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

УДК 622.242.572

Булнаев И. Б. Техника п технология отбора проб при разве­ дочном бурении. М., «Недра», 1974. 184 с.

Работа посвящена актуальном проблеме колонкового буре­ ния 'и отбору проб из разведочных скважин. Рассмотрены основ­ ные факторы, влияющие на качество керна, и объяснены причины его разрушения в процессе бурения. Изложены методика н тех­ ника отбора шлама при колонковом бурении. Предложены новые способы улавливания шлама при помощи скважинных гпдрониклопов п струйных аппаратов.

Книга предназначена для специалистов геологоразведочных партий « экспедиций.

Таблиц 53, иллюстраций 651 список литературы — 76 !газв.

НЕКОТОРЫЕ ФАКТОРЫ,

ВЛИЯЮЩИЕ НА КАЧЕСТВО КЕРНА, ПОЛУЧАЕМОГО ПРИ колонковом

РАЗВЕДОЧНОМ БУРЕНИИ

На данном этапе развития техники и методики разведки ме­ сторождений бурением керн является пока основным материа­ лом для количественной и качественной характеристики полез­ ного ископаемого. Если керн получается полностью и с сохране­ нием естественного строения и структуры, он может дать наи­ более точную информацию о разведуемых породах и рудах. Но проблема получения качественного керна при колонковом буре­ нии все еще остается нерешенной, особенно для трещиноватых, разнородных по составу, перемежающихся пород и руд, из-за крайней сложности условий кернообразования и недостаточной изученности некоторых факторов, способствующих разрушению керна.

В частности, до настоящего времени нет достаточно обосно­ ванной классификации пород и полезных ископаемых по труд­ ности отбора из них керна, что приводит на практике к приме­ нению неэффективных технических средств и технологии буре­ ния; при разработке технологии и средств бурения недостаточ­ но учитывается влияние вибрации снаряда на разрушаемость керна, тогда как этот фактор является одним из основных; сла­ бо изучено влияние на разрушаемость керна таких факторов, как диаметр породоразрушающего инструмента, угол наклона скважины и др.

Данный раздел работы посвящен исследованию влияния ука­ занных факторов на разрушаемость керна, устранение которых позволит повысить качество и количество получаемого керна.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОРОД И ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПО ТРУДНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗ НИХ КЕРНА ПРИ БУРЕНИИ

Для успешного решения проблемы получения качественного керна при разведочном бурении необходимо иметь правильно

5

разработанную классификацию пород и полезных ископаемых по трудности получения из них керна. Наличие подобной клас­ сификации позволит целенаправленно и эффективно проводить мероприятия по повышению выхода керна особенно при буре­ нии легкоразрушаемых пород или полезных ископаемых.

В настоящее время имеются подобные классификации [5, 22, 25, 32, 33, 55, 67], которые сыграли положительную роль при решении задач повышения выхода керна по некоторым видам пород и полезных ископаемых. Но они не получили широкого практического применения из-за наличия в них ряда недостат­ ков, наиболее серьезным из которых является условность.

Породы и полезные ископаемые разделены на группы по трудности получения керна условно, по отдельным признакам, без подтверждения конкретными данными, характеризующими степень разрушения керна в процессе бурения. Поэтому трудно отнести исследуемую породу или полезные ископаемое к той или другой группе, основываясь на таких признаках, как моно­ литные и малотрещпноватые скальные породы [23, 33] или по­ роды и полезные ископаемые с жесткой, преимущественно кри­ сталлизационной связью между зернами [67] и т. д.

Приведем пример из практики. Монолитный, малотрещинова­ тый крупнокристаллический пегматит (IX категории, щ ж = = 1248 кгс/см2), имеющий жесткую связь между зернами, по рассматриваемым классификациям должен быть отнесен к груп­ пе пород, дающих 100%-ный выход керна. На самом же деле из-за высокой хрупкости подвергается он в процессе бурения сильному разрушению, и выход керна составляет 60—65% при дробовом и 75— 78% при алмазном способах бурения. Следова­ тельно, по фактическому выходу керна рассматриваемый пег­ матит должен быть отнесен к совершенно другой группе.

Попытки устранения отмеченного выше недостатка были сде­ ланы Ю. Ф. Алексеевым и А. Д. Надежкиным [5], которые в ос­ нову предложенной ими классификации пород по трудности по­ лучения керна положили твердость, растворимость и размывае-

.мость, определяемые экспериментальным путем. Но данная классификация разработана только для осадочных пород Баш­ кирии п с учетом лишь отдельных факторов, влияющих на со­ хранность керна при бурении.

Следующим недостатком рассматриваемых классификаций является то, что такие свойства пород и полезных ископаемых, как размываемость потоком жидкости, разрушаемость по дейст­ вием вибрации, предрасположенность к избирательному истира­ нию и т. д., с учетом •которых производится классификация [22. 25, 33, 67], могут быть установлены только на основе фак­ тических данных, полученных при бурении. Поэтому затруд­ няется использование предложенных классификаций при разра­ ботке мероприятий по повышению количества и качества керна до проведения буровых работ на месторождении.

6

Автором предложен несколько иной принцип классификации пород и полезных ископаемых по трудности получения керна, основанный на использовании коэффициента разрушаемое™ керна ср, определяемого в лабораторных условиях.

При определении коэффициента ср, характеризующего выход керна при колонковом бурении, учитываются особенности фи­ зико-механических свойств пород и полезных ископаемых, а также разрушающие факторы, связанные с техникой и техноло­ гией бурения.

Коэффициент разрушаемое™ керна ср определяется с по­

может устанавливаться под углом от 0 до 90°. На стойках 3, закрепленных к площадке 2, свободно вращается специальный

Внутри переходника 5 пропущена трубка 8, которая служит для отвода промывочной жидкости через шланг 16 и подачи вдоль оси снаряда детали 7, имитирующей при опытах пенек керна на забое скважины. При работе прибора трубка 8 и де­ таль 7 удерживаются от поворота с помощью шпонки. Рабочий ход детали 7 составляет 20—25 см. Распределительное устрой­ ство 15 и маслонасос используются от бурового станка; послед­ ний устанавливается отдельно от прибора и имеет автономный привод.

Для возбуждения поперечного колебания снаряда, являюще­ гося одним из основных разрушающих факторов, в переходник

И, создают поперечное колебание. Частота колебания может регулироваться изменением числа оборотов снаряда или количе­ ства шариков. Сила удара снаряда при его боковом колебании регулируется пружиной 12 путем поджатая или отпуска ее. с помощью маховичка 14.

Промывочная жидкость подается в снаряд через сальник 13. Привод снаряда во вращение производится через клиноремен­ ную передачу от электромотора 9.

На трубе 4 имеется окно для загрузки образцов исследуе­

ваются предварительно на кусочки размером 12—25 мм в по­ перечнике.

Приведенные4размеры кусочков получены опытньш путем. На приборе (рис. 1) проводились серии опытов с образцами пород и руд различной крупности для подбора оптимального размера кусочков, при котором выход керна (за 10 мин опыта),

7

определенным на основе коэффициента ср, приближается к фак­ тическому выходу керна по скважине.

Известно, что на разрушаемость керна при бурении боль­ шое влияние оказывает трещиноватость пород. При определе­ нии коэффициента ср это может быть учтено изменением раз­ мера кусочков. Если исследуемые породы или руды нетрещино­ ватые или разбиты редкой (до 3—5 трещин на 1 м скважины)

/4 и /з

Рис. 1. Прибор для определения коэффициента разру­ шаемое™ керна при бурении.

сетью трещин, размеры кусочков принимаются равными 25 мм. В трещиноватых породах,' когда на 1 м скважины наблю­ дается до 15—20 трещин, размеры кусочков следует принимать

равными 20 мм.

И, наконец, в сильно трещиноватых, брекчированных поро­ дах и рудах, разбитых густой (более 20—25 трещин на 1 м) сетью трещин, размеры кусочков исследуемых пород и руд не­ обходимо уменьшить до 12 мм.

Указанные зависимости, полученные опытным путем в лабо­ раторных условиях хорошо, подтверждаются данными практики.

Наблюдения проводились на Инкурском штокверковом ме­ сторождении при бурении крупно- и среднезернистых кварце­ вых диоритов VIII— IX категорий по буримости. Вблизи днев­ ной поверхности (до 50— 60 м) указанные породы разбиты гу­ стой сетью трещин (до 20 на 1 м скважины), располагаемых в различных плоскостях. На глубинах порядка 70—80 м число

8

вым диоритам различной трещиноватости и выход керна, опре­

диоритам различной трещиноватости, определенный на основе коэффициента ср, мало отличается (на 2—5%) от фактического выхода керна, полученного в производственных условиях. Это указывает на правильность принятой методики учета степени нарушенностн пород и руд на величину коэффициента ср или выход керна.

При подготовке образцов необходимо следить, чтобы кусоч­ ки сохраняли все особенности строения и состава испытывае­

20 л/мпн и включается снаряд со скоростью 180 об/мин. Ампли­ туда поперечного колебания снаряда 3— 5 мм, частота 10— 12 Гц. В процессе проведения опыта деталь 7 подается вдоль оси сна­

ли 7. После этого снова осуществляется подача с заданной ско­ ростью. Продолжительность опытов 10 мин.

В конце опыта оставшийся материал высушивается, взвеши­ вается и определяется коэффициент ср по формуле

где Р\ — исходный вес пробы в г; Р\ — вес материала, оставше­ гося после опыта в г.

5

9