Инновационные технологии при бурении геологоразведочных скважин в условиях Узбекистана

Достоверность проводимых геологоразведочных работ, особенно на оценочной стадии, где в последнее время всё большее внимание уделяется буровым способам получения проб, вместо проб, получаемых путем прохождения дорогостоящих горных выработок, во многом зависит от уровня применяемых технико-технологических средств бурения и пробоотбора. Несмотря на многочисленные работы, направленные на повышение представительности буровых проб на золоторудных объектах Центральных Кызылкумом, проблема их надежности до сих пор остается весьма актуальной. Это обуславливается, главным образом, отсутствием достаточно строгих всесторонне изученных критериев оценки достоверности получаемых проб, что, конечно же, можно считать следствием отсутствия масштабных научно-обоснованных исследований, направленных на изучение механизма формирования буровых проб в зависимости от геолого-технических факторов объектов ГРР и единой базы статистических данных по выходу геологических проб, а также расширенного системного анализа на местах проведения ГРР.

В настоящее время в свете ужесточенных экономических условий, а также в условиях медленного перевооружения парка горно-бурового оборудования производственных предприятий современным, задачи эффективного проведения ГРР с получением минимально достаточной и максимально достоверной информации, особенно на золоторудных объектах с весьма сложными геолого-техническими условиями отбора геологических проб, являются главными. Зарубежный опыт показывает, что единственным экономически обоснованным путем получения геологической информации из глубин, является получение проб с помощью бурения скважин. Несмотря на все свои преимущества, традиционные буровые способы вращательного бурения с получением традиционных видов буровых проб не решает проблему полной достоверности из-за избирательных потерь полезных ископаемых, происходящих, в основном, на забое при разрушении горной массы под механическим воздействием бурового наконечника на хрупкие породы, содержащие дисперсное и тонкодисперсное золото.

В свете Постановления Президента Республики Узбекистан №1396 от 27.08.2010 года предприятиям Госкомгеологии предстоит решить сложные задачи по обнаружению и оценке рудных месторождений на новых отдаленных территориях путем проведения геолого-съемочных, поисковых и оценочных работ силами мобильных полевых геологических отрядов. Для их технико-технологического оснащения потребуются различные по классам современные мобильные и многофункциональные автономные технические средства, обеспечивающие оперативный отбор буровых проб в наносах, корах выветривания и скальных породах. Главным образом, для бурения мелких скважин на отдаленных и труднодоступных, в основном, поисковых объектах предлагаются малогабаритные буровые установки малого класса различных компоновок ведущих мировых производителей. Современная индустрия создания буровых установок зарубежными компаниями и фирмами базируется на сборке их, в основном, по модульному принципу за счет приобретения комплектующих изделий у специализированных мировых производителей узлов и механизмов. Практически отсутствуют производители, выпускающие буровые установки целиком собственными силами.

В начальных стадиях геологоразведочных работ огромное значение имеет точность получаемой геологической информации отобранных с опорных точек так, как это закладывает основу дальнейших работ. Наиболее информативные керновые пробы в самых сложных геологотехнических условиях производства буровых работ обеспечиваются при применении снарядов со съемным керноприемником ССК. Однако, при производстве буровых работ с применением технологии ССК встречаются такие объекты, где данная технология не позволяет получать полноценные пробы керна, ввиду наличия многочисленных сильнотрещиноватых зон, не устойчивых и хрупких рудных геологических образований с богатой минерализацией благородных металлов. Такие случаи обуславливают применение тройных бурильных снарядов, где в качестве керноприемника служит специальный, в основном, пластиковый контейнер расположенный внутри традиционного керноприемника.

С 80-х годов прошлого века зарубежом начали широко развиваться инновационные методы бурения и опробования скважин. К числу таких способов можно отнести Sonic-бурение (соник-бурение, бурение на основе высокочастотных вибрации), DRD-бурение (Dual Rotor Drilling – двойное роторное бурение), RC-бурение (Reverce Circulation – обратная циркуляция) и др.

С точки зрения перспектив широкого применения на объектах ГРР Республики Узбекистан огромный интерес вызывают первые два способа: Sonic-бурение и DRD-бурение.

Sonic-бурение. Это метод бурения скважин на основе высокочастотных вибрации передаваемый по всей бурильной колонне к породоразрушающему инструменту, генерируемый специальной системой буровой установки. В основе этой системы заключены эксцентрики, которые приводятся в движение высокоскоростными (12000 об/мин) гидромоторами. Эти эксцентрики генерируют высокочастотные (до 180 Гц) вибрации, которые непосредственно передаются на буровой став. Генерируемые вибрации не ощутимы на ощупь, однако в результате такого воздействия буровой наконечник существенно снижая трение интенсивно погружается практически в любые горные породы. Воздействуя на горные породы, создаваемая вибрациями достаточна для легкого погружения снаряда, но слишком мала, чтобы нарушить их структуру, что способствует получению качественного (ненарушенного) керна в самых сложных геологических образованиях.

К числу главных преимуществ Sonic-бурения можно отнести:

• 1.    Значительное увеличение качества получаемых керновых проб, отобранных в самых неблагоприятных геолого-технических условиях, а также возможность бурения большим диаметром (до 300 мм), что

• позволяет получать информативные материалы. Это делает систему Sonic незаменимой при поиске и разведке геологических объектов со сложным геологическим строением и россыпных месторождений.

• 2.    Дополнительное воздействие вибрации на горные породы, что способствует более эффективному её разрушению.

• 3.    Увеличение производительности в 1,5-2 раза по сравнению с традиционными видами бурения.

• 4.    Повышение ресурса бурового инструмента, при том, что не снижаются технические показатели бурения.

• 5.    Минимизацию самозаклинки керна в процессе бурения в сложных геолого-технических условиях.

В настоящее время системы Sonic применяются в различных областях народного хозяйства: от геологоразведки до археологических изысканий. Данный способ бурения широкого используется в США, Канаде, Австралии, КНР и др. В мире ведущими производителями технико-технологических средств для Sonic-бурения являются «SonicSampDrill» (Нидерланды), «Terra Sonic International» (США), «Geoprobe Systems» (США) и др.

Отдельного внимания заслуживают производимые буровые Sonic-установки и соответствующие инструменты к ним компании «SonicSampDrill» (Нидерланды). По эксплуатационным показателям производимые технические средства можно условно разделить на три класса:

• I.    Compact roto-sonic (компактный рото-соник). Для бурения диаметром от 60 – до 133 мм глубиной до 60 м.

• II.    Middle sonic (средний соник). Для бурения диаметром до 165 мм глубиной до 100 м.

• III.    Large sonic (большой соник). Для бурения диаметром до 300 мм глубиной до 200 м.

Главными недостатками Sonic-бурения считаются:

• -    ограниченность глубины бурения;

• -    технологичность и высокая стоимость установки, а также инструментов;

• -    высокие эксплуатационные расходы;

• -    повышенные требования к буровому и обслуживающему персоналу.

DRD-бурение. Данный способ бурения само по себе не новый, однако воплощённые в этом отношении конструктивные решения являются достаточно интересными. В этом направлении в мире производителей не так много. Из малочисленных производителей буровых установок для DRD-бурения заслуживает внимание буровая техника компании «Foremost» (Канада). Особенностью установки двойного роторного бурения данной компании является наличие уникального нижнего роторного привода, который используется для продвижения стальной обсадной колонны по неконсолидированным наносам, таким как пески, гравий и валуны. Силы нагрузки при спуске, подъеме и силы вращения эффективно передаются на колонну обсадных труб через приводные челюсти.    Независимый верхний роторный привод одновременно управляет работой бурильной колонны, оснащенной забойным ударником, лопастным или шарошечным долотом. Обычно буровой шлам удаляется посредством воздуха, но установки компании «Foremost» могут быть оснащены также насосами для бурения с буровым раствором или заводненной обратной циркуляцией. Верхний и нижний приводы имеют независимые подачи, что означает положение долота может изменяться относительно башмака обсадной колонны. После достижения желаемой глубины, установка двойного роторного бурения продолжает бурение открытого ствола скважины, как обычная буровая установка стандартного бурения с верхним приводом. С помощью подобного способа бурения с одновременной обсадкой можно успешно проходить самые сложные участки скважины без значительных затрат.

DRD-бурение достаточно широко используется в геологоразведочных работах на углеводороды, твердые полезные ископаемые и воду, в строительных работах, при бурении геотермальных источников и т.п. С точки зрения производства буровых работ на геологоразведочных объектах Республики Узбекистан данный способ бурения огромный интерес вызывает для бурении гидрогеологических скважин на достаточно большие глубины (до 400 м) с целью обеспечения населения отдаленных регионов страны питьевой водой. В данное время, из-за сложного геологического разреза в этих регионах традиционной техникой и технологией бурения на воду (1БА-15, УРБ-3АМ и т.п.) не удается эффективно пробурить скважины и обеспечить потребности населения в питьевой воде. Несомненно, широкое применение на практике данного способа бурения позволит решить вопросы водоснабжения населения отдаленных регионов республики. Вместе с тем, следует отметить главные недостатки DRD-установок, это: громоздкость техникотехнологических средств бурения; технологичность и высокая стоимость установки, а также инструментов; высокие эксплуатационные расходы; повышенные требования к буровому и обслуживающему персоналу.

Выводы: В свете Постановления Президента Республики Узбекистан №1396 от 27.08.2010 года предприятиям Госкомгеологии предстоит решить сложные задачи по обнаружению и оценке рудных месторождений на новых отдаленных территориях путем проведения геолого-съемочных, поисковых и оценочных работ силами мобильных полевых геологических отрядов.

• 1.    С 80-х годов прошлого века зарубежом начали широко развиваться инновационные методы бурения и опробования скважин, такие как Sonic-бурение, DRD-бурение, RC-бурение и др.

• 2.    С точки зрения перспектив широкого применения на объектах ГРР Республики Узбекистан огромный интерес вызывают Sonic-бурение и DRD-бурение.

• 3.    Широкое применение Sonic-бурения на объектах ГРР со сложным геологическим строением позволит получать информативные керновые пробы в любых породах.

• 4.    Использование на практике DRD-бурения способствует решению острых вопросов водоснабжения путем бурения глубоких гидрогеологических скважин (до 400 м) с одновременной обсадкой в сложных геолого-технических условиях, в особенности для населения отдаленных регионов республики.

• 5.    Оба этих способа имеют главные недостатки, к числу которых можно отнести: технологичность и высокую стоимость установки, а также инструментов; высокие эксплуатационные расходы; повышенные требования к буровому и обслуживающему персоналу.