книги из ГПНТБ / Булнаев И.Б. Техника и технология отбора проб при разведочном бурении

Т а б л и ц а 28

Результаты сравнительного опробования рудных блоков по керну, шламу и бороздовым пробам

бранных со стенок скважин, а содержание в шламовых пробах, наоборот, в 2,23 выше, чем в бороздовых пробах. Это говорит о том, что керн полосчатой руды при бурении подвергается значи­ тельному избирательному истиранию, причем истирается слабый каолиновый материал, наиболее богатый металлом. В результа­ те происходит разубоживание керна и обогащение бурового шлама. Примерно одинаковая степень разубожнвания керна и обогащения шлама (в 2,3 раза) по отношению к бороздовым пробам говорит о сравнительной достоверности последних.

Для более детального изучения данного вопроса лаборатор­ ные исследования по сравнительному опробованию скважин, пробуренных в рудных блоках, по керну и бороздовым пробам, отобранных с их стенок, были продолжены. Результаты опро­ бования по 24 скважинам приведены в табл. 29.

Анализ данных, приведенных в табл. 28 и 29, позволяет отме­ тить.

1 . Выход керна по полосчатым рудам, несмотря на алмазное бурение с соблюдением рациональных режимов, составляет в среднем около 62,0%, что значительно ниже нормы (80%). По отдельным скважинам выход керна составляет 30— 35%, сни­ жаясь иногда до нуля. Керн, как правило, сильно разрушен и представлен в основном кусочками крепкого кварца, а слабый каолиновый материал истерт и вынесен промывочной жидко­ стью.

2 . Содержание металла в керне (по 43 скважинам) в 1,93 ра­ за ниже, чем в бороздовых пробах, отобранных со стенок тех же скважин. Следовательно, коэффициент разубожнвания кер­ на, полученный при опытном бурении, близок по значению к ве­ личине поправочного коэффициента (/г= 1,70), выведенного для данного участка. Это говорит о том, что бороздовые пробы, от-

110

Т а б л и ц а 29

Данные сравнительного опробования полосчатых руд по керну и бороздовым пробам, отобранным со стенок скважин

с помощью пробоотборника

■бираемые со стенок скважин сразу же после пересечения руд­ ного тела, имеют примерно такую же достоверность, что и про­ бы, взятые из горных выработок. В последующем это было под­ тверждено результатами опробования полосчатых руд в про­ изводственных скважинах.

Таким образом, лабораторные исследования позволили ре­ шить следующие задачи.

1. Доказать, что резцы с закругленными лезвиями более устойчивы, чем долотчатые резцы с прямыми лезвиями, и поз­ воляют успешно отбивать бороздовые пробы со стенок скважин

.по породам и рудам до X—XI категорий по буримости.

111

2. Установить, что цилиндрическая форма стенок скважин способствует получению борозд правильной формы и выдержан­ ных размеров, в результате чего получаются достоверные пробы даже по сильно хрупким, разнородным по составу и твердости полезным ископаемым.

3. Определить фракционный состав материала проб, отби­ ваемых со стенок скважин, что очень важно для восстановле­ ния строения пород или руд и их геологической документации. В ходе лабораторных исследований выявлены основные факто­ ры, влияющие на фракционный состав получаемых проб.

4. Доказать, что бороздовые пробы, отбираемые со стенок скважин, даже по таким легкоразрушаемым при бурении полез­ ным ископаемым, как тонкополосчатые кварцевые руды Южно­ го участка Балейского месторождения, имеют высокую досто­ верность и по точности опробования данный метод не уступает бороздовому опробованию, проводимому в горных выработках при эксплуатационной разведке.

РЕ З У Л Ь Т А Т Ы ОТБО РА Б О Р О З Д О В Ы Х П РО Б СО СТ ЕН О К С К В А Ж И Н В П Р О И З В О Д С Т В Е Н Н Ы Х У С Л О В И Я Х

Отбор проб со стенок скважин на Балейских месторождениях

Отбор бороздовых проб со стенок скважин производился на Северном участке Балейского рудного поля.

Рудные жилы Северного участка по строению и составу зна­ чительно отличаются от жил Южного участка. Они сложены в основном массивным, неяснополосчатым белым, голубоватым или темным халцедоновидным кварцем, обладающим высокой механической прочностью и более простым строением. По буримости они относятся к X— XI категориям. Жилы, как правило, имеют небольшие мощности и образуют оруденение штокверкового типа.

При колонковом разведочном бурении выход керна по, руд­ ным жилам в большинстве случаев высокий, но иногда из-за высокой хрупкости кварца происходит разрушение, и количе­ ство получаемого керна снижается до 65— 70%.

Жилы залегают обычно в осадочных породах, конгломера­ тах и песчаниках, заполняющих балейский грабен. В процессе проходки скважин, особенно наклонных (01 = 15—23°), в ука­ занных породах часто возникают осложнения в виде поглоще­ ния промывочной жидкости, вывалов и обрушений, что значи­ тельно осложняет процесс отбора проб со стенок скважин ви­ брационными пробоотборниками.

Исследования на Балейских месторождениях проводились для:

1L2

1)выявления возможности отбора бороздовых проб со сте­ нок скважин по весьма крепким (X—XI категорий) кварцевым жилам;

2)проверки работоспособности пробоотборника и отдельных его узлов, особенно твердосплавных резцов, при отборе проб по рудам высокой крепости;

3)выявления влияния угла наклона скважины на полноту улавливания отбиваемого материала;

4)установления влияния сложных скважинных условий (значительной глубины, искривления, разработки ствола и т. д.)

на отбор проб со стенок скважин;

5)разработки рациональных режимов работы шарикового вибратора, обеспечивающих эффективную отбойку материала со стенок скважин;

6)выявления достоверности проб, отбираемых со стенок скважин.

Последний пункт в данном случае был второстепенным, так как выход керна по массивным кварцевым жилам был доста­ точно высоким и избирательное истирание керна наблюдалось редко.

Отбор проб производился двухрезцовыми вибрационными

пробоотборниками диаметром 89 и 108 мм. Выдвижные резцы были армированы твердосплавными пластинами из сплава ВК-15 с закругленными лезвиями. Угол приострения резцов 0 изменял­ ся в пределах 43—47°.

Разработка ствола скважин на участках отбора проб в боль­ шинстве случаев была незначительной из-за сравнительно вы­ сокой крепости опробуемых кварцевых жил и не превышала 5—8 мм. Глубина борозды изменялась в пределах 12—25 мм. Передний угол у составлял 17°, а задний (3 26°.

Бороздовое опробование было проведено на 12 производст­ венных скважинах при глубинах залегания рудных жил от 100

до 360 м.

Зенитный угол скважии 01= 0—23° Режимы работы шарикового вибратора были следующими:

осевая нагрузка на подвижную муфту С=700— 1200 кгс, часто­ та ударов т = 460—612 в 1 мин, амплитуда колебания /а=12— 16 мм. Скорость отбойки бороздовых проб по кварцевым жи­ лам VIII—XI категорий составила в среднем 18 м/ч.

Отбор проб производился резцами с закругленными лезвия­ ми. Средняя проходка на резец 7,8 м.

В отдельных случаях, по указанию геологического персонала экспедиции, пробы со стенок скважин отбирались по вмещаю­ щим породам (гранитам, конгломератам, песчаникам и т. д.) для установления наличия оруденения при низком выходе кер­

113

оруденения. По предположению геологов, на этой глубине долж­ на была встретиться маломощная, ио богатая по содержанию металла жила. Для проверки рудоносностн данного участка со стенок скважины были отобраны две пробы, которые показали наличие незначительного оруденения, не представляющего прак­ тического интереса. Это избавило экспедицию от повторного пе­ ресечения скважинами данного участка. На скв. 1672 работни­ ками Ленинградского горного института испытывался электро­ химический метод крепления стенок скважин. Для исследования механических свойств цементного камня со стенок скважины бы­ ли отобраны две пробы весом 400 и 1000 г с затратой времени на отбор не более 5 мин (исключая спуско-подъем) на каждую пробу.

В итоге исследований по отбору бороздовых проб со стенок скважин в производственных условиях было установлено.

1. Вибрационные пробоотборники являются надежными и безотказными механизмами, с помощью которых можно успеш­ но отбирать бороздовые пробы со стенок скважин по породам и рудам до X— XI категорий по буримостп.

Шариковый вибратор, являющийся основным узлом пробо­ отборника, имеет высокую износоустойчивость н развивает зна­ чительные по величине ударные нагрузки, достаточные для эф­ фективной отбойки бороздовых проб из крепких кварцевых жил. Наличие свободно перекатывающихся шариков резко снижает трение и износ вибратора, в результате чего моторесурс пробо­ отборника составляет 80—90 ч.

2. Твердосплавные резцы с закругленными лезвиями обла­ дают значительной устойчивостью и позволяют успешно отби­ вать бороздовые пробы со стенок скважин по крепчайшим по­

буримости составляет в среднем около 7,8 м, в то время как проходка долотчатыми резцами с прямыми лезвиями в этих же условиях не превышает 1,7 м.

3. Резцы с закругленной формой лезвия позволяют отбивать борозды выдержанных форм и размеров. Об этом говорит до­ вольно близкое совпадение фактического и расчетного весов проб.

Последнее указывает также на полноту улавливания мате­ риала, отбиваемого со стенок скважин, что достигается за счет надежной работы пробоулавливающего приспособления меха­ низма.

4. Угол наклона скважины (при изменении зенитного угла в пределах 0—23°) не оказывает существенного влияния на отбой­ ку и улавливание проб. Как в вертикальных, так и в наклон­ ных скважинах материал, отбиваемый со стенок скважины, улавливается полностью.

1:14

5. Увеличение глубины залегания рудного тела не вносит су­ щественных изменений в технологию’ отбора проб со стенок скважин. Было замечено, что эффективность работы шарикового вибратора с увеличением глубины скважины несколько повыша­ ется, так как длинный буровой снаряд, приведенный в колеба­ тельное движение, способствует передаче на резцы более силь­ ных ударов и росту скорости отбойки проб со стенок скважины.

С ростом глубины залегания рудного тела несколько снижа­ ется точность отбора проб из-за трудности отбивания контактов рудного тела в результате упругого растяжения бурильных труб. По этой причине в пробу попадает иногда некоторое количество вмещающих пород, которые при невозможности их отделения могут привести к разубоживанию рудного материала. В связи с этим при отборе проб на больших глубинах необходимо комби­ нировать вибрационный пробоотборник с геофизическими при­ борами, позволяющими точно устанавливать контакты рудонос­ ных горизонтов и отбивать пробы без захвата вмещающих по­

ные путем теоретических расчетов и проверенные лабораторны­ ми исследованиями, позволяют осуществлять эффективную от­ бойку бороздовых проб со стенок скважин по крепчайшим по­ родам и рудам, не вызывая при этом опасных напряжений в твердосплавных резцах.

7. Рудный материал, отбитый со стенок скважин, представ­ лен в основном крупными кусочками (табл. 30) и может быть использован не только для опробования и геологической доку­ ментации, но и для исследования физико-механических свойств

РУД-

8. Достоверность бороздовых проб, отобранных со стенок скважин по кварцевым жилам и рудам штокверкового типа, не

115

ниже достоверности керна, полученного более 85%. Так, напри­ мер, среднее содержание металла по 12 бороздовым пробам, подвергнутым химическому анализу, равняется в среднем 7,84 г/т (в условных единицах), а по керну, полученному с тех же участков опробования, при среднем выходе 87,2% равняется 7,41 г/т, т. е. расхождение минимальное. Последнее указывает на отсутствие избирательного истирания керна при бурении кварцевых жил Северного участка, выдержанность формы и раз­ меров борозд, а также на полноту улавливания материала, от­ биваемого со стенок скважины.

Таким образом, результаты бороздового опробования рудных жил на Балейских месторождениях говорят о перспективности предлагаемого способа и возможности широкого применения его для получения качественных проб по крепким и весьма крепким породам и рудам, дающим некачественный керн при колонко­ вом бурении.

Отбор бороздовых проб со стенок скважин на месторождениях Озерное и Таежное

Производственные исследования по отбору бороздовых проб со стенок скважин были продолжены на месторождении Озер­

нием галек изверженных пород VIII— IX категорий и реже сла­ быми (III—V категорий) песчано-глинистыми пооодами.

Средний процент выхода керна по вмещающим породам со­ ставляет 30—40%, а по рудоносным 5— 15%.

Применение специальных колонковых снарядов (двойных, эжекторных и т. д.), а также режимов бурения не дало поло­ жительных результатов. Поэтому руководством предприятия бы­ ло предложено применить метод отбора бороздовых проб со сте­ нок скважин.

Объемы проведенных на месторождении опытных работ бы­ ли незначительными, так как преследовалась в основном одна цель — выявить возможность применения предлагаемого способа опробования для получения качественных проб из слабосцементированных гравелитов, дающих весьма низкий выход керна при колонковом разведочном бурении.

На месторождении были опробованы две скважины и ото­ браны три пары бороздовых проб по гравелитам с глубин 80— 128 м (табл. 31). Пробы отбирались сразу же после пересечения рудоносных пород, чтобы исключить разрушение стенок скважин на участках отбора проб.

Особенностью рудоносных гравелитов данного месторожде­ ния является то, что галька, а иногда мелкие валуны, составля­

116

Т а б л и ц а 31

Результаты бороздового опробования полезных ископаемых на некоторых месторождениях Восточной Сибири

* С учетом коэффициента разубожнвания керна k=\ ,93.

может успешно применяться для качественного опробования слабых, неоднородных по составу рудоносных пород, дающих весьма низкий выход керна при колонковом бурении. Результа­ ты этих работ послужили основанием для постановки более ши­ роких исследований на другом, более крупном месторождении Таежное.

Работы по отбору бороздовых проб со стенок скважин про­ водились на двух участках месторождения— Северном и Запад­ ном.

Геологические разрезы участков несколько отличаются друг от друга. Северный участок сложен в основном крупновалун­ ными, глыбовыми и галечными конгломератами. Валуны и галь­ ки представлены изверженными породами VIII—X категорий и составляют около 50—60%, достигая иногда 80—90%. Цемент слабый, IV—VI категорий, чаще песчано-глинистый и редко карбонатный. Изредка в разрезе встречаются маломощные про­ пластки гравелитов и песчаников IV— VII категорий, к которым обычно приурочивается оруденение.

В строении Западного участка принимают участие также конгломераты, но они имеют меньшее распространение, чем на Северном участке. Размеры галек и валунов сравнительно не­ большие — 5—50 мм. Цемент песчано-глинистый, железистый и часто карбонатный. В результате конгломераты более плотные и устойчивые по сравнению с подобными же породами Север­ ного участка. Широкое распространение имеют песчаники, гра­ велиты, алевролиты.

Рудоносные породы обычно представлены гравелитами и пес­ чаниками IV— VIII категорий. Мощность их изменяется в пре­ делах нескольких сантиметров.

Из приведенных описании пород видно, что геологические ус­ ловия на месторождении крайне сложные, особенно на Север­ ном участке, как с точки зрения проходки скважин, так и по­ лучения полноценного керна. Выход керна на месторождении, особенно по рудоносным породам, очень низок — почти в 2 ра­ за ниже нормы (см. табл. 31). К тому же, как показывают ис­ следования, рудный керн в большинстве случаев оказывается разубоженным из-за избирательного истирания и размывания слабого цементирующего материала гравелитов и поэтому не может точно характеризовать разведуемое полезное ископаемое.

В связи с этим на месторождении был применен способ опро­ бования слабых рудоносных пород путем отбора бороздовых проб со стенок скважин. Пробы отбирались двухрезцовыми ви­ брационными пробоотборниками диаметром 89" мм, а в сква­ жинах малого диаметра — однорезцовыми пробоотборниками

D = 73 мм.

Перед отбором проб со стенок скважин проводились геофизи­ ческие исследования: гамма-каротаж и кавернометрпя. Гаммакаротаж проводился для точного установления мощности и глу-

119