6.7.2. Методика общей оценки качества бурения

Количественная оценка уровня качества, согласно методики МГГА, дается в безразмерных единицах по пятибалльной шкале. Значение оценки вычисляется до третьего знака (после запятой) с последующим округлением до второго знака.

Оценка качества производится в следующей последовательности:

Таблица 6.10 - Элементы качества и их значимость для различных по назначению скважин

Элементы качества	Значимость («вес») элемента
1	2
1. Геологоразведочные скважины (бурение по полезному ископаемому)
1.1. Выход керна	0,40
1.2. Представительность керна	0,30
1.3. Степень искажения параметров пород, влияющая на геофизические исследования	0,15
1.4. Качество керна для керноскопических исследований	0,08
1.5. Степень выдержанности заданных пространственных параметров скважины	0,07
Сумма	1,00
2. Инженерно-геологические (разведочно-технические) скважины
2.1.Степень изменения физико-технических свойств грунта в образцах (при отборе монолитов)	0,50
2.2. Характер отбираемых образцов (керна) пород	0,20
2.3. Точнсть отбивки по керну контактов между слоями	0,07
2.4. Представительность керна	0,07
2.5. Достоверность фиксации по керну маломощных слоев	0,06
2.6. Вероятность пропуска слабой прослойки	0,05
2.7. Погрешность в оценке уровня грунтовых вод	0,03
2.8. Погрешность в оценке глубины скважины	0,02
Сумма	1,00

1) Устанавливается перечень элементов качества и их "вес" для групп скважин определенного целевого назначения (см. п. 6.7.1.).

2) Устанавливается пятибалльный уровень качества по каждому элементу (см. п. 6.7.3).

3) Производится расчет комплексного уровня (показателя) качества У_к по формуле:

(1)

где У_Кi - показатель качества по каждому i -тому элементу качества; m_i - "вес" (значимость) i -того элемента.

Поскольку показатель качества по каждому элементу устанавливается по пятибалльной шкале, а "вес" элемента устанавливается в долях единицы (при этом выполняется правило = 1), то и комплексный показатель качества будет также определен по пятибалльной шкале.

Все элементы качества оцениваются в пределах от 1 до 5: качество, соответствующее значению "5", отвечает наилучшему, предельно достижимому уровню; значение "1" соответствует минимально допустимому уровню качества.

Максимальный пятибалльный уровень качества элемента - это "идеальное", в некоторых случаях недостижимое качество, к которому необходимо всячески стремиться. Например, для элемента качества "выход керна" - это 100 % -ный выход; "идеальный" уровень качества проведения скважины по заданной трассе достигнуть невозможно, т.к. совпадение проектной трассы скважины с реальной недостижимо. Иначе говоря, под "идеальным" (предельным) качеством разведочного бурения понимается абсолютно точное отражение земных недр по полученной информации в рамках поставленных перед этим отражением требований.

Нижний допустимый предел качества применительно к бурению определяется исходя из требований к качеству информации, получаемой из скважины, обычно эти требования регламентируются соответствующими НМД. Если таковые нормативы отсутствуют, специалисты могут установить их на основе собственного опыта или литературно-технических источников.

Неточность в определении как верхнего, так и нижнего уровней элемента качества к существенным ошибкам в оценке комплексного уровня качества не приводит. Словесно-смысловая градация качества бурения в зависимости от величины комплексного значения уровня качества приведена в табл. 6.11.

Таблица 6.11 - Градация уровня качества бурения скважин

Уровень качества	Значения УК
Очень высокий	5 УК >4
Высокий	4 УК >3
Выше среднего	3 УК >2
Средний	2 УК 1

Если в результате расчета уровень качества по какому-то элементу окажется менее "1", а тем более, если обобщенный комплексный уровень окажется меньше "1", то выбранные технология, способ бурения, комплекс бурового оборудования для выполнения буровых работ данного целевого назначения должны быть исключены.

В практике работ возможны случаи, когда отсутствуют конкретные сведения (информация) об отдельных элементах. Например, вследствие того, что в скважине не проводились такие виды работ, как геофизические исследования, кернометрия и др.; в этом случае возможны два варианта определения комплексного показателя, уровня качества.

1-ый вариант:

- Подготавливается перечень элементов качества, по которым имеется необходимая информация.

- Устанавливается значимость каждого из этих элементов (сумма значимостей должна быть равна 1).

- По формуле (1) определяется комплексный показатель уровня.

2-й вариант используется, когда отсутствуют данные для отдельных элементов, перечисленных в табл. 6.10 (например, потому, что при достаточно хорошо изученном геологическом строении района ряд работ не проводится).

При этом варианте по всем отсутствующим элементам уровень качества априори принимается равным 5. Однако такой подход недопустим, когда это касается определяющих элементов качества бурения, таких как выход и представительность керна, а также степень сохранения пространственных параметров скважины.

Обобщенный критерий качества рекомендуется использовать:

1) для вычисления комплексного универсального критерия эффективности бурения (этот вариант рассматривается в настоящем разделе "Справочника");

2) для безотносительной оценки качества бурения, т.е. при сопоставлении этой оценки с идеальным качеством;

3) для сопоставления оценок двух способов бурения, технологий, комплексов оборудования по качеству выполняемых работ.

6.7.3. Методика количественной оценки элементов качества бурения

Количественная оценка уровня элементов качества производится следующими способами:

- по специально составленным таблицам;

- расчетным путем;

- с помощью комбинации таблиц и формул.

Выход керна (У_ВК)

Максимально возможный выход керна, составляющий 100 %, по пятибалльной шкале качества отождествляется с величиной "5" ("Очень высокий" уровень качества - см. табл. 6.11).

Нижний допустимый выход керна устанавливается геологическим заданием на разведку или геолого-техническим нарядом на бурение; он зависит также от горно-геологических условий и технико-технологических возможностей имеющейся буровой техники; нижний уровень соответствует величине "1".

Уровень качества промежуточных "выходов керна" по пятибалльной шкале определяется по формуле:

(2)

где l_min - нижний допустимый выход керна (составляет доли единицы, если верхний предел выхода керна - 100 % - принят за 1);

l_K промежуточный выход керна.

В формуле (2) принят линейный характер зависимости уровня качества У вк от выхода керна.

Пример: Если нижний уровень выхода керна l_min = 0,75 (т.е. 75 %), то формула (2) преобразуется к виду

У_ВК = 16 l_К –11 (3)

Состояние образцов керна (У_о)

Качество и состояние образцов керна горных пород, извлекаемого из скважины, не может быть выражено числовой мерой. Уровень этого элемента качества У_о поэтому рекомендуется определять по следующей пятибалльной шкале:

У_о Состояние образцов

5 . . . . . . . . . . . . . . . Образцы ненарушенного природного сложения

4 . . . . . . . . . . . . . . . Образец в виде столбика керна, но с возможными нарушениями

природного сложения

3 . . . . . . . . . . . . . . . Образцы в виде заметно нарушенного и расчлененного керна

(например, при бурении с гидротранспортом керна)

2 . . . . . . . . . . . . . . . Образцы в виде перемятых и перемешанных комков породы

(бурение ложковыми и змеевиковыми бурами а также шнеками)

1 . . . . . . . . . . . . . . . Образцы проб в виде измельченной породы (шлама)

Представительность керна (У_ПР)

Представительность керна выражается, прежде всего, через его количество, массу, то есть через его диаметр: чем больше диаметр керна, тем более керн является представительным, иначе говоря: тем более полно он отражает геологический разрез. Но увеличение диаметра скважины приводит к резкому удорожанию ее проходки. Поэтому выбор максимального диаметра керна d_max, который можно соотнести с цифрой "5" (наивысший уровень качества - максимальная представительность керна), является достаточно произвольным, т.е. должен определяться здравым смыслом. Таким предельным диаметром для геологоразведочных скважин может быть выбран d_max = 150 мм, что коррелируется с действующим стандартом на геологоразведочный породоразрушающий инструмент.

Вопрос о минимально допустимом диаметре керна d_min решается проще. Так, значительным объемом исследований, относящихся к определению минимально допустимого диаметра керна, доказано, что достаточным является керн диаметром, мм:

- для скважин на твердые полезные ископаемые . . . . . . 20-30

- для инженерно-геологических скважин . . . . . . . . . . . . . . 90

- для скважин на россыпных месторождениях . . . . . . . . . 150

В специальной литературе можно найти d_min керна и для скважин другого назначения.

Связь представительности по пятибалльной шкале У_ПР с диаметром керна описывается формулой

(4)

В приведенной зависимости отражено следующее требование: количественная оценка уровня качества на начальных стадиях снижения диаметра керна d по сравнению с d_max уменьшается незначительно, а по мере приближения d к d_min влияние d на оценку качества возрастает.

Пример. Если принять d_min = 20 мм (0,02 м), а d_max = 150 мм (0,15 м), то формула (4) преобразуется к виду

У_ПР = 5 – 236,7(0,15 - d)²,

где d - диаметр керна, м.

Если принять вместо квадратной зависимости зависимость четвертой степени, то можно усилить степень снижения уровня качества при приближении к d_min :

(5)

Этой формулой рекомендуется пользоваться в случаях, когда сохранность керна при бурении по полезному ископаемому особенно чувствительна к его диаметру.

В случае, когда бурение осуществляется с получением керна более 150 мм, уровень качества такого керна по элементу "представительности" принимается равным "5".

Принятие диаметра керна менее 20 мм не рекомендуется, т.к. 1) уменьшение диаметра керна будет существенно сказываться на выходе керна и 2) могут быть допущены существенные погрешности в оценке содержания полезного ископаемого в сторону его занижения.

Углубка за рейс (У_уг.р)

Длина извлекаемого керна не оказывает существенного влияния на уровень качества бурения, но чем более длинный и ненарушенный извлечен керн, тем более качественно может быть проведено его изучение и описание.

Исходя из производственного опыта, рекомендуется принять углубку за рейс (длину керна), м:

- максимальную l_max … 10

- минимальную l_min … 0,5

Для расчета уровня качества по этому элементу рекомендуется использовать формулу:

(6)

При указанных выше значениях минимальной и максимальной углубки за рейс формула (6) приобретает вид:

У_уг.р = 5 – 0,00467(10 – l)³.

Следует иметь в виду, что для данного элемента качества решающей является собственно не длина керна (этот фактор учитывается другим элементом качества – выходом керна), а именно углубка за рейс.

Искажение геофизического разреза (У_ГИ)

В процессе бурения ряд технико-технологических факторов создает предпосылки (условия) для определения искажений результатов геофизических и других скважинных исследований. Такими факторами могут быть:

• глинизация стенок ствола скважины;

• насыщение водой вмещающих пород;

• невозможность использования высокоточной аппаратуры вследствие малого диаметра скважины;

• другие причины.

Определить уровень качества полученного ствола скважины для возможности проведения таких исследований расчетным путем не представляется возможным. Рекомендации, позволяющие оценить качество ствола скважины для геофизических исследований, приведены в табл. 6.12.

Уровень качества керна для кернометрических исследований (У_КИ)

Метод кернометрии позволяет изучать геологическое строение разреза по образцам поднятого из скважины ориентированного керна; в ряде случаев, например, при геолого-съемочных работах (ГСР) с применением бурения скважин кернометрия, - позволяющая устанавливать элементы залегания пород, - обязательный вид исследований. Оценить этот показатель качества представляется также затруднительным. Рекомендации, позволяющие сделать такую оценку, приведены в табл. 6.13.

Оценка качества пространственного положения скважины (У_С.С)

Определение количественной меры качества пространственного положения (проведения) скважины является наиболее сложной задачей.

Обобщенный уровень точности оценки положения скважины рекомендуется определять по формуле:

У_С.С = 0,33[(5 – 4К_з) + (5 – 4К_зу) + (5 – 4 К_ау)], (7)

где К_з - коэффициент точности положения забоя;

К_зу - коэффициент точности оценки зенитного угла;

К_ау - коэффициент точности оценки азимутального угла.

Таблица 6.12 - Уровень качества ствола скважин для геофизических исследований (У_ГИ)

Диаметр ствола скважины, мм	Влияние процесса бурения	Уровень качества УГИ
не менее 70	Бурение не оказывает практически никакого влияния на свойства вмещающих пород	5
не менее 70	Бурение ведется с применением глинистого раствора. Вмещающие породы подвержены кавернообразованию	4
50 – 70	Бурение вносит незначительные изменения в свойства вмещающих пород	3
50 – 70	Бурение вносит заметные, но прогнозируемые искажения в свойства вмещающих пород	2
менее 50	Бурение вносит существенные, в ряде случаев не прогнозируемые искажения в свойства вмещающих пород. Породы разреза подвержены набуханию, пучению, выщелачиванию, размыванию, разрушению. Систематически происходит потеря циркуляции промывочной жидкости. При бурении в мерзлых породах происходит растепление керна и вмещающих пород	1

Таблица 6.13 - Уровень качества кернометрии (У_КИ)

Характеристика ориентированного керна	Уровень качества УКИ
Получен строго ориентированный керн в виде сплошного столбика горной породы длиной не менее 0,15 м	5
Получен строго ориентированный керн, но его длина составляет не более 0,1 м	4
Получен ориентированный керн с незначительными погрешностями при его длине не более 0,1 м	3
Получен ориентированный керн с незначительными погрешностями; его длина не более 0,1 м, диаметр керна 0,017 – 0,02 м	2
Получен ориентированный керн со значительными, но допустимыми погрешностями в оценке зенитного и азимутального углов; длина керна 0,05 м, диаметр не менее 0,017 м	1

Формула (7) справедлива при равной значимости всех трех компонентов: положения забоя, зенитного и азимутального углов. В практике работ возможны случаи, когда, например, значимость оценки положения забоя является определяющей и равна, допустим, 0,6, тогда как значимость оценки зенитного и азимутального углов составляет 0,2 соответственно и т.д.

Коэффициент точности положения забоя К_з определяется как отношение фактического отклонения l к допустимому [r] (с учетом измерения l_M):

, (8)

Фактическое отклонение забоя скважины от проектной точки А определяется по формуле:

, (9)

где X_A, Y_A, Z_A – проектные координаты забоя;

X_AФ, Y_AФ, Z_AФ – фактические координаты забоя.

При фактическом отклонении l + l_M = 0, т.е. при К_з = 0, уровень точности оценки положения забоя У_з принимается равным «5» (по пятибалльной системе).

При К_з = 1, т.е. при минимально допустимой точности У_з = 1.

Значение К_з < 1 указывает на недопустимо низкий уровень точности, т.е. только по этому элементу качества результаты бурения уже могут быть (и должны быть) забракованы.

При линейной зависимости между оценкой уровня точности забоя У_з и коэффициентом К_з:

У_з = 5 - 4 К_з, (10)

Если же требуется усилить влияние К на У на начальных (или конечных) стадиях изменения К, то возможно использование и нелинейной связи.

При необходимости установления (в проекте) требований к допустимому отклонению забоя отдельно по высоте и на плане, фактические отклонения определяются также раздельно. Вычисляются два коэффициента точности К_зв и К_зп. Тогда:

- при равнозначном влиянии этих коэффициентов на У_з:

У_з = 0,5[(5 - 4 К_зв) + (5 - 4 К_зп)]; (11)

- при различной значимости К_зв и К_зп:

У_з = n_в(5 - 4 К_зв) + n_п(5 - 4 К_зп), (12)

где n_в и n_п - значимости точности по высоте и в плане (при условии, что n_в+ n_п=1).

Коэффициенты точности оценки зенитного К_зу и азимутального К_ау углов определяются по формулам:

; (13)

, (14)

где  и _ф - проектный и фактический зенитные углы;

[] - допустимая погрешность в оценке зенитного угла;

_ - ошибка измерения зенитного угла;

 и _ф - проектный и фактический азимутальные углы;

[] - допустимая погрешность в оценке азимутального угла;

_ - ошибка измерения азимутального угла.

Помимо трех указанных выше параметров пространственного положения скважины практический интерес может представлять еще один параметр - угол встречи забоя скважины с выдержанным по падению и простиранию пластом полезного ископаемого (или другими слоями горных пород). В случае необходимости оценки уровня качества бурения по этому углу может быть использована методика, принятая в предыдущих случаях.

ПРИМЕР РАСЧЕТА УРОВНЯ КАЧЕСТВА БУРЕНИЯ