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

небольшое натяжение, чтобы устранить упругое растяжение троса и перекрыть промывочные окна 7 на трубке 12 путем ■смещения цилиндра, связанного с головкой 6, а затем барабан

Рис. 8. Колонковый снаряд с втягивающейся эла­ стичной оболочкой.

.лебедки тормозится. После этого промывочная жидкость не мо­ жет попасть внутрь трубки 12 и эластичной оболочки.

В процессе бурения,.по мере углубки скважины, эластичная оболочка, длина которой равна 2,0—2,5 м, постепенно стяги­

30

вается с кернопрнемной трубы и принудительно транспортирует керн в приемную трубу.

В конце репса головка 6 входит в коническую расточку пе­ реходника 3, и захваты 5, поворачиваясь вокруг оси, автомати­ чески освобождают ловитель. Если рейс закончен раньше уста­ новленного времени, то включается лебедка механизма привода, и оболочка стягивается с керноприемной трубы принудительно до освобождения ловителя.

При подъеме снаряда раздробленный керн удерживается эластичной оболочкой, благодаря чему потери его полностьюисключаются. В крепких, монолитных породах или рудах для срыва керна ниже эластичной оболочки устанавливается рвательное кольцо.

Бурение может осуществляться как твердосплавными, так и алмазными коронками.

Отличительной особенностью ДКС данной конструкции яв­ ляется то, что керн, попавший в эластичную оболочку, полностью изолируется от действия разрушающих сил. В частности, исклю­ чается не только размывающее действие потока промывочной жидкости, но и истирание керна, так как отдельные кусочки или столбики плотно обхватываются оболочкой и изолируются не­ только от приемной трубы, но и друг от друга. В связи с этим устраняется самозаклинивание керна, являющееся основным разрушающим фактором, особенно при бурении трещиноватых, разнородных по составу, хрупких горных пород. Предохраняетсякерн также и от действия вибрации снаряда, особенно попереч­ ной, так как натянутая эластичная оболочка служит хорошим амортизирующим устройством.

Практическое применение предлагаемого снаряда позволит значительно повысить количество и качество получаемого керна,, особенно при бурении хрупких, трещиноватых, перемежающихся по твердости пород и полезных ископаемых.

На основании полученных результатов исследований можноотметить следующее.

1. В процессе бурения колонковый снаряд подвергается про-, дольному и поперечному колебаниям, которые оказывают зна­ чительное влияние как на количество, так и качество отбирае­ мого керна.

2.Наиболее сильное разрушающее действие на керн оказы­ вает поперечное колебание снаряда, так как оно вызывает раздробление и уплотнение керна в приемной трубе, что приво­ дит к самозаклинке, истиранию и размыванию керна.

3.Продольное колебание снаряда вызывает менее интенсив­ ное разрушение керна, а иногда, особенно при бурении сравни­ тельно некрепких пород или руд, даже способствует лучшему его сохранению, так как оно ослабляет силы трения и сцепле­ ния между отдельными кусочками и трубой, следовательно, самозаклнннвание и разрушение керна.

ЗГ

4. Устранить полностью .колебание снаряда при бурен практически невозможно, но можно добиться снижения его ин­ тенсивности путем правильного подбора режимов бурения, применения антивибрационных средств и специальных колонко­ вых снарядов.

ВЛИЯНИЕ ДИАМЕТРА ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НА ВЫХОД КЕРНА

Влияние диаметра породоразрушающего инструмента на вы­ ход керна изучено еще недостаточно. Многие исследователи счи­ тают [42, 53, 65], что уменьшение диаметра коронок приводит к ■снижению выхода керна. Повышенное разрушение керна малого диаметра объясняют в основном уменьшением его прочности, что видно из формулы

под действием вибрации и ударов бурового снаряда, что вызы­ вает часто самозаклинку и разрушение его в процессе бурения.

Результаты, полученные другими исследователями [12] при бурении сильно трещиноватых пород, показывают, что с увели­ чением диаметра бурения иногда выход керна, наоборот, сни­ жается. Это объясняют тем, что керн большого диаметра рас­ падается по трещинам на множество кусочков, которые в про­ цессе бурения чаще заклинивают друг друга в колонковой трубе и интенсивно истираются. При малом диаметре бурения, когда размеры образующихся кусочков соответствуют диаметру кана­ ла керноприемной трубы, самозаклннка и истирание керна уменьшаются. Имеются работы [27, 68], авторы которых счи­ тают, что изменение диаметра породоразрушающего инстру­ мента не оказывает существенного влияния на выход керна. Поэтому они рекомендуют переходить на малые диаметры, не­ зависимо от свойств и строения буримых пород и полезных ископаемых.

Авторы этих выводов в основном правы, и результаты их исследований верны применительно к определенным группам пород или полезных ископаемых, обладающим различными фн-

.зико-механическими свойствами.

Объемы бурения скважин малого диаметра (76 мм и менее) непрерывно растут и к 1957 г. достигнут 50% от общего объе­ ма разведочного бурения на твердые полезные ископаемые.

Переход на малые диаметры позволяет резко повысить про-

.изводительиость, а также экономическую эффективность буро­ вых работ [15, 26, 37 и др.].

■32

диаметры бурения.

Геологический разрез представлен породами осадочного комплекса — конгломератами, гравелитами, кварцитами, извест­ няками, кристаллическими сланцами и т.д. Средняя категория по буримости — 7, 8 .

До 1965 г. эти породы бурились в основном дробовым и твердосплавным способами (D= 112 и 93 мм), а с 1965 г. партия перешла на малые (76 и 59 мм) диаметры, и дробовое бурение было полностью заменено твердосплавным. В результате резко возросла механическая скорость бурения, что видно из усред­ ненных данных, приведенных в табл. 8 .

Таблица 8

Изменение имох в зависимости от диаметра породоразрушающего инструмента

Из табл. 8 видно, что уменьшение диаметра породоразру­ шающего инструмента со 112 мм до 59 мм позволило повысить механическую скорость бурения почти в 3 раза. При этом про­ изводительность на станко-месяц возросла на 38%.

Подобные же результаты были получены и в других геоло­ горазведочных партиях [37].

Для более детального изучения данного вопроса автором был проанализирован большой фактический материал, получен­ ный при проходке около 10 000 м скважин на ряде рудных и не­ рудных месторождений Восточной Сибири. Скважины бурились алмазным, твердосплавным и дробовым способами при диа­ метрах породоразрушающего инструмента от 59 до 132 мм. Породы имели различные физико-механические свойства (от слабых до весьма крепких) и структурно-текстурные особенно­ сти (зернистость, слоистость, трещиноватость и т.д.).

Впроцессе исследования все эти породы были разбиты на группы по буримости, однородности состава и структурно-текс­ турным признакам. Затем в каждой группе определялся сред­ ний процент выхода керна в зависимости от диаметра и типа породоразрушающего инструмента.

Вмонолитных, однородных по составу породах и полезных ископаемых независимо от их крепости (за исключением мягких

и хрупких разностей) диаметр породоразрушающего инстру­ мента не оказывает существенного влияния на выход керна (рис. 9, кривые 1—4). Из приведенных на рисунке кривых вид­ но, что, несмотря на большое различие их по буримости (VII— XI категорий), характер изменения выхода керна в зависимости от диаметра коронок остается одинаковым для всех исследован­

выход керна. Чем меньше диаметр инструмента, тем сильнее

2,5—5 раз ниже, чем в направлении, перпендикулярном к этим плоскостям (табл. 9).

В результате керн, особенно малого диаметра, еще в самом начале его образования под воздействием бурового снаряда распадается по ослабленным участкам на отдельные части, ко­ торые часто заклиниваются в трубе и интенсивно разрушаются. Этому в значительной степени способствуют вибрация и боковое

34

коронки в процессе бурения.

Подобным же образом происходит разрушение керна при бурении разнородных по составу и твердости пород типа кон­ гломератов. Степень разрушения керна в зависимости от диа­ метра породоразрушающего инструмента в данном случае тем выше, чем больше разница в твердости между гальками и це­ ментирующим материалом.

В табл. 10 приведены усредненные данные выхода керна в зависимости от диаметра породоразрушающего инструмента, по­ лученные в геологоразведочной партии. Из табл. 10 видно, что при бурении слоистых, сланцеватых и разнородных по составу и крепости пород с уменьшением диаметра коронок соответст­

Подобные же результаты были получены в других партиях, где также разбуривались породы осадочного комплекса (см. рис. 9, кривые 10 и 11).

2* 35

на), т. е. число кусочков, размещаемых в сечении керноприемной трубы, изменялось от 1 до 5.

снаряда 3—5 мм и частота колебаний 12 Гц. Скорость подачи снаряда равнялась 3— 5 см/мин. При самозаклинке керна на­ грузка иа снаряд увеличивалась до 500 кгс, а затем он осво­ бождался расхаживанием снаряда. Продолжительность опыта 30 мим. Результаты исследований, представленные в виде кри­ вых иа рис. 1 0 , показывают, что при увеличении диаметра ко­ лонкового снаряда пли отношения площадей от 1 до 5 выход керна снижается, в частности, по гнейсу на 7%, по мрамору на 16% и по полиметаллической руде, в которой преобладают хрупкие и мягкие сульфиты, на 40%.

Это объясняется в первую очередь возрастанием частоты за­ клинивания раздробленного керна в приемной трубе. Чем боль­ ше диаметр керна, тем большее количество кусочков разме­ щается в сечении колонковой трубы, которые под действием вибрации снаряда и напора промывочной жидкости уплотня­ ются и чаще заклиниваются в керноприемной трубе.

О росте частоты заклинивания раздробленного керна с уве­ личением диаметра колонкового снаряда говорит сокращение длины рейсовой проходки.

По данным И. Ф. Большакова, длина рейса при бурении сильно трещиноватых пород изменяется в зависимости от диа­ метра инструмента следующим образом (табл. 1 2 ).

37

Т а б л и ц а 12

Изменение длины рейса в зависимости от диаметра породоразрушающего инструмента при бурении трещиноватых пород

Из приведенных данных следует, что увеличение диаметра коронки с 46 до 59 мм приводит к сокращению длины рейса почти в 2 раза. Но, как показывают результаты лабораторных исследований, такая зависимость устанавливается при бурении пород и руд выше VII—VIII категорий по буримости. В слабых и хрупких породах и полезных ископаемых заклиненные в тру­ бе кусочки керна легко раздавливаются, в результате чего дли­ на рейса сокращается незначительно, но при этом сильно сни­ жается выход керна.

Следовательно, степень разрушения керна при бурении тре­ щиноватых пород и полезных ископаемых зависит от отноше-

сочков близки к диаметру канала приемной трубы, керн в про­ цессе бурения разрушается незначительно и выход его доста­ точно высок. Если указанное отношение больше двух, то разрушаемость керна возрастает, особенно когда он представлен недостаточно прочным, хрупким материалом.

. 1. В монолитных и однородных по составу и крепости поро­ дах и полезных ископаемых следует бурить скважины инстру­ ментами малого диаметра, так как при этом количество и каче­ ство получаемого керна не снижаются, а производительность значительно возрастает.

2. В разнородных по составу и крепости слоистых, а так хрупких породах и полезных ископаемых диаметр породоразру­ шающего инструмента необходимо увеличивать, при этом соот­ ветственно повышается количество н качество получаемого

керна.

38

3.В крепких, однородных по составу, но сильно трещинова­ тых породах и полезных ископаемых диаметр коронки необхо­ димо подбирать исходя из размера кусочков, образующихся при распаде керна по трещинам, т. е. диаметр породоразрушающего инструмента должен соответствовать размерам образуемых кусочков.

4.При обосновании и выборе, диаметра породоразрушающе­ го инструмента необходимо учитывать не только ожидаемую экономическую эффективность, но и качество буровых работ, за­ висящее от состояния и количества получаемого керна.

ВЛИЯНИЕ УГЛА НАКЛОНА СКВАЖИНЫ НА ВЫХОД КЕРНА

Известно, что разведочные скважины в зависимости от ре­ шаемых задач и геологической обстановки бурятся под различ­ ными зенитными углами. От этого в значительной степени изме­ няется количество и качество получаемого керна.

В монолитных, слаботрещииоватых породах, когда керн при бурении получается в виде ненарушенных столбиков, зенитный угол скважины не оказывает заметного влияния на выход кер­ на [35, 66].

В слабых, переслаивающихся по твердости, сланцеватых и

угол наклона скважины может оказать значительное влияние на характер и степень разрушения керна при бурении.

Для более детального изучения данного вопроса, представ­ ляющего определенный практический интерес, автором был проанализирован фактический материал, полученный при буре­ нии около 2700 м сильно искривленных, а также пологонаклон­ ных и горизонтальных скважин на ряде месторождений Забай­ калья.

Геологический разрез на месторождениях был представлен в основном осадочными и вулканогенными породами: алевроли­ тами, порфиритами, известняками, фельзитами, дацитами, туфа­

нечной глубине зенитный угол отдельных многозабойных сква­ жин достигал 50°—60°.

Пологонаклоиные и горизонтальные скважины (01> 60°) бурились по осадочно-вулканогенным породам (табл. 13) из под­ земных горных выработок.

39