Получение геологической информации по данным регистрации параметров процесса бурения (механический каротаж).

Еще одним источником информации о буримых породах можете служить регистрация некоторых параметров процесса бурения, фиксируемых на поверхности непосредственно в процессе бурения. Действительно при бурении в породах, отличающихся друг от друга по своим механическим свойствам и по буримости, основные параметры процесса бурения также будут различны. В первую очередь, это относится к механической скорости бурения (скорости углубки) Так в классификации горных пород по буримости приводится таблица с нормативными значениями механической скорости бурения для пород каждой категории. Если регистрировать (записывать на диаграмме) скорость углубки, то можно четко отмечать границы перехода из одних пород в другие, а, зная геологическое строение разреза, соответственно идентифицировать буримые породы. Очевидно, что изменение скорости углубки может быт вызвано не только сменой пород, но и другими факторами – сменой параметров режима бурения, затуплением ПРИ, самозаклиниванием керна, заполированием алмазной коронки и.т.п. Поэтому, чтобы точно определить причину изменения скорости углубки, необходимо регистрировать и анализировать показатели нескольких параметров процесса бурения. Наиболее эффективно применение шестиканального регистратора параметров процесса бурения «РУМБ-1», который записывает одновременно скорость углубки, осевую нагрузку на ПРИ, частоту вращения, крутящий момент, расход и давление промывочной жидкости. При отсутствии такого регистратора можно ограничиться записью хотя бы двух параметров – скорость углубки и крутящий момент (затраты мощности), при известных значениях частоты вращения и осевой нагрузки.

Такая регистрация и анализ параметров процесса бурения называется «механический каротаж»

Механический каротаж успешно применяется в сочетании с отбором шлама при бескерновом бурении для построения ге6ологического разреза по скважине. Может он использоваться как дополнительное средство и при колонковом бурении, например для предупреждения о приближении к угольному пласту. Ранее было показано, что если не применить специальных мер (двойная колонковая труба типа «штамп»), то керн может быть полностью разрушен. Поскольку в твердых вмещающих породах «штамп» бурить не может, важно точно угадать границу перехода от вмещающих порол к углю. Одним из признаков такого перехода является резкое увеличение скорости углубки. Существует даже специальный прибор «сигнализатор встречи угольного пласта», который при резком увеличении скорости углубки дает звуковой сигнал.

Кроме механического каротажа, выполняемого буровиками, ряд специальных каротажей в скважинах выполняют геофизики, но это уже их компетенция.

2. Только полностью сохраненный без каких-либо изъянов столбик породы с пробуренного интервала

-Керн может обеспечить полную и достоверную геологическую информацию, необходимую для подсчета запасов и проектирования горнодобывающего предприятия.

К сожалению, условия, при которых в процессе бурения получается целый, прочный, без изъянов столбик породы, встречаются крайне редко. В большинстве случаев разведочного бурения, разрезы по скважинам представлены породами слабыми, размываемыми, перемежающимися, трещиноватыми, раздробленными, разрушенными. Причем самые неблагоприятные условия для получения качественного керна – разрушенные, раздробленные, размываемые породы часто приурочены к зонам полезного ископаемого, что объясняется тем, что многие полезные ископаемые образовались в зонах разломов или в подобных геологических структурах.

Существует несколько классификаций горных пород и полезных ископаемых по трудности получения керна. Наиболее полная и полезная, поскольку в ней приведены не только характеристики пород, но и рекомендованы средства для получения качественного керна представлена в работе П.П. Понамарев и др. «Отбор керна при геологоразведочном бурении».

Для оценки результата по представительности получаемого керна предлагались разные методы – весовой объемный, линейный. Первые два метода более объективны, но не практичны в исполнении: для использования весового метода надо знать плотности пород, слагаемых керн и их количественное соотношение в керне, что в практических условиях не реально. Для реализации объемного метода надо весь керн помещать в емкость с жидкостью и замерять объем вытесненной жидкости, что тоже не реально, поскольку при наличии в керне мягких пород или прослоек приведет к потере части керна. Остается линейный «выход керна» - отношение длины поднятого керна, сложенного в столбик. к длине пробуренного интервала в процентах. Например, если пробурено 5 метров, а сложенный в столбик (разложенный в керновый ящик с длиной ячеек 1 метр) керн имеет длину 4 метра – выход керна составляет 80%. Оценка по линейному выходу керна является общепринятой. К сожалению, этот метод не только не точен количественно, но не отражает качественной оценки полученного керна. Дело в том, что в составе пробуренных пород могут быть мелкие прослойки или включения ценного полезного ископаемого, например золота, платины молибдена и т.п. Эти материалы значительно слабее и мягче, чем вмещающая порода, часто кварц или подобная. В процессе бурения полезный компонент может быть полностью разрушен и вымыт из керна. На поверхности мы получаем 100% выход керна, но фактически брак, поскольку потерян главный компонент, ради которого бурилась скважина. Следовательно, керн может считаться кондиционным, т.е. полным и представительным, если он будет полным по количеству и содержать все компоненты пород пройденного интервала.

Можно выделить четыре направления для обеспечения получения кондиционного керна:

1. Анализ факторов, вызывающих разрушение керна.

2. Технологические мероприятия по обеспечению получения качественного керна.

3. Технические средства для получения качественного керна.

4. Технико-технологические мероприятия для получения кондиционного керна.

3. Как уже говорилось – идеальный керн бывает только при идеальных геологических условиях. В остальных случаях в процессе бурения столбик породы частично, а иногда и полностью разрушается и на поверхность поднимается только 20 – 50% керна или керн без некоторых составных прослоев пород. Что же происходит в процессе бурения с обуреваемой коронкой породой, которая должна составлять керн. Действительно, на образующийся столбик породы действует ряд факторов, главные из которых три:

- воздействие потока очистного агента;

- вращение колонковой трубы;

- разрушение керна резцами коронки.

Эти факторы могут действовать – разрушать керн по одиночке или, чаще, совместно.

а б в г

Рис. 48

1. Воздействие потока очистного агента.

Поток промывочной жидкости при обычной прямой циркуляции – враг керна номер один! Прямой поток воздуха в меньшей степени, но тоже способствует разрушению керна. Поток промывочной жидкости либо прямо способствует разрушению керна, либо помогает разрушать керн другим факторам.

Первое основное прямое воздействие потока жидкости в мягких породах размывание образующегося столбика керна за счет силового воздействия струи жидкости (рис. 48а). Струя жидкости выходящая из переходника ударяет по верхнему концу столбика керна, далее двигаясь с большой скоростью в узком кольцевом сечении между керном и внутренней стенкой колонковой трубы, продолжает размывать керн, При бурении в наиболее рыхлых породах керн может полностью размываться и бурение фактически становится бескерновым.

Второй случай разрушения керна промывочной жидкостью – растворение породы, составляющей керн, если это растворимые породы, например отложения солей.

Третий вариант – расплавление при бурении мерзлых, льдистых пород.