Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Одним из следствий развития технологии на­правленного бурения явилось создание эффективного метода производства геологоразведочных работ средствами бурения, основанного на получении образцов керна, ориентированного в пространстве по своему естественному положению в масси­ве. Этот метод и реализующая его буровая технология полу­чила наименование кернометрия.

Задача кернометрических исследований — определение па­раметров залегания (азимута и угла падения) структурных элементов геологического объекта — слоистости, трещинова­тости, сланцеватости и т. п.

Ориентированным керном называется керн, на поверхности которого зафиксировано положение относительной условной или географической системы координат (рис. 21.21).

На практике чаще всего производится косвенная ориента-

Рис. 21.21. Ориентированный керн и его элементы

ция керна, выполняемая в системе координат, основу которой составляет апсидальная плоскость — вертикальная плоскость, касательная к траектории скважины в точке отбора ориенти­рованного керна. Ориентация достигается за счет того, что апсидальная плоскость имеет азимут скважины в точке отбо­ра керна, который фиксируется при инклинометрии. Ориен­тация керна в этом случае заключается в определении и фик­сации нижнего и верхнего следов апсидальной плоскости скважины и соответствующей разметке керна.

При разметке ориентированного керна выделяются струк­турный элемент (структурный эллипс), нижний и верхний следы апсидальной плоскости (лежачий и висячий бока сква­жины). Облегчает дальнейшие расчеты замер длин образую­щих цилиндрической поверхности керна между поперечными сечениями керна в нижней и верхней точке структурного эл­липса, измеренные через 90° от верхнего следа апсидальной плоскости Л0, Лэо. Л180, Л270 (см. рис. 21.21).

При обмере ориентированного керна измеряются следую­щие параметры:

апсидалъный угол слоистости ср5 — угол, отсчитываемый в плоскости поперечного сечения керна по ходу часовой стрел­ки от верхнего следа апсидальной плоскости до нижней точки структурного эллипса;

видимый угол падения Г|’ — угол между большей осью струк-

AV»

□

Co дшд N «о э т to iS А «

0@

S3

IS

турного эллипса и ее проекцией на плоскость поперечного сечения керна. Он может быть выражен через расстояние между нижней и верхней точками структурного эллипса по оси керна ЛЛМ и диаметр керна сі:

ті; =агс1д-^-. (21.28)

сі

Целью кернометрических измерений является определение двух угловых величин: азимута падения структурной плоскости а5 — угла, отсчитываемого в горизонтальной плоскости от се­верного направления по ходу часовой стрелки до горизонталь­ного положения линии наибольшего ската структурной плоско­сти, и истинною угла падения структурной плоскости г|5 — угла наклона линии падения к горизонтальной плоскости.

Кроме того, для выполнения расчетов необходимо знать ази­мут скважины в точке отбора аА и зенитный угол скважины 0А.

Определение истинных параметров залегания структурной плоскости производится различными методами. Наиболее то­чен аналитический метод, в основе которого лежит расчет по формулам:

а5= аА + Да*, (21.29)

вІПфв

Да* = агсід————- [1]—— ( (21.30)

ОС А

СО8ф5СО50А —

л*«

т|, = агссоэ-г — а ч-собФіЗіпЄд — созЭд). (21.31)

7<*2 + лл„ ^ а >

Для получения ориентированного керна в процессе буре­ния применяются различные способы и технические средст­ва. Их упрощенные принципиальные схемы представлены на рис. 21.22.

Наибольшее распространение на практике получили отбу- рочные керноскопы с электролитическим жидкостным ориен — татором (рис. 21.22, а).

Огбурочный керноскоп КО конструкции партии новой тех­ники Уральского территориального геологического управления (конец 60-х — начало 70-х годов) отличается высокими эксплуа­тационными характеристиками, надежностью и простотой кон­струкции (рис. 21.23, а) используется до настоящего времени. В данном устройстве привод отбурочного снаряда 3 осуществля­ется от колонны бурильных труб, специальное долото-терка 5 для выравнивания забоя совмещено с корпусом 6, в качестве ориентатора использован жидкостный электролитный апсидо — скоп 4. Отбурочный снаряд связан с корпусом 6 во время вы­равнивания забоя перед отбуркой метки посредством зубчатой муфты 2, передающей крутящий момент, и срезаемого штифта I, передающего на долото осевую нагрузку.

Усовершенствованная конструкция керноскопа КО — керно­скоп КО-73/59М (модернизированная), — разработанная в ПГО

Рис. 21.23. Принципиальные схемы отбурочных керноскопов

«Уралгеология» в начале 80-х годов имеет (рис. 21.23, б) неразру — шаемое байонетное соединение 3 отбурочного снаряда 6. Шпон­ка 2, закрепленная на валу 4 отбурочного снаряда 6, входит в вырез 1 байонетного замка 3 при отрыве снаряда от забоя и выходит из него, освобождая отбурочный снаряд 6 при поворо­те бурильных труб влево. Отбурочный снаряд и вал с замком размещены в корпусе керноскопа 5. Оба варианта керноскопов имеют карданный шарнир 7 в отбурочном снаряде, позволяю­щий получить эксцентрическую метку. Модернизация керно­скопа значительно повысила его эксплуатационные качества.

Схема снятия отсчета ф0 приведена на рис. 21.23, в, где 1 — след апсидальной плоскости в поперечном сечении апсидо — скопа; 2 — верхняя точка мениска осадка меди; 3 — стержень апсидоскопа; 4 — керн; 5 — висячий бок; 6 — лежачий бок; 7 — метка; 8 — плоскость отбурочного снаряда; 9 — отбурочный снаряд. Многочисленные попытки еще более усовершенство­вать отбурочный керноскоп пока не дали ощутимых практи­ческих результатов.

В США получил широкое распространение буровой снаряд для отбора ориентированного керна, так называемая система «Кристенсен-Хюгель», реализующая способ непрерывной ориентации керна. На рис. 21.24 (а, 6) изображены две ос­новные конструкции снаряда — соответственно так называе­мые «система /» и «система II». Обе конструкции содержат в своем составе специальный кернорватель 1, имеющий на сво­ей внутренней поверхности три продольных ножа для нане­сения продольных бороздок на поверхности керна, невра — щающуюся керноприемную трубу 2, размещенную в корпусе 3, удлинительную штангу 5 с узловым креплением 6, немаг­нитные трубы 7, многоточечный прибор 4 и центратор 8.

В процессе бурения ножи кернорвателя 1 воздействуют на керн, входящий в керноприемную трубу 2. При этом положе­ние фиксируется на одном фотоснимке, получаемом с помо­щью специального многоточечного прибора, который позво­ляет получать фотоотпечатки с различной частотой (через 2; 1 мин»; 3 отпечатка в минуту и т. д.) в зависимости от на­стройки часового механизма.

Ориентация керна осуществляется относительно апсидаль­ной плоскости, фиксируемой положением воздушного пу­зырька круглого уровня, либо в вертикальных скважинах по углу между северным концом магнитной стрелки и бороздкой. Отличительной особенностью конструкции снаряда «система 1» является то, что многоточечный регистрирующий прибор расположен в немагнитной бурильной трубе и ориентирован

Рис. 21.24. Принципиальная схема устройств сна­рядов «Кристенсен-Хюгель»

? / ч   =1   А “Ї   г ЛИ»

ж

Рис. 21.25. Схема конструкции бурового снаряда для отбора ориентированного керна КПК конст­рукции Свердловского горного института

относительно керноприемной трубы, кернорвателя и керна посредством штанги, которая при помощи резьбового соеди­нения закреплена ниже шарикоподшипниковой подвески керноприемной трубы.

Конструкция «система 2» используется в снарядах для бу­рения диаметром менее 76 мм, так как в таких снарядах габа­ритные размеры шарикоподшипниковой подвески кернопри­емной трубы слишком малы для пропуска соединительной штанги сквозь эту подвеску.

Американская фирма «Кристенсен Даймонд Продакс» из­готавливает также и керноотборочный снаряд с резиновой манжетой, который позволяет получать ориентированный керн рыхлых пород.

В России близкая техническая идея реализована в виде специального бурового снаряда КПК Свердловского горного института (рис. 21.25).

Снаряд состоит из стандартного одинарного колонкового набора и совмещенного с ним керноориентатора, располагаю­щегося внутри колонковой трубы 1 непосредственно над ко­ронкой 11. Керноориентатор состоит из керноприемного ста­кана 8 длиной 0,1-0,2 м с зачеканенным резцом (маркирую­щим элементом) 10 и Т-образными вырезами с вогнутыми во­внутрь стакана лепестками 9 (фиксаторами керна). Непосред­ственно над стаканом 8 установлен ориентатор одноактного необратимого действия 7 и рабочая пружина 6. Верхний ко­нец пружины упирается в замок, состоящий из корпуса 2, подпружиненного затвора 5 и кулачков 4 с заклинивающими скобами 3.

Работает снаряд следующим образом. После спуска буро­вого снаряда на забой осуществляется бурение на глубину 10-15 см. В процессе углубки столбик керна входит в керно­приемный стакан 8 и жестко закрывается за счет упругой конструкции стакана. По мере продвижения керна в керно­приемном стакане маркирующий элемент 10, установленный в нижней части стакана 8, оставляет продольную черту, фик­сирующую в дальнейшем положение ориентатора относи­тельно несорванного столбика керна.

Замок препятствует перемещению керноориентатора вверх под действием поступающего в колонковую трубу 1 керна, так как заклинивающие скобы 3, входя в клиновое пространство кулачков 4, жестко заклинивает замок внутри колонковой трубы, обеспечивая сжатие пружины 6 и необхо­димое технологическое усилие для фиксации керна в стакане 8. По окончании отбуривания столбика керна вращение бу­рового снаряда прекращается. Делается выдержка 20-25 мин, необходимая для срабатывания ориентатора. По окончании выдержки (ориентации), бурение продолжается на обычных режимах. В результате углубки еще на 5-10 см сжимается пружина, затвор 5 воздействует на устройство блокировки ориентатора 12, выключая его, затем утапливается в корпус замка 2, в результате кулачки 4 получают возможность свободного радиального перемещения и освобождает скобы 3 — заклинивание замка и фиксация керноориентатора пре­кращаются. Далее бурение ведется по обычной технологии на полную длину рейса. Керноориентатор вместе с посту­пающим в колонковую трубу керном перемещается по ней вверх.

Кернометрия является одним из направлений повышения геологоразведочной результативности буровых работ и спо­собствует повышению эффективности средств бурения.

Комментарии запрещены.