11.5. Технология и технические средства бурения с отбором

11. 5. Технология и технические средства бурения с отбором

ориентированного керна (кернометрия)

 

Одним из следствий развития технологии направленного бурения явилось совершенствование методики производства геологоразведочных работ средствами бурения путем получения образцов керна, ориентированных в пространстве по своему естественному положению в массиве. Эта технология получила наименование «кернометрия».

Задачей кернометрических исследований является определение параметров залегания (азимута и угла падения) структурных элементов геологического объекта (слоистости, трещиноватости, сланцеватости и др. ) по ориентированному керну.

Ориентированным называется керн, на поверхность которого зафиксировано положение относительной условной или географической системы координат ( рис. 11. 16).

На практике чаще всего производится косвенная ориентация 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, 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 и соответствующей разметке керна.

При разметке ориентированного керна выделяются структурный элемент (структурный эллипс), нижний и верхний следы апсидальной плоскости (лежачий и висячий бока скважины). Дальнейшие расчеты облегчает замер длин образующих цилиндрических поверхностей керна между поперечными сечениями его в нижней и верхней точке структурного эллипса, измерение через 90° от верхнего следа апсидальной плоскости: h₀ , h₉₀ , h ₁₈₀, h₂₇₀ (см. рис. 11. 16).

 

 

Рис. 11. 16. Ориентированный керн и его элементы

 

При обмере ориентированного керна измеряются следующие параметры:

апсидальный угол слоистостиφ _s – угол, отсчитываемый в плоскости поперечного сечения керна по ходу часовой стрелки от верхнего следа апсидальной плоскости до нижней точки структурного эллипса;

видимый угол падения ή _s - угол между большей осью структурного 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 Δ h_м и диаметр керна d:

Целью кернометрических измерений является определение двух угловых величин: азимута падения структурной плоскости α _s – угла, отсчитываемого в горизонтальной плоскости от северного направления по ходу часовой стрелки до горизонтального положения линии наибольшего ската структурной плоскости, и истинного угла паденияструктурной плоскости η _S – угла наклона линии падения к горизонтальной плоскости.

Кроме того, для выполнения расчетов необходимо знать азимут скважины в точке отбора α _A и зенитный угол скважины θ _А.

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

α _S = α _A +Δ α _АS                                                                          (11. 17)

 

                                             (11. 18)

 

 

           (11. 19)

 

 

Для получения ориентированного керна в процессе бурения применяются различные способы и технические средства.

Наибольшее распространение на практике получили отбурочные керноскопы с электролитическим жидкостным ориентатором.

Отбурочный керноскоп «КО» конструкции партии новой техники Уральского территориального геологического управления (конец 60-х, начало 70-х годов) отличается высокими эксплуатационными харакетристиками, надежностью, простотой конструкции (рис. 11. 17, а) и используется до настоящего времени. В данном устройстве привод отбурочного снаряда 1 с шариком 7 осуществляется от колонны бурильных труб, специальное долото-терка для выравнивания забоя 2 совмещено с корпусом 4, в качестве ориентатора использован жидкостный электролизный апсидоскоп 3. Отбурочный снаряд связан с корпусом 4 во время выравнивания забоя перед отбуркой метки посредством зубчатой муфты 5, передающей крутящий момент, и срезаемого штифта 6, передающего на долото 2 осевую нагрузку.

Усовершенствованная конструкция керноскопа КО – керноскоп КО-73/59М (модернизированный), разработанная в ПГО «Уралгеология» в начале 80-х годов имеет (рис. 11. 17, б) неразрушаемое байонетное соединение 1 отбурочного снаряда 4. Шпонка 5, закрепленная на валу 2 отбурочного снаряда 4, входит в вырез 6 байонетного замка 1 при отрыве снаряда от забоя и выходит из него, освобождая отбурочный снаряд 4, при повороте бурильных труб влево, отбурочный спарлд 4 размещен в корпусе 3 керноскопа. Оба варианта керноскопов имеют карданный шарнир 7 в отбурочном снаряде, позволяющий получить эксцентричную метку. Модернизация керноскопа значительно повысила его эксплуатационные качества.

 

 

 

 

Рис. 11. 17. Принципиальные схемы отбурочных керноскопов

 

Схема снятия отсчета φ ₀ приведена на рис. 11. 17, в, где 1 – след апсидальной плоскости в поперечном сечении апсидоскопа, 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 России техническая идея, близкая американской системе «Кристенсен Хюгель» реализована в виде специального бурового снаряда КПК Свердловского горного института (рис. 11. 18). 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 10 и Т- образными вырезами с вогнутыми вовнутрь стакана лепестками 9 (фиксаторами керна). Непосредственно над стаканом 8 установлен ориентатор необратимого одноактного 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 его на забой осуществляется бурение на глубину 10-15 см. В процессе углубки столбик керна входит в керноприемный стакан 8 и жестко закрывается за счет его упругой конструкции. 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.

 

 

Рис. 11. 18. Схема конструкции бурового снаряда для отбора ориентированного керна КПК Конструкции Свердловского горного института

 

 

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, включая его. Затем он утапливается в корпус замка 2, в результате чего кулачки 4 получают возможность свободного радиального перемещения и освобождает скобы 3 – заклинивание замка. На этом фиксация керноориентатора прекращается. Далее бурение ведется по обычной технологии на полную рейсовую углубку. Керноориентатор вместе с поступающим в колонковую трубу керном перемещается по ней вверх.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: