книги из ГПНТБ / Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник

и сохранения керна, потому что мелкорезцовая коническая коронка обеспечивает высокую скорость бурения и легко перерезает твердые прослои.

Забой получается конический, что способствует центрированию ДКС в процессе бурения и уменьшению вибраций. Снаряд ДКС-З-ТПИ обеспечивает надежную заклинку керна, срыв и удержание его во время подъема и легкость извлечения из нее керна. Выход уголь­ ного керна при правильном использовании ДКС-З-ТПИ достигает

Рис. 107. Коронка и кернорватѳль снаряда ДКС-З-ТПИ для получения керна в сложных геологических ус­ ловиях.

кернорвательные пластины; і —

100% при проходе за рейс до 2 м. Режим работы ДКС диаметром 92 мм: а) осевая нагрузка 1000—1300 кгс; б) скорость вращения 150—250 об/мин; в) расход промывочной жидкости 120—200 л/мин.

ДКС со съемочным керноприемником

В настоящее время для извлечения керна приходится поднимать на поверхность длинную колонну бурильных труб, развинчивая ее на отдельные свечи. Более целесообразно иметь коронку с боль­ шой износостойкостью, а керн поднимать на канате через бурильные трубы большого диаметра. Снаряд (рис. 108, а и б) состоит из на­ ружной трубы 4, керноприемника 2, корпуса кернорвателя с рвательным кольцом 1, головки 7 с защелками (фиксаторами) 5 и под­ шипникового устройства 3, исключающего вращение керноприемной трубы в процессе работы снаряда.

В скважинах, заполненных промывочной жидкостью, керноприемник опускается под действием собственного веса со скоростью 1,0— 1,5 м/с. В сухих скважинах керноприемник опускается на тросе. Фиксация его осуществляется защелками 5, обеспечивающими пере­ дачу осевых усилий от поступающего керна через переходник на

колонну бурильных труб. Освобождение и извлечение керноприем-

коронка—штамп 4 опережает обуривающую коронку 2, при этом запорный клапан 5 располагается вертикально между трубами 1 ж3.

В начале подъема керноприемная труба 3 поднимается, клапан 5 захлопывается (труба 1 стоит на забое), затем свинцовый клапан плотно прижимается к гнезду штампом 4, после чего уже произвоводят подъем.

При бурении вторым снарядом (рис. 109, б), после наполнения трубы о керном, бросают шарик 11 и включают насос. Баллон с жидкой углекислотой 6 движется вниз, при этом ниппель 12 надавливает на наклонную плоскость и ломается. Жид­ кая углекислота, находя­ щаяся в баллоне 6 под да­ влением 70 кгс/см2, устрем­ ляется в змеевики вокруг трубы 3 и замораживает керн

с газом.

При бурении снарядом (рис. 109, в) выделяющийся при подъеме газ скопляется в баллоне 7.

Для отбора керна в водо­ носных песках, гравии и галечниках применяют замо­ раживание керна, при этом для промывки применяется дизельное топливо, охлаж­ денное в специальных ус­ тройствах с помощью сухого льда (С02) до температуры от - 1 8 до —24 °С.

Двойные колонковые снаряды эжекторного типа (ЭКС)

При бурении обычными ДКС по тонкослоистым по­ родам, особенно когда от­ дельные прослои значительно отличаются по твердости, происходит частое подклинивание керна в керноприемной трубе и истирание более

слабых прослоев. В таких породах лучшее качество керна достигается при бурении эжекторными (водоструйными) колонковыми снаря­ дами (ЭКС), которые при прямой промывке, осуществляемой через колонну бурильных труб, создают в колонковом снаряде

спомощью эжекторного насоса обратную призабойную промывку.

Вэтом случае в керноприемной трубе возникает восходящий

Эжекторный колонковый снаряд опускается в скважину и уста­ навливается на забой с промывкой. При помощи дробопитателя или путем непосредственной засыпки малых порций в бурильные трубы подают дробь к забою скважины. Промывочной жидкостью дробь транспортируется по каналам насадки 2, диффузора 4 и через канал а выходит в зазор между трубами, откуда через окна дробовой коронки поступает во внешнее кольцевое пространство и подается винтовыми вырезами под торец коронки.

Промывочная жидкость, вытекая с большой скоростью из на­ садки 2, увлекает жидкость, находящуюся в полости патрубка 5, которая смешивается с основным потоком, поступает в диффузор и вытекает через канал а в зазор между трубами. Расход жидкости, отсасываемой из патрубка, восполняется за счет жидкости, которая поступает из керноприемной трубы 15 через трубку 8 и канал б. Промывочная жидкость из межтрубного зазора выходит через окна дробовой коронки к забою, где она распределяется на два потока. Один поток идет по кольцевому пространству к устью сква­ жины, второй — через отверстия в керноприемную трубу. Второй поток способствует продвижению керна в керноприемную трубу и удерживанию дроби под торцом коронки.

Бурение снарядами ЭКС может осуществляться различными породо-разрушающими инструментами. В породах V—VII кате­ горий могут применяться твердосплавные коронки (рис. 110, б); в крепких породах должны использоваться толстостенные алмазные коронки (рис. 110, в).

В сильно трещиноватых тонкослоистых породах V III—XI кате­ горий успешно работают дробовые коронки (рис. 110, а) диаметром 110 мм.

§ 4- ОРИЕНТИРОВАНИЕ КЕРНОВ — КЕРНОМЕТРИЯ

Ориентирование кернов

При бурении структурных скважин отсутствие ориентированного керна нередко приводит к тому, что геологические построения носят схематический характер, а иногда и не отвечают действи­ тельности. Для построения геологических структур необходимо бурить три скважины, не лежащие на одной прямой. При ориенти­ рованном извлечении кернов можно все геологические построения сделать по одной скважине.

Под руководством М. И. Казанцева был выполнен целый комп­ лекс специальных теоретических, экспериментальных и производ­ ственных исследований, обеспечивающих создание новой отрасли геологоразведочной службы — кернометрии.

Керноскоп К-5 (рис. 111) обеспечивает получение ориентирован­ ного керна при любых искривлениях скважин и углах наклона от 0 до 87°, а с приставкой — до 90°. Точность измерения ±3°.

Общий вид керноскопа приведен на рис. 111, а, принципиальная схема прибора — на рис. 111, б. Керноскоп спускается в скважину,

азимутальный и зенитный углы которой замерены, на неориентиро­ ванной бурильной колонне. Прибор со всеми механизмами заключен в защитную трубу 1 . В средней части прибора расположен пружин­ ный двигатель 2 , приводящий во вращение центральное сверло 3 .

Боковое сверло приводится при помощи пары цилиндрических шестерен. Оба сверла при постановке на забой перемещаются вверх,

О—О' — ось прибора, abed — апсидальная плоскость, efgi ■— плоскость ориентации керна

сжимая цилиндрические пружины 5. Когда сверла войдут внутрь прибора на 18 мм, срабатывает автомат пуска пружинного двига­ теля, сверла начинают вращаться и под нагрузкой —80 кге на каж­

линдрического отвеса 5, совпадает с осью скважины О—О', которая, в свою очередь, лежит в вертикальной (апсидальной) плос­

кости abed. Параллельно сверлу 2 имеется боковое сверло 3, соеди­ ненное с центральным сверлом парой шестерен 4. При работе пру­ жинного двигателя, не показанного на рис. 111, б, сверла высвер­ ливают ориентирующие лунки. Линия е/, соединяющая центры сверл, может занять произвольное положение относительно апсидального направления ab, лежащего в апсидальной плоскости. Для ориентирования керна необходимо определить величину угла ф между направлением ab и линией е/. Это измерение автоматически

фиксируется цилиндрическим отвесом 5

сируется пробкой 3, имеющей продольный паз. Магнитная система прибора плотно закрывается крышкой 4 с резиновым уплотнением. Хвостовик корпуса 2 вставляется в разрезную часть специального переходника 5 и закрепляется в нем при помощи болта 6. От керно­ скопа 9 и колонны штанг магнитная система отделена трубами 7 л 8 из немагнитной стали. Все остальные детали устройства также выполнены из немагнитных материалов.

Перед спуском в скважину приставка соединяется трубой 7 со снарядом керноскопа. При этом нуль шкалы компаса должен быть направлен в сторону бокового сверла.

в электропроводящий пласт (жилу) полезного ископаемого (полиме­ таллы, железные руды, антрациты);

2) следить за изменением зенитного угла бурящейся скважины. Аппаратура «Сигнал» состоит из пульта управления, регистра­ тора, соединительных кабелей и проводов. Пульт управления и реги­ стратор устанавливаются на буровой; скважинный прибор монти­ руется в глубинном контейнере, который устанавливается в колон­

ковом снаряде.

Передача информации на поверхность осуществляется по ко­ лонне бурильных труб.

Регистрация электрического сопротивления разбуриваемых пород осуществляется с помощью регистратора, а зенитного угла — с по­ мощью пульта управления.

При использовании аппаратуры «Сигнал»:

1) обеспечивается увеличение длины рейса перед полезным ис­ копаемым;

2)исключается пропуск полезного ископаемого, если его электри­ ческое сопротивление отличается от сопротивления пород кровли;

3)обеспечивается своевременность принятия мер для исправле­ ния ненормально искривляющейся скважины.

§6. ОРИЕНТИРОВАНИЕ КЕРНОВ

СПОМОЩЬЮ МНОГОЗАБОЙНОГО БУРЕНИЯ КОРОТКИХ СТВОЛОВ

В отечественной практике применяется специальный метод ори­ ентированного извлечения керна при направленном бурении сква­ жин бесклиновым способом. Вначале производится искусственное резкое искривление скважины на определенном интервале, осу­ ществляемое с помощью короткого бурового снаряда с двойной или ребристой коронкой и шарнирным переходником. После этого про­ изводится инклинометрия резко искривленного участка и в сква­ жину спускается длинный жесткий снаряд, которым бурится ствол в первоначальном направлении. На интервале 1—3 м основной ствол полностью отходит от искривленного, а из скважины извлекается керн, имеющий вначале форму полумесяца. Такую форму придает керну желоб, являющийся стенкой искривленного ствола и прохо­ дящий вдоль образующих керна. Имея данные о пространствен­ ном положении искривленного ствола по желобу, можно ориенти­ ровать керн на поверхности и определить элементы залегания слоев или плоскостей контактов. В процессе бурения скважины можно неоднократно отбирать такой ориентированный керн с любой глубины, искривляя ствол в нужном интервале и затем снова выпрямляя его. Описанный способ успешно применялся при раз­ ведке угольных пластов Кузбасса.

БУРЕНИЕ ШАРОШЕЧНЫМИ ДОЛОТАМИ НА УСТАНОВКАХ

КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ

§ 1. ШАРОШЕЧНЫЕ ДОЛОТА

При детальной разведке полезных ископаемых, когда геологи­ ческий разрез месторождения уже изучен и скважины задаются для более точного опробования полезного ископаемого, по породам, не содержащим рудных тел, целесообразно бурить породоразру­ шающими инструментами (долотами), не дающими керна.

При бескерновом бурении значительно увеличиваются рейсовые проходки и часто повышается механическая скорость бурения.

Расширению области применения бескернового разведочного бурения способствует развитие геофизических методов исследова­ ния скважин, освоение боковых грунтоносов и расширителей — опробователей.

Для бурения скважин сплошным забоем применяются долота различных типов и конструкций. Выбор типа долота прежде всего зависит от физико-механических свойств горных пород и их буримости. В породах I —V категорий по буримости применяют долота

и для колонкового бурения в породах от самых крепких (XI кате­ гории) до самых мягких (I—II категории по буримости).

Долота типа К (рис. 114,а) предназначены для бурения в поро­ дах IX —XI категорий.