03 Сен 13 РАЦИОНАЛЬНАЯ МЕТОДИКА ВЕДЕНИЯ БУРОВЫХ РАБОТ

Достоверность информации геологоразведочных работ по керну играет весьма важную роль при оценке качественных характеристик залежей облицовочного камня, особенно по трещиноватости массива и его блочности. В связи с этим при разведке месторождений природного облицовочного камня должна применяться методика ведения буровых работ, обеспечивающая сохранность керна и его 100% выход по полезной толще. При подсчете блочности массива разрушенные по механической трещине в процессе бурения столбики керна следует искусственно объединять.

В процессе буровых работ наблюдаются типы разрушений стол­биков керна, приведенные на рис. 37.

Рис. 37. Основные вилы разрушения столбиков керна: О—излом; 6—скалывание: в—притертость границ; г—истирание границ; д—дробление; е — истирание керна; ж образование канавок

Излом столбика под прямым углом или близком к прямому углу по отношению оси керна характеризуется тем, что плоскость раскола зазубрена и не затронута вторичными изменениями. Причиной такого раскола служат тангенсиальные напряжения, превышающие прочность разбуриваемого камня на изгиб.

Скалывание, или раздавливание, верхней или нижней границ столбика с характерным разрушением по конусу сжатия происходит от осевых нагрузок, превышающих прочность камня на сжатие.

Притертость ориентированных под углом к оси керна границ столбиков керна образуется по причине осевых колебаний столбиков керна в колонковой трубе.

Истирание столбиков керна с полусферическими сопряжениями возникает из-за значительных осевых напряжений, сопровождающихся вращением столбиков керна относительно друг друга.

Дробление керна на мелкие куски 3—10 см с угловатыми очер­таниями обломков наблюдается в зонах трещиноватости породного массива, когда осевые и тангенсиальные напряжения превышают прочность разбуриваемой породы.

Истиранию керна характерны столбики керна, имеющие небольшие размеры и окатанную форму, часто в виде сфер и полусфер. Причиной истирания является потеря керна в скважине при подъеме бурового снаряда и повторное его разбуривание.

Винтовидные канавки по столбику керна имеют, как правило, вид многозаходной резьбы. Количество таких канавок соответствует количеству зубцов твердосплавной буровой колонки, а резьбовой шаг может колебаться от нескольких сантиметров до 0,5 м. Винтовая борозда появляется на керне в том случае, когда буровой снаряд находится в состоянии автоколебаний значительной амплитуды.

Основными технологическими, техническими и методическими па­раметрами разведочного и колонкового бурения, влияющего на сохранность столбиков керна, являются: конструкция скважины, дав­ление инструмента на забой, частота вращения бурового снаряда, усилие осевого вращения, длина рейса извлечения керна, количество и состояние промывочной жидкости, нарушение режима бурения и извлечения керна, а также диаметр буровой коронки. Конструкция скважины не должна быть излишне ступенчатой, а начальный и конеч­ный диаметр не должны иметь резких различий, так как это приводит к значительной вибрации бурового снаряда и приводит к механическому разрушению столбиков керна по типу а. С увеличением диаметра скважины по причине возрастания амплитуды колебаний вибрация бурового снаряда также несколько увеличивается, но прочность стол­биков керна возрастает в гораздо большей степени, чем усилия, разрушающие керн. В связи с этим при разведке облицовочного камня диаметр буровой коронки, как свидетельствует практический опыт, не должен быть меньше 76 мм. На практике, к сожалению, по неопытности геологов и буровиков применяют бурение алмазными коронками диаметром 59 мм, что ведет к значительному разрушению

Керна и получению недостоверной исходной информации. Очень хорошая сохранность столбиков керна достигается при бурении скважин диаметром 112 мм, при этом выход керна по полезной толще и сохранность границ столбиков керна составляет практически 100%. Столбики керна в этом случае имеют высоту естественных отдель­ностей, случаи разрушения керна крайне редки и разрушения относятся к механическим повреждениям типа а. При бурении скважин коронками диаметром 93 мм выход керна и сохранность их столбиков составляет уже только 90%, а при бурении скважин диаметром 76 мм выход керна составляет в среднем 85% при их сохранности всего на 50—60%. Бурение скважин меньшего диаметра при разведке природных облицовочных камней не должно вообще практиковаться.

Параметром, существенно влияющим на сохранность столбиков керна, является давление на забой, от значений которого зависит уровень основных разрушающих действий при подклинивают керна в колонковой трубе. В процессе бурения при пересечении косой трещины и прохождении скважины через зону трещиноватости керн обычно раскалывается. При этом мелкие кусочки, попадая в простран­ство между столбиком керна и колонковой трубой, заклиниваются, и дальнейшее поступление керна в колонковую трубу вовсе прекраща­ется. Если же длина вышележащего керна не превышает 0,5 м, то полное заклинивание не происходит и керн поступает в колонковую трубу. Но он может в этом случае совершать вращательное движение по отношению к расположенному ниже столбику керна и вызвать уплотнение соприкасающихся плоскостей столбиков керна в месте контакта. В этом случае с увеличением массы вышележащего керна происходит прочное заклинивание и скорость бурения резко снижается. Буровики в этом случае, как правило, повышают давление на забой, стараясь продавить подклин, или увеличивают скорость вращения бурового снаряда. В такой ситуации керн, находящийся в колонковой трубе ниже подклина, ломается на столбики длиной 20—30 см, границы которых имеют форму полусфер притирания, обращенных вниз или вверх, как показано на рис. 37. Но при этом могут образовываться разрушения типа б, в и г. В связи с этим во всех случаях подсечения трещины, а также при самопроизвольном подклине керна дальнейшую проходку скважины следует прекратить, выполнить заклинку керна и его подъем. Пересечение скважиной трещины сопровождается сильной продольной вибрацией бурового снаряда и резким хрустом. При бурении скважин диаметром до 93 мм заклинку керна целесообразнее всего производить алюминиевой про­волокой, это дает хороший результат, особенно при малой массе керна.

На сохранность столбиков керна существенное влияние оказывает ча­стота вращения бурового снаряда. При частоте вращения снаряда более 300 мин'1 возникает сильная вибрация колонковой трубы, а это приво­дит к разрушению столбиков керна по типам а, б, в, г, д (см. рис. 37).

Следует отметить, что при бурении скважин по породам с пре­делом прочности на сжатие до 70 МПа оптимальной является частота 206 вращения снаряда около 120—160 мин-1, при бурении более прочных пород частота вращения бурового снаряда должна составлять 180— 250 мин-1. Во всех случаях заклинку керна перед его подъемом необходимо осуществлять при частоте вращения бурового снаряда не более 200—250 мин-1. К сожалению на практике это условие часто нарушается, особенно при бурении станками, которые не позволяют развить достаточный крутящий момент.

При бурении скважины промывочная жидкость поступает в буровой снаряд и оказывает давление на выбуриваемый керн, что приводит часто к самопроизвольному его заклиниванию и разрушению. Жидкость призвана обеспечивать своевременный вынос шлама из скважины, но ее количество должно быть минимальным в среднем 50 л/мин. При извлечении керна из трубы следует соблюдать особую осторожность, чтобы не допустить его разрушение. Особенно часто разрушается керн при его извлечении без снятия буровой коронки, а также при нанесении ударов по колонковой трубе. Длина рейса при бурении должна быть такой, чтобы обеспечивалось извлечение ненарушенного керна, и зависит от интервала между естественными трещинами по вертикали. Она может становить от нескольких сантиметров до 2,5—3 м. Необходимо постоянно следить за сохранностью границ столбиков керна. При появлении притертостей длину рейса необходимо уменьшить. Эффек­тивность бурения скважин при разведке запасов природного об­лицовочного камня можно значительно повысить, соблюдая следующие технологические и методические рекомендации:

Нагрузка на забой при всех операциях, включая заклинку керна, не должна превышать 200 Н;

Бурение скважин на облицовочный камень должно осуществляться станком достаточной мощности, обеспечивающим срыв и заклинку керна при небольшой частоте вращения бурового инструмента;

Бурение скважин на облицовочный камень необходимо проводить диаметром не менее 76 мм;

Оптимальная частота вращения бурового инструмента при бурении пород типа гранитов составляет 200—300 мин-1, а при бурении мраморов 150—200 мин-1;

Если длина рейса превышает 0,5 м, то заклинку керна и подъем бурового снаряда необходимо производить после каждого подсечения трещины, а при самопроизвольной подклинке керна в колонковой трубе необходимо прекратить проходку скважины, произвести заклин­ку керна и подъем снаряда;

Заклинку керна необходимо выполнять материалом, который обеспечивает высокую прочность заклинивания (фарфоровая, стеклян­ная крошка, алюминиевая проволока и др.);

При возникновении в скважине автоколебаний бурового става и появлении на керне винтовидных борозд необходимо изменить режим бурения;

При проходке скважиной участков массива с мелкой естественной отдельностью длина рейса не должна превышать 1,5 м.