Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Получение кондиционного керна из толщи полезного иско­паемого является основной задачей всех поисковых и разведоч­ных колонковых скважин, поэтому при бурении принимают все меры к тому, чтобы получить необходимый по количеству и ка-

честву керн, используя наиболее совершенные технические средства и методы ci o отбора.

Полезные ископаемые, как и горные породы, отличаются большим разнообразием своих физико-механических свойств. Эти свойства и определяют выход керна при бурении геолого­разведочных скважин. При работе с одинарной колонковой тру­бой 100 %-ный выход керна получается только при бурении в твердых монолитных породах. В трещиноватых, разрушен­ных, перемещающихся, слабоустойчивых породах получение керна сопряжено с большими трудностями. В мягких слабо­устойчивых породах керн легко разрушается под действием промывочной жидкости, вращающего колонкового набора, виб­рации. В породах трещиноватых, однородных под действием тех же причин керн разбивается на отдельные куски, что при­водит к самозаклшшвапию его в колонковой трубе и вызывает необходимость подъема бурового снаряда. При бурении пере­межающихся по твердости пород происходит так называемое избирательное истирание, т. с. при разбивке керна на куски разрушаются и выносятся на поверхность промывочными аген­тами в первую очередь более мягкие разности пород. Для пра­вильного выбора технических средств и технологии бурения, обеспечивающих повышение выхода керна, необходимо учиты­вать предложенную ВИТРом классификацию пород по твер­дости п нарушенное™. По твердости (и буримости) породы разделены на пять групп: I группа — в высшей степени твер­дые (XI—XII категории по буримости); II — группа — очень твердые и твердые (VII—X категории по буримости);

III группа — средней твердости (IV—VII категории по бури­мости); IV группа — малой твердости (IV—V категории по бу­римости); V группа — мягкие, рыхлые, сыпучие, размываемые, плывучие (I—III категории по буримости).

По степени нарушенное™ горные породы разбивают на три группы: А — монолитные, слаботрещиноватые, не разрушаются вибрацией и промывкой, имеют 0—10 трещин на 1 м керна; Б — трещиноватые и перемежающиеся по твердости, разруша­ются вибрацией и промывкой 10—20 трещин на 1 м керна; В — раздробленные, хрупкие, размываются, истираются 20— 50 трещин на 1 м керна.

При проведении опробования по полезному ископаемому поль­зуются правилом: с каждой единицы длины опробуемого пере­сечения скважиной полезного ископаемого в пробу необходимо отобрать одинаковое но объему количество материала. Следо­вательно, при бурении в толще полезного ископаемого нужно добиваться полного отбора керна.

В практике представительность опробования при колонко­вом бурении определяют из выражения где тк — погрешность керновой пробы, %’, /пи — фактический выход керна, %; /<р— коэффициент равномерности оруденения (отношение среднего содержания компонента в рудах к макси­мальному); И — степень избирательного истирания компонента в керне при бурении (доля истертого керна на рудный мате­риал), %.

Из приведенной формулы видно, что представительность оп­робования не зависит от диаметра керна, что позволило перейти на бурение коронками малых диаметров. Однако в практике отмечено, что с уменьшением диаметра на одну ступень выход керна снижается на 5—10 % и более. При выборе диаметра коронки необходимо учитывать равномерность оруденения, фи­зико-механические свойства пород. Простейшие средства повы­шения выхода керна — увеличение вязкости промывочной жи­дкости и ограничение рейса.

Основными техническими средствами, обеспечивающими по­лучение кондиционного керна, являются двойные колонковые трубы и эжекторные снаряды. Существуют следующие классы двойных колонковых труб: 1) с вращающейся в процессе бу­рения внутренней трубой, предохраняющей керн от размыва­ния; 2) с не вращающейся в процессе бурения внутренней тру­бой, предохраняющей керн от размывания н механического разрушения; 3) со съемной внутренней керноприемной трубой (ССК), позволяющей извлекать керн без подъема колонны бу­рильных труб^

При алмазном бурении наиболее распространенной явля­ется разработанная ВИТРом двойная колонковая труба типа ТДН-59(76)-2 (труба двойная, невращающаяся) двух раз­меров: 59 и 79 мм.

. Как видно из рис. 6.23, промывочная жидкость из буриль­ных труб через переходник попадает в кольцевой зазор между наружной и внутренней трубами, не касаясь керна. Неподвиж­ность внутренней трубы обеспечивается специальным подшип­никовым узлом (детали: 3, 4, 5, 6, 8, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 23). Узел заполняется тугоплавкой смазкой УТ-1 через ма­сленку 2. При отрыве керна при подъеме бурового снаряда корпус кернорвателя упирается в коронку 32 и усилие отрыва передается через рвательное кольцо и корпус кернорвателя на коронку, на наружную трубу и через переходник на бурильную колонну. Этим внутренняя труба и подшипниковый узел пре­дохраняются от усилий при отрыве керна.

Двойные колонковые трубы типа ТДН-УТ по конструкции близки к трубам ТДН-59(76)-2, но отличаются от последних следующим: 1) толщина матрицы уменьшена на 1,5—3,0 мм, что обеспечивает более высокую механическую скорость, мень­ший расход алмазов и более высокий выход керна; 2) уменьшен зазор между трубами до 1,0—1,5 мм, что позволяет применять в качестве промывочного агента только чистую воду.

Двойные колонковые трубы типа ТДВ-59(76)-2 (рис. 6.24) тех же размеров более просты по конструкции, у них отсутст­вует подшипниковый узел и внутренняя труба вращается вместе с наружной. Такие трубы применяются при бурении моно­литных или слаботрещеноватых пород, а также при бурении

Рис. 6.23. Двойная колонковая труба ТДН-59 (76)-2:

Рис. 6.24. Двойная колонковая труба ТДВ-59 (76) -2:

1 — колпачок; 2 — масленка; 3 — гайка; 4, 16, 20 — втулки; 5, 6, 15, 19 шарикоподшипники; 7 — контргайка; в —вал; 9 — пружинная шайба; 10 — внутренняя труба; И — износостойкий пере’ ходник; 12 — переходник; ІЗ — шплинт; 14 — шай­ба; 17 — разъемное кольцо; 18 — корпус подшип­никового узла; 21 — манжеты; 22—шайба; 23, 25 — гайки с контргайкой; 24 — пробка; 26 — на­ружная труба; 27 — обратный клапан; 28 — рас­ширитель; 29 — упорное кольцо; 30 — корпус-рва — тсль: 31 — рнательиое кольцо; 32 —• коронка / —< износостойкий переходник; 2 — переходник; # —наружная труба; 4 — гайка; 5 — пружинная шайба;

6 — клапан-шарик; 7 — внутренняя труба; 8 — алмазный расширитель; 9 — упорное кольцо; 10 — рватель — ное кольцо; // — рвательный кор­пус; 12 — коронка; 13 — муфта

с промывкой глинистым раствором в трещиноватых породах VI—XII категорий по буримости стандартными алмазными ко­ронками.

Для повышения выхода керна при бурении в сложных геоло­гических условиях (сильно раздробленные, перемежающиеся по твердости хрупкие породы) ВИТР разработал двойные колон­ковые трубы типа ТДН-0, которые обеспечивают обратную цир-

Рис. 6.25. Двойная колонковая труба ТДН-76-0:

а —с рвательным кольцом; б —с кернорвательными пружинами: / — верхний переход­ник — 2 сигнализатор самозаклинивания; 3 — упорный шарикоподшипник; 5 — контр­

гайка- б —втулка — 7—ствол; 8 — шплинт; 5 — фильтр; /0 — внутренняя шламовая тру­ба — И-г переходник; 12 — наружная труба; 13 — внутренняя труба; /4 — упорный пере­ходник; 15 ч» расширитель; 16 — рвательнов кольцо; 17 — рвательный корпус; 18 ко­ронка

куляцию промывочной жидкости в призабойной зоне за счет снижения гидравлического сопротивления во внутренней трубе по отношению к затрубному пространству. Большой кольцевой зазор между трубами обеспечивает успешное применение гли­нистого раствора. Трубы вооружены специальными алмазными коронками и расширителями диаметром 76 мм. Основными де­талями и узлами труб ТДН-76-0 являются (рис. 6.25): пере­ходник 1, наружная 12, внутренняя 13 и шламовая трубы, под­шипниковый узел, кернорвательное устройство, расширитель 15, коронка 18 и сигнализатор самозаклинивания керна.

При бурении промывочпая жидкости из бурильных труб че­рез отверстия в верхнем переходнике поступает в кольцевой зазор между трубами и через промывочные каналы (окна) в матрице на забой скважины. Имеющийся утолщенный за счет наварки твердых сплавов переходник создает сопротивление движению жидкости в кольцевом зазоре между колонковым на — , бором и стенками скважины, благодаря чему большая часть по­тока промывочной жидкости попадает с забоя во внутреннюю керноприемную трубу, из которой через специальные каналы в переходнике она выходит в затрубиое пространство вблизи присоединения бурильных труб. Шлам и мелкие куски керна при этом поднимаются вверх и осаждаются в шламовой трубе. Крупные же частицы удерживаются восходящим потоком жи­дкости в верхней части внутренней трубы, чем устраняется самозаклинка керна, часто наблюдающаяся при прямой про­мывке. Момент самозаклинивания керна или заполнения внут­ренней’ трубы керном отмечается сигнализатором самозаклини­вания, основными деталями которого являются два резиновых кольца, разделенных шайбой. При появлении самозаклинива — нии керна внутренняя труба воспринимает осевое усилие, под действием которого резиновые кольца сжимаются и перекры­вают зазор между ними и наружной колонковой трубой для прохода промывочной жидкости, что и фиксируется на мано­метре насоса. В случае необходимости снижения усилия сраба­тывания стальную шайбу переставляют так, чтобы резиновые кольца соприкасались между собой.

Для тех же целей, что и трубы ТДН-76-0, могут приме­няться эжекторные колонковые снаряды конструкции ЦНИГРИ и КАЗИМСа. Эти снаряды обеспечивают восходящий (обрат­ный) поток промывочного агента в керноприемной внутренней трубе с помощью водоструйного насоса — эжектора. Принцип действия эжекторных колонковых снарядов дан на рис. 6.26, на котором показаны’одинарный (о) и двойной (б) снаряды. Про­мывочная жидкость из бурильных труб через верхний пере­ходник 1 попадает в насадку 2 струйного насоса, из которой она с большой скоростью проходит смещения в камеру 3, а за­тем в затрубиое пространство. При этом часть жидкости, на­ходящейся в приемной камере 4, увлекается потоком в камеру

смешения, поэтому в приемной камере 4 понижается давление, что обеспечивает поступление жидкости через отверстия в ниж­нем переходнике 5 из колонковой трубы (при двойном эжек­торном снаряде из керноприемной трубы). Таким образом со­здается обратный поток промывочной жидкости. Снаряд имеет

а Б Риг. 0.26. Эжекторный колонковый снаряд: а — одинарный; б — двойной; /—верхний переходник: 2—насадка; Я камера смеше­ния; 4 — приемная камера; 5 — нижний переходник; 6 — отражатель; 7 — шламовая тру­ба; 8 — внутренняя труба с шариковым клапаном; 9 — шламовый переходник

шламовую трубу 7 с трубкой и клапаном. Деталь 7 служит для сбора крупного породного шлама, а клапан изолирует керн от воздействия гидростатического давления столба жидкости в бурильных трубах и тем самым предохраняет керн от выдав­ливания из колонковой трубы при подъеме бурового снаряда.

Двойной эжекторный снаряд ДЭС-73 конструкции ЦНИГРИ является как бы сдвоенным колонковым эжекторным снарядом двух смежных диаметров: 73 и 57 мм. Обе трубы вооружены стандартными алмазными коронками диаметром 76 и 59 мм.

Эжектор, шламовая труба вмонтированы во внутреннюю керноприемную трубу. Жид­кость из камеры смешения на­правляется в межтрубное про­странство.

"В

ДЭС-73 применяется при проходке трещиноватых и ча­сто перемежающихся пород, обеспечивая высокий выход керна. Недостатком снаряда является одновременное при­менение двух алмазных коро­нок, что ведет к повышенному расходу алмазов и снижению механической скорости.

Наиболее эффективным средством повышения выхода керна при алмазном бурении являются комплексы ССК и

ксск.

При разведке угольных ме­сторождений для повышения выхода керна используется двойная колонковая труба ДТА-2 конструкции С. А. Алексеенко, а также двойные колонковые снаряды типа ДонбассНИЛ-Н.

Двойная колонковая труба ДТА-2 (рис. 6.27) применя­ется для бурения некрепких пород твердосплавными ко­ронками. Нижняя часть не- вращающейся трубы — штамп находится ниже коронки и при бурении как бы вдавливается в породу при полной изоляции керна от промывочного агента

Рис. 6 27. Двойная колонковая труба ДТА-2 Алексеенко:

1 — переходник с бурильных труб; 2 — фпшвдель; 3 — сухари; 4, 9 — переход­ники; 5, € — патрубок; 7 — сальник; в — шток; 10 — внутренняя труба; //—разъ­емная гильза; 12 — штамп; 13 — коронка; 14 — пружинный паук; 15—наружная труба; 16 — муфта; /7 — подпятник ша­ровой; 18 — пружинный амортизатор; 19 — клапан шаровой; 20 — канал для промы­вочной жидкости; 21, 22 — сальники

Внутренняя труба по отношению к наружной может пере­мещаться по вертикали. Рвательное устройство в виде паука надежно обеспечивает подъем керна.

Двойной колонковый снаряд ДонбассНИЛ-П является дальнейшим усовершенствованием трубы Алексеенко: при буре­нии по мягким углям твердосплавная коронка па внутренней невращающейся трубе, имеющей вертикальное перемещение,

Рис. 6.28. Установка с комплексом КГК-100 для бурения с гидротранспортом керна: /_ установка УРВ-2А2, 2 — труба бурильная двойная; 3 —шланг керноотводной; 4 — кернопривыиик; б стеллаж; € — прицеп-емкость

врезается в забой как кольцевой штамп. При встрече более крепкого породного прослоя под действием возросшего осевого усилия включается фрикцион, который передает крутящий мо­мент на внутреннюю керноприемную трубу с твердосплавной коронкой, обеспечивая, таким образом, бурение крепких пород вращательным способом.

Двойной колонковый снаряд ДонбассНИЛ-П отличается от снаряда ДонбассНИЛ-Ш тем, что при встрече крепких пород уходит во внутрь наружной коронки, которая осуществляет вращательно-вибрационное бурение. Для создалия вибрации снаряд снабжен роликовым вибратором.

Дальнейшее развитие способа бурения с обратной промыв­кой привело к созданию комплекса оборудования для бурения скважин с гидравлическим транспортом керна на поверхность (рис. 6.28).

Разработанный на базе буровой установки УРБ-2А комп­лекс КГК-ЮО обеспечивает бурение скважин на глубину до 100 м в породах II—VII категорий по буримости. Основным элементом комплекса является двойная колонна бурильных труб: промывочная жидкость закачивается в межтрубное про­странство, а поднимается к устыо вместе с керном по внутрен­ней трубе. В состав комплекса (рис. 6.28) входят: буровая установка УРБ-2А-2ГЮ, насос НБ4-320/63, передвижная емкость на прицепе для промывочной жидкости, твердосплав­ные коронки, двойная колонна бурильных труб (наружный диаметр 73 мм, внутренний — 48 мм) и вспомогательное обору­дование. Диаметр керна 34—38 мм; выход керна до 100 %. По­мимо обеспечения полноценного отбора керна, комплекс обес­печивает резкое сокращение времени на спуско-подъемные опе­рации, а следовательно, и повышение производительности бурения. Рейсовая проходка обычно равна ресурсу коронки, т. е. составляет несколько десятков метров.

Для обеспечения высокого качества опробования скважин важное значение имеет своевременное определение момента встречи залежи полезного ископаемого. С этой целью буровая бригада должна быть заранее подробно ознакомлена с проект­ным геологическим разрезом, который необходимо своевре­менно корректировать данными, полученными при бурении скважины. Если вмещающие породы отличаются по буримости от залежи полезного ископаемого, момент встречи можно легко установить по показаниям прибора, регистрирующего ме­ханическую скорость проходки. В случае одинаковой твердости вмещающих пород и полезного ископаемого сигналами о входе коронки в залежь могут служить изменения уровня шумов, из­даваемых установкой при бурении, вибрации бурового снаряда или станка, цвет промывочной жидкости.

Если все это не дает эффекта, бурение осуществляют не­большими рейсами по 1,5 — 0,5 м в присутствии техника-гео­лога.

После встречи полезного ископаемого производят подъем бурового снаряда с обязательным контрольным замером глу­бины скважины. При этом весь керн из породы кровли обяза — ‘ тельно должен быть поднят, особенно в том случае, если в ‘ дальнейшем намечено применять двойную колонковую трубу.

При бурении по полезному ископаемому режимные пара­метры обычно устанавливают ниже, чем при бурении во вмеща­ющих породах. Так, при проходке угольных пластов коронками диаметром 76—93 мм осевая нагрузка принимается в преде­лах 600—800 кН, частота вращения 150—180 об/мин, расход промывочной жидкости не более 100 л/мии. Что касается пара­метров промывочной жидкости, то в сложных условиях реко­мендуется применять безглинистые полимерные растворы, из-

готовляемые па основе гидролнзованного полиакриламида. Эти растворы обеспечивают устойчивость стенок скважины и обра­зование тонкой прочной пленки на поверхности керна, что уменьшает его разрушение и размывание.

Перед подъемом бурового снаряда тщательно заклинивают керн, а подъем производят осторожно, избегая ударов при установке бурильной колонны на подкладные вилки, чтобы предотвратить выпадение керна из колонковой трубы.

Поднятый из скважины керн обмывают чистой водой, за­меряют его длину и укладывают в керновые ящики.

В случае необходимости сбора шлама в колонковой набор вводят шламовую трубу, а на поверхности выходящую из сква­жины промывочную жидкость направляют в специальные от­стойные емкости.

При бурении солей, в качестве промывочной жидкости при­меняют насыщенный раствор этих же солей, чтобы предотвра­тить растворение керна.

Комментарии запрещены.