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

Погрешности, допускаемые при определении качества углей при грунтоносном опробовании, весьма незначительны и не пре­

простота конструкции и возможность их применения в скважи­ нах малого диаметра. Но они имеют и существенные недо­ статки.

1.Ограниченность области применения (в основном по мяг­ ким породам и полезным ископаемым).

2.Малый вес проб.

3.Точечный характер отбора образцов, что при неравномер­ ном распределении полезного компонента в рудном теле не по­ зволяет получить достоверные пробы.

4. Сильное нарушение структуры образца, происходящеепри внедрении стакана, что затрудняет изучение строения и фи­ зико-механических свойств исследуемых пород или полезных ис­ копаемых.

Ко второй группе пробоотборников, предназначенных для от­ бора образцов также из мягких и рыхлых пород и руд, отно­ сятся механизмы, срезающие со стенок скважины бороздовыепробы под действием усилия натяжения снаряда. Конструктив­ ной особенностью этих пробоотборников является то, что между стенками скважины распираются с некоторым усилием специ­ альные ножи, которые при перемещении механизма вдоль оси скважины срезают пробы в виде одной или двух борозд.

широкого применения не нашли, так как срезать материал состенок скважин при натяжении снаряда можно только в мягких, рыхлых породах и рудах. Наличие в них даже небольших твер­ дых включений или пропластков делает эти механизмы мало­ эффективными.

Сравнительно широко в практике бурения применяются про­ боотборники третьей группы, основанные на принципе расши­ рения ствола скважины.

Из пробоотборников данного типа наибольшее распростра­ нение получили углерезы конструкции Успенского и Формского- [23). Они часто применяются для отбора проб со стенок скважин по угольным пластам, пробуренным без получения керна (бескерновое бурение) или с недостаточным выходом керна из-за- разрушения его в процессе бурения.

Углерезы могут применяться в породах и полезных ископае­ мых до V—VI категорий по буримости.

Для отбора проб в более крепких рудах применяются шаро­ шечные пробоотборники. Наиболее простыми из них являются:

63;

двухшарошечные пробоотборники конструкции САИГИМСа [72], имеющие неизменный диаметр породообразующего инстру­ мента. Эти пробоотборники получили практическое применение на месторождениях Средней Азии и показали хорошие резуль­ таты [72].

Иногда применяются шарошечные пробоотборники с раз­ движным:]! лапами, приводимыми в действие промывочным на-

•сосом. При вращении снаряда шарошки снимают слой рудного материала, который улавливается в пробосборной трубе.

Достоинством механизмов данной группы является возмож­ ность отбора образцов по породам и рудам средней и высокой крепости. Но существенным их недостатком является то, что пробы получаются в виде измельченного материала. Это затруд­ няет улавливание мелких фракций, особенно при промывке скважины глинистым раствором, а также исключает возмож­ ность восстановления строения разведуемого рудного тела.

Наибольшее распространение в практике бурения получили пробоотборники IV группы, в основу которых положен прин­ цип отбора образцов керна со стенок скважин путем вращатель­ ного бурения коротких скважин по рудному телу.

Из отечественных механизмов подобного типа наиболее со­ вершенным по конструкции является пробоотборник И. Н. Со­ колова СГ-150 [63], который получил практическое применение на нефтяном бурении. Образцы пород получаются в1 виде керна диаметром 22 мм при бурении горизонтальных скважпн на глубину до 50 мм. За один спуск может быть отобрано до 10 об­ разцов. Бурение производится всухую с применением твердо­ сплавных и алмазных породоразрушающих инструментов.

Подобную же конструкцию имеет пробоотборник института горного дела СО АН СССР [58], по привод его осуществляется ■с поверхности через колонну бурильных труб.

Отбор проб может осуществляться в скважинах диаметром 197—298 мм. Диаметр получаемого керна 34 мм, длина — 70 мм. За один спуск отбирается восемь образцов.

Из приведенных характеристик приборов видно, что они при­

Уральского геологического управления [45]. Оценить работоспо­ собность данного механизма пока невозможно из-за отсутствия сведений о результатах испытания его в производственных ус­ ловиях.

За рубежом нашли применение пробоотборники Г. У. Гар­ рета и М. А. Гаррисона. Образцы отбираются путем забурива­ ния коротких (до 300 мм) скважин под углом 20° к оси основной выработки. Бурение осуществляется с промывкой скважины жидкостью.

Размеры получаемого образца: диаметр 25 мм, длина 100—

120 мм.

64

Пробоотборники данной группы имеют следующие недо­ статки.

1 . Сложность конструкции механизмов, а также трудоем­ кость операций по выбуриванию проб со стенок скважин, осо­ бенно по крепким породам и рудам.

2.Керны малого диаметра (20—30 мм), выбуриваемые из стенок скважин вращательным способом, подвергаются такому же. а иногда еще более сильному разрушению, как и керн, по­ лученный из основного ствола. Это приводит к снижению до­ стоверности отбираемых проб.

3.Бурение, осуществляемое некоторыми механизмами всу­ хую. приводит к нарушению структуры образцов ■« термической обработки их в результате нагрева породоразрушающего инст­ румента.

4.Большой диаметр пробоотборников исключает применение их в разведочных скважинах малого диаметра.

Механизмы, относящиеся к V группе, находятся в стадии раз­ работки и 'Имеют большие перспективы. В Англин запатентован пробоотборник, который выпиливает со стенок скважин бороздо­ вую пробу с помощью двух алмазных дисков, установленных под углом друг к другу.

Подобный же механизм сконструирован и апробирован в США.

Рассмотренные пробоотборники обладают рядом достоинств: 1 ) возможность отбора бороздовых проб по породам и рудам

высокой крепости;

2 ) выдержанность формы и размеров борозд, что повышает достоверность отбираемого материала, особенно при опробова­ нии разнородных по состав}- и твердости перемежающихся по­ род и руд.

Но наряду с отмеченными достоинствами они имеют и ряд недостатков, как, например, сложность конструкции и большой диаметр, что исключает возможность их применения в скважи­ нах малого диаметра (менее 170 мм), проходимых при разведке твердых полезных '-ископаемых.

Метод отбора проб со стенок скважин путем взрыва спе­ циальных торпед (VI группа) большого распространения не по­ лучил. Но опыт отбора крупных (до 2 т) технологических проб по угольным пластам в Иркутском геологическом управлении го­ ворит об эффективности данного метода. Так, например, на Кармагайском угольном месторождении [70] из одной опробовательскон скважины, пробуренной диаметром 132 мм, за 10 дней было подмято на поверхность 1674 кг неразубожениого угля. Для набора этого количества угля из керна понадобилось бы пробурить около 20 скважин.

Качество проб, полученных взрывным методом, даже выше керновых, так как в них сохраняются все слабые, хрупкие ком-

поиенты, которые отсутствуют в керне нз-за избирательного раз­ рушения их при бурении.

По стоимости, количеству затраченного времени и возмож­ ности применения па различных глубинах взрывной метод от­ бора технологических проб является рациональным и эконо­ мичным. При соответствующей разработке методики и техниче­ ских средств для отбойки равномерного слоя рудной массы со стенок скважины данный метод может найти применение при опробовании всех видов полезных ископаемых.

Недостатком взрывного метода отбора проб со стенок сква­ жин является неравномерность отбойки руды, что может быть причиной получения недостоверных проб.

КVII группе относятся пробоотборники, с помощью которых со стенок скважин отбираются бороздовые пробы по породам и рудам VII—XI категорий по буримости. Отбойка материала про­ изводится под действием ударных нагрузок, передаваемых на породоразрушающие инструменты при отборе проб.

Кмеханизмам подобной конструкции относится пробоотбор­

ник Кокса, который отбивает короткую (до 5— 8 см) борозду с помощью заостренной пули, выстреливаемой под некоторым углом к стенкам скважины. Достоинством данного пробоотбор­ ника является возможность получения образцов из сравни­ тельно крепких пород и руд.

Но он не лишен и недостатков.

1. Бороздовая проба отбивается не по всей мощности опро­ буемого горизонта, а лишь на небольшом участке (до 5—8 см). Причем глубина борозды не выдержана по длине, что отрица­ тельно сказывается на достоверности отбираемого материала, особенно при 'неравномерном распределении полезного компо­ нента в руде.

2.За один спуск можно отобрать лишь одну небольшую пробу.

3.В крепких породах и рудах стальная пуля, направленная под острым углом к стенке скважины, не внедряется и не отби­ вает нужную пробу.

Из приведенного краткого анализа видно, что как в нашей

стране, так и за рубежом вопросам отбора проб со стенок сква­ жины уделяется большое внимание. Подтверждением этому служит разнообразие технических средств, созданных для реше­ ния этой задачи. Но, к сожалению, ни один из рассмотренных пробоотборников не получил широкого практического примене­ ния из-за наличия в них конструктивных недостатков, по при­ чинам технологического характера или из-за низкой достоверно­ сти проб, получаемых для опробования полезного ископаемого.

Сравнительно хорошие результаты при решении данной про­ блемы получены на нефтяном бурении, где проходят скважины большого диаметра. В данном случае габаритные размеры пробоотборников позволяют монтировать в них достаточно­

66

сложные узлы, такие как конический редуктор (ИГД СО АН

СССР), дисковые алмазные пилы (дисковые пробоотборники),

ную конструкцию и позволяют отбирать пробы по породам и рудам различной крепости.

При разведке твердых полезных ископаемых, когда диа­ метр скважин не превышает 76—92 мм, создание работоспособ­

ются вдавливанием заостренных цилиндрических стаканов ма­ лого диаметра или срезанием специальными ножами при осе­ вом перемещении бурового снаряда.

Но, как показывает практика, большой интерес представля­ ет получение достоверных проб со стенок скважин из крепких, трещиноватых, разнородных по составу и твердости, переслаи­ вающихся пород и руд, которые при колонковом бурении дают низкий выход керна или керн подвергается избирательному разрушению.

Существующие пробоотборники эту проблему не решают. Некоторое применение находят шарошечные пробоотборники САИГИМСа с раздвижными лапами, но, как указывалось, су­ щественным их недостатком является трудность полного улав­ ливания измельченного материала, особенно при промывке скважины глинистым раствором. Так, например Е. С. Ахмеджанов, указывая на полноту улавливания материала пробоотбор­ ником САИГИМСа, отмечает, что «в процессе отбора проб улавливается 40— 60% образуемого шлама, что соответствует естественному сокращению пробы...». С положением о том, что при потере около 50% отбираемого материала осуществляется естественное сокращение пробы, согласиться никак нельзя по ■следующи м причинам.

1. В потоке жидкости происходит быстрая дифференциация частиц по удельным весам и размерам. Это особенно заметно, когда полезный компонент и вмещающие породы отличаются друг от друга своими физико-механическими свойствами. Бо­ лее тяжелые и крупные частицы быстрее осаждаются в потоке и полнее улавливаются в пробосборнике, чем легкие и мелкие частицы, которые в основном уносятся потоком на поверхность.

3* 67

3— 5 мы. Он служит для сброса промывочной жидкости в сква­ жину и создания определенного перепада давления над поршнем 16. Если давление в камере поддерживается с помощью кла­ панного устройства, то отверстие 12 не сверлится.

Нижняя муфта вибратора 13 ввинчена в стакан 18. В ее то­ рец также запрессованы четыре шарика 23.

Стакан 18 удерживается от поворота относительно переход­ ника 14 шпонками 15. Внутри стакана располагаются поршень 16, шток 19 и пружина 17. В нижней части стакана имеется

69