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

глубокий паз, где размещаются выдвижные резцы 27. Они по­ сажены на осп с некоторым зазором, чтобы разгрузить их от ударной нагрузки при отбойке проб вибратором.

В пазах резцов 27 располагается клин 25, навинченный на нижний конец штока 19. Рабочая часть выдвижных резцов ар­ мирована твердосплавными пластинами 28 формы Г-118 пз сплава ВК-15.

Выход резцов 27 за пределы снаряда изменяется в преде­ лах от 10 до 45 мм и регулируется трубой 1. При навинчива­ нии ее на переходник 14 выход их увеличивается, а при сверты­ вании, наоборот, уменьшается. После производства регулировки выхода резцов труба 1 стопорится па переходнике специаль­ ным болтом. Длина резьбы на трубе п переходнике увеличена до 60 мм.

В нижней части окон 29 располагается пробоулавливающее приспособление, состоящее из козырьков 30, изготовленных из резины ,и листового железа, пластинчатых пружин, тросика с крючками н регулировочного винта 26, ввинченного в клин 25.

Приспособление работает следующим образом. В транс­ портном положении снаряда клин 25 под действием пружины 17 занимает крайнее верхнее положение н через винт 26 стяги­ вает козырьки 30, разгибая изогнутые пластинчатые пружины. В начале отбора проб, при перемещении клйна вниз под давле­

Пробоотборник спускается к месту отбора проб на буриль­ ных трубах. При подаче промывочной жидкости в снаряд пор­ шень 16 через шток 19 создает осевое усилие на клин 25, кото­ рый распирает выдвижные резцы 27 между стенками скважины. После этого снаряд без вращения подается вниз.

Под действием двух сил: горизонтальной-распорной (до 400— 500 кгс) и вертикалы-юй-осевой (до 1000— 1500 кгс) заостренные твердосплавные резцы 28 внедряются в стенки скважины и в ру­

ника от вращения при работе шарикового вибратора. Отбойка проб производится под действием ударных нагрузок, передавае­ мых от вибратора.

Для включения в работу шарикового вибратора необходи­ мо создать с помощью утяжеленных труб или гидравлики стан­ ка осевую нагрузку (800— 1000 кгс) на верхнюю муфту вибра­ тора и дать вращение бурильным трубам. При этом свободные шарики 2 2 , вращаясь вместе с муфтой 20, перескакивают через закрепленные шарики 21 и 23 и возбуждают вибрацию с опре­ деленной амплитудой и частотой.

70

Под действием ударов, наносимых подвижной муфтой 20 вибратора, резцы внедряются на заданную глубину и скалывают со стенок скважины крупные (до 30 мм) куски руды, образуя две борозды, располагаемые вдоль оси скважины. Отбитый ма­ териал улавливается в пробосборной трубе 31. Унос мелких фракций, которые составляют хотя и незначительную часть про­ бы, исключается, так как на участке отбойки и улавливания пробы не происходит циркуляции промывочной жидкости. Жид­ кость из пробоотборника сбрасывается в скважину через кла­ панное устройство, располагаемое на расстоянии 1 ,0— 1,2 м выше выдвижных резцов.

Имеется возможность раздельного улавливания проб, отби­ ваемых со стенок скважины каждым резцом. Для этого из оргстекла или жести изготовляется специальный контейнер, со­ стоящий из двух ячеек, разделенных вертикальной перегородкой. Каждая ячейка в верхней части имеет направляющий раструб

сразмерами, соответствующими каналу пробосборной трубы 31,

арабочая часть имеет сечение, соответствующее размерам кусочков 30X30 или 35X35 мм, отбиваемых со стенок сква­ жины.

Перед спуском пробоотборника в скважину контейнер вставляется в пробоотборную трубу таким образом, чтобы ячей­ ки располагались напротив окон пробосборной трубы. В про­ цессе отбора проб со стенок скважин куски руды попадают в соответствующие ячейки и располагаются в них в определенной последовательности, отражая таким образом геологический разрез опробуемого интервала только в перевернутом виде.

Применение вставного контейнера позволяет решить сле­

дующие важные задачи.

1 . Отобрать за один спуск две бороздовые пробы с проти­ воположных стенок скважины, раздельное исследование кото­ рых позволяет не только повысить точность опробования, но и выявить характер распределения полезного компонента в руде.

2. По последовательности расположения кусочков в ячейках можно восстановить строение рудного тела на участке опробо­

типа в двух ячейках установить элементы залегания полезного ископаемого.

При сильной изменчивости содержания полезного компонен­ та в руде за один спуск с интервала опробования может быть отобран ряд проб: вначале производится отбор проб в одной плоскости, а затем, повернув пробоотборник на 90°, можно отобрать еще две пробы. При этом точность бороздового опро­ бования приближается к точности задиркового опробования.

При большой мощности рудного тела возможен секцион­ ный отбор проб, но при этом нужно точно фиксировать начало и конец борозд в каждой секции.

71

После отбора проб насос выключается. При этом выдвиж­ ные резцы и улавливающее приспособление под действием пру­

роздам отбирается вторая пара более глубоких борозд (до 40— 45 мм), материал которых отличается высокой достоверностью, так как избирательное разрушение слабых компонентов в руде в данном случае исключается.

72.

Конструктивно задача решена следующим образом. На бо­ ковых поверхностях выдвижных резцов 3 имеются упорные вы­ ступы 4, которые ограничивают выход резцов за пределы сна­ ряда при отборе проб. Выступы состоят из двух частей: непод­ вижной 4 и откидной 5. Неподвижная часть сделана заодно с

дятся в транспортное положение. Освободившиеся подвижные выступы 5 под действием пружинок 7 откидываются, вращаясь вокруг оси 8. После этого снова включается промывочный на­ сос. Выход выдвижных резцов возрастает в данном случае до 40—45 мм, что позволяет отобрать второй ряд бороздовых проб,

73

углубляя первый на 25—30 мм.

Конструкция пробоотборника позволяет улавливать обе пробы изолированно друг от друга, что дает возможность раз­ дельного их исследования: первой, отобранной непосредственно со стенок скважин, которая может быть подвержена некоторому избирательному разрушению, и второй, полученной с более глу­ боких слоев и не подверженной разрушению в процессе буре­ ния.

В заключение необходимо отметить, что предложенные про­ боотборники были испытаны в лабораторных и производст­ венных условиях и показали надежность в работе при отборе проб на различных глубинах по породам и рудам различной крепости. Пробы, полученные с помощью этих механизмов, отличались высокой достоверностью.

Вибрационные пробоотборники для отбора бороздовых проб со стенок горизонтальных и пологонаклонных скважин

Большой объем разведочного бурения выполняется в под­ земных условиях. Особенностью подземного бурения является то, что часть скважин проходится горизонтально или под не­ большим углом к горизонту.

Анализ фактических данных показывает, что выход керна в горизонтальных и пологонаклонных скважинах значи­ тельно ниже, чем в вертикальных или крутонаклонных. Так, на­ пример, средний процент выхода керна по трещиноватым вул­ каногенным породам Каменского месторождения (по 32 сква­ жинам) составил в вертикальных и крутонаклонных скважинах 51,5%, а в горизонтальных скважинах 17,9%. Поэтому про­ блема получения достоверных проб из легкоразрушаемых при бурении полезных ископаемых возникает с еще большей остро­ той, чем при бурении скважин с поверхности. В связи с этим предлагаемый способ исследования путем отбора проб со стенок скважин может найти применение в данных специфических ус­ ловиях разведки месторождений.

Характерной особенностью бороздового опробования гори­ зонтальных и пологонаклонных скважин является то, что про­ бы необходимо отбирать только с висячих стенок, так как в противном случае затрудняется улавливание отбираемого мате­ риала и транспортировка его в пробосборную трубу. Поэтому пробоотборники, предназначенные для отбора бороздовых проб со -стенок горизонтальных и пологонаклонных скважин, в отли­ чие от ранее описанных механизмов, должны иметь специаль­ ное ориентирующее устройство и приспособление для принуди­ тельной транспортировки материала. На рис. 23 представлен такой пробоотборник, разработанный автором совместно с с Р. П. Мартыненко.

74

Рис. 23. Пробоотборник дли горизонтальны* и пологонаклонных скважин.

Ориентирующее устройство помещается в специальной герметичной камере пробоотборника и состоит из микроэлек­ тродвигателя 7 типа ДГТ-4, на вал которого насажен кулачко­ вый механизм 5, приводящий в колебательное движение пла­ стинчатую пружину 12 с грузом 6. При работе электродвига­ теля последний наносит удары по корпусу пробоотборника. Удары отчетливо передаются через бурильные трубы на рас­ стояние до 200 м. Питание электродвигателя током осуществ­ ляется от батареи 8 типа КБС-Л-0,50. Изолированный непо­ движный контакт 11 располагается в плоскости окна пробосбор­ ной трубы, а подвижный контакт — шарик 3 — свободно пере­ катывается по желобу изолированного контактного кольца 10 и под действием гравитационных сил всегда занимает крайне нижнее положение. Ориентировка пробоотборника в скважине производится следующим образом. Установив выдвижной ре­ зец 4 против границы отбора пробы, поворачивают механизм через бурильные трубы до тех пор, пока не начнет работать зву­ ковой сигнализатор. При этом окно пробосборной трубы уста­ навливается против висячей стенки горизонтальной или полого­ наклонной скважины. После этого подается в снаряд промы­ вочная жидкость пли сжатый воздух, и прижатый к висячей стенке выдвижной резец при осевом перемещении механизма внедряется в стенки скважины. В крепких породах или рудах для отбойки борозды приводится в действие шариковый вибра­ тор через колонну бурильных труб.

В отличие от отбора проб в вертикальных или крутопаклонных скважинах материал, отбиваемый со стенок, скапливается непосредственно у окна н может вызвать забивание клина 3. Для избежания подобного осложнения необходимо осуществ­ лять непрерывную транспортировку отбиваемого со стенок сква­ жины материала в пробосборную трубу. Для этого часть воздуха из камеры сжатия через штуцер 1 и каналы в штоке 2 и клине 3 подается к месту скопления материала пробы. Куски породы или руды, подхваченные потоком, транспортируются в пробосборную трубу и улавливаются в ней, а очищенный воз­ дух выходит в скважину через сетку в верхней части пробосбор­ ной трубы.

Лабораторные и производственные испытания данных пробо­ отборников в горизонтальных и пологовосстающих скважинах показали надежность в работе и возможность отбора качест­ венных бороздовых проб со стенок скважин по рудам VII—

Xкатегорий по буримости.

Взаключение следует отметить, что предложенные вибра­ ционные пробоотборники наиболее полно отвечают требованиям,

предъявляемым к механизмам, применяемым для отбора проб со стенок скважины, и обладают следующими достоинствами.

1. Просты по конструкции и могут изготовляться в услови геологоразведочных партий и экспедиций. .

76

После этого резец на интервале ас (см. рис. 24) снимает со стенок скважины небольшой слой руды путем смятия и скалы­ вания мелких кусочков. В результате материал, получаемый с данного интервала, как правило, раздроблен и перемят. Затем

где Si — площадь отрыва элемента abc в плоскости ас; S2— суммарная площадь скалывания элемента abc с боковых сто­ рон, представляющая собой площади двух прямоугольных треугольников; b — ширина резца.

78

Скол элемента пйс от массива произойдет в том случае, если момент скалывающей силы N станет равным или больше мо­ мента сопротивления породы скалыванию, Т, т. е.

По данной формуле можно определить усилие подачи резца вдоль оси скважины, обеспечивающее скол элемента abc от мас­ сива под действием статической нагрузки. Как показывают результаты исследований по отбору бороздовых проб со стенок скважин, это можно осуществить в породах или полезных иско­ паемых небольшой крепости. Задавшись максимальной вели­ чиной с, по формуле (63) можно определить предельное значе­ ние ор для пород и руд, допускающих отделение кусочков abc со стенок скважины резцами под действием статической осевой нагрузки,

79