Отбор ориентированного керна

Извлечение из скважины керна, ориентированного в отношении стран света, позволяет установить элементы залегания горных пород на любой глубине, что является одной из важнейших геологических задач.

Известно несколько методов ориентированного извлечения керна. Для этой цели применяются специальные скважинные устройства – керноскопы.

Сущность их действия сводится к тому, что в скважине на керн с торца или вдоль образующей наносятся метки: с помощью керноскопа обеспечивается получение ориентированной метки непосредственно в забое в виде пилот-скважины глубиной до 150 мм, положение которой в отношении стран света известно или легко определяется на поверхности с помощью специальных приборов – керномеров.

Отбор проб шлама

При уменьшении выхода керна снижается достоверность получаемых геологических данных о месторождении, физико-механических, химических и других данных о конкретной горной породе. Вспомогательным материалом для опробования полезных ископаемых и горных пород может быть шлам, получающийся при бурении. Собирать шлам можно в процессе колонкового бурения; при бескерновом бурении сплошным забоем; при расширении ствола скважины после ее проходки. Сбор шлама в процессе колонкового бурения скважин при прямой промывке – наименее достоверный материал, т. к. промывочная жидкость, воздействуя на стенки скважины, обогащает шлам частицами других горных пород. При этом полностью отделить шлам от жидкости очень трудно. Частицы, циркулируя вместе с жидкостью, частично оседают в шламовой трубе, частично – на поверхности в циркуляционной системе.

Бурение с призабойной обратной промывкой и бурение с продувкой воздухом в отношении достоверности материала – более надежный метод. Одновременный отбор керна и шлама с помощью снарядов, обеспечивающих обратную призабойную промывку, дает высокий выход материалов в пробу. Сбор шлама при бескерновом бурении – единственное средство получения фактического материала в процессе бурения. Так как шарошечное бурение сплошным забоем в ряде случаев более производительно, этот способ опробования рекомендуется при разведке месторождений с неравномерным распределением полезных компонентов или при избирательном истирании керна.

Для опробования может быть также использован шлам, получаемый при расширении ствола уже пройденных скважин. Это необходимо в тех случаях, когда не были получены представительные пробы в процессе бурения основного ствола, а повторное перебуривание связано с большими затратами. Для обеспечения представительности шламовых проб необходимо отбирать их при соблюдении следующих условий: 1) отсутствие потерь промывочной жидкости или воздуха в интервале взятия проб; 2) вынос всех частиц разбуриваемой горной породы независимо от их размеров и плотности; 3) отсутствие привноса материалов из других интервалов; 4) скважина должна быть полностью очищена от шлама; 5) стенки скважины в неустойчивых породах должны быть закреплены.

При алмазном и твердосплавном бурении с промывкой шлам можно улавливать как на поверхности, так и в скважине, при бурении с продувкой – на поверхности. На поверхности шлам собирают способом сепарации (отсадки) или способом фильтрации. При сепарации шлам собирают с помощью шламоулавливающих желобов, ловушек или гидроциклонов, устанавливаемых при бурении с промывкой, с помощью пневмоциклонов – при бурении с продувкой.

Шламоулавливающие желоба (рис. 10.1) имеют систему перегородок и устанавливаются под углом наклона (не более 1:125), обеспечивающим движение жидкости со скоростью ниже критической. Вследствие этого частицы шлама оседают в секциях желоба и в шламоулавливающем ящике. После осаждения шлама из желоба сливают воду, высушивают шлам и собирают его в мешочки.

Рис. 10.1. Шламоулавливающие желоба: Рис. 10.2. Схема
а – желоб с перегородками; б – желоб с ящиком- гидроциклонного
ловушкой: 1 –корыто; 2 – желоб с секциями; 3– ящик шламоотделителя

Для улавливания шлама в желобе 2 (рис. 10.1, б) может быть установлен ящик-ловушка 3 недалеко от устья скважины 1 (направляющей трубы). При непрерывном сборе шлама на скважине целесообразно иметь несколько ящиков-ловушек для их замены по мере заполнения.

Гидроциклонные шламоотделители (рис. 10.2) представляют собой воронку-диффузор 3 с верхней цилиндрической частью, к которой подведена (по касательной) труба 1 со специальной насадкой. Через эту трубу в цилиндрическую часть диффузора поступает промывочная жидкость, содержащая шлам, и приобретает вращательное движение. Частицы шлама под действием центробежных сил отжимаются к стенкам диффузора, а затем под действием силы тяжести опускаются в нижнюю часть воронки. Шлам извлекается через нижнее отверстие диффузора 4. Очищенная жидкость выходит через верхнюю трубу 2 (см. также разд. 4.3.4).

В гидроциклоне с цилиндрической частью диаметром 150–175 мм и воронкой с конусностью 30–40° отделяются из глинистого раствора частицы шлама размером до 0,02 мм. Размер улавливаемых частиц регулируется изменением размеров проходного отверстия в насадке или нижнего выпускного отверстия, закрываемого специальной крышкой. Диаметр нижнего выходного отверстия должен быть меньше диаметра верхнего сливного отверстия.

Шламоулавливающие трубы открытого или закрытого типа используют для сбора шлама в скважине в процессе бурения (с продувкой или промывкой). В целях повышения эффективности сбора шлама можно применять многоярусные шламовые трубы.

Хранение керна

Для обеспечения сохранности керна извлекать его из колонковой трубы необходимо с соблюдением максимальной осторожности. Керн, извлекаемый из колонковой трубы после каждого рейса, принимается бурильщиком, обмывается от частиц шлама и промывочного раствора и складывается в специальные керновые ящики (керн рыхлых или растворимых пород очищается от загрязнения без промывки). Эти ящики должны обеспечивать надежные условия для хранения и транспортировки керна Их изготовляют из дерева или других плотных материалов. Размеры ящиков – 1×0,5–0,6×0,1 м, на торцовых сторонах они должны иметь рукоятки для удобства переноски и погрузки. Высота стенок и ширина отделений в ящиках должны соответствовать диаметру укладываемого керна. Хранение керна без керновых ящиков запрещается.

Укладывать керн надо слева направо в каждом отделении ящика. Сверху, на боковых стенках и продольных перегородках, наносят (слева направо) стрелки, указывающие порядок укладки керна. Укладка керна в ящики «змейкой» не допускается.

Укладывать керн в ящики следует плотно, без промежутков между отдельными кусками, в строгом соответствии с расположением кусков по разрезу скважины. Куски разбитого керна совмещают при укладке по плоскостям раскола. Мелкие кусочки керна, точное местоположение которых в интервалах не установлено, завертывают в плотную оберточную бумагу или полиэтиленовую пленку и кладут в верхней части интервала. Образцы разрушенного или сыпучего керна помещают в полиэтиленовые или плотные матерчатые мешочки и в том же порядке укладывают в отделения керновых ящиков. Керн быстро выветривающихся или разлагающихся видов полезных ископаемых хранится в особых условиях (парафинирование, помещение в капсулы, герметичные сосуды и т. д.). Шлам при отборе должен быть упакован в полиэтиленовые или плотные матерчатые мешочки, соответствующие размерам отделений керновых ящиков, и уложен в конце соответствующего интервала бурения. В конце каждого интервала, соответствующего одному рейсу, по которому поднят керн, бурильщик ставит деревянную бирку, отвечающую размеру отделения ящика, которая разделяет керны соседних интервалов. Местоположение бирки обозначается на перегородках ящика поперечной зарубкой и стрелкой, нанесенной карандашом. На бирке простым черным карандашом четко выписывается интервал глубин и длина интервала в метрах с точностью до 0,01. К бирке прилагается этикетка на извлеченный керн в соответствии с унифицированной формой геологической документации. Бирка вкладывается также после собранного шлама, но в этом случае в этикетке вместо длины керна отмечается количество собранного шлама в граммах.

Ящики, заполняемые и заполненные керном, должны быть закрыты плотными крышками и находиться в помещении буровой вышки. Крышки заполненных керном ящиков перед транспортировкой прибивают гвоздями. На крышке и торце каждого ящика несмываемой краской четко наносят следующие данные: наименование участка; организация, производящая бурение; номер скважины, глубина от – до (в метрах); год производства работ. Заполненные керном ящики вывозят в керноразборочные помещения или кернохранилище для детальной геологической обработки керна и передают работнику, ответственному за кернохранилище, с оформлением передачи в специальном регистрационном журнале. Для скважин, удаленных от баз партий и расположенных в труднодоступных участках, керн может сохраняться на буровой до окончания бурения.

Ответственность за выход керна, правильное его извлечение из колонковой трубы, укладку в керновые ящики, этикетирование, маркировку и хранение на буровой несут буровой мастер и бурильщик; ответственность за снабжение керновыми ящиками и своевременную вывозку керна в кернохранилище несет буровой мастер.

Ответственным за геологическую документацию скважин является старший геолог партии (участка) либо геолог, назначенный приказом субъекта хозяйствования, который обязан:

· следить за нормальным выходом керна, особенно по полезному ископаемому, и при его недостаточном выходе своевременно привлекать лиц технической службы для принятия необходимых мер (ограничение рейса, улучшение качества глинистого раствора, тампонаж скважин, применение специальных технических средств, двойных колонковых труб);

· уточнять выход керна по полезному ископаемому линейным (при извлечении сравнительно монолитного керна в виде столбиков и плашек), объемным или весовым (при извлечении раздробленного керна) способами;

· проверять правильность укладки керна в ящики, соответствие этикетировки его полевым журналам и фактически извлеченному керну, удостоверяя проведенную проверку подписью в этикетке;

· проверять правильность определения техником-геологом пород при описании керна, полноту и качество изложения геологических данных, своевременность и правильность ведения полевого журнала и геологической документации скважины;

· устанавливать категории буримости вскрываемых скважинами пород;

· проводить контрольные замеры глубин скважин, уровней воды в них, контроль за своевременным производством замеров искривлений, контроль за проведением и результатами каротажных работ, своевременностью закрытия и правильностью ликвидации скважин;

· следить за своевременной вывозкой со скважины заполненных керновых ящиков.

По мере отработки керна по данным микроскопических исследований уточняется литология изучаемых пород и создается эталонная коллекция образцов пород района по наименованиям и буримости. Эти эталоны должны быть положены в основу дальнейшей геологической документации, копии их должны находиться на всех участках работ для повседневного использования.

В процессе детального изучения керна допускается его сокращение по буровым скважинам, проходимым с целью детализации геологического строения района, предварительной и детальной разведки месторождений, разведки источников водоснабжения, гидромелиоративной съемки и с другими целями. По указанным скважинам на хранение оставляют лишь типовые образцы пробуренных пород, но полностью оставляют на хранение керн, полученный по полезному ископаемому (по продуктивным нефтегазоносным интервалам). Сокращение и ликвидацию керна производят после детального геологического его описания и отбора необходимых образцов и проб для изучения. Ответственность за правильность сокращения или ликвидацию несет главный или старший геолог партии.

Не допускается сокращение керна:

1. по опорным скважинам, характеризующим минералого-петрографи-
ческий и литологический составы горных пород, их стратиграфические взаимоотношения и условия залегания;

2. по параметрическим, глубоким и сверхглубоким скважинам, имеющим научное значение;

3. по инженерно-геологическим скважинам, проходимым для обоснования строительства особо важных объектов (мостов, плотин, крупных шахт и т. п.);

4. по картировочным скважинам, вскрывшим породы фундамента платформы.

Работники, участвующие в изучении и сокращении керна, составляют по каждой скважине соответствующий акт, который утверждается начальником экспедиции (партии) и прилагается к паспорту буровой скважины. При сокращении керна по каждому прослою отбирают типовые образцы длиной 10–15 см, характеризующие его литолого-петрографи-
ческие особенности, наличие мелкого переслаивания, слоистости, включений, элементов залегания, тектоники и т. д. При большой мощности однородных пород образцы отбирают через 5–10 м внутри толщи и не менее чем по одному образцу из кровли и подошвы пласта.

После утверждения геологических отчетов и запасов керн или образцы сокращенного керна по скважинам могут быть ликвидированы, за исключением 1) керна отдельных опорных скважин, представляющих производственный и научный интерес, в частности для сопоставления с геологическими разрезами других районов и объектов, для монографического описания, для специальных видов исследования и т. д.; 2) эталонных образцов всех разновидностей пород и руд данного объекта; 3) керна полезного ископаемого в количестве, необходимом для дополнительных технологических и других исследований.

Основанием для ликвидации керна является: при текущем сокращении керна – разрешение начальника экспедиции (партии), руководителя субъекта хозяйствования; по опорным скважинам и типовым образцам, отобранным для длительного хранения в кернохранилищах, – решение Республиканского унитарного предприятия (РУП) «Белгеология». Ликвидация керна производится путем надежного закапывания. Ликвидация керна по каждой скважине оформляется специальным актом.

Для обеспечения сохранности керна и возможности его просмотра кернохранилища должны быть оборудованы специальными стеллажами, которые устраиваются с расчетом свободного доступа к керновым ящикам.