Геннадий Блинов - Покорители земных недр
Роль бурения на съемочной стадии, разумеется, не ограничивается только картировочными, познавательными целями. С помощью скважин решаются и более конкретные, сугубо практические задачи. Когда мы говорили о том, что съемщик начинает с «бело! о листа», то подразумевали прежде всего, что он выходит на площадь, где месторождений пока не обнаружено, но они вполне могут быть. Так что основная обязанность съемщика — по ряду косвенных признаков установить, какое и где именно ожидать месторождение. Одним словом, съемщик должен сказать: «копайте здесь!» Собственно, он говорил это и раньше, но тогда добавлял: «здесь может быть», а сейчас он совершенно твердо заявляет: «здесь есть!», ибо сразу же на месте проверяет скважинами все свои догадки и предположения.
Рис. 26. Схема расположения скважин при картировочном бурении.
Рис. 27. Загадка рудной залежи.
Очень часто съемщик в процессе работ кроме аномалий и ореолов обнаруживает и так называемые «прямые признаки»: куски руды и даже коренные выходы цепных пород. Но что это? Случайная находка или первый вестник месторождения? «Останец» ли это или «головка» крупного рудного тела? Раньше съемщики определенного ответа на подобные вопросы не давали (рис. 27). А теперь? Теперь они сразу же отбуривают одну или несколько скважин и однозначно устанавливают, есть рудная залежь или нет, и, если есть, то передают все материалы поисковикам.
У поисковиков задачи более конкретные. Они прежде всего должны выяснить, что собой представляет рудное тело: жилу, шток, линзу или пластовую залежь; какова его форма и примерные размеры; сколько полезных компонентов содержит порода и велика ли ценность сырья.
Для решения всех этих задач поисковики, как правило, поселяются на несколько месяцев в непосредственной близости от своего «объекта» и исследуют его различными способами. Если рудное тело выходит на земную поверхность, то его вскрывают канавами, расчистками, шурфами, а если является «слепым», то бурят скважины. Впрочем, бурить скважины приходится в любом случае.
Что же конкретно делают поисковики?
Прежде всего они прослеживают тело на глубину (точнее, по падению), для чего отбуривают целый профиль скважин (теперь он называется «поисковым»), располагающихся на определенном расстоянии друг от друга. В разрезе это выглядит примерно так, как на рис. 28. Затем тело прослеживается в длину (или по простиранию). С этой целью отбуривается еще один ряд скважин, задаваемых с таким расчетом, чтобы каждая из них пересекла тело на одной и той же глубине, скажем 40–50 м.
Для поисковиков этого вполне достаточно. По канавам и скважинам можно уже довольно определенно судить о форме и размерах месторождения и о его промышленной ценности. Можно дать и одно из двух заключений: надо сворачивать работы из-за бесперспективности объекта либо целесообразно продолжать изучение его на стадии разведки.
Рис. 28. Проверка бурением рудной залежи при поисковых работах.
Разведчики располагаются на объекте всерьез и надолго. Они строят себе поселок и живут в нем постоянно, зимой и летом. У разведчиков задачи еще более конкретные и ответственные — они должны дать горнякам-эксплуатационникам все сведения о месторождении: точные размеры рудного тела, качество сырья, гидрогеологические условия в районе и многое другое. В заключение они должны рассчитать экономическую эффективность будущей отработки месторождения.
Для решения всех этих задач разведчики бурят десятки, сотни скважин. Целую сеть. Так это и называется — «бурение по сетке». Плотность сети, т. е. расстояние между скважинами, зависит от размеров тела и от характера распределения в нем полезных компонентов. На плане земной поверхности буровая разведка в схеме выглядит, как на рис. 29.
Рис. 29. Схема буровой разведки.
По завершении всех этих работ разведчики дают рекомендации: приступать ли к отработке месторождения либо для надежности необходимо пройти еще и подземные горные выработки, т. е. провести детальную разведку. Но и на стадии детальной разведки буровые работы ни в коем случае не прекращаются. Напротив, проводится дальнейшее сгущение разведочной сети и исследуются фланги и глубокие горизонты в районе месторождений. Посмотрим теперь,—
Какие трудности возникают при бурении
На поисковой и разведочной стадиях, как правило, отбуривают наклонные скважины, и основная сложность при бурении состоит в том, что стволы всех этих скважин так или иначе искривляются, уходят or заданного направления. Геометрически ровных и прямолинейных стволов не существует. Причину искривлений объяснить нетрудно: породы земной коры имеют различные плотность, пористость, твердость и рассечены многочисленными трещинами, а буровая коронка старается идти по пути наименьшего сопротивления, по ослабленным зонам. В слоистых толщах она стремится занять положение, перпендикулярное к слоистости либо к напластованиям.
Но все это геологические предпосылки, а основная причина искривления скважин заключается в конструкции бурового снаряда и породоразрушающего инструмента. Несмотря на кажущуюся жесткость бурильной колонны (как-никак стальные трубы), она имеет столь большое отношение общей длины (измеряемой сотнями метров) к диаметру (обычно 50–54 мм), что при работе, тем более под нагрузкой, колонна изгибается подобно тонкому прутику. Однако даже сильное искривление отнюдь не препятствует вращению инструмента, разве что несколько увеличивается трение труб о стенки скважины в точках перегиба. В результате скважина может «выположиться», а может и «выкрутиться» (рис. 30).
Она может и вообще пойти «штопором». Буровики рассказывают, что бывали случаи, правда из числа курьезных, когда скважина в горной местности, сильно изогнувшись, выходила даже па поверхность в сотнях метров от своего устья.
Так что каждая скважина очень своенравна, и предугадать, куда она пойдет в тот или иной момент, на практике весьма трудно. И точных расчетных закономерностей тоже пока не установлено.
Выход из этого один — непосредственно в процессе бурения «вести» скважину в заданном направлении. Для этого надо прежде всего знать, как именно она ведет себя на глубине, куда ушла, как изогнулась. Залезать в скважину пока что не научились, подземная фотосъемка тоже не помогает. Впрочем, измерить углы наклона и азимут (направление) сейчас совсем несложно. Для этого существует специальный геофизический прибор — инклинометр, который передает на поверхность электрические импульсы от миниатюрного компаса и отвеса, опускаемых в специальной гильзе в скважину. По серии измерений на разных глубинах отстраивают фактическую траекторию скважины. Только делать это надо очень оперативно, чтобы при малейшем отклонении от трассы успеть своевременно принять надлежащие меры.
Рис. 30. Выполаживание и выкручивание скважины.
Для борьбы с искривлениями существует множество способов. В частности, если скважина выполаживается, то «ужесточают» снаряд — добавляют к нему жесткие или массивные трубы; если же она выкручивается, то, наоборот, уменьшают жесткость системы. Небольших отклонений в нужном направлении можно добиться регулированием основных параметров бурения: частоты вращения или нагрузки на буровой снаряд.
Искусство бурильщика в том и состоит, чтобы простейшими способами, с минимальным набором имеющихся в его распоряжении средств провести скважину в заданном направлении. Опытный мастер может, например, на километровой глубине попасть скважиной в нужную точку с отклонением не более 10 м. Сделать это далеко не просто.
При сильных и неожиданных искривлениях применяют уже специальные приспособления, в частности, опускают в скважину отклоняющий клин. Конструкция клина элементарно простая. Однако высокой точности с ним получить невозможно, к тому же в любой момент он может провернуться вокруг своей оси, тогда все труды насмарку — забуривай новую скважину.
В последнее время для отклонения скважин созданы особые устройства, так называемые «бесклиновые отклонители». Это, в сущности, специальная приставка к буровому снаряду. Под давлением (т. е. при обычной нагрузке на породоразрушающий инструмент) из его корпуса выступают плашки, которые упираются в стенку скважины и с силой отклоняют буровой снаряд с коронкой в нужную сторону. С появлением такого устройства скважины стали легкоуправляемыми, и хотя буровики говорят, что «скважина — не автомобиль, — сразу не повернешь», но изменять ее направление оказалось возможным на любой глубине и притом довольно существенно. А раз научились отклонять скважину, то, значит, можно извлекать из этого пользу.
