 |
Бурение на россыпных месторождениях
|
|
|
|
7.11.1. Оборудование и инструмент
Геологические разрезы россыпных месторождений характерны наличием неустойчивых разрушенных пород, валунно-галечных отложений, многолетнемерзлых пород, что требует при проходке скважин с большим начальным диаметром (для обеспечения посадки, с целью ее крепления, нескольких размеров обсадных труб), проявлять особое внимание к промывочным жидкостям. При опробовании полезного ископаемого (золото, алмазы и др.) необходима повышенная точность показателей содержания компонентов по всей длине скважины, во избежание «растягивания» пласта или фиксации необоснованных ураганных проб. Этим вызваны требования по сокращению рейса до 0,2-0,3 м, получению керна, представительного по объему поднятой породы, применению опережающей обсадки.
Использование станков, обеспечивающих комбинированный способ бурения – совмещение вращательного с ударно-канатным или бурением погружными пневмоударниками, позволяет в указанных условиях увеличить производительность работ.
Буровые установки УБМ-20А и УБСР-25-2М (ЦНИГРИ-ТулНИГП)* предназначены для бурения шурфо-скважин при разведке россыпных месторождений, залегающих, в основном, в талых обводненных рыхлых отложениях с включением валунов и гальки. Характеристика буровой установки УБСР-25-2М приведена в разделе «Буровое оборудование» (см. гл.1).
С помощью буровой установки УБСР-25-2М реализуются следующие способы бурения:
- ударно-захватное бурение грейфером с разбивкой отдельных валунов долотом путем его сбрасывания лебедкой станка;
- вращательное бурение ковшовым и колонковым бурами с отбором проб в виде разрыхленной породы, либо в виде керна диаметром от 300 до 500 мм на глубину до 25 м;
|
|
|
- бурение с креплением ствола скважины ходовой или опережающей колонной обсадных труб.
Буровая установка комплектуется ударным долотом, канатным грейфером, обсадными трубами диаметром 650/600 мм, ковшовыми бурами для работы на трубках и на канате с распорным устройством.
При бурении скважин установкой УБСР-25-2М используется следующий буровой инструмент.
Кассетный бур БКУ (двух размеров) имеет единый корпус и сменные кассеты с колонковыми и ковшовыми наконечниками; имеются керноудерживающее устройство и обратный клапан для создания вакуума во внутренней полости корпуса, что способствует удержанию керна. Обеспечивается взаимозаменяемость наконечников в зависимости от типа отложений (рис., табл.).
Колонковые снаряды БС для вращательного бурения по россыпям диаметром 168, 219, 273 мм состоят из переходника, колонковой трубы, кернорвателя и буровых коронок диаметром 172, 224 и 278 мм.
Специальные обсадные трубы диаметром 377 мм и длиной 1-3 м имеют быстросъемные безрезьбовые соединения с кулачковой муфтой диаметром 407 мм. Низ колонны оснащен армированным башмаком.
Кассетные буры, колонковые снаряды БС и безрезьбовая обсадная колонна могут использоваться при бурении и с другими буровыми установками.
Комплекс технических средств КПР (ТулНИГП) предназначен для пневмоударного бурения разведочных скважин на россыпных месторождениях в районах распространения многолетней мерзлоты.
Комплекс включает три колонковых набора для бурения скважин разного диаметра (табл.).
В комплекс входят: пневмоударник, колонковые одинарные трубы ТП; двойные трубы ТДП; коронки КП и коронки КТДП для двойных труб; шламовые разъемные трубы ТШР; отбойные ключи КО (рис.). Комплексом достигается эффективная разведка глубокозалегающих погребенных россыпей с изучением подстилающих коренных отложений; улучшаются условия труда и исключается сезонность работ; скорость бурения 1 м скважины глубиной до 300 м повышается на 30-35% по сравнению с ударно-канатным способом и на 40-45% - по сравнению с вращательным способом с продувкой воздухом.
|
|
|
Буровая установка УБР-2М обеспечивает при разведке россыпей применение нескольких способов проходки скважин в зависимости от геологического разреза, в том числе ударно-канатный и забивными стаканами с одновременным принудительным креплением обсадными трубами. Погружение обсадной колонны производится как при раздельном, так и при совместном воздействии удара, вращения или задавливания. Извлечение труб возможно с одновременным вращением.
Глубина бурения:
| - при ударно-забивном способе с креплением трубами диаметром, мм: | 219 – 15 м 168 – 25 м 127 – 30 м |
| - при колонковом способе | 30 м |
| Частота вращения, мин-1: | |
| - правое вращение | 12,24,76 |
| - левое вращение |
Установка комплектуется следующим инструментом:
- Труба обсадная диаметром 168 м, длиной 1,5 м (БИ109-228) с муфтой (БИ109-231);
- Головка забивная (БИ229-223);
- Башмак фрезерный (БИ259-206);
- Штанги ударные диаметрами 130 (БИ259-213), 100 (БИ259-193) и 100 (БИ259-193-01);
- Стаканы забивные диаметром 190 мм (БИ129-95) и 150 мм (БИ129-96);
- Желонка диаметром 145 мм (БИ119-314);
- Долота: плоское диаметром 148 мм (БИ119-316) и крестовое диаметром 148 мм (БИ119-317);
- Ловитель (БИ279-283);
- Ключи отбойные с размером зева 76 (БИ179-2А) и 115 мм (БИ179-173);
- Скребок (БИ189-36);
- Кольцо (БИ259-199);
- Ключ шарнирный 168/188 (ГОСТ 10559-63).
Разведочно-добычной комплекс для подводных россыпей (ЦНИГРИ) предназначен для крупнообъемного опробования при поисково-оценочных работах на подводных россыпях золота и алмазов в шельфовой зоне морей, на реках и озерах [ ].
Комплекс состоит из следующих узлов:
- разведочно-добычное оборудование, обеспечивающее разрыхление донных отложений гидромониторной струей;
- гидроэлеватор для подъема пульпы на поверхность;
- обогатительное оборудование, позволяющее извлекать золото - или алмазосодержащий концентрат.
Технические данные комплекса ЦНИГРИ для подводных россыпей
Глубина воды, м …………………………………………………………….0,5-15,0
Диаметр рабочего снаряда, мм:
- наружный …………………………………………………………219
|
|
|
-внутренний ………………………………………………………….79
Расчетная производительность, м3/ч:
- по жидкой фазе ………………………………………………….….50
- по твердой фазе ……………………………………………………4-5
Крупность поднимаемого материала, мм……………………………до 40
Крупность поднимаемых частиц золота, мм …………………………до 8
Потребляемая мощность, КВт …………………………………………..100
7.11.2. Особенности технологии бурения на россыпях (по В.П.Кренделеву)
При бурении на россыпях важным с точки зрения процесса проходки скважин является количественное отношение валунов и крупной гальки ко всему объему рыхлых пород. Отложения на россыпях по этому признаку делят на четыре группы (табл.).
Литологический и гранулометрический состав россыпей определяет выбор способа бурения, породоразрушающего инструмента, технологическую схему, режим бурения [ ].
Для получения достоверных проб и предотвращения обрушения стенок скважин рекомендуются применять следующие технологические схемы бурения.
Бурение в обсадных трубах применяют в рыхлых, сыпучих, обводненных отложениях. Колонна обсадных труб опережает забой на 5-10 см. При напорных грунтовых водах и встрече плывунов опережение может достигать
20-50 см.
Бурение ниже труб проводят в плотных отложениях с включением валунов и гальки. Допускается отставание башмака обсадных труб от забоя на интервал опробования.
Бурение на одном уровне выполняют в породах с умеренной плотностью и устойчивостью.
Бурение без труб проводят в мерзлых и плотных устойчивых породах. Обязательным условием является строгий поинтервальный отбор проб: интервал отбора обычно составляет 0,2 и 0,4 реже 0,5 м и в отдельных случаях до 1 м.
Влияние технологических схем бурения на его показатели заключается в следующем:
1) при интервале углубки за рейс 0,2 м технологические схемы бурения оказывают незначительное влияние на средний объем извлекаемой породы при несколько повышенной его стабильности при схеме «бурения ниже труб»;
2) при «бурении в трубах» извлекается заметно переизмельченная порода; при «бурении ниже труб» проба представлена частицами более крупных размеров;
|
|
|
3) при «бурении в трубах» суммарный объем породы близок к расчетному, исчисляемому по внутреннему диаметру башмака обсадных труб, а при «бурении ниже труб» - к расчетному, исчисляемому по наружному диаметру башмака;
4) «бурение в трубах» с углубкой за рейс 0,2 м при отсутствии напорных горизонтов не снижает качества опробования.
Влияние интервала бурения за рейс на показатели бурения выражается в следующем:
- интервалы углубки за рейс оказывают значительное влияние на полноту извлечения породы и полезного ископаемого, «растяжку» пласта и производительность бурения;
- объем породы (особенно крупных фракций) является наибольшим при минимальной проходке за рейс (0,2 м); при этом отмечен наибольший процент извлечения полезного ископаемого и минимальная «растяжка» пласта;
- глубина забивки обсадных труб в целик забоя (при схеме бурения в трубах) должна строго соответствовать интервалам опробования;
- при бурении по пустым породам интервал бурения может быть увеличен до 0,5-1,0 м.
Наиболее эффективным является сочетание ударно-канатного способа и вращательного с отбором керна. Первый способ предпочтительнее использовать для проходки наиболее сложных интервалов с валунами или плывуном и непродуктивных горизонтов. Вращательный способ с колонковыми снарядами или грунтоносами следует применять для бурения по продуктивному пласту и зачистки плотика.
Рекомендуемые технологические параметры вращательного колонкового бурения снарядами диаметром 219-168 мм [ ]:
- частота вращения, мин-1 ……………………………………………………80-90
- осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент, даН ……….800-900
- частота расхаживания снаряда, мин-1 ……………………………………10-20
- высота подъема снаряда, см……………………………………………….5-10
- проходка за рейс, м в породах:
-I...II группы ………………………………………………………………0,7-1,2
-III..IV группы …………………………………………………………….0,8-0,9
- способ затирки керна ……………………………………………………..всухую
Режимы бурения пневмоударниками приведены в разделе 7.6.
7.12. Бурение гидрогеологических скважин
7.12.1. Способы и технологии проходки гидрогеологических скважин
Способы бурения, технология проходки, оборудование и инструмент зависят от назначения скважины, гидрогеологических и геолого-технических условий бурения.
Поисково-картировочные скважины бурят на стадии съемочных работ с целью уточнения геолого-гидрогеологического строения изучаемой территории и выявления перспективных участков для более детальных исследований. Скважины бурятся диаметром 76-151 мм с отбором керна. Посадка обсадных колонн выполняется при необходимости разделения водоносных горизонтов или для крепления скважины в неустойчивых породах.
|
|
|
Разведочные скважины проходят с полным или частичным отбором керна. Они имеют большие диаметры ввиду детального исследования каждого водоносного горизонта и необходимости их изоляции обсадными трубами. Если скважина проектируется как разведочно-эксплуатационная, то конечный диаметр труб должен обеспечивать размещение водоподъемного насоса, а обсадные колонны обязательно цементируются.
Наблюдательные скважины бурят для измерения сезонных уровней подземных вод, с целью проведения опытно-фильтрационных работ, для опытных откачек и др. Обычно спускается одна обсадная колонна с фильтром. Верхний участок у устья колонны цементируется. Скважины имеют диаметр 73-108 мм.
Эксплуатационные (водозаборные) скважины проходят исходя из требуемого дебита скважины, то есть с учетом диаметра эксплуатационной колонны и размещенного в ней насоса заданной производительности, а также необходимости постановки промежуточных обсадных колонн. Проходка ведется сплошным забоем с начальным диаметром 300-400 мм.
Специальные технологии бурения обусловлены необходимостью повышения производительности проходки скважин в сложных разрезах и стремлением избежать кольматации водоносных горизонтов глинистым раствором. Следует отметить следующие способы бурения.
Бурение с обратной промывкой применяется при проходке скважин большого диаметра – от 150 до 1500 мм на глубину до 200-300 м в мягких и рыхлых породах (рис. [ ]).
Бурение выполняется при непрерывном отсосе промывочной жидкости из бурильных труб с помощью эрлифта, центробежного или водоструйного насосов. Устье скважины не герметизируется и постоянно соединено каналом с отстойником, откуда вода самотеком поступает в скважину. Промывочная жидкость с разрушенной породой с забоя поступает по бурильным трубам через вертлюг-сальник в отстойник. Во избежание обвалов стенок необходимо поддерживать в скважине избыточное давление (не менее 0,03 МПа). Для этого в скважине непрерывно поддерживается уровень промывочной жидкости на 3 м выше статического уровня. Вертлюг-сальник должен иметь проходное отверстие в шпинделе, равное отверстию в бурильных трубах. Ведущая бурильная труба для ротора может быть изготовлена из бурильной трубы с приваркой уголков или швеллеров. Бурильные трубы обычно выполняются из обсадных труб с фланцами или резьбой. Достигается высокая производительность бурения, отпадает надобность в обсадке скважины для крепления стенок, исключается глинизация стенок, обеспечивается надежное устройство гравийных обсыпок прифильтровой зоны.
Бурение с гидротранспортом керна и разрушенной породы позволяет в несколько раз увеличить механическую скорость проходки. Способ рекомендуется для проходки поисковых, разведочных и наблюдательных скважин на глубину до 200-300 м в породах до VII категории при диаметре скважин до 150-200 мм. Промывочная жидкость поступает к забою через специальный вертлюг-сальник и кольцевой зазор между внутренней и наружной бурильными трубами. Обратно жидкость с выбуренной породой или керном поднимается по центральному каналу бурильной трубы и по плавному отводу от вертлюга в шламо- и керноприемное устройство. Способ обеспечивает высокое качество геологического опробования по керну и шламу, однако могут возникнуть трудности в оценке гидрогеологических параметров скважины в целом. Требуется применение специального оборудования и инструмента: высокостойких буровых колонок, призабойного кернолома, двойных бурильных труб, тройного вертлюга-сальника, установки для приемки и складирования кернового материала. Применяется промывочный насос повышенной мощности, так как от его производительности и давления зависят возможные глубина скважины и ее диаметр.
Бурение с использованием кольцевых пневмо-ударников применяют по мерзлым, трещиноватым породам и галечным отложениям. Сжатый воздух от компрессора поступает к пневмоударнику по кольцевому зазору двойной бурильной колонны. Шлам с забоя наверх отводится отработанным воздухом через пневмоударник по центральному каналу труб. Техническая характеристика кольцевых пневмоударников СКБ "Геотехника" приведена в разделе 7.6.
Данные по инструменту приведены в разделе, посвященном методу бурения с гидротранспортом керна и шлама (см. раздел 7.7.).
Возможность качественного опробования и коптажа из водоносных пластов обеспечивают способы бурения: с продувкой воздухом и газожидкостными смесями, в том числе с применением пневмоударников; шнековый способ и ударно-канатное бурение.
Бурение с продувкой воздухом и газожидкостными смесями рекомендуется при проходке скважины в безводных районах, в многолетнемерзлых породах, при бурении на водоносные пласты с дебитом до 3 л/с, а также по породам, поглощающим промывочную жидкость. Этот способ не эффективен при проходке часто переслаивающихся водоносных пластов и водонасыщенных песков мощностью более 5 м. Глубина бурения ограничена
до 400 м. Применение пневмоударников эффективно при проходке валунно-галечных отложений при небольших водопритоках в скважину, в породах VI-IX категорий, до глубины 300-400 м. Дополнительное оборудование – передвижная компрессорная установка обычно типа ДК-9, герметизатор устья скважины, холодильный узел при бурении по мерзлоте, вентилятор отсоса пыли (при сухой скважине). Размещение оборудования показано на рис..
Имеется опыт применения передвижного модуля для бурения с использованием газожидкостных смесей. Модуль смонтирован на двухосном прицепе ГКБ-817 и включает компрессорную станцию ПП-1,5М1, дозировочный насос НБ-1-25/16, смеситель, емкость для приготовления ПАВ, обвязку с КИП, герметизатор устья скважины и циклонный пеногаситель. Образуется замкнутый контур: жидкость поступает из емкости в дозировочный насос, смеситель, далее в виде пены нагнетается в скважину и из скважины через герметизатор устья в пеногаситель и далее в емкость.
При пневмоударном бурении применяют погружные разведочные машины ПН, комплексы КПР (ТулНИГП) со специальными одинарными и двойными колонковыми трубами. Для проходки скважины сплошным забоем используют специальные долота.
Техническая характеристики оборудования приведена в разделе 7.6.
Шнековое бурение является производительным и экономичным способом, применяется при бурении разведочных и наблюдательных скважин в породах I-V категорий на глубину до 50-80 м. Разрушенная порода поднимается с забоя без очистного агента шнековым транспортером. Малоэффективно при проходке вязких глин. Технические данные по инструменту приведены в разделе 7.10.
Ударно-канатное бурение относится к наименее произво-дительному способу, однако оно обеспечивает качественное вскрытие и опробование водоносного пласта в скважине. Успешно выполняется бурение в валунно-галечных отложениях, в породах, поглощающих промывочную жидкость, в многолетнемерзлых породах, так как бурение ведется без промывки скважины. В рыхлых неустойчивых породах требуется обсадка скважины несколькими диаметрами труб, отсюда высокая металлоемкость скважины, трудоемкость операций с посадкой и извлечением обсадных труб и, следовательно, большой начальный диаметр скважины. Ускорение операций с обсадными трубами дает применение механизмов по медленному их вращению (расхаживанию). Используются специализированные буровые установки УГБ-3УК, УГБ-4УК (УКС-22М и УКС-30М), БУУ-2.
7.12.2. Оборудование и инструмент для гидрогеологического бурения
Буровые установки для гидрогеологического бурения обычно укомплектованы специальным инструментом. Большинство станков имеет колесную базу (табл.).
Установкой нового поколения станков является роботизированный буровой комплекс РБК-5, разработанный ВНИИнефтемашем [ ]. Установка состоит из нескольких блоков на колесной базе и перевозится трактором К-703. Все спускоподъемные и вспомогательные операции механизированы; агрегат укомплектован как буровым насосом, так и мощным компрессором.
|
|
|
