7.11. Бурение на россыпных месторождениях

7.11.1. Оборудование и инструмент

Геологические разрезы россыпных месторождений характерны наличием неустойчивых разрушенных пород, валунно-галечных отложений, многолетнемерзлых пород, что требует при проходке скважин с большим начальным диаметром (для обеспечения посадки, с целью ее крепления, нескольких размеров обсадных труб), проявлять особое внимание к промывочным жидкостям. При опробовании полезного ископаемого (золото, алмазы и др.) необходима повышенная точность показателей содержания компонентов по всей длине скважины, во избежание «растягивания» пласта или фиксации необоснованных ураганных проб. Этим вызваны требования по сокращению рейса до 0,2-0,3 м, получению керна, представительного по объему поднятой породы, применению опережающей обсадки.

Использование станков, обеспечивающих комбинированный способ бурения – совмещение вращательного с ударно-канатным или бурением погружными пневмоударниками, позволяет в указанных условиях увеличить производительность работ.

Буровые установки УБМ-20А и УБСР-25-2М (ЦНИГРИ-ТулНИГП)^* предназначены для бурения шурфо-скважин при разведке россыпных месторождений, залегающих, в основном, в талых обводненных рыхлых отложениях с включением валунов и гальки. Характеристика буровой установки УБСР-25-2М приведена в разделе «Буровое оборудование» (см. гл.1).

С помощью буровой установки УБСР-25-2М реализуются следующие способы бурения:

• ударно-захватное бурение грейфером с разбивкой отдельных валунов долотом путем его сбрасывания лебедкой станка;

• вращательное бурение ковшовым и колонковым бурами с отбором проб в виде разрыхленной породы, либо в виде керна диаметром от 300 до 500 мм на глубину до 25 м;

• бурение с креплением ствола скважины ходовой или опережающей колонной обсадных труб.

Буровая установка комплектуется ударным долотом, канатным грейфером, обсадными трубами диаметром 650/600 мм, ковшовыми бурами для работы на трубках и на канате с распорным устройством.

При бурении скважин установкой УБСР-25-2М используется следующий буровой инструмент.

Кассетный бур БКУ (двух размеров) имеет единый корпус и сменные кассеты с колонковыми и ковшовыми наконечниками; имеются керноудерживающее устройство и обратный клапан для создания вакуума во внутренней полости корпуса, что способствует удержанию керна. Обеспечивается взаимозаменяемость наконечников в зависимости от типа отложений (рис. , табл. ).

Колонковые снаряды БС для вращательного бурения по россыпям диаметром 168, 219, 273 мм состоят из переходника, колонковой трубы, кернорвателя и буровых коронок диаметром 172, 224 и 278 мм.

Специальные обсадные трубы диаметром 377 мм и длиной 1-3 м имеют быстросъемные безрезьбовые соединения с кулачковой муфтой диаметром 407 мм. Низ колонны оснащен армированным башмаком.

Кассетные буры, колонковые снаряды БС и безрезьбовая обсадная колонна могут использоваться при бурении и с другими буровыми установками.

Комплекс технических средств КПР (ТулНИГП) предназначен для пневмоударного бурения разведочных скважин на россыпных месторождениях в районах распространения многолетней мерзлоты.

Комплекс включает три колонковых набора для бурения скважин разного диаметра (табл. ).

В комплекс входят: пневмоударник, колонковые одинарные трубы ТП; двойные трубы ТДП; коронки КП и коронки КТДП для двойных труб; шламовые разъемные трубы ТШР; отбойные ключи КО (рис. ). Комплексом достигается эффективная разведка глубокозалегающих погребенных россыпей с изучением подстилающих коренных отложений; улучшаются условия труда и исключается сезонность работ; скорость бурения 1 м скважины глубиной до 300 м повышается на 30-35% по сравнению с ударно-канатным способом и на 40-45% - по сравнению с вращательным способом с продувкой воздухом.

Буровая установка УБР-2М обеспечивает при разведке россыпей применение нескольких способов проходки скважин в зависимости от геологического разреза, в том числе ударно-канатный и забивными стаканами с одновременным принудительным креплением обсадными трубами. Погружение обсадной колонны производится как при раздельном, так и при совместном воздействии удара, вращения или задавливания. Извлечение труб возможно с одновременным вращением.

Глубина бурения:

- при ударно-забивном способе с креплением трубами диаметром, мм:	219 – 15 м 168 – 25 м 127 – 30 м
- при колонковом способе	30 м
Частота вращения, мин-1:
- правое вращение	12,24,76
- левое вращение	17

Установка комплектуется следующим инструментом:

• Труба обсадная диаметром 168 м, длиной 1,5 м (БИ109-228) с муфтой (БИ109-231);

• Головка забивная (БИ229-223);

• Башмак фрезерный (БИ259-206);

• Штанги ударные диаметрами 130 (БИ259-213), 100 (БИ259-193) и 100 (БИ259-193-01);

• Стаканы забивные диаметром 190 мм (БИ129-95) и 150 мм (БИ129-96);

• Желонка диаметром 145 мм (БИ119-314);

• Долота: плоское диаметром 148 мм (БИ119-316) и крестовое диаметром 148 мм (БИ119-317);

• Ловитель (БИ279-283);

• Ключи отбойные с размером зева 76 (БИ179-2А) и 115 мм (БИ179-173);

• Скребок (БИ189-36);

• Кольцо (БИ259-199);

• Ключ шарнирный 168/188 (ГОСТ 10559-63).

Разведочно-добычной комплекс для подводных россыпей (ЦНИГРИ) предназначен для крупнообъемного опробования при поисково-оценочных работах на подводных россыпях золота и алмазов в шельфовой зоне морей, на реках и озерах  .

Комплекс состоит из следующих узлов:

• разведочно-добычное оборудование, обеспечивающее разрыхление донных отложений гидромониторной струей;

• гидроэлеватор для подъема пульпы на поверхность;

• обогатительное оборудование, позволяющее извлекать золото - или алмазосодержащий концентрат.

Технические данные комплекса ЦНИГРИ для подводных россыпей

Глубина воды, м …………………………………………………………….0,5-15,0

Диаметр рабочего снаряда, мм:

- наружный …………………………………………………………219

-внутренний ………………………………………………………….79

Расчетная производительность, м³/ч:

- по жидкой фазе ………………………………………………….….50

- по твердой фазе ……………………………………………………4-5

Крупность поднимаемого материала, мм……………………………до 40

Крупность поднимаемых частиц золота, мм …………………………до 8

Потребляемая мощность, КВт …………………………………………..100

7.11.2. Особенности технологии бурения на россыпях (по В.П.Кренделеву)

При бурении на россыпях важным с точки зрения процесса проходки скважин является количественное отношение валунов и крупной гальки ко всему объему рыхлых пород. Отложения на россыпях по этому признаку делят на четыре группы (табл. ).

Литологический и гранулометрический состав россыпей определяет выбор способа бурения, породоразрушающего инструмента, технологическую схему, режим бурения  .

Для получения достоверных проб и предотвращения обрушения стенок скважин рекомендуются применять следующие технологические схемы бурения.

Бурение в обсадных трубах применяют в рыхлых, сыпучих, обводненных отложениях. Колонна обсадных труб опережает забой на 5-10 см. При напорных грунтовых водах и встрече плывунов опережение может достигать 20-50 см.

Бурение ниже труб проводят в плотных отложениях с включением валунов и гальки. Допускается отставание башмака обсадных труб от забоя на интервал опробования.

Бурение на одном уровне выполняют в породах с умеренной плотностью и устойчивостью.

Бурение без труб проводят в мерзлых и плотных устойчивых породах. Обязательным условием является строгий поинтервальный отбор проб: интервал отбора обычно составляет 0,2 и 0,4 реже 0,5 м и в отдельных случаях до 1 м.

Влияние технологических схем бурения на его показатели заключается в следующем:

1. при интервале углубки за рейс 0,2 м технологические схемы бурения оказывают незначительное влияние на средний объем извлекаемой породы при несколько повышенной его стабильности при схеме «бурения ниже труб»;

2. при «бурении в трубах» извлекается заметно переизмельченная порода; при «бурении ниже труб» проба представлена частицами более крупных размеров;

3. при «бурении в трубах» суммарный объем породы близок к расчетному, исчисляемому по внутреннему диаметру башмака обсадных труб, а при «бурении ниже труб» - к расчетному, исчисляемому по наружному диаметру башмака;

4. «бурение в трубах» с углубкой за рейс 0,2 м при отсутствии напорных горизонтов не снижает качества опробования.

Влияние интервала бурения за рейс на показатели бурения выражается в следующем:

• интервалы углубки за рейс оказывают значительное влияние на полноту извлечения породы и полезного ископаемого, «растяжку» пласта и производительность бурения;

• объем породы (особенно крупных фракций) является наибольшим при минимальной проходке за рейс (0,2 м); при этом отмечен наибольший процент извлечения полезного ископаемого и минимальная «растяжка» пласта;

• глубина забивки обсадных труб в целик забоя (при схеме бурения в трубах) должна строго соответствовать интервалам опробования;

• при бурении по пустым породам интервал бурения может быть увеличен до 0,5-1,0 м.

Наиболее эффективным является сочетание ударно-канатного способа и вращательного с отбором керна. Первый способ предпочтительнее использовать для проходки наиболее сложных интервалов с валунами или плывуном и непродуктивных горизонтов. Вращательный способ с колонковыми снарядами или грунтоносами следует применять для бурения по продуктивному пласту и зачистки плотика.

Рекомендуемые технологические параметры вращательного колонкового бурения снарядами диаметром 219-168 мм  :

• частота вращения, мин^-1 ……………………………………………………80-90

• осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент, даН ……….800-900

• частота расхаживания снаряда, мин^-1 ……………………………………10-20

• высота подъема снаряда, см……………………………………………….5-10

• проходка за рейс, м в породах:

-I...II группы ………………………………………………………………0,7-1,2

-III..IV группы …………………………………………………………….0,8-0,9

- способ затирки керна ……………………………………………………..всухую

Режимы бурения пневмоударниками приведены в разделе 7.6.