Особенности технологического режима бурения

Надежность результатов разведки золоторудных месторождений бурением во многом определяется их геологическими особенностями, морфологией рудных тел, условиями залегания, характером распреде­ления полезного компонента, текстуро-структурными особенностями руд, физико — механическими свойствами вмещающих пород и руд. Важней­шее условие получения надежных результатов опробования скважин — получение высокого выхода керна и снижение степени его избира­тельного истирания в процессе геологоразведочного бурения.

Этого можно добиться правильным выбором технических средств и параметров технологического режима бурения применительно к конкретным особенностям геологического строения разведуемых место­рождений.

Для типизации условий отбора буровых проб в зависимости от признаков, определяющих требования к надежности буровых проб: осо­бенностей геологического строения, мощности рудных тел, характера гео­логических границ и степени неравномерности распределения рудной минерализации, рудные тела месторождений разделены на четыре груп­пы (табл. 25).

В группу А включены месторождения, представленные маломощными рудными телами с четкими геологическими границами, неравномерным и

Таблица 25

Группировка золоторудных месторождений по условиям отбора буровых проб

весьма неравномерным распределением рудной минерализации, в ряде случаев с невыдержанной мощностью и прерывистым промышленным оруденением. В эту группу вошли рудные тела типа жил и жильных зон малой мощности.

К группе Б отнесены жильные зоны и жильные штокверки средней мощности с неравномерным распределением рудной минерализации, от­носительно выдержанной мощностью и наличием геологических границ.

В группу В вошли рудные тела большой мощности с относительно равномерным распределением рудной минерализации (жильные зоны, ми­нерализованные зоны, вкрапленные руды штокверков).

В группу Г — рудные тела колчеданных залежей с относительно равномерным распределением рудной минерализации.

Некоторые из перечисленных групп рудных тел могут быть пред­ставлены рудами, которые характеризуются различной степенью разру­шения и избирательного истирания керна при воздействии на него промывочной жидкости и вибраций, возникающих при бурении. Поэтому внут­ри групп рудных тел выделены подгруппы (по степени трудности получения надежных буровых проб), отличающиеся однородностью по твердости и прочности (однородные, перемежающиеся), степени подверженности кер­на разрушению при бурении (слабая, средняя, значительная и весьма значительная), подверженности керна избирательному истиранию (под­вержены, не подвержены).

На основании анализа характера основных морфологических типов рудных тел коренных месторождений золота, в рудных телах группы А выделены три подгруппы (1, 2, 3) руд по признакам, характеризующим степень подверженности керна разрушению, избирательному истиранию и размыву промывочной жидкостью. По этим признакам в группе Б вы­делены 2-я и 3-я подгруппы; в группе В и Г— 1-я и 2-я подгруппы.

В рудных телах, отнесенных по предложенной классификации в группу А, необходимо точно определить мощность жилы, особенности ее строения, наличие и мощность зальбандов. Часто наибольшую про­мышленную ценность представляют призальбандовые участки жилы, а при полосчатых текстурах жил — отдельные полосы. Исходя из этих особенностей, при отборе проб в жильных рудных телах необходимо добиваться максимального выхода керна с хорошей сохранностью его структуры, чтобы иметь возможность Точно определить мощность жилы и зальбандов, а также получить достоверные сведения об их первоначаль­ной структуре. Для обеспечения хорошей сохранности структуры керна следует применять колонковые снаряды, диаметр которых не должен быть меньше 73 мм.

В рудах 1-й подгруппы группы А, керн которых подвержен слабо­му разрушению, не подтвержден избирательному истиранию и размыву промывочной жидкостью, допустимо применение технических средств, ра­ботающих при прямом направлении потока промывочной жидкости.

В рудах 2-й подгруппы группы А, керн которых хотя и не подвержен размыву и избирательному истиранию, но склонен к разрушению. Во из­бежание вымывания мелких частиц под торец коронки и в затрубное пространство следует применять технические средства, обеспечивающие полную изоляцию керна от промывочной жидкости при прямом направ­лении потока либо обратную циркуляцию в призабойной зоне. В неустой­чивых породах должна обеспечиваться предварительная прямая промывка скважины.

В рудах 3-й подгруппы группы А, характеризующихся перемежаю­щимися по твердости и прочности прослоями, слабой сцементированностью и высокой трещиноватостью, керн которых в значительной сте­пени подвержен разрушению, избирательному истиранию и размыву про­мывочной жидкостью, следует применять технические средства, обеспечи­вающие обратное направление потока промывочной жидкости в приза­бойной зоне, а также отбор шламовых проб. При наличии на забое шлама и частиц породы необходимо предусмотреть предварительную прямую про­мывку забоя.

Рудные тела группы Б, объединяющие жильные зоны и жильные штокверки, отличаются от жильного типа большей мощностью. Эти рудные тела обычно приурочены к крупным тектоническим зонам силь­нотрещиноватых пород, в прослоях которых размещаются невыдержанные по мощности рудные зоны, прожилки, линзовидные тела и т. п. В связи со сравнительно большой мощностью жильных зон и жильных штокверков, каждое скважинное пересечение включает несколько проб, а это повышает надежность опробования. Поэтому требования к сохранности структуры керна при отборе проб в этих рудных телах менее жестки, чем при опробо­вании рудных тел жильного типа. Диаметр керна определяется массой керна, которая необходима для проведения основных и контрольных ана­лизов и выделения дубликатов проб.

Требования в полноте выхода керна определяются в основном подверженностью рудных тел избирательному истиранию. В рудах, керн которых подвержен разрушению, но не подвержен избирательному истиранию (2-я группа), опробование может быть надежным при выходе корил более 70%. Поэтому допустимо применение технических средств с при мой циркуляцией потока промывочной жидкости при диаметре алмазных коронок 59 и твердосплавных 76 мм. В рудах, керн которых в различной степени подвержен разрушению и избирательному истиранию (3-я подгруппа) надежность опробования по керну может быть обеспечена только при высоком выходе керна. Возможность опробования только по керну должна быть доказана заверочными работами. При недостаточной надежности опробования только по керну необходимо применять технические средства, обеспечивающие обратную призабойную циркуляцию промывом ной жидкости и получение керно-шламовых проб. При попадании на забои материала с других интервалов должна обеспечиваться предварительная прямая промывка забоя.

В группе В объединены мощные рудные тела минерализованных зон и штокверков. Эти рудные тела часто характеризуются вкрапленным оруденением. Относительно равномерное распределение рудной минерализации позволяет получать достаточно удовлетворительные результаты опробования при выходе керна 70 % даже в тех случаях, когда имеет место разрушение керна. На стадии детальной разведки границы рудного тел.-i уже определены и промежуточные скважины можно бурить без отбора керна с опробованием по шламу.

Избирательному истиранию руды группы В подвержены в незначительной степени и оно существенно не сказывается на точности опробования.

В рудах 1-й подгруппы группы В, керн которых подвержен слабому разрушению, для отбора проб могут применяться любые технические средства (даже простые колонковые снаряды). Выбор технических средств м этом случае определяется в зависимости от условий бурения (глубины скважины, степени однородности пород в разрезе, их устойчивости и т. п.), Основные критерии выбора технических средств бурения и отбора проб: обеспечение выхода керна более 70 % и максимальная производительность бурения.

В рудах 1-й подгруппы группы Г допустимо применение любых технических средств, обеспечивающих выход керна или керна и шлама более 70 %. В рудах 2-й подгруппы, керн которых в значительной степени подвержен разрушению, следует применять снаряды с прямой циркуляцией потока промывочной жидкости, обеспечивающие изоляцию керна от ее воздействия.

Для повышения выхода керна используются различные колонковые снаряды, которые в зависимости от направления потока промывочной жидкости в призабойной зоне делятся на три группы: для бурения с прямой, обратной и с комбинированной (переменной) промывкой забоя. К первой группе относятся различные типы двойных колонковых снарядов (ДКС), наибольшее распространение из которых имеют ДКС, разработанные ВИТР ВПО «Союзгеотехника». Серийно изготавливают две разновидности ДКС: с вращающейся и невращающейся в процессе бурения внутренней (керноприемной) трубой. Выпускаются два типа ДКС с вращающейся внутренней трубой — ТДВ-1 и ТДВ-2 для бурения коронками диаметром 76 и 59 мм. Основное отличие этих снарядов в том, что ДКС первого типа обеспечивают при одинаковых диаметрах бурения большой диаметр керна. Это достигается за счет применения более тонко стенных труб и уменьшения зазора между ними.

ДКС первого типа (ТДВ-1) предназначены для отбора керна в горных породах V—XII категорий серийными твердосплавными и алмазными коронками, имеющими нормальную ширину торца. Это позволяет получать керн такого же диаметра, что и при использовании одинарных колон­ковых снарядов (ОКС), а для достижения высокой механической ско­рости бурения не требуется увеличивать осевое давление. Промывка сква­жин осуществляется только водой.

К недостаткам этих снарядов относится частичное предохранение керна от воздействия потока промывочной жидкости и не защищен­ность от ударов, возникающих из-за вибрации бурового снаряда. Кроме того, эти снаряды можно применять только при бурении устойчивых слабо­трещиноватых пород, так как их конструкция не позволяет промывку гли­нистыми растворами.

Снаряды типа ТДВ-2 в отличие от ТДВ-1 имеют большие зазоры между трубами и могут быть использованы при промывке скважины водой и глинистым раствором. Снаряды этого типа применяются с алмазными коронками специальной конструкции, имеющими увеличенную ширину матрицы. Они используются в основном в условиях трещиноватых пород. Как ив других конструкциях ДКС с вращающейся внутренней трубой, В снарядах ТДВ-2 керн не защищен от ударов и истирания.

Для лучшего предохранения керна от ударов и трения применяются ДКС, внутренняя труба которых связана с переходником подшип­никовым узлом и при бурении не вращается. ВИТР ВПО «Союзгеотехника» разработаны четыре модификации ДКС с невращающейся внутренней трубой: ТДН-1, ТДН-2, ТДН-4, ТДН-УТ. ДКС типа ТДН-1 выпускаются для бурения скважин диаметром 76 и 59 мм. Они предназначены для отбора керна в монолитных и слаботрещиноватых породах. При этом промывка скважин осуществляется только водой. ДСК типа ТДН-2 также вы­пускаются для бурения скважин диаметром 76 и 59 мм Они снабжены спе­циальными алмазными коронками с увеличенной шириной матрицы и применяются в породах слабой и средней степени трещиноватости. В отличие от снарядов ТДН-1 они имеют большие межтрубные зазоры, что позволяет использовать для промывки глинистые растворы.

ДСК типа ТДН-4 выпускаются только для бурения скважин диаметром 76 мм. Предназначены для бурения с промывкой глинистым раствором или водой сильнотрещиноватых и неустойчивых горных пород, подверженных размыву. Основная отличительная особенность этих снарядов — полная изоляция керна от потока промывочной жидкости. При бурении этими снарядами используют алмазные коронки КТД-4А (однослойные) и КДТ-4И (импрегнированные), а также расширители РДТ-4.

ДСК типа ТНД-УТ выпускаются для бурения алмазными коронками с нормальной шириной матрицы диаметром 76, 59 и 46 мм. Они предназ­начены для отбора керна в слаботрещиноватых породах. Отличительная особенность этих снарядов — наличие в их конструкции узла, сигнали­зирующего о самозаклинивании керна, что дает возможность своевременно прекратить бурение и произвести подъем. Конструкция снаряда предусматривает возможность бурения как с прямым, так и с обратным направлением потока промывочной жидкости, что положительно сказывается на сохранности керна, но они не обеспечивают надежной работы в случае применения вязких глинистых растворов.

Разновидностями ДКС с невращающейся внутренней трубой являются снаряды со съемными керноприемниками (ССК-59, ССК-76, КССК-76). Основное преимущество снарядов со съемными керноприемниками по сравнению с другими ДКС с невращающейся керноприемной трубой — возможность доставки керна от забоя скважины без подъема колонны бурильных труб, что обеспечивает высокую эффективность их применения при бурении глубоких скважин.

Все разновидности ДКС с невращающейся внутренней трубой предохраняют керн от воздействия потока промывочной жидкости, а также от ударов, возникающих при вибрации снарядов, но не предотвращают самозаклинивание и истирание керна, в связи с чем в рудах, подверженных избирательному истиранию, не всегда получают достаточно надежные пробы.

При наличии избирательного истирания керна применяются технические средства, обеспечивающие обратную циркуляцию потока промывочной жидкости в керноприемной трубе. Такая циркуляция препятствует выносу раздробленного керна под торец коронки и в затрубное пространство, предотвращает самозаклинивание керна и его истирание позволяет более точно привязывать шламовые пробы к интервалу опробования. Обратная промывка может осуществляться либо по всей скважине либо только в призабойной зоне, где прямой поток преобразуется и обратный. При обратной промывке для отбора керна применяются простые, (одинарные) колонковые снаряды либо ДКС типа ТДН-УТ или аналогичных конструкций, а также эрлифты. Обратная промывка по всей скважин, применяется редко из-за сложности ее проведения и невозможности обеспечения нормального процесса бурения при поглощениях промывочной жидкости.

Из технических средств, обеспечивающих обратную призабойную циркуляцию промывочной жидкости, наибольшее распространение имеют эжекторные колонковые снаряды, разработанные ЦНИГРИ: ОЭС - одинарные эжекторные снаряды и ДЭС — двойные эжекторные снаряды.

Одинарные эжекторные снаряды предназначены для отбора керновых -или керно-шламовых проб в сильнотрещиноватых и дробленых породах неоднородных по твердости при промывке скважин водой или глинистым раствором. Они характеризуются несложной конструкцией и изготовлением не требуют дополнительного оборудования и приспособлений, а также специальных мер по технике безопасности. При использовании ОЭС могут применяться стандартные твердосплавные или алмазные коронки.

Вследствие обратного направления потока промывочной жидкими снижается избирательное истирание керна и повышается надежность керновых проб. Кроме того, эжекторные снаряды позволяют отбирать шлам который хорошо привязывается к интервалам опробования.

Опыт бурения одинарными эжекторными колонковыми снарядами свидетельсвует о том, что эти снаряды обеспечивают высокий процент выхода и кернового или керно-шламового материала в пробу в очень сложных условиях. Однако использование этих снарядов не эффективно при бурении восстающих скважин, так как поток промывочной жидкости не достигает забоя, что приводит к прижогу коронки. При бурении, восстающих скважин с обратной призабойной циркуляцией промывочной жидкости применяются двойные эжекторные снаряды, а также ДКС типа ТДН-Э и ТДН-О конструкции ВИТР ВПО «Союзгеотехника».

При бурении эжекторными снарядами ОЭС, ДЭС и аналогичных им констукций не исключается возможность засорения проб материалом из слабоустойчивых интервалов скважины, который может попадать и колонковую и шламовую трубы. Для устранения этого недостатка необходимо применять конструкции колонковых снарядов, предусматривающие прямую промывку скважин в начале рейса с дальнейшим переходом на обратную после очистки забоя от обрушившегося материала (снаряды с комбинированной промывкой забоя).

Принцип работы эжекторных колонковых снарядов, обеспечивающих предварительную прямую промывку забоя скважины состоит в том, что перед началом бурения промывочная жидкость, минуя смеситель эжектора, попадает в керноприемную трубу, омывает забой и по затрубному пространству выносит шлам с забоя к устью скважины. По окончании промывки забоя канал прямого потока перекрывается и колонковый снаряд работает в режиме эжектора.

Известны различные конструкции эжекторных снарядов, предусматривающие комбинированную промывку забоя. Наиболее простым и надежным в работе является снаряд типа ГРЭС конструкции СКБ ВПО «Союзоргтехника».

Колонковые снаряды, обеспечивающие прямую промывку забоя сква­жины перед бурением и обратную в процессе бурения, способствуют по­лучению наиболее надежных керновых или керношламовых проб в слож­ных условиях (в сильнотрещиноватых и раздробленных породах и при на­личии избирательного истирания).

Таблица 26

Рекомендации по выбору технических средств для отбора проб и некоторых параметров бурового процесса

* Тип колонковых снарядов: 1 — для устойчивых пород, 2 — для неустойчивых.