении не вращается. ВИТР ВПО «Союзгеотехника» разработаны четыре модификации ДКС с невращающейся внутренней трубой: ТДН-1, ТДН-2, ТДН-4, ТДН-УТ. ДКС типа ТДН-1 выпускаются для бурения скважин диаметром 76 и 59 мм. Они предназначены для отбора керна в монолитных и слаботрещиноватых породах. При этом промывка скважин осуществляется только водой. ДСК типа ТДН-2 также выпускаются для бурения скважин диаметром 76 и 59 мм Они снабжены специальными алмазными коронками с увеличенной шириной матрицы и применяются в породах слабой и средней степени трещиноватости. В отличие от снарядов ТДН-1 они имеют большие межтрубные зазоры, что позволяет использовать для промывки глинистые растворы.
ДСК типа ТДН-4 выпускаются только для бурения скважин диаметром 76 мм. Предназначены для бурения с промывкой глинистым раствором или водой сильнотрещиноватых и неустойчивых горных пород, подверженных размыву. Основная отличительная особенность этих снарядов — полная изоляция керна от потока промывочной жидкости. При бурении этими снарядами используют алмазные коронки КТД-4А (однослойные) и КДТ-4И (импрегнированные), а также расширители РДТ-4.
ДСК типа ТНД-УТ выпускаются для бурения алмазными коронками с нормальной шириной матрицы диаметром 76, 59 и 46 мм. Они предназначены для отбора керна в слаботрещиноватых породах. Отличительная особенность этих снарядов — наличие в их конструкции узла, сигнализирующего о самозаклинивании керна, что дает возможность своевременно прекратить бурение и произвести подъем. Конструкция снаряда предусматривает возможность бурения как с прямым, так и с обратным направлением потока промывочной жидкости, что положительно сказывается на сохранности керна, но они не обеспечивают надежной работы в случае применения вязких глинистых растворов.
Разновидностями ДКС с невращающейся внутренней трубой являются снаряды со съемными керноприемниками (ССК-59, ССК-76, КССК-76). Основное преимущество снарядов со съемными керноприемниками по сравнению с другими ДКС с невращающейся керноприемной трубой — возможность доставки керна от забоя скважины без подъема колонны бурильных труб, что обеспечивает высокую эффективность их применения при бурении глубоких скважин.
Все разновидности ДКС с невращающейся внутренней трубой предохраняют керн от воздействия потока промывочной жидкости, а также от ударов, возникающих при вибрации снарядов, но не предотвращают самозаклинивание и истирание керна, в связи с чем в рудах, подверженных избирательному истиранию, не всегда получают достаточно надежные пробы.
При наличии избирательного истирания керна применяются технические средства, обеспечивающие обратную циркуляцию потока промывочной жидкости в керноприемной трубе. Такая циркуляция препятствует выносу раздробленного керна под торец коронки и в затрубное пространство, предотвращает самозаклинивание керна и его истирание позволяет более точно привязывать шламовые пробы к интервалу опробования. Обратная промывка может осуществляться либо по всей скважине либо только в призабойной зоне, где прямой поток преобразуется и обратный. При обратной промывке для отбора керна применяются простые, (одинарные) колонковые снаряды либо ДКС типа ТДН-УТ или аналогичных конструкций, а также эрлифты. Обратная промывка по всей скважин, применяется редко из-за сложности ее проведения и невозможности обеспечения нормального процесса бурения при поглощениях промывочной жидкости.
Из технических средств, обеспечивающих обратную призабойную циркуляцию промывочной жидкости, наибольшее распространение имеют эжекторные колонковые снаряды, разработанные ЦНИГРИ: ОЭС - одинарные эжекторные снаряды и ДЭС — двойные эжекторные снаряды.
Одинарные эжекторные снаряды предназначены для отбора керновых -или керно-шламовых проб в сильнотрещиноватых и дробленых породах неоднородных по твердости при промывке скважин водой или глинистым раствором. Они характеризуются несложной конструкцией и изготовлением не требуют дополнительного оборудования и приспособлений, а также специальных мер по технике безопасности. При использовании ОЭС могут применяться стандартные твердосплавные или алмазные коронки.
Вследствие обратного направления потока промывочной жидкими снижается избирательное истирание керна и повышается надежность керновых проб. Кроме того, эжекторные снаряды позволяют отбирать шлам который хорошо привязывается к интервалам опробования.
Опыт бурения одинарными эжекторными колонковыми снарядами свидетельсвует о том, что эти снаряды обеспечивают высокий процент выхода и кернового или керно-шламового материала в пробу в очень сложных условиях. Однако использование этих снарядов не эффективно при бурении восстающих скважин, так как поток промывочной жидкости не достигает забоя, что приводит к прижогу коронки. При бурении, восстающих скважин с обратной призабойной циркуляцией промывочной жидкости применяются двойные эжекторные снаряды, а также ДКС типа ТДН-Э и ТДН-О конструкции ВИТР ВПО «Союзгеотехника».
При бурении эжекторными снарядами ОЭС, ДЭС и аналогичных им констукций не исключается возможность засорения проб материалом из слабоустойчивых интервалов скважины, который может попадать и колонковую и шламовую трубы. Для устранения этого недостатка необходимо применять конструкции колонковых снарядов, предусматривающие прямую промывку скважин в начале рейса с дальнейшим переходом на обратную после очистки забоя от обрушившегося материала (снаряды с комбинированной промывкой забоя).
Принцип работы эжекторных колонковых снарядов, обеспечивающих предварительную прямую промывку забоя скважины состоит в том, что перед началом бурения промывочная жидкость, минуя смеситель эжектора, попадает в керноприемную трубу, омывает забой и по затрубному пространству выносит шлам с забоя к устью скважины. По окончании промывки забоя канал прямого потока перекрывается и колонковый снаряд работает в режиме эжектора.
Известны различные конструкции эжекторных снарядов, предусматривающие комбинированную промывку забоя. Наиболее простым и надежным в работе является снаряд типа ГРЭС конструкции СКБ ВПО «Союзоргтехника».
Колонковые снаряды, обеспечивающие прямую промывку забоя скважины перед бурением и обратную в процессе бурения, способствуют получению наиболее надежных керновых или керношламовых проб в сложных условиях (в сильнотрещиноватых и раздробленных породах и при наличии избирательного истирания).
Таблица 26
Рекомендации по выбору технических средств для отбора проб и некоторых параметров бурового процесса
| Группы рудных тел (в соответствии с табл. 25) | Подгруппы | Вид пробы | Направление потока промывочной жидкости в керноприемной трубе | Тип колонковых снарядов* |
| А | 1 | Керновая | Прямое | 1. ОКС, ТДН-1 |
| 2. ТДН-УТ, ССК | ||||
| 2 | — » — | Прямое или обратное | 1. ТДН-УТ, ОЭС | |
| Переменное | 2. ГРЭС | |||
| 3 | Керновая или | Обратное | 1. ТДН-О, ДЭС | |
| керношламовая | Переменное | 2. ГРЭС | ||
| Б | 2 | Керновая | Прямое или обратное | 1. ТДН-2, ТДН-УТ, |
| ОЭС | ||||
| — » — | Переменное | 2. ГРЭС | ||
| 3 | Керновая или | Обратное | 1. ТДН-О, ДЭС, ОЭС | |
| керношламовая | Переменное | 2. ГРЭС | ||
| В | 1 | Керновая | Прямое | 1 . ОКС, КССК, ССК |
| и др. ДСК | ||||
| 2 | Керновая или | Прямое и обратное | 1. ТДН-2, ТДН-4 | |
| шламовая | 2. ТДН-О, шламо- | |||
| улавливающие сред- | ||||
| ства | ||||
| Г | 1 | Керновая | Прямое | 1. ОКС, КССК, ССК, |
| и др. ДКС | ||||
| 2 | Керновая или | Прямое или обратное | 1. ТДН-2, ТДН-УТ, | |
| шламовая | ТДН-О | |||
| 2. ОЭС, шламоулав- | ||||
| ливающие средства |
* Тип колонковых снарядов: 1 — для устойчивых пород, 2 — для неустойчивых.
Технические средства и способы для направленного и многозабойного бурения
Одно из основных требований, предъявляемых к разведочной скважине, — проходка ее ствола в соответствии с запроектированным профилем для приведения забоя в пространственно заданную точку геологического разреза. При отклонении ствола скважины от проектного положения рудное тело пересекается в случайных, не предусмотренных проектом, точках, что нарушает принятую плотность разведочной сети. Это в конечном итоге приводит к погрешностям в определении оценочных параметров и пространственного положения тел, перебуриванию отдельных интервалов скважин и в целом к повышению стоимости геологоразведочных работ.
Скважина считается направленной, если при ее бурении в заданную точку используется естественное искривление скважины или применяются искусственные отклонители. При проектировании профиля скважины необходимо учитывать возможное естественное ее отклонение, присущее скважинам данного месторождения или отдельного его участка. Это позволяет сократить объем трудоемких работ по искусственному искривлению скважин с помощью специальных отклонителей. Направленное бурение с отклонителями проводится: для приведения скважины в заданную точку, для исправления сильноискривленных скважин; при необходимости для обхода инструмента, оставленного в скважине в результате аварии.
Направленные скважины могут быть многозабойными. Многозабойная скважина — это скважина, из основного законченного ствола ко торой бурится один или несколько дополнительных стволов. Многозабойные скважины бурят с целью перебуривания интервалов с недостаточным выходом керна, для увеличения количества пересечений рудного тела и более представительной оценки его характеристик, отбора технологических проб и т. д.
Для поддержания заданного профиля скважины необходимо в процессе бурения контролировать местоположение ее забоя. Плановый контроль кривизны скважины осуществляется специальными каротажными отрядами, которые измеряют азимутальное и зенитное искривление через определенные интервалы с помощью инклинометром УМИ-25 (в слабомагнитных средах), ИГ-70, Зенит IVи МИА-Ш (в сильно магнитных средах).
Оперативный контроль искривления производится непосредственно буровыми бригадами. Измерения ведутся только в одной точке - у забоя. В скважинах с зенитными углами наклона менее 5° измеряются только зенитные углы. Для измерения используются патроны с плавиковой кислотой и медным купоросом. При зенитных углах наклона ствола более 5° измеряются зенитные азимутальные искривления. Измерения ведутся у забоя с помощью инклинометров И-6, ОК-40У и др.
Для искусственного искривления скважины используются ориентируемые и неориентируемые отклоняющие снаряды (отклонители). К не ориентируемым отклонителям относятся различные шарнирные компоновки (ШК), в состав которых входят: специальная толстостенная коронка, колонковая труба меньшего (следующего) по отношению к коронке размера, универсальный шарнир (ШУ) для соединения компоновки с колонной бурильных труб. Шарнирные компоновки применяются для неориентированного искривления скважин (чаще всего для их выполаживания), а также увеличения кривизны после искривления скважин г помощью ориентируемых отклонителей. Они используются обычно в скважинах, зенитные углы ствола которых составляют более 15°. При меньших углах интенсивность скривления с помощью ШК снижается и возможны значительные азимутальные искривления. Преимущество шарнирных компоновок — бурение при пониженных осевых нагрузках.
Для азимутального искривления скважин применяются различные ориентируемые отклонители: клиновые стационарные (КОС), съемные клиновые (СО-73/36, СНБ-КО); безклиновые (АНс, ТЗ, БСНБ и др.),
Съемные отклонители устанавливаются на забое после его очистки от керна и шлама и служат для отбуривания пилот-скважины, которая после подъема отклоняющегося снаряда расширяется до прежнего диаметра ступенчатыми расширителями РС-46/59 или РС-59/76. При использовании для искривления скважин безклиновых отклонителей и стационарных клиньев на первом этапе бурения скважин применяются алмазные долота АДН-8, АДН-22 и ИДН-12. В дальнейшем используются кольцевые алмазные коронки с укороченными колонковыми трубами, длина которых увеличивается от рейса к рейсу.
Скважина перед установкой в ней отклонителей тщательно промывается и в месте постановки клина производятся замеры зенитного угла и азимута направления ствола скважины. Если на забое остается шлам, то спуск отклонителя в ствол скважины сопровождается промывкой забоя с помощью специального приспособления. Забуривание дополнительных стволов при многозабойном бурении производится с помощью стационарных клиновых отклонителей. Для создания искусственного забоя применяются пробки типа ИЗ или других конструкций.
Ориентирование отклонителей осуществляется прямым или косвенным способом. Прямое ориентирование проводят как в наклонных, так и вертикальных скважинах, косвенное — только в наклонных. При прямом способе ориентирования используются специальные разъемные кольца, на которых могут фиксированно устанавливаться визирная трубка, Сумматор углов поворота снаряда или визирная линейка (при вертикальном визировании). В некоторых случаях работы ведутся со специальными ориентировочными ниппелями и поворотными головками.
Косвенный способ ориентации применяется в скважинах, зенитные углы ствола которых превышают 5°. При меньших углах значительно возрастает погрешность ориентирования. Аппаратура для ориентирования отклонителей косвенным способом включает скважинный прибор-датчик, вводящий в состав бурового снаряда или спускаемый в колонну бурильных труб только на период ориентации, и наземный пульт управления.
6.6. МЕХАНИЗАЦИЯ ПРОБООТБОРА
Как уже отмечалось, опробование — это ответственная и трудоемкая операция. Поэтому рекомендуется шире использовать механизацию при отборе проб, особенно на стадии детальной разведки, когда отбираются десятки тысяч проб. Для улучшения качества отбора проб, достижения требуемой достоверности результатов и повышения технико-экономических показателей опробования следует использовать: пробоотборники режущего действия конструкции ЦНИГРИ с пневматическим (ИП-6401) и электрическим (ИЭ-6404) приводом для отбора бороздовых и щелевых проб в подземных горных выработках; пробоотборник ударного действия УТШ конструкции ВИТРа для отбора бороздовых проб в поверхностных горных выработках.
Наиболее прогрессивными в настоящее время являются пробоотборники режущего действия конструкции ЦНИГРИ.
Скол и отбойка материала проб, находящегося между прорезями, Осуществляется специальными тонкими клиньями и молотками или механизмом ударного действия со съемной долотчатой твердосплавной коронкой, заточенной под углом 30°.
Техническая характеристика пробоотборников
| Показатели | ИП-6401 |
ИЭ-6404 |
| Максимальная глубина резания, м Диаметр отрезного круга, мм Расстояние между отрезными кругами (регулируемое), мм Максимальная мощность на шпинделе, кВт Частота вращения шпинделя, мин-1 на холостом ходу (не более) при максимальной мощности (не менее) Расход воздуха при максимальной мощности м3/мин (не более) Давление сжатого воздуха на входе в машину, МПа Напряжение; В: общей сети сети управления Частота тока, Гц Тип двигателя Исполнение электрооборудования Усиление подачи, кгс Тип режущего инструмента Охлаждение режущего инструмента Расход воды, л\мин Масса головки , кг Общая масса (без кабеля и рукавов), кг |
50 200 20; 30; 50 1,3 4580 3400 1,6 0,5 - - - Пневматический ратационный - 5-6 АОК 2726-0095А Водяное 1,5 - Не более 5,6 |
60 200 20; 30; 50 2,2 2860 - - - 380 36 50 Трехфазный коротко замкнутый асинхронный Закрытое 5-6 АКС 630/16025М1 Водяное 1,5 4,2 60 |