6.5. Бурение скважин при разведке

Бурение широко применяется на всех стадиях разведки золото­рудных месторождений в сочетании с проходкой горных выработок или в качестве самостоятельной системы разведки. По сравнению с горными работами бурение позволяет в более короткий срок и с меньшими затра­тами разведывать месторождение. Поэтому повышение роли бурения при разведке золоторудных месторождений имеет большое значение.

Следует, однако, указать, что бурение не обеспечивает получение полной и надежной информации о геологическом строении рудных тел. Это ограничивает использование данных разведочного бурения для подсче­та запасов.

Для наиболее распространенного при разведке вращательного ко­лонкового бурения характерными недостатками являются: относительно небольшой объем керновых проб; не очень высокий выход керна; наличие избирательного истирания керна; отклонение скважин от заданного профиля. Указанные недостатки по-разному влияют на надежность опробования скважин.

Представительность результатов бурения во многом зависит от количества пересечений рудных тел скважинами и положения стволов скважин в пространстве. В ряде случаев (особенно при разведке мало­мощных рудных тел) геологические данные, полученные по единичным пересечениям рудного тела, случайны. Наряду с искривлением скважин это затрудняет выдерживание нормальной плотности разведочной сети и снижает надежность подсчета запасов по результатам бурения.

Повышение надежности проб, отбираемых в скважинах, и предста­вительности геологической информации при разведке месторождений бурением может быть достигнуто путем применения наиболее совершенных технических средств и технологии бурения, обеспечивающих высокий выход из керна и наименьшее его избирательное истирание; широким внедрением в практику разведочных работ оперативного и точного контро­ля местоположения забоев скважин, а также многозабойного и направ­ленного бурения.

Рациональные области применения различных технических средств и способов бурения

На золоторудных месторождениях эффективно применяются различ­ные способы механического бурения: вращательное с использованием твердосплавного и алмазного породоразрушающего инструмента, вращательно-ударное с высокочастотными гидроударниками, ударно-враща­тельное с пневмо- или гидроударниками. Целесообразность внедрения различных способов обусловлена главным образом геологическими и горно-техническими условиями месторождения, влияющими на надеж­ность геологической информации, данные опробования по скважинам, производительность и стоимость бурения. При всех перечисленных способах

Техническая характеристика буровых станков (стандарт СЭВ 770—77)

Таблица 22

Параметры		Классы станков и величины параметров
	1	2	3	4	5	6	7	8
Глубина бурения
номинальная, м:
алмазное	25	100	300	500	800	1200	2000	3000
твердосплав-	12,5	50	200	300	500	800	1200	2000
ное
Грузоподъемность
на крюке, кН:
номинальная	1,25	6,3	20,0	32,0	50,0	80,0	125,0	200,0
максимальная	2,0	10,0	32,0	50,0	80,0	125,0	200,0	320,0
Диаметр бурения,
мм:
начальный	93	132	132	151	151	151	212	295
(не менее)
конечный					\
алмазное бу-	36	46	59	59	59	59	59'	59
рение
твердосплав-	76	93	93	93	93	93	93	93
ное бурение
Частота вращения
бурового снаряда
(с~') при враща-
тельном бурении:
от (не более)	4,0	3,2	2,7	2,7	2,7	2,7	2,7	2,7
до (не менее)	20,0	25,0	25,0	25Д	25,0	25,0	25,0	20,0
Частота вращения
бурового снаряда.
(с"1) при ударно-							<
вращательном бу- ПРНИИ1

Продолжение табл.22

Параметры	Классы станков и величины параметров
	1	2	3	4	5	6	7	8
от (не более)	__	___	0,4	0,4	0,3	0,25	0,20	0,20
до (не менее)	—		3,8	3,8	3,8	3,8	3,8	3,8
Диапазон .углов
наклона вращателя
(минимальный): радианы		1,22—1,57(0,6—6,28)*			1,22—1,57	1,31 — 1,57		1,57
градусы		70—90 (0—360)*			70—90	75—90		90
Скорость подъема
бурового снаряда, м/с:	—	0,6	0,55	0,45	0,4	0,32	0,3	0,25
минимальная
(не более)	—	1,2	1,4	1,4	1,4	1,5	1,5	1,5
максимальная
(не менее)
	1,6	4,7	9,5	9,5	14,0	14,0—18,6	18,6	18,6—24,0
Длина свечи номи-
нальная, м
	3	11	15	22	30	45	55	75
Мощность привод-
ного электродвига-
теля, кВт

* Значения диапазонов углов наклона вращателя относятся только к станкам для подземного бурения.

бурения применяются одни и те же буровые установки, техническая характеристика которых приведена в табл. 22. Выбор буровой установки осуществляется в зависимости от глубины и цели бурения.

При разведочном бурении на коренных месторождениях золота используются алмазные и твердосплавные коронки d = 46 мм и более. При выходе керна более 70 % коронки d=46 мм обеспечивают доста­точную для опробования массу пробы. Однако, учитывая ограниченность в выборе технических средств для отбора проб соответствующего диаметра, а также то обстоятельство, что при бурении коронками d=46 мм не всегда удается получать кондиционный выход керна, основными диаметрами для бурения по рудным телам на коренных месторождениях золота следует считать: при алмазном бурении 59 мм, при твердосплавном 76 мм. При повышении требований к выходу керна и сохранности его структуры следует применять большие диаметры бурения. Так, при бурении маломощ­ных жильных тел, где желательно получать керн ненарушенной структуры при высоком проценте его выхода, должны использовать алмазные корон­ки d = 76 мм и твердосплавные d = 76 и 93 мм.

Твердосплавное бурение на золоторудных месторождениях может применяться в породах до VIII категории. Для наиболее эффективного бурения необходимо правильно выбрать тип коронки и рациональный режим бурения (табл. 23).

Установлено, что максимальная механическая скорость бурения соответствует окружной скорости коронки, равной 1,5 м/с. В зависимости от диаметра коронки можно определить необходимую частоту вращения (мин^-1)

где V — окружная скорость коронки, равная 1,5 м/с; Д — диаметр коронки, м.

При бурении трещиноватых и абразивных пород частота вращения уменьшается.

Расход промывочной жидкости определяют по формуле: (Q = К*Д, где К — удельный расход промывочной жидкости на 1 см диаметра коронки, л/мин; Д — диаметр коронки, см.

Для резцовых и самозатачивающихся коронок величина К в породах V— VI категории равна 8—16; VII— VIII категории 7—8.

Алмазное бурение на золоторудных месторождениях применяется в породах VII — XII категорий. Правильный выбор алмазной коронки

Таблица 23

Области рационального применения твердосплавных коронок

Породы	Категории	Типы коронок	Огевая нагрузка на один основной резец, Н	Окружная скорость, м/с
Суглинки, мины, слабо-
сцементированные песча-	До IV	Ребристые (Ml;	300—800	1 — 1,5
ники, ангидриты, глинис-		М2; М5)
тые сланцы
Аргиллиты, алевролиты,	IV— VII	Мелкорезцовые	500—1000	0,8—1,6
глинистые и песчаные		(СМЗ; СМ4; СМ5)
сланцы, гипсы, известня-
ки, дуниты, серпентиниты,
перидотиты
Песчаники, алевролиты,	VI— VIII	Самозатачиваю-	500—800	0,6—1,5
диориты, габбро, порфи-	частично	щиеся (СА2; САЗ;
риты, окварцованные	IX	СА4; СА5)
известняки, пироксениты,
базальты, скарны

определяет производительность бурения и его стоимость. В конкретных горно-геологических условиях при алмазном бурении необходимо как можно точнее оценивать физико-механические свойства пород, прежде всего их абразивные свойства и твердость. При выборе типов алмазных коронок следует руководствоваться соответствующими нормативными документами.

Оптимальные сочетания режимных параметров (частота вращения, осевая нагрузка и количество промывочной жидкости) необходимо подбирать с учетом конкретных свойств горных пород (твердость, трещиноватость абразивность и др.), типа и диаметра коронки, размера объемных алмазов глубины скважины, требований к выходу керна, характера искривления скважины, а также с учетом состояния, применяемого оборудования и наличия антивибрационных средств.

При алмазном бурении рекомендуется максимально возможные частоты вращения, допускаемые состоянием оборудования, инструмента и характером разбуриваемых пород. Осевая нагрузка на коронку должна быть достаточной для эффективного разрушения породы на забое. Нагрузки ниже оптимальных приводят к заполировыванию алма­зов. Чрезмерные нагрузки вызывают зашламование и резко повышают расход алмазов. С увеличением частоты вращения осевую нагрузку следует повышать.

Количество подаваемой промывочной жидкости должно обеспечи­вать очистку забоя от шлама и охлаждение алмазной коронки. При бурении очень твердых пород, в которых алмазы заполировываются, количество промывочной жидкости к концу рейса уменьшать. Во всех случаях с повышением механической скорости бурения увеличивается количество подаваемой на забой промывочной жидкости.

Высокочастотное алмазное бурение с применением ЛБТ при частоте вращения 800—1 500 мин^-1 может эффективно применяться, если бурение ведется в однородных по буримости породах, преимущественно VIII—IX категорий, слабой и средней трещиноватости; стенки скважин устойчивы и отсутствуют зоны интенсивного поглощения промывочной жидкости; изменчивость физико-механических свойств пород такова, что позволяет заменять тип применяемой коронки не менее чем через 10—20 м бурения; глубина бурения не превышает 150—200 м.

К неблагоприятным горно-геологическим условиям, препятствующим внедрению высокочастотного бурения, относятся: неоднородность (по буримости) пород геологического разреза и их интенсивная трещиноватость; преобладание в разрезе мощных толщ пород IX и более высоких категорий, в которых наблюдается повышенный износ алмазов на высокой частоте вращения коронки; необходимость бурения корон­ками d = 76 мм и более из-за осложнений с отбором керна; интен­сивное поглощение промывочной жидкости, исключающее применение эмульсионных растворов.

Гидроударное бурение скважин диаметром скважин 76 и 59 мм в породах V—X категорий эффективно по сравнению с другими спосо­бами при наличии геологических факторов, вызывающих интенсивное искривление ствола скважины; частой перемежаемости пород различной твердости и абразивности; преобладании в разрезе пород VI—IX катего­рий; возможности использования в качестве промывочной жидкости воды, что увеличивает рабочий ресурс гидроударников и глубину их применения; возможности выбора только одного вида бурения по всему разрезу — гидроударниками или гидроударниками с бескерновым и твердосплавным бурением; возможности больших объемов гидро­ударного бурения при глубине скважин 400—1000 м.

Неблагоприятны для гидроударного бурения: преобладание в раз­резе пород менее V категории или абразивных пород X и более высоких категорий; необходимость использования глинистого раствора, увеличивающего износ гидроударников; неустойчивость стенок скважины в мощных интервалах интенсивной трещиноватости пород; сложность обеспечения промывочной жидкостью и малые объемы бурения.

Бурение снарядами со съемными керноприемниками может быть эффективно в случае однородных по буримости пород соответствующей твердости, позволяющих бурить без подъема колонны 30—50 м и глубине бурения более 500 м для ССК и 1000 м для КССК.

Не благоприятны для применения съемных керноприемников: час­тая перемежаемость пород различной твердости, затрудняющая подбор коронки; кавернозность или интенсивная разработка ствола скважины, приводящая к поломкам резьбовых соединений; неустойчивость стенок скважин, вызывающая необходимость применения глинистых растворов большой плотности, что затрудняет работу с керноприемником; наличие зон катастрофического поглощения на большой глубине, обусловливающее необходимость спуска обсадных труб и применения двух типов буриль­ных колонн и породоразрушающего инструмента; физико — механические свойства пород, обусловливающие углубку на коронку менее 12—15 м.

Высокочастотное гидроударное бурение гидроударниками ГВ—5 и ГВ—6 дает высокие технико-экономические показатели при бурении скважин глубиной более 200 м в твердых трещиноватых породах, где применение форсированных режимов вызывает повышенный износ инструмента, а также разрезов, содержащих мощные толщи малоабра­зивных пород XI—XII категорий, вызывающих заполировку алмазов.

В геологических разрезах, сложенных монолитными слаботрещино­ватыми породами, относительная эффективность бурения этим способом в сравнении с вращательным уменьшается.

Пневмоударное бурение эффективно в разрезах, сложенных необвод­ненными или многолетнемерзлыми породами VII—XI категорий, при наличии зон катастрофического поглощения промывочной жидкости, особенно в безводных и пустынных районах, где затруднено снабжение буровых промывочной жидкостью.

Неблагоприятны для пневмоударного бурения наличие обводнен­ных пород, сильный водоприток в скважину; присутствие в разрезах глинистых включений и прослоев; преобладание в разрезе абразивных пород X категории и выше, что приводит к интенсивному износу коро­нок и снижению эффективности бурения по сравнению с вращательным способом; наличие в геологических разрезах мощных зон сильнотрещи­новатых и раздробленных пород, затрудняющих геологическую докумен­тацию из-за низкого выхода керна.

Рекомендуемые рациональные области применения различных спосо­бов бурения даны в табл. 24.

Бескерновое бурение чаще всего осуществляется с помощью шаро­шечных долот. Этот способ по сравнению с колонковым позволяет зна­чительно увеличить углубку за рейс и механическую скорость бурения. Бескерновое бурение шарошечными долотами применяется при бурении вмещающих пород на хорошо изученных месторождениях.

В некоторых случаях, когда по геологическим условиям невозможно получать высокий выход керна, а опробование по шламу дает удовлет­ворительные результаты, бескерновое бурение шарошечными долотами может применяться и при пересечении рудных интервалов.

Получение надежных шламовых проб возможно только при выполне­нии следующих условий: улавливания всех частиц разбуриваемого ма­териала независимо от их размеров и плотности; возможной точной при­вязки шламовых проб к интервалам опробования; отсутствия привноса в шламовую пробу материала с других интервалов скважины. В ком­поновку снаряда при шарошечном бурении обязательно включается шламовая труба для улавливания крупного шлама. Улавливание

Таблица 24

Рациональные области применения различных способов бурения

Бурение	Рекомендуемые глубины (в м) бурения в породах различных категорий
	VI— VII	VIII — IX	X -XI
Алмазное	__	0—150	0—200
Твердосплавное Высокооборотное с ЛБТ Комплексом:	0—300	150—1000	100—1000
ССК— 59	—	500—1200	—
КССК— 76	1000—2000	—	—
Гидроударное Высокочастотное гидроудар-	. ----- .	400—1000	—
ное:
твердосплавными корон-	300—1000	—	—
ками
алмазными коронками Пневмоударное: в необводненных сква-		0—400	200—1000 0—400
жинах
в обводненных скважи	—	0—150	0—150
нах

мелкого шлама осуществляется на поверхности с помощью системы желобов, секционных и гидроциклонных шламоулавливателей.

Бескерновое бурение шарошечыми долотами наиболее эффективно при сильной трещиноватости пород и интенсивных поглощениях промы­вочной жидкости. В этих условиях шарошечное бурение с продувкой позволяет значительно увеличить выход материала для опробования. Кроме того, при бурении с продувкой обеспечивается более точная привязка материала к интервалам опробования, а высокая производитель­ность этого вида бурения позволяет значительно сократить сроки разведоч­ных работ.