§ 7. Средства получения образцов пород или проб полезных ископаемых при бескерновом бурении
Отбор проб полезных ископаемых или образцов пород в процессе бурения глубоких скважин заметно снижает производительность труда, что связано с ограничением величины углубки за рейс и необходимостью поднимать буровой снаряд с керном на поверхность. Глубокие скважины предпочтительнее бурить без получения керна, а пробы и образцы пород отбирать из стенок скважины, что и делают в практике геологоразведочных работ. Кроме того, к такому способу прибегают при плохом выходе керна или его отсутствии в процессе бурения любых скважин.
Для отбора проб или образцов пород с целью уточнишя положения контактов и изучения вещественного состава применяют большое количество керно- или пробоотборников и приспособлений, отличающихся принципом действия и конструктивными особенностями. Получаемые такими снарядами пробы или образцы могут быть в виде керна, отдельных кусочков или шлама. По этому признаку можно выделить (условно) две группы снарядов: боковые керноотборники и боковые пробоотборники.
Для опробования полезных ископаемых может быть использован также шлам, получаемый при разбуривании (расширении) ствола ранее пройденной скважины или взятии бороздовой пробы со стенок. Такая необходимость возникает в тех случаях, когда в процессе бурения не были получены представительные пробы, а повторное перебуривание изучаемых интервалов сопряжено с большими дополнительными затратами.
Для того, чтобы шламовые пробы были достаточно представительными, отбор шлама необходимо производить при определенных условиях, основными из которых являются: отсутствие потерь промывочной жидкости или воздуха в интервале взятия пробы; вынос всех частиц разбуриваемого материала независимо от их размеров и плотности пород; отсутствие привноса в шламовую пробу материала с других интервалов (со стенок скважины или с ранее пройденного интервала при плохой очистке скважины от шлама). Поэтому при отборе шламовых проб скважина должна быть полностью очищена от продуктов разрушения, стенки неустойчивых пород закреплены.
По характеру взаимодействия рабочего органа с породой или способу внедрения его в породу можно выделить: керно- и пробоотборники режущего, режуще-скалывающего, дробящего (ударного) и термодинамического действия. В соответствии с этим конструктивно рабочий орган керно- или пробоотборников может быть выполнен в виде: стакана-штампа, залавливаемого статическим или динамическим усилием; колонковой трубы с коронкой сверлящего действия; дисков, вырезающих образец в форме клина; термодинамических горелок, вырезающих (выплавляющих) образцы конической формы; скребков, ножей-расширителей или фрезеров, срезающих тонкий слой со стенок скважин или фрезерующих стенки ствола скважины.
По характеру работы снарядов или виду применяемой энергии керно- и пробоотборники могут быть: механические — с приводом на поверхности или в скважине, стреляющие и термодинамические. Спускают такие средства в скважину на бурильных трубах, кабеле или тросе.
Наконец, по количеству опробуемых интервалов (мест взятия образцов) за один рейс снаряды могут быть однократного или многократного действия. При этом керноотборник может иметь один повторно действующий рабочий орган или несколько, рабо
тающих последовательно или одновременно, со сбором керна в магазин, подъемом в грунтоноске или с подъемом каждого керна отдельно в снаряде.
Все средства отбора проб или образцов из стенок скважин можно классифицировать с учетом указанных основных признаков (табл. 17.3). Кроме основных групп, выделенных в таблице, могут быть и комбинированные типы устройств. Применение того или иного устройства для отбора проб или образцов из стенок скважины определяется характером пород, залегающих в изучаемом интервале, глубиной и диаметром ствола скважины, целью исследований. В общем случае такие устройства должны обеспечить: отбор проб или образцов пород любой твердости; представительность пробы; высокую точность взятия пробы в требуемом интервале; отбор проб на любой глубине; высокую производительность. При всем
Т.шлица 17J. Классификация средств отбора проб полезных ископаемых и образцов пород из стенок скважины (по С. С. Сулакшину)
Тип керно- или пробоотборника
Способ отбора образцов или пробы
Условия применения снаряда и характер получаемых образцов
Способ приведения в действие керно- или пробоотборника
I.
Режущего действия
Задавливание стакана-штампа статическим усилием
Вращение бурового снаряда с коронкой
Вырезание образцов вращающимися дисками
(фрезами) Срезание тонкого слоя со стенки скважины при вращении снаряда
(фрезерованием)
Мягкие породы Образцы в виде столбика-керна
Породы любой твердости. Образцы в виде столбика-керна
Твердые породы. Образцы в виде кусков клиновидной формы
Породы до средней твердости. Пробы в виде шлама
Перемещение снаряда вдоль оси скважины при подъеме, действие гидравлики или пружины Гидростатическое давление столба жидкости Гидравлическая подача Вращение колонны бурильных труб Вращение вала турбобура или колонны бурильных труб Перемещение зубчатой рейки под действием гидростатического давления столба жидкости Специальные двигатели: электрические, гидравлические или турбореактивные, пороховые Погружной электродвигатель
Вращение колонны бурильных труб
Tim керно- или пробоотборника
Способ отбора образцов или пробы
Условия применения снаряда и характер получаемых образцов
Способ приведения в действие керно- или пробоотборника
И. Режуще- скалыва- ющего действия
Дробящего (ударного) действия
Термодинамического действия
Срезание слоя (борозды) со стенки скважины
Срезание (скалывание) слоя (борозды) со стенки скважииы
Внедрение стакана-штампа (бойка) под действием динамической нагрузки
Обуривание (вырезание) образца струей раскаленных газов
Породы невысокой твердости. Пробы в виде шлама
Породы средней и выше средней твердости. Пробы в виде шлама (кусочков)
Породы мягкие и средней твердости. Образцы в виде столбика или разрушенной массы (кусочков)
Породы высокой твердости. Образцы в виде кусков конической формы
Подъем снаряда из скважины
Действие ударных и осевых нагрузок (вибраций) и перемещение пробоотборника вдоль ствола скважины
Действие взрыва
Воспламенение горючей смеси
этом устройство должно быть простым, надежным и экономичным в эксплуатации, легко транспортируемым в любых условиях проведения работ.