Выбор и обоснование конструкции геологоразведочных и инженерно-геологических скважин по проектному геологическому разрезу ведется в следующем порядке.
Устанавливается конечный диаметр скважины. Факторы, влияющие на выбор конечного диаметра, многочисленны и разнообразны (тип породоразрушающего инструмента, необходимый объем керна для лабораторных исследований, твердость пород, способ бурения, степень изученности геологического разреза, назначение скважины, геометрические размеры аппаратуры и приборов, применяемых при исследовании в скважине). Конечный диаметр зависит от энергетических возможностей бурового станка.
Как общее правило, с учетом экономических соображений диаметры скважины следует брать минимально возможными, но допускающими «прение до заданной глубины и опробование. При бурении породоразрушающими инструментами малых диаметров повышается устойчивость стенок скважин, что позволяет значительно упросить их конструкцию.
В практике разведочного бурения на рудные полезные ископаемые получение представительных проб обеспечивается при использовании следующих минимальных размеров породоразрушающих инструментов: 46-59мм при бурении алмазными коронками; 59-76 мм при бурении твердосплавными коронками.
Конечный диаметр скважин следует увеличивать в мягких и трещиноватых порода с тем, чтобы получить больше керна. Так, при бурении в галогенных отложениях для опробования солей конечный диаметр должен составлять 112-93 мм, а при бурении по нерудным полезным ископаемым не менее 93 мм. При сложном геологическом строении и при бурении скважин в новых неизученных районах конечный диаметр выбирается большим. Меньший диаметр остается в резерве на случай возможной аварии. При разведке угольных месторождений в зависимости от типа углей рекомендуют следующие диаметры бурения: по мягким углям - 93 мм, по средним - 76 мм, по плотным - 59 и 76 мм с учетом применения специальных снарядов для получения представительного керна.
Установив конечный диаметр скважины, переходят к определению числа, глубины спуска и диаметра обсадных колонн. Необходимость спуска обсадной колонны зависит, прежде всего, от изученности геологического разреза скважины и степени осложненности его. Крепление части ствола или отдельных интервалов его трубами необходимо: для закрепления устья скважины и предохранения его от размыва (направляющая труба); для перекрытия разрушенных пород верхней части разреза; при возникновении в скважине различных осложнений в процессе бурения (обвалы пород, сильные поглощения промывочной жидкости, водогазопроявления и др.), если применение глинистых или других химически обработанных растворов не дает результатов; для изоляции продуктивных горизонтов пугем тампонирования или цементирования затрубного пространства.
При выборе диаметра обсадных колонн для обеспечения определенных зазоров между внутренней стенкой обсадных труб и буровым снарядом нужно учитывать размеры бурильных труб и их соединений.
Намечают промежуточный и начальный диаметр скважины. Количество метров, которое можно пробурить долотом одного диаметра, устанавливают в зависимости от геологического разреза и опыта работы в данном районе.
При выборе конструкции следует избегать применения обсадных колонн, устанавливаемых «впотай» (без выведения верхнего конца на поверхность). Применение потайных колонн и бурение в ступенчатом открытом стволе недопустимо при использовании снарядов со съемным керноприемником.
Ступенчатость ствола скважины при алмазном бурении допускается только в аварийных ситуациях или в глубоких (более 1000 м) скважинах, когда на нижних интервалах бурение ведется при сравнительно небольших (400-500 мин-1) частотах вращения.
Для обозначения конструкций геологоразведочных скважин применяется их буквенно-цифровая характеристика. Рекомендуется шифр, включающий:
- глубину скважины (проектную или фактическую), м;
- способ бурения на конечной глубине (А-алмазными коронками, Т-твердосплавными коронками, Г-гидроударниками, П-пневмоударниками, Ш-шарошечными долотами, АС-комплексами ССК или КССК, АГ -гидроударниками с алмазными коронками;
- конечный диаметр скважины ( 46.59,76,93). мм;
- сложность конструкции скважин по числу обсадных колонн (I, II, III, БО - без обсадки);
- глубину спуска, диаметр, вид бурения и глубину ступени открытого ствола.
Пример 6.1. Обосновать конструкцию разведочной скважины с проектной глубиной 700 м для бурения алмазными коронками на рудном месторождении, если геологический разрез характеризуется следующими условиями: в интервале 0-16 м наносы; 16-150 м трещиноватые поглощающие промывочную жидкость породы VII - VIII категории но буримости; 150-650 м -монолитные устойчивые породы IX - X категории; 650-690 м - железистые кварциты (X категории); 690-700 м -сланцы окремненные VIII категории. В скважине предусматриваются геофизические исследования с применением приборов диаметром 50мм.
Решение. Для бурения по кварцитам допустим диаметр скважины 46 мм (см. табл.6.1), но поскольку предусматривается использование в скважине приборов диаметром 50 мм, конечный диаметр ее принимается равным 59 мм.
Интервал от 150 м до проектной глубины целесообразно бурить коронками одною
диаметра без крепления обсадными трубами. Анализ Геологического разреза
показывает, что для крепления данной скважины требуется одна обсадная
колонна-кондуктор и направление.
Так как необходимо перекрыть зоны поглощений
промывочной жидкости, глубина спуска кондуктора принимается равной 160 м с
вводом башмака на 10 м в устойчивые породы, а диаметр его - 73 мм.
Следовательно, диаметр коронки для бурения под кондуктор составляет 76 мм.
Глубина спуска направления принимается 18 м, а диаметр - 89 мм. Начальный диаметр скважины принимается равным 112 мм. Затрубное пространство цементируется.
Выбранная конструкция скважины будет иметь следующий шифр: 700A59II 20(89Н) 160(73Н). Графическое изображение конструкции скважины приведено на рис. 6.1.
Рис. 6.1. Графическое изображение запроектированной конструкции скважины.
Пример 6.2. Скважина должна подсечь рудное тело в интервале 780-930 м с получением керна диаметром не менее 60 мм. Значительную часть разреза предполагается бурить в сложных геологических условиях при наличии осыпей и обвалов трещиноватых пород (интервал 180 - 420 м), а также поглощений и незначительных водопроявлений в интервале 540 - 710 м. Весь разрез скважины сложен породами VII -VIII категорий по буримости, которые целесообразно разбуривать твердосплавными коронками. Выбрать проектную конструкцию скважины.
Решение. Устанавливаем конечный диаметр скважины 76 мм, обеспечивающий диаметр керна 60 мм.
Из характеристики геологического разреза очевидна необходимость выбора сложной конструкции со спуском двух промежуточных колонн: на глубину 430 м с целью перекрытия зон, склонных к обвалам и осыпям, на глубину 720 м с целью перекрытия зон возможных поглощений и водопроявлений; для уменьшения расхода обсадных труб эту колонну предполагается установить в интервале 420 - 720 м без выхода ее на поверхность (потайная колонна).
Глубина спуска направления принимается равной 30 м.
Устанавливаются диаметры обсадных колонн: промежуточных 89 и 108 мм, а направления 127 мм. Диаметры твердосплавных коронок соответственно будут равны 93, 112 и 132 мм.
