Тема 4.2. Опробование буровых скважин

(роторного, кернового, ударно-вращательного бурения)

Отбор проб при бурении разведочных скважин имеет свои специфи­ческие особенности и трудности: стенки скважин недоступны для осмотра (за исключением скважин очень больших диаметров), повторный отбор проб крайне затруднен, количество материала, поступающего в пробы, ограниченно.

Отбор проб при колонковом бурении. При колонковом бурении материалом для проб могут служить керн, керн и шлам или только шлам, поднятый в шламовой трубе и вынесенный с забоя на поверхность промывочными водами или воздушной струей. Наиболее достоверные результаты опробования получаются при исследо­вании керна. Шлам используется как дополнительный материал в случае неполного выхода керна или при его избирательном   выкрашивании.

Полнота выхода керна зависит от многих причин. В сильно трещино­ватых, пористых, разрушенных, хрупких и рыхлых полезных ископае­мых выход керна резко снижается, происходит интенсивное его истира­ние дробью и разрушение промывочными водами. Чем дольше находится керн в забое, тем меньше его сохранность. Увеличение выхода керна может быть достигнуто при увеличении диаметра скважин, при переходе от дробового бурения на коронки, арми­рованные твердыми сплавами или алмазами, а также при применении двойных колонковых труб.

При бурении растворимых солей следует применять в качестве про­мывочных вод рассолы того же состава. Однако состав таких рассолов всегда несколько отличается от состава изучаемых солей, что приводит к избирательному растворению поверхности керна. Поэтому материал для пробы в таких случаях следует высверливать вдоль оси керна.

При удовлетворительном выходе керна (обычно 70%), если не происходит избирательного истирания, материалом пробы является один керн. Он представляет ценность не только для химического, технического и минералогического опробования, но и для изучения строения тел полез­ных ископаемых, их минерального состава, структур и текстур. В пробу следует отбирать минимально необходимую часть керна.

Керн по полезному ископаемому измеряют, взвешивают, устанавли­вают его выход и производят геологическую документацию, намечают места отбора проб (в случае необходимости — секционных проб). Отбор проб можно производить путем раскалывания керна ручным или гидравлическим керноколом вдоль его оси, а на границах намечен­ных проб — и перпендикулярно оси. Одна половина керна, как правило, поступает в химическую или минералогическую пробу, вторая раскалы­вается еще раз, после чего одна четвертая часть керна может быть исполь­зована для отбора технологической пробы, а другая часть является дубли­катом и хранится в кернохранилище. Дубликат используется для изуче­ния минерального состава или других свойств полезного ископаемого.

Лучшим способом отбора материала в пробу является распиловка керна, при этом для хранения срезается лишь сегмент, а весь остальной керн представляет собой материал пробы.

Использование шлама для опробования при колонковом бурении не дает надежных результатов по ряду причин: шлам нередко разубоживается вышележащими породами или засоряется рудой, загрязняется промывочной жидкостью (глинистым раствором), часть шлама теряется в трещиноватых рудах, при подъеме шлама происходит оседание. Кроме того, благо­родные металлы и сульфиды хорошо растворяются органическими маслами, а молибден, антимонит и самородная сера — даже водой, в результате чего часть ценных минералов вместе с промывочными водами уходит в свободный слив или попадает обратно в скважину. При бурении дробью шлам сильно засоряется железом и фосфором, что делает его непригодным для опробования железорудных месторождений. Оценка качества мине­рального сырья на основании только шлама колонкового бурения недопу­стима. Поэтому следует отказываться от использования шлама и при­менять все меры к повышению выхода керна.

В литературе приводятся сведения о том, что при совместном опробо­вании керна и шлама иногда получают достоверные результаты даже при наличии избирательного истирания (например, колчеданно-полиметаллические месторождения Рудного Алтая и ртутные месторождения Никитовского рудного поля). В тех случаях, когда необходимо опробо­вание шлама, принимают меры к его полному улавливанию: тампонируют трещины в породах, крепят перекрывающие руду породы обсадными трубами, при бурении дробью применяют шламовые трубы, для трущихся частей станка, шланг применяют графитовую смазку, после каждого рейса скважину промывают до появления осветленной воды, исключают глинистую промывку, если в полезном ископаемом содержится тонкий материал, при использовании глинистой промывки собранный шлам подвергают отмучиванию в ковше или ведре или в специальном приборе, создают условия для полной отсадки буровой мути в желобах и отстойных баках. Керн и шлам (вместе с буровой мутью) в пределах интервала опро­бования отбирают в отдельные пробы.

При низком выходе керна и использовании для опробования шлама большие затруднения возникают при геологической документации керна и при отборе секционных проб (нарушенность керна, привязка шлама к тому или иному интервалу).

Поэтому при отборе секционных проб в этих условиях необходимо использовать результаты каротажа скважин. Во многих случаях каротаж скважин позволяет: 1) определить положение залежей полезного ископаемого, достаточно точно установить границы залежей при четких геологических контактах; 2) выяснить строение зале­жей; 3) выяснить особенности минерального состава; 4) установить кон­центрацию минералов или металлов в залежах полезных ископаемых и закономерности их распределения.

Отбор проб при бескерновом бурении. Ударно - канатное бурение широко применяется для разведки крупных тел полезных ископаемых штокверкового типа, оловорудных, вольфрамо­вых, прожилково-вкрапленных медно-молибденовых и молибденовых месторождений, скарновых месторождений (особенно магнетитовых) и др., а также при открытых разработках полезных ископаемых (буровзрыв­ные скважины). Бурение производится сплошным забоем, в процессе которого получается относительно тонко измельченный материал, обычно в виде шлама.

В этих условиях правильный отбор проб зависит от полноты подня­тия шлама с каждого пробуренного интервала отдельно и крепления скважин с целью изоляции тела полезного ископаемого от перекрыва­ющих его пород. В связи с возможным обрушением стенок скважин, а также с потерей шлама в процессе бурения и транспортировки следует систематически контролировать объем поднятого материала теоретическими расчетами объема. Результаты контроля фиксируются в специальном журнале.

Поднятый шлам поступает в приемный желоб, с которого сливается в бак размером 0,5 X 0,7 Х 0,4 м, изготовленный из досок толщиной 5 ммили из котельного железа (листового). Иногда желонку разгружают и обмывают непосредственно в баке. Материал в баке перемешивается и сокращается вычерпыванием по способу конверта при помощи ручного пробоотборника.

Сокращенную пробу помещают в ведро или другой сосуд, после от­садки шлама воду сливают, а шлам просушивают на солнце или в печной бане. Оставшийся после сокращения в баке шлам выгружают в отвал, наиболее крупные куски руды отбирают для микро- и макроскопических исследований, бак тщательно промывают. Весь процесс отбора пробы из бака занимает 3—5 мин.

Отбор проб при ручном и механическом ударно-вращательном бурении. Ударно-вращательное бурение применяется при разведке неглубоко и горизонтально залегающих тел полезных ископаемых, при условии, если полезное ископаемое и разрез пород, в котором оно располагается, представлены относительно рыхлыми или мягкими образованиями.

Проходка сква­жин и успешный отбор проб в рыхлых и обводненных породах обычно возможны только при опережении забоя обсадными трубами. Глубина опережения опреде­ляется крупностью рыхлого материала и насыщенностью его водой. Бурение и удаление материала из скважины производится желонкой (шариковой, тарелочной или поршневой), которая не должна доводиться до башмака обсадных труб на 10—15 см. Рыхлый материал, поднятый желонкой, сливают в мерную трубу или в мерный ящик, где он отстаи­вается и уплотняется.

Отбор проб из скважин, пройденных по рыхлым, сыпучим, но не обводненным породам. При бурении и опробовании кварцевых, сте­кольных, формовочных и строительных песков, суглинков, иногда диато­мита, трепела и других сыпучих сухих и влажных, но не обводненных полезных ископаемых, в качестве рабочего наконечника применяют ложку. Достоверность опробования обеспечивается при условии, если обсадные трубы опережают забой скважины. Однако это положение часто нарушается. Поэтому необходимо после каждой забурки фрезер обсадных труб доводить до забоя, осыпавшийся материал из скважины удалять и только после этого вновь производить забурку. Поднятый буровой ложкой материал высыпается на деревянный щит размером 1—1,5 м, имеющий с трех сторон невысокие борта. После просмотра и документации материал объединяется в пробу с нескольких забурок. Длина пробы зависит от строения залежи, обычно равна 0,5— 2,0 м.

Отбор проб из скважин, пройденных по мягким и пластичным породам. При бурении и опробовании каолинов, различных глин и глиноподобных материалов, некоторых адсорбентов, а иногда и силикатно-никелевых руд в качестве бурового наконечника применяют змеевики (ручное буре­ние) и шнеки (механическое бурение). Материал уходки удерживается на лопастях змеевика или шнека. За одну уходку змеевиком углубля­ются на 30—40 см, а шнеком — на 1,3—1,5 м. При подъеме материал, находящийся на лопастях змеевика и шнека, в результате трения о стенки скважины загрязняется вышележащими породами. Поднятый на поверх­ность материал необходимо очистить от загрязнения. После этого его просматривают и документируют. В зависимости от мощности и строения залежи отбираются секционные пробы, причем длина секций обычно колеблется от 0,5 до 2 м и более. Отбор проб может осуществляться и раз­личными грунтоносами.

Независимо от вида бурения каждую пробу из буровой скважины тщательно упаковывают в пакет или мешочек и снабжают подробной этикеткой с указанием номера скважины и интервала опробования. Все пробы регистрируются в специальном журнале.

Раздел 5. Обработка проб