Управление организация и планирование геологоразведочных работ

следований во многом зависит от правильной организации работы буро­ вых и горно-разведочных подразделений, обеспечивающих получение геологической информации о глубинных частях изучаемых разрезов, о строении и вещественном составе рудных тел, выявленных при поисках.

В период каждого полевого сезона ведутся текущие камеральные работы — ежедневно после каждого маршрута или в специальные ка­ меральные дни, число которых определяется из соотношений: один камеральный день после 3 -5 дней наземных маршрутов или после 2 дней аэровизуальных наблюдений. Для камеральной обработки целе­ сообразнее использовать ненастные дни, малоэффективные для поле­ вых маршрутов и полетов.

По окончании последнего полевого сезона проводят ликвидацию полевых работ, во время которой оборудование и снаряжение подго­ тавливают к отправке на базу для сдачи на склады.

Цикл геолого-съемочных работ завершается этапом окончательной камеральной обработки материалов. Его основная задача — составле­ ние и оформление итогового отчета с графическими и текстовыми при­ ложениями. Кроме того, проводят компьютерную обработку ма­ териалов, составляют геологические базы данных по изучаемому геологическому объекту. Производят обработку геохимической и гео­ физической информации с использованием математических методов для выявления закономерностей распределения полезных ископаемых, определения точности и достоверности полученных данных. Произ­ водят также подготовку и выполнение графических материалов и гео­ логических карт в электронном виде. Для подготовки электронных гео­ логических карт используют специальные пакеты прикладных программ «Парк», Arclnfo и др.

Окончательные результаты геологической съемки, оформленные в виде государственной геологической карты (в электронном виде), подготавливают к изданию основными исполнителями геолого-съе­ мочных работ — авторами карты. На заключительном этапе работы в карту вносятся изменения и дополнения в соответствии с замечания­ ми рецензентов, научно-технического совета и редакторов карты.

9.3.Гидрогеологические

иинженерно-геологические работы

Гидрогеологические и инженерно-геологические работы представля­ ют собой весьма разнообразный комплекс исследований, в частности:

1)гидрогеологические и инженерно-геологические съемки терри­ тории, включая съемки для целей мелиорации;

2)изучение гидрогеологических и инженерно-геологических ус­ ловий разведки и будущей эксплуатации месторождений;

3)стационарные наблюдения за Режимом и балансом подземных вод;

4)поиски и разведку источников подземного водоснабжения, включая месторождения минеральных вод и промышленных рас­ солов;

5)изучение инженерно-геологических условий будущего строи­ тельства промышленных и гражданских объектов.

Организационно гидрогеологические подразделения, специализи­ рующиеся на съемке, поисках и разведке месторождений пресных и минерализованных подземных вод, входят в состав региональных про­ изводственных геологических предприятий.

Гидрогеологические условия в пределах разведуемых месторождений полезных ископаемых восновном изучаются специализированными гид­ рогеологическими отрядами.

Для проведения инженерно-геологических исследований, как пра­ вило, выполняемых по договорам с горнодобывающими, строитель­ ными и другими организациями, создаются специальные инженерно­ геологические отряды в составе гидрогеологических или комплексных геологоразведочных экспедиций регионального подчинения.

Организация специальных гидрогеологических и инженерно-гео­ логических съемок существенно не отличается от организации поле­ вых и камеральных работ при геологических съемках соответствующего масштаба. Традиционный набор работ дополняется отбором гидроге­ охимических проб воды и газов из поверхностных водоемов, родни­ ков, колодцев, скважин и горных выработок. Проводится необходи­ мый объем опытных работ, ведутся гидрогеологические наблюдения в картировочных скважинах. В результате составляются гидрогеологиче­ ские, геоморфологические карты, карты химизма подземных вод и другие специальные карты распространения карстовых, просадочных и оползневых явлений. В штат геолого-съемочных партий вводится специальный отряд или группа специалистов-гидрогеологов. При про­ ведении гидрогеологической или инженерно-геологической съемки по готовой геологической основе организуются отдельные съемочные отряды.

Поиски и разведка месторождений подземных вод, как и поиско­ во-разведочные работы на твердые полезные ископаемые, организу­ ются последовательно, по стадиям. Результатом поисков и разведки месторождений подземных вод является подсчет эксплуатационных за­ пасов воды, определение содержания основных и попутных полезных компонентов и вредных примесей, способов обогащения вод и удале­

ния остаточных промышленных стоков, а для месторождений пресных вод — разработка схемы водозабора, где указываются средние и ми­ нимально допустимые дебиты эксплуатационных скважин, их глуби­ ны и конструкции, способы и средства фильтрации воды и водоподъ­ ема, срок эксплуатации водозабора.

Основные методы поисков и разведки подземных вод аналогичны методам изучения гидрогеологических условий месторождений твер­ дых полезных ископаемых, применяемым с целью определения общей обводненности месторождений и прогноза величины водопритока в горные выработки. Для решения этих задач бурятся гидрогеологичес­ кие скважины, в которых проводятся опытные наблюдения за гидро­ динамикой подземных вод. Основные виды детальных исследований водоносных горизонтов — пробные опытные и опытно-эксплуатацион­ ные откачки.

При пробных откачках предварительно оцениваются качество воды и фильтрационные свойства горизонта. Опытные откачки служат для наблюдений за изменением параметров изучаемой водоносной струк­ туры; в задачу опытно-эксплуатационных откачек входит подсчет за­ пасов подземных вод и других параметров будущего водозабора.

Схема откачки зависит от геолого-гидрогеологических условий разведуемого месторождения или типа водозабора. Она включаетданные о конструкциях и расположении скважин, местах установки фильтров, набора оборудования для откачки (насосы, эрлифты, фильтры, трубы и т. п.). Это существенно облегчает организацию откачек и упрощает рас­ четы параметров будущего водозабора.

Откачки имеют довольно большую продолжительность. Так, в за­ висимости от характера пород водоносного горизонта и их коэффи­ циента фильтрации, продолжительность пробной откачки колеблется от 1-2 сут. в скальных породах на одно понижение уровня до 5 -7 сут. в песках, а опытной групповой — от 7 (скальные породы, галечник) до 20 сут. (мелкозернистые пески). Процесс откачки должен быть непре­ рывным. Это обусловливает повышенную надежность основного технологического (насоса, компрессора), вспомогательного и энергетического оборудования и требует наличия резервных агрегатов на месте работ в состоянии полной готовности.

Для обоснования возможностей строительства различных объектов также проводятся инженерно-геологические исследования. Они вклю­ чают: изучение геологического разреза грунтов, лежащих в основании будущих сооружений, определение физико-механических свойств грун­ тов, анализ водного и температурного режимов среды, окружающих фун­ даменты сооружений. Основные методы решения этих специфических задач — отбор проб грунтов с сохранением в них всех основных физико­

механических свойств и проведение опытных работ с испытываемыми грунтами в их естественном залегании для определения прочностных свойств (опытные наливы, прессиометрия грунтов, опытная цемента­ ция пород, метод вращательного среза и т. д.).

9.4. Горно-буровые работы

Общие сведения. Бурение геологоразведочных скважин — наиболее распространенный вид работ, предназначенных для получения геоло­ гической информации. Оно применяется на всех без исключения ста­ диях геологических исследований.

Термин «геологоразведочные скважины» обобщает несколько групп скважин по их назначению: картировочные, структурные (опор­ ные), поисковые и разведочные, гидрогеологические, инженерно-гео­ логические, сейсморазведочные (взрывные) и специальные (вентиля­ ционные, геотехнологические, шурфоскважины и т. п.).

Бурение позволяет получить самую разнообразную геологическую информацию. Так, получаемый при бурении скважин керн дает возмож­ ность решить следующие задачи: определить пространственные коор­ динаты, глубину и элементы залегания полезного ископаемого; замерить углы падения и простирания, атакже выяснить мощности отдельных пластов горных пород и рудных тел; установить вещественный состав, ми-* нералого-петрографические и физико-механические свойства пробуренных пород, в том числе имеющих инженерно-геологическое значение, крепость, пористость, плотность, трещиноватость и т. д.

Кроме того, скважины используются для решения самостоятельных задач:

1)для проведения геофизических (электрических, радиоактивных, акустических и т. д.) измерений, фотографирования и те­ леметрических замеров для определения местонахождения и элементов залегания пластов горных пород, а в отдельных слу­ чаях и их качественного состава;

2)для выяснения статического и динамического уровней под­ земных вод, проведения откачек, замеров температур и отбора проб воды и газа в целом по пробуренному интервалу и от­ дельным горизонтам; обеспечения циркуляции растворов и от­ бора геотехнологических проб; выполнения специальных работ (вентиляция горных выработок, взрывные работы и т. д.).

Основные задачи и направления организации процесса бурения сква­ жин. Главной задачей при организации процесса бурения является минимизация времени и удельной себестоимости его выполнения. При этом должны соблюдаться заданные проектом качественные показа­

тели — отбор достоверных проб керна и выдерживание проектного на­ правления стволов скважин.

Для организации бурения необходимо рассмотреть ряд вопросов, тесно связанных с техникой и технологией процесса бурения. К ним относятся: выбор способа бурения и обоснование элементов конструкциихкважины, выбор типов породоразрушающего инструмента и оп­ ределение оптимальных технологических режимов бурения; выбор типа, диаметра и материала бурильной колонны, обоснование выбора типоразмеров и марок бурового, силового и вспомогательного обору­ дования; определение рецептуры, технологии и организации приго­ товления промывочных жидкостей; разработка рациональных приемов выполнения отдельных операций и схем организации труда на рабо­ чих местах буровой бригады; рациональная организация подготовки площадки и выполнения монтажно-транспортных работ; организация непрерывного контроля за соблюдением рациональных технологичес­ ких режимов процесса бурения и предупреждение аварийных ситуа­ ций; обеспечение своевременного и четкого ведения первичной про­ изводственной организационно-технологической документации.

Структура производственного процесса. Бурение разведочных сква­ жин — сложный производственный процесс, состоящий из собствен­ но бурения и целого ряда других процессов. Чтобы наглядно предста­ вить структуру всего процесса разведочного бурения, рассмотрим элементы баланса рабочего времени буровой установки.

Основной рабочий процесс — собственно бурение скважины — со­ стоит из отдельных рейсов — отрезков рабочего времени, протекающих от момента начала подготовки бурового снаряда к спуску в скважину до окончания подъема снаряда из скважины. Операции, которые в каж­ дом рейсе повторяются, несут на себе основные, подготовительно-зак­ лючительные и вспомогательные функции.

Собственно бурение скважины выражается временем Т6, состоя­ щим, в свою очередь, из времени выполнения основной операции — углубки забоя скважины (времени чистого бурения) Ту и суммы вре­ мени выполнения остальных вспомогательных операций в каждом рей­ се Тво. Время 7^ регламентируется Едиными нормами времени (ЕНВ, периодически издающимися в отрасли) в зависимости от буримости пород, вида породоразрушающего инструмента (алмазная или твердо­ сплавная коронка, шарошечное долото и т. п.) и параметров режима бурения. Время Твотакже складывается из суммы нормативов ЕНВ на перекрепление и спуск-подъем труб, промывку скважины и т.д., что видно из формулы расчета нормы времени на бурение 1 м скважины:

я вр= ту+ тпк + Т Н+ (Тсп + Тпхп + Тпр + Тж+ Тж) / Р , час/м (9.1)

где #„р — норма времени, включающая суммарное время выполнения всех основных, подготовительно-заключительных и вспомогательных операций, входящих в состав процесса собственно бурения: Ту — вре­ мя углубки забоя скважины (время чистого бурения), ч/м; Тпк — вре­ мя выполнения вспомогательной операции по перекреплению веду­ щей трубы, ч/м; Т„ — время наращивания колонны бурильных труб по мере углубки, ч/м; Тсп — время спуска и подъема бурильной ко­ лонны (с учетом времени нанесения на трубы антивибрационной смазки), ч; Г,,,,.,, — время подготовительных и заключительных опе­ раций, сопутствующих спуску и подъему (в состав этих операций вхо­ дят, например, спуск и подъем колонкового набора, подведение и отвод станка и т. д.), ч; Тт — время постановки снаряда за забой сква­ жины, ч; Тпр— время на чистку и промывку скважины после спуска и перед подъемом снаряда, ч; Тж— время производства заклинивания и отрыва керна от забоя, ч; Т3„ — время замены породоразрушающе­ го инструмента (коронки, долота), ч; Р — величина углубки скважин за один рейс, м.

При бурении снарядами со съемными керноприемниками норма

где Т„хк — время на подготовительно-заключительные операции при спуске-подъеме съемного керноприемника, ч; Тспск — время спускаподъема съемного керноприемника, ч; Ц — углубка скважины за один цикл, м.

Группа вспомогательных процессов характеризуется следующей сум­ мой затрат времени:

Т'асп = т10+ Тф + Гиис + Трш+ Ттс + Тп + Тпч + Tmt0 + Гдеф, (9.3)

где Тто — техническое обслуживание оборудования; Тхр — крепление скважины обсадными трубами; Тт — проведение кернометрии; Ттс — искусственное искривление скважины; Трш— расширение (разбури­ вание) скважины; Ттс — геофизические исследования в скважине в процессе бурения; Т„ — гидрогеологические исследования в скважи­ не в процессе бурения; Т„ч— промывка и чистка ствола скважины пе­ ред проведением вспомогательных процессов; Тшто— предупреждение и ликвидация геологических осложнений в скважинах, включая там­ понирование и цементирование; Таеф— проведение дефектоскопии бу­ рильных труб и грузоподъемного инструмента.

Отраслевыми нормативами регламентировано только время выпол­ нения Ткр и частично Ттто. Ввиду большого разнообразия в техноло­

гии и организации время выполнения большинства остальных вспомо­ гательных процессов регулируется местными нормами.

Монтажно-транспортные процессы характеризуются временем монтажа буровой установки на заранее подготовленной площадке, демонтажа ее по окончании бурения и перевозки в пределах участка производства работ — ТМ. Отраслевые нормы регламентируют время монтажно-демонтажных работ только при использовании самоход­ ных и передвижных буровых установок; время на монтаж и демонтаж стационарных установок зависит от природных условий (рельеф, тип установки и т. д.); работы организуются по индивидуальным схемам и нормируются на месте. Нормативная величина времени на монтаждемонтаж и перемещение буровых установок составляет от 3 до 12 % от суммарного времени на собственно бурение скважин. Максималь­ ное время требуется для перевозки стационарных установок, укомп­ лектованных разборными буровыми зданиями, а также в случае, если требуется разборка буровой вышки (сложный рельеф, наличие ЛЭП на пути передвижения).

Сумма времени всех рассмотренных рабочих процессов и состав­

Кроме времени выполнения перечисленных процессов в баланс рабочего времени включаются время текущего ремонта оборудова­ ния на участке 7 ^ , время простоев оборудования независимо от при­ чины и продолжительности Тпи время ликвидации аварий в скважи­ не Тм.

Таким образом, суммарное выражение баланса рабочего времени выражается как:

По окончании процесса бурения появляется необходимость прове­ дения ряда процессов, сопутствующих бурению. Это специальное лик­ видационное тампонирование Тж, установка на скважине различного оборудования (задвижек, превенторов и т.д.) 7^, участие в специаль­ ных геофизических и гидрогеологических исследованиях и испытаниях Гии, транспортировка буровой установки с участка на базу (и в обратном направлении) 7^. Время на эти работы объединяется в понятие заба­ лансового времени:

Сумма балансового и забалансового времени составляет так называ­ емое время пребывания буровой установки на учете в геологической

производственной организации (экспедиции). Эту сумму времени мож­ но назватьучетным временем работы буровой установки:

Технико-экономические показатели бурения геологоразведочных сква­ жин. Для оценки уровня организации процесса разведочного бурения и его эффективности служит система основных технико-экономических показателей (ТЭП). В числе главнейших показателей — объем буровых работ, время, затраченное на бурение, их трудоемкость, скорости бу­ рения, показатели, характеризующие качество бурения, себестоимость буровых работ.

Скорость бурения — это показатель, связывающий объем бурения с затратами времени; характеризует организацию процесса бурения на разных уровнях. Различают пять типов скорости: механическую, рей­ совую, техническую, коммерческую и парковую.

Механическая скорость Кмех является наиболее динамичным пока­ зателем эффективности бурения. Она равна:

где М —объем бурения, м; Ту— время углубки скважины, характеризу­ ет эффективность бурения пород с определенными свойствами при данном способе разрушения. С ее помощью оценивается также влия­ ние технических и технологических факторов на процесс бурения (свойства пород, режимы бурения, вид, тип и состояние породоразру­ шающего инструмента, конструкция и состояние скважины). В табл. 9.3 приведены нормативные значения механической скорос­ ти по ЕНВ в зависимости от условий бурения и ряда технических и технологических факторов.

Проанализируем данные, приведенные в этой таблице. С ростом категории пород механическая скорость бурения понижается (пока­ затели 3 и 5). Так, при бурении пород IX категории ее значение на 33% ниже, чем при бурении пород VII категории при прочих равных усло­ виях (бурение алмазными коронками диаметром 76 мм, частота вра­ щения 400-700 мин-1).

При алмазном бурении рост механической скорости по сравнению с твердосплавным бурением для пород VII категории составляет 7%, а для пород VIII категории — более 23% (показатели 2 и 7).

Сильно влияет на механическую скорость бурения и диаметр поро­ доразрушающего инструмента. Например, скорость бурения скважин коронками диаметром 76 мм на 11% выше, чем коронками диаметром 93 мм (показатели 6 и 7). Как показывает практика, дальнейшее умень­ шение диаметра коронок (59 и 46 мм) обеспечивает еще больший выиг-

рыш. Особенно значителен рост механической скорости при повыше­ нии частоты вращения алмазной коронки: в интервале 250—700 мин-1

—рост 22%, а в интервале 250-1000 мин-1 — 37% (показатели 1-3 и 1 -

4).

Применение высокоэффективных снарядов со съемными керноприемниками (ССК) и бурильных колонн с диаметрами, близкими к диаметру скважины (это исключает их вибрацию), а также использо­ вание оптимальных параметров режима бурения позволяют получить дополнительный рост механической скорости при бурении пород IX категории на 18 % (показатели 5 и 8).

Дополнительное использование энергии удара при алмазном удар­ но-вращательном бурении высокочастотными гидроударниками так­ же дает прирост скорости на 17% по сравнению с алмазным бурением со средними частотами вращения (показатели 5 и 11). Бескерновое бу­ рение, широко применяемое в безрудных породах, существенно по­ вышает механическую скорость бурения разведочных скважин; при прочих равных условиях ее прирост по сравнению с колонковым твер­ досплавным бурением составляет 37% (показатели 6 и 12).

Очистка забоя воздухом и использование энергии удара при бескерновом ударно-вращательном бурении пневмоударниками на глу­ бинах до 150 м также значительно увеличивает механическую скорость (на 57%) по сравнению с вращательным бурением шарошечными до­ лотами (показатели 12 и 14).

При бурении скважин установками с плавнорегулируемым приво­ дом механическая скорость возрастает в среднем на 10-30 % за счет более полного использования мощности привода и увеличения сред­ ней частоты вращения бурового инструмента; кроме этого, с помощью плавной регулировки частоты вращения снаряда достигается оптималь­ ная корректировка режима разрушения породы в конкретных услови­ ях рейса на каждый момент.

Рейсовая скорость V ^c характеризует весь комплекс основных и вспомогательных операций, входящих в процесс собственно бурения скважин Гб, включая спуско-подъемные операции. На рейсовую ско­ рость влияют те же факторы, что и на механическую скорость. Кроме того, на нее оказывают влияние глубина скважины, вид и состояние бурового оборудования или бурового снаряда (обычный, двойной, ССК и т. п.), глубина бурения, уровень механизации вспомогательных опе­ раций в рейсе, квалификация членов буровой бригады. Рейсовая ско­

С ростом глубины бурения возрастает время спуска и подъема ко­