§ 8. Определение момента встречи залежей полезных ископаемых
Регистрация момента смены пластов полезных ископаемых и пород при бурении имеет большое значение и осуществляется различными способами. В основу некоторых способов положены геологические признаки или механические свойства пород и полезных ископаемых, определяющих их буримость. Возможно использовать для этой цели и некоторые физические свойства (электрические, магнитные, радиоактивные и др.). Все существующие и некоторые из возможных способов определения момента смены слоев пород можно классифицировать по рассмотренным признакам (табл. 17.4).
Контроль по глубине залегания контакта встречаемого пласта возможен в том случае, когда известен геологический разрез и положение в пространстве маркирующих горизонтов, встреча которых является сигналом. Как самостоятельный этот метод не имеет практического значения, так как он является весьма неточным. Обычно неизвестна глубина того или иного контакта
или мощность маркирующего горизонта с необходимыми пределами точности.
Контроль по характеру шлама или цвету промывочной жидкости, выходящей из скважины, также является малонадежным способом. Регистрация момента выхода жидкости со шламом изучаемого пласта из устья скважины не всегда совпадает с моментом встречи
Таблица 17.4. Классификация способов и средств определения момента встречи контактов полезного ископаемого
Критерий
Признаки
Изменение геологических признаков
Глубина залегания залежи
Состав шлама, цвет и свойства промывочной жидкости
Определение глубины залегания контакта залежи по проектному геологическому разрезу
Оценка состава шлама, цвета и свойств
промывочной жидкости:
визуально;
с помощью контрольно-измерительной аппаратуры
Изменение физико-технических свойств горных пород
Механическая скорость буре-
Давление в гидросистеме вращателя бурового станка
Контроль изменения скорости бурения: визуально;
с помощью приборов, связанных с элементами буровой установки, имеющими возвратно-поступательное движение (шпиндель, шток и траверса вращателя, ведущая штанга, вертлюг, талевый блок, подвижная ветвь талевой системы);
с помощью приборов, связанных с вращающимися элементами буровой установки (ось или ролик кронблока, вал или барабан лебедки); с помощью приборов, связанных с гидросистемой вращателя станка или встроенного гидроцилиндра
Контроль изменения давления в гидросистеме с помощью приборов: датчика давления типа ДЦ указателя давления прибора ГП-18; манометра и дрилломепра станка; манометра станка с подвижным контактом
Контроль изменения осевой нагрузки: с помощью приборов, встраиваемых в неподвижный или ходовой конец талевого каната (механические, сель- синиые, тензометрические); с помощью приборов, встраиваемых в талевом крюке (датчики веса); с помощью приборов, встраиваемых между вертлюгом-сальником и подъемным крюком (гидравлические динамометры)
Критерий |
Признаки |
Способы и средства определения |
|
Крутящий момент или расход мощности Вибрация бурового снаряда |
Контроль изменения величины крутящего момента или мощности, затрачиваемой на бурение с помощью приборов: измерителя крутящих моментов ОМ-40; бесконтактных электромагнитных датчиков крутящих моментов типа ДМ; гидравлических индикаторов крутящих моментов; забойных датчиков и регистраторов крутящего момента с сигнализатором; прибора для регистрации мощности на бурение Контроль за изменением упругих колебаний бурового снаряда с помощью вибрографов |
Изменение физико-геологических свойств пород |
Плотность Пористость Радиоактивность и др. |
Измерение свойств пород с помощью забойных каротажных приборов с передачей сигналов на поверхность |
Изменение химических свойств горных пород |
Химический состав микроэлементов шлама и промывочной жидкости |
Измерение химического состава пород и промывочной жидкости на забое или на поверхности |
этого пласта забойным инструментом. Происходит это с запозданием. Величина запаздывания тем больше, чем глубже скважина, чем меньше скорость восходящего потока и несущая способность жидкости.
Контроль по изменению механических свойств пород основан на различной величине сопротивления пород или полезных ископаемых разрушению. Это сказывается, прежде всего, на изменении механической скорости бурения, величине затрачиваемой энергии на разрушение пород, величине крутящего момента на шпинделе станка. С изменением механической скорости бурения связано изменение давления в гидросистеме станка или в индикаторе веса. Наконец, с изменением механических свойств пород связано изменение упругих колебаний бурового снаряда (частотно-амплитудная характеристика) и изменение звуковых эффектов (шумов).
Практически описанные выше способы могут быть использованы комплексно: фиксируется изменение механической скорости бурения и глубина скважины; прекращается бурение и скважина промывается в течение требуемого для данных условий времени и по шламу или цвету жидкости определяется характер встреченной породы или полезного ископаемого.
Одной из важнейших задач разведки является получение качественной характеристики полезных ископаемых, что связано с необходимостью отбора технологических проб большой массы. Так, например, для изучения обогатимости, коксования, кускова- тости и других показателей при разведке угольных месторождений необходимо получать пробы массой до 2000 кг. Причем пробы должны быть отобраны из неокисленных зон. Глубина взятия таких проб часто оказывается значительной. В практике разведочных работ с этой целью обычно проводят горные выработки — шурфы, уклоны или шахты с рассечками. Однако проведение горных выработок, как правило, сопряжено с большими трудностями и затратой значительных материальных средств и времени, так как они проходятся обычно в толще малоустойчивых пород, часто сильно обводненных.
Технологические пробы полезных ископаемых получают также с помощью бурения скважин. При этом могут бурить одиночные, групповые большого диаметра (до 200 мм) или многоствольные скважины.
Скважины большого диаметра бурят обычно до пласта полезного ископаемого без получения керна. Для определения положения кровли пласта проходят пилот-скважину небольшого диаметра. Затем ее разбуривают и по полезному ископаемому ведут бурение колонковым снарядом. С целью увеличения выхода пробы прибегают к взрывам зарядов тротила в интервале угольного пласта. После проходки ствола скважину хорошо промывают. Последовательными взрывами зарядов массой 1,5—40 кг разрушают угольный пласт и вычерпывают пробу желонкой, спускаемой на трубах. Взрывы и отбор пробы производятся до тех пор, пока не начинает обрушаться порода.
При разведке россыпных месторождений для отбора проб большой массы ЦНИГРИ создана специальная буровая установка КРУ (комплексная разведочная установка). Установка состоит из фрикционной лебедки с двигателем, легкого копра и грейферного бура с механизмом подвески. Грейфер сбрасывают на забой и захватывают до 25 дм3 породной массы. На поверхности грейфер разгружают в специальную вагонетку. При бурении в неустойчивых породах одновременно крепят стенки скважины обсадными трубами, погружаемыми с помощью вибратора. Установка позволяет бурить скважины диаметром 600 мм на глубину до 15 м.
Пробы большой массы можно получать при бурении многоствольных скважин с последовательным пересечением пласта на близком расстоянии до 5—6 раз. При этом могут быть использованы два способа: бесклиновой и клиновой.
РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ
СООРУЖЕНИЕ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ СКВАЖИН