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

бины залегания рудоносной породы в скважине, а кавернометрия— для определения истинного диаметра скважины на уча­ стке отбора проб и точного регулирования выхода резцов про­ боотборника с целью отбойки борозд определенной глубины.

В начальный период полевых работ отбор проб со стенок скважин производился после проходки их до проектной глуби­ ны. Такая методика была предпочтительней, так как не нужно было останавливать скважину для геофизических исследований и отбора проб. Но в условиях данного месторождения она ока­ залась непригодной по следующим причинам:

1. На участках расположения слабых рудоносных пород при значительном удалении забоя (на десятки и сотни метров) ствол скважины сильно разрабатывается, что затрудняет получение качественных проб со стенок скважин.

2. На стенках скважин, в местах сильной фильтрации сво­ бодной воды из глинистого раствора, откладывается толстая глинистая корка, которая засоряет пробу.

По отмеченным причинам отдельные пробы получались разубоженными из-за избирательного разрушения слабого рудонос­ ного материала в гравелитах, и это указывает на необходимость отбора проб сразу лее после вскрытия полезного ископаемого. Исключением могут быть крепкие руды, не подвергающиеся при бурении разрушению под действием бурильных труб и потока промывочной жидкости.

В дальнейшем была применена методика отбора проб сразу же после пересечения полезного ископаемого, что позволило по

ISO

пробы, фактические веса которых в большинстве случаев совпа­ дают с расчетными.

Количество отобранных проб по рудоносным гравелитам со­ ставляет 23. Глубина отбора проб изменялась от 20 до 300 м (см. табл. 31).

Результаты химического анализа бороздовых проб хорошо согласуются с данными гамма-каротажа. Для примера в табл. 32 приведены данные бороздового и геофизического методов опро­ бования гравелитов по скв. 306.

Полевые исследования, проведенные на месторождениях Озерное и Таежное, показали, что метод отбора бороздовых проб со стенок скважин может успешно применяться для каче­ ственного опробования слабых, разнородных по составу и твер­ дости полезных ископаемых, дающих при колонковом бурении низкий выход керна. При проведении опробования сразу же после вскрытия рудоносного горизонта материал, полученный со стенок скважин, отличается достоверностью и точно характери­ зует разведуемое полезное ископаемое.

Отбор бороздовых проб со стенок горизонтальных и пологонаклонных скважин

на месторождении Каменское

Целью исследования являлось выявление возможности при­ менения данного метода для опробования полезных ископаемых в горизонтальных и пологонаклонных скважинах, пробуренных сплошным забоем из подземных горных выработок. Совмеще­ ние высокопроизводительного ударно-вращательного бурения сплошным забоем с методом бороздового опробования полезных ископаемых путем отбора проб со стенок скважин позволит рез­ ко повысить эффективность и качество буровых работ на место­ рождении.

В геологическом строении месторождения принимают участие следующие породы (сверху вниз).

1.Четвертичные отложения.

2.Фельзитовый комплекс пород: лава кварцевых лорфиров, туфолавы фельзитов, фельзиты, относящиеся по буримости к VIII— IX категориям.

Фельзиты, наиболее распространенные на месторождении, имеют массивное строение и, как правило, раздроблены серией трещин различного направления.

3.Дациты и их лавы — породы, умеренно трещиноватые и по буримости относятся к VIII— XI категориям.

4.Конгломераты, крупногалечные включают иногда крупные валуны. Последние чаще представлены крепкими эффузивами.

По буримости конгломераты относятся к VIII—X категориям.

6. Граниты, средне- и крупнозернистые; относятся к IX— категориям по бурпмости.

Общая мощность комплекса пород колеблется в пределах от

300 до 1200 м.

Оруденение локализируется в верхней части разреза от фельзитов до подошвы верхнего покрова трахидацитов и приуроче­ но к тектоническим нарушениям различного направления. Руд­ ный материал отличается низкой механической прочностью (по бурпмости относится к IV—VI категориям) и в процессе буре­ ния подвергается избирательному разрушению.

Сильная трещиноватость, а также хрупкость эффузивных по­ род приводят к интенсивному разрушению керна. Так, напри­ мер, средний процент выхода керна по 32 скважинам составляет

51,5%.

Еще сильнее снижается (17,9%) выход керна при бурении горизонтальных и пологонаклонных скважин.

Недостаточный выход керна по рудоносным породам (40,7%) восполняется на месторождении данными геофизиче­ ских методов исследований в скважинах. Однако результаты этих исследований не могут полностью решить проблему каче­ ственной оценки полезного ископаемого, так как наличие па ме­ сторождении комплексных руд требует обязательного проведе­ ния химических анализов для точного определения содержания отдельных компонентов, без чего запасы руд не могут быть ут­ верждены ГКЗ.

Чтобы получить по всем рудоносным горизонтам достовер­ ные пробы, на месторождении пытались повысить выход керна (до 80%). Для этого было испытано алмазное бурение с пря­ мой промывкой и обратной призабойной циркуляцией промы­ вочной жидкости, а также оптимальные технологические ре­ жимы.

Однако решить проблему получения качественных проб по слабым рудам, особенно при бурении горизонтальных и слабо­ наклонных скважин, из горных выработок не удалось. Поэтому руководством предприятия было предложено испытать метод бороздового опробования скважин.

Следует отметить, что из-за низкой эффективности колонко­ вого бурения значительная часть разведочных скважин бурится сплошным забоем. Для повышения производительности бурения скважины проходят ударно-вращательным способом с примене­ нием погружных пневмоударников. При этом используются сле­ дующие оборудование и инструменты: станки НКР-100М, пнев­ моударник типа П1-75, М-1900 УК и М-48 и породоразрушаю­ щие инструменты типа КГ-105. Сжатый воздух подается из воз­ духопроводной линии рудника под давлением 5—6 кгс/см2.

При применении ударно-вращательного бурения производи­ тельность возрастает почти в 2,5 раза по сравнению с колонко­ вым алмазным бурением станками БСК-2-100М. Но, несмотря

122

на это, бескерновое бурение имеет ограниченное применение и составляет около 20—25% от общего объема подземного буре­ ния на месторождении. Это связано с отсутствием каменного материала по рудным зонам, необходимого для проведения хи­ мического анализа комплексных руд. Поэтому решение пробле­ мы получения качественных бороздовых проб со стенок скважин имеет весьма важное значение для месторождения, так как это позволяет при сохранении высокой производительности ударно­ вращательного бескернового способа бурения получить качест­ венный материал для исследования комплексных руд.

Специфическими особенностями отбора проб со стенок гори­ зонтальных и пологонаклонных скважин являются.

1.Необходимость ориентировки пробоотборника в скважине для отбойки бороздовых проб с висячих стенок, которые подвер­ гаются при бурении минимальному разрушению и не загряз­ няются шламом. Кроме того, при отборе проб с висячих стенок обеспечиваются наилучшие условия для полного улавливания материала в пробосбориой трубе.

2.Появляется необходимость принудительной транспорти­ ровки материала, отбитого со стенок скважины, в пробосборную трубу. В вертикальных и крутонаклонных скважинах материал попадает в пробосборник под действием собственного веса.

3.Применение сжатого воздуха вместо промывочной жидко­ сти требует некоторого изменения технологии отбора проб.

При бороздовом опробовании стенок скважин на данном ме­

сторождении возникли также некоторые трудности, связанные с установлением достоверности получаемого материала, так как содержание в бороздовой пробе, отобранной в отдельной точке, часто не совпадает с показаниями гамма-каротажа.. Это вызвано двумя причинами: 1) крайней неравномерностью распределения полезного компонента в руде; 2) радиус действия датчика при­ бора при геофизических исследованиях в несколько раз больше глубины борозды, отбираемой со стенок скважины. Как пока­ зывают исследования, действие второго фактора также связано с неравномерностью распределения полезного компонента в ру­ де, ибо при опробовании руд с равномерным распределением металла указанное явление не оказывает заметного влияния на конечные результаты.

Подобная же картина наблюдается при сравнении результа­

нимались в расчет только те интервалы, где керн получен не ниже 80% с сохранением естественной структуры. Скважины были пробурены с поверхности для разведки тех же рудонос­ ных горизонтов, по которым отбирались бороздовые пробы.

Из приведенных в таблице данных видно, что содержание полезного компонента в керне по отдельным скважинам, даже при высоком проценте его извлечения, сильно отличается от

123

Продолжение табл. 33

показаний гамма-каротажа, и отклонение в ту или другую сто­ рону достигает нескольких десятков, а иногда сотен процентов.

Из изложенного следует, что результаты бороздового опро­ бования в отдельных точках нельзя сравнивать с данными гам­ ма-каротажа, так как при этом могут быть допущены грубыеошибки. Но, как следует из табл. 33, среднее содержание погруппам проб может достаточно точно характеризовать содер­ жание полезного компонента в руде.

На месторождении Каменское было отобрано 68 бороздовых проб по рудоносным породам и 330 проб по вмещающим поро­ дам для проверки их рудоносности. Общий объем интервала опробования составил: по руде 64.2 м и по вмещающим породам 320,8 м. Средняя длина борозды равнялась 1,0 м (см. табл. 31).

Режимы работы вибрационного пробоотборника были сле­ дующими: осеваянагрузка на подвижную муфту вибратора из­ менялась в зависимости от крепости руд в пределах 250—600 кгс. Число оборотов шпинделя станка НКР-ЮОМ постоянное и рав­ няется 76 об/мин, и при наличии на муфтах вибратора по пятя закрепленных шариков частота ударов составляет 380 в минуту.

Следует отметить, что приведенные режимы работы пробо­ отборника были недостаточно эффективными для крепких руд, так как величины наиболее важных параметров — осевой нагруз-

125-

говорят о своевременной и полной транспортировке материала в пробосборную трубу.

Результаты бороздового опробования полезных ископаемых на Каменском месторождении позволяют отметить.

1. При бурении горизонтальных и пологонаклонных скважин небольшой глубины (до 50—80 м) висячие их стенки разраба­

гамма-каротажа, что связано с неравномерностью распределе­ ния металла в руде. Но среднее содержание по группе проб (по 71 пробе) мало отличается от содержания полезного компонен­ та в руде, определенного по результатам каротажа, и состав­ ляет 105,1%. Это говорит о достоверности проб, отбираемых со стенок скважин.

Таким образом, предлагаемый способ отбора проб со стенок скважин может успешно применяться для проведения качествен­ ного опробования полезных ископаемых не только в вертикаль­ ных и наклонных, но и в горизонтальных скважинах, пробурен­ ных из подземных выработок.

Совмещение ударно-вращательного бескернового способа бу­ рения с бороздовым опробованием стенок скважины позволяет не только в 2—3 раза повысить производительность, но и каче­ ство буровых работ.

В заключение необходимо отметить, что в лабораторных и производственных условиях (на пяти месторождениях Восточной Сибири) по трещиноватым, разнородным по составу и твердо­ сти, хрупким рудам, дающим при бурении некачественный керн,, отобрана 191 проба при обшей длине борозд 121,15 м. Около 330 проб (общая длина борозд 320,8 м) отобрано по вмещаю-

127

щнм породам для проверки их рудоносностн при низком выходе керна.

Во всех случаях предлагаемый способ исследования легкоразрушаемых при бурении руд дал положительные результаты л показал высокую экономическую эффективность.

Экономическая эффективность метода отбора проб со стенок скважйн

Об экономической эффективности метода опробования полез­ ных ископаемых путем отбора рудного материала со стенок скважин можно судить по результатам, полученным на Баден­

Условия пробоотбора на этих месторождениях отличалисьие только из-за угла наклона скважин, но и различием в крепости опробуемых руд, степенью разработки ствола скважин, глубиной пробоотбора и т. д. Но тем не менее в обоих случаях метод бороздового опробования полезных ископаемых оказался более экономичным, чем отбор керна. К тому же, если учесть более высокую достоверность проб, получаемых со стенок скважин по легкоразрушаемым породам и полезным ископаемым, то можно отметить, что данный метод опробования является весьма пер­ спективным и может найти широкое применение при разведке твердых полезных ископаемых.

Экономическая эффективность метода бороздового опробования скважин на Баденских месторождениях

В период проведения исследовательских работ по отбору бо­ роздовых проб со стенок скважин на Балейских месторождениях ежегодно проходили до 350 (35—40 тыс. м) разведочных, поис­ ковых, поисково-структурных и картировочных скважин на раз­ личные глубины.

Из указанного числа около 100 скважин подсекают промыш­ ленные рудные жилы.

Ранее отмечалось, что качество получаемого керна, особен­ но на Южном участке месторождения, весьма низкое из-за недо­ статочного выхода керна и избирательного разрушения слабого рудного материала. Поэтому при получении неполноценного кер­ на по рудным жилам прибегают обычно к повторному их подсе­ чению путем искусственного искривления скважин с помощью съемного клина, устанавливаемого выше рудного горизонта в

5—30 м.

В табл. 34 приведены данные о затрате времени на повтор­ ный отбор керна по рудным жилам путем искусственного искрив-

J28

лёния скважин с помощью съемного клийа типа ЛП-2, стоимость выполнения этих работ, а также соответствующие результаты, полученные методом отбора бороздовых проб со стенок сква­ жин с помощью вибрационных пробоотборников. Условия от­ бора проб в обоих случаях были близкими.

Т а б л и ц а 34

Сравнительные технико-экономические показатели, полученные при повторном пересечении рудного тела и отборе бороздовых проб со стенок скважин

Из табл. 34 видно, что при применении метода отбора проб со стенок скважин время, затрачиваемое на выполнение данной операции, сокращается по сравнению с искусственным искривле­ нием скважины почти в 100 раз, а стоимость бороздового опро­ бования составляет в среднем 1 ,2 % от стоимости получения кер­ новой пробы в новой точке. Если годовое количество подсечений рудных жил в среднем составляет 10 0 , то переход на метод от­ бора бороздовых проб со стенок скважин позволит получить

повысить качество опробования, но и улучшить экономические показатели буровых работ на месторождении.