автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.14, диссертация на тему:Разработка технологии бурения колонковых скважин большого диаметра при разведке мерзлых россыпей

Г 1 О 1 з \

МПШСТЕРС'ГВО ВЫСШЕГО I! СРШЖ'О СПЩШШЮГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР ЦОСКС'ВСЮЙ ОРДИ1Л ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНЛШШ ГШОГОР^ВДО'ШЙ ШСТИГУТ нвевв СЕРГО ОЩЮЯИКЙДЗЕ

На правах рукописи

СИРОТКИ! А1ЕКС1Й ОЛЕГОВИЧ

УДК. 622.241.54(571.6)

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ КОЛОНКОВЫХ СКВАШ1 БОЛБЮГО ДИАМЕТРА ПРИ РА2ВВДКЕ 1.1пГРЗЛиХ РОССШИЙ

Спсцлальлость 05.15.1'! - Технология и техника трологорлзг.е»

дочиых работ

Автореферат диссертации на соискание учэной степани кандидата технических наук

Москва 1991

. -Ч / , ' ' I

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском геологоразведочном институте цветных и благородных металлов.

Научные руководители - доктор технических наук, профессор Л.Г.Грабчак, кандидат технических наук, В.М.Минаков.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Б.Б.Кудряшов, кандидат технических наук, Б.М.Кузовлев.

Ведущее предприятие - СКВ, НПО "Геотехника".

Защита диссертации состоится " /8 " Ок 1991 г. в ауд. X $ • в /7.00. часов на заседании специализированного Совета Д.063.55.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора (кандидата) наук при Московском ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочном институте имени Серго Орджоникидзе, по адресу: 117873, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЕРИ.

Автореферат разослан " /6 " 03 1991 г.

Учений секретарь специализированного

Совета, доктор технических наук /1 , ' А.А.Смоляницкий

>

. . [Актуальность проблемы: В настоящее время в районах Северо-Востока и Якутии россыпные месторождения золота, залегающие в мнргблетнемарзлцх отложениях являются одним из основных источни-"'-■ков'добычи этого полезного ископаемого. По существующим прогнозам роль россыпных месторождений сохранится еще длительное время.

Одним из основных способов разведки россыпных месторождений ' является ударно-канатное бурение, объемы которого составляют 80 % от общих объемов буровых работ на россыпях. Однако геологическая эффективность этого способа разведки в связи с присущими ему недостатками невысока, поэтому наращивание объемов ударно-канатного бурения не приводит к существенному приросту запасов.

Разведочные шурфы обеспечивают получение представительных проб большого объема, по которым сравнительно точно определяются содержание металла, его крупность, гранулометрический состав рыхлых отложений, граница продуктивного пласта и тем самым достаточно полно характеризуется промышленная ценность россыпей. Однако, проходка шурфов связана с большими затратами тяжелого ручного труда, сложностью его механизации, низкой производительностью, высокой стоимостью, отсутствием необходимой рабочей силы. Все эти обстоятельства привели к резкому сокращению объемов шурфов, а по отдельным регионам их проходка полностью прекращена.' В связи с этим появилась необходимость создания специализированной техники, обеспечивающей бурение скважин большого диаметра в мерзлых россыпях колонковым способом.

Результатом совместных работ ЦНИГРЙ и ПО "Геомаш" явилось создание буровой установки УБМ-20А с технологическим инструментом .предназначенным для сооружения колонковых скважин диаметром 600 мм глубиной до 20 м с очисткой забоя сжатым воздухом, необходимый расход которого обеспечивается двумя компрессорными станциями НВ-10.

Технология бурения скважин в мерзлых рыхлых отложениях имеет ряд специфических особенностей, связанных с особой чувствительностью сцементированных льдом пород к нарушению их температурного п агрегатного состояния, что влечет за собой потерю связности и устойчивости.

Растепление пород происходит в процессе бурения под действием тепла, поступающего с циркулирующим сжатым воздухом, обладающим положительной температурой, и за счет тепла, выделяющегося при механической работе породоразрушающего инструмента на .

забое. Это является основной причиной снижения выхода керна и возникновения возможных осложнений в скважгнах.

Устранение или снижение влияния температурного фактора на процесс бурения и качество получаемой пробы может быть достигнуто только путем нормализации температурного режима скважины. 1

Таким образом, разработка технологии бурения, обеспечивающей нормализацию температурного режима колонковой скважины большого диаметра и соответственно сохранность получаемой пробы при разведке мерзлых россыпей золота является актуальной задаче;:, решение которой позволит значительно повысить качество опробования и достоверность геологической информации, что даст возможность увеличить прирост запасов и расширить область применения установки УБМ-20А.

Цель и задачи работы. Целью работы являлось обеспечение нормализации температурного режима колонковой скважины большого диаметра и высокого качества получаемой пробы путем разработки рациональной технологии бурения.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

- проанализировать и обобщить литературные источники по бурению скважин в мерзлых породах с учетом особенностей поисков п разводки мерзлых россыпей;

- разработать методику расчета для регулирования и прогнозирования температурного режима колонковой скважины большого диаметра с учетом технологических возможностей установки УБМ-20А и конструктивных особенностей бурового инструмента;

- установить зависимость влияния температурного фактора на сохранность получаемой пробы;

- исследовать температурный режим колонковой скважины больного дпэмотра в производственных условиях;

- разработать рекомендации по технологии бурения колонковых сквэяпн большого диаметра для различных гоолого-техничоских условий;

- произвести оценку экономической эффективности внедрения в гроизюдство геологоразведочных работ разработзнной технологии.

Ичучнпя нотиппп.

На основании анализа теоретических и практических исслодо-т>ггп!< пр-гцрссп сопру-свя сквэхии в мэрзлых породах с учетом погаси и разгадки мерзлых россыпей доказано, что

тч артупапдъчо роя:!!1 подход к ропот:',; задач по нормали-

зации температурного режима применительно к колонковым скважинам большого диаметра;

- установлена зависимость изменения температуры воздуха в колонковой скважине большого диаметра по глубине;

- доказано, что прирост температуры воздуха за счет затрат мощности, реализуемой на забое, является определяющим параметром температурного режима колонковой скважины большого диаметра;

- установлена возможность нормализации протекания теплообменных процессов в скваяине за счет снижения затрат мощности на .забое;

- получена зависимость допустимой продолжительности рейса от степени влияния теплообменных процессов на качество получае--мой пробы и конкретных геолого-технических условий проведения работ;

- установлено, что группировка мерзлых рыхлых отложений должна учитывать льдистостъ и теплофизические свойства пород;

- доказана необходимость регулирования температурного режима колонковой скважины большого диаметра при бурении в породах с температурой от 0 до -4 °С.

Методика исследований. Поставленные в диссертационной работе задачи решались комплексно и включали: анализ и обобщение имеющегося отечественного и зарубежного опыта сооружения скважин в мерзлых породах с учетом особенностей поисков и разведки золотоносных россыпей; изучение протекания теплообменных процессов при бурении скважин; проведение теоретических и экспериментальных исследований. Расчеты производились с использованием ЭВМ.

Практическая ценность. Установленные автором зависимости и разработанные рекомендации позволяют:

- решить вопрос нормализации температурного режима колонковой скважины большого диаметра технологическим путем, без принудительного охлаждения до отрицательных температур подаваемого в скважину воздуха;

- обеспечить высокое качество получаемой пробы и достоверность геологической информации;

- расширить область применения установки УБМ-20А, в особенности в районах распространения "вялой" мерзлоты.

Реализация работы в промышленности. Разработана, теоретически обоснована и экспериментально проверена новая технология бурения колонковых скважин большого диаметра при разводке мерзлых

россыпей.

Рекомендации по технологии бурения внедрены в Софийской ТРП (объединение "Приморзолото") и Усть-Хакчанской ГРП (объединение "Северовостокзолото"). Разработанная технология дала возможность повысить качество отбора проб.

Расчетный экономический эффект от внедрения разработанных рекомендаций составил 13,5 тыс. руб. в год на одну буровую установку УБМ-20А.

Публикации. По результатам исследований опубликовано шесть печатных работ.

■ Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глов, основных выводов и приложений, содержит '38 страниц, в том числе // рисунков, /5 таблиц, список литературы из

наименований, приложений из 3 копий актов по.внедрению установки УБМ-20А.

Во введении дано обоснование важности и актуальности проводимте исследований.

В первой главе даны результаты анализа практики бурения скважин в мерзлых породах с учетом особенностей при поисках и разведке золотоносных россыпей; способы устранения или снижения влияния температурного фактора на процесс бурения и тенденции их развития, обобщаются результаты теоретических и практических исследований по нормализации температурного режима скважин; поставлена цель.и задачи исследований.

Во второй главе выполнены теоретические исследования и разработана методика для расчета и прогнозирования темпоратурного режима колонковой скважины большого диаметра, учитывающая конструктивные и технологические особенности установки УБМ-20А, а такке влияние теплообменных процессов на качество получаемой в процессе бурения пробы; приведен анализ результатов экспериментальных исследований температурного режима в производственных условиях.

: В третьей главе разработаны рекомендации по технологии бурения, обссп>?чкплиэдй нормализации температурного реяимг. колонковой ск^акпнк боли-,ото диамотра и гнсоксо качество получат:оГ; пробы.

Л чотрчпоЯ главе произведена оценка экономической эффоктив-"г>"71! ст Егедронзл р П'окпгодстпо разработанной технологии.

3 *пг.-.гг!р'ПЧ! привод!1.!)'! основные выводы го диссертационной

Приложения содержат данные по внедрению установки УБМ-20А в производство геологоразведочных рсбот с использованием разработанных рекомендаций по технологии бурения.

Диссертационная работа выполнена в Центральном научно-исследовательском геологоразведочном институте цветных и благородных металлов под руководством д.т.н., профессора Грабчака Л.Г. и к.т.н. Минакова В.М.

Автор приносит благодарность к.т.н., ведущему научному сотруднику И.В.Морозову за советы и помощь в проведении работ.

Краткие сведения по изучаемому вопросу.

В СССР буровые работы в районах залегания мерзлых пород были начаты одновременно с освоением районов Дальнего Востока и Якутии.

Исследованиями в области бурения мерзлоты в течение многих лет занимаются ряд производственных и научно-исследовательских организаций: ПО "Якутзолото", ПО "Северовостокзолото", ВИТР, ЛГИ, ЦНИГРИ и др. За рубежом разработкой технологии и установок для бурения скважин в мерзлых породах занимаются фирмы США и Канады "Дрилл-Систем", "Дрессер-Индастриз", "Ингерсол-Рэнд", "Пакер-Дриллинг", Японии "КАТО" и др.

Технология бурения в мерзлых породах существенно отличается от таковой в разрезах, слагаемых породами с постоянной положительной температурой, что обусловлено высокой чувствительностью к нарушению ее теплового режима. Незначительное повышение температуры мерзлых пород, иногда даже на десятые доли градуса, приводит к нарастанию их пластичности и, как следствие, к оползанию. Если же температура повышается до положительных значений, происходит полная потеря связности пород, что является причиной обвала стенок скважины, сальникообразования и снижения выхода керна. Устранение данных осложнений возможно только пу'^эм нормализации температурного режима скважины, которая может осуществляться различным.-: способами. В последнее время за рубежом начал внедряться вращательный способ бурения с отсосом разрушенной породы, значительно снижающий вероятность возникновения осложнений из-за растепления мерзлых пород. При бурении с отсосом исключается контакт нагретого в компрессоре воздуха со стенками скважины. Такой же эффект достигнут рядом фирм при бурении с обратной продувкой. Однако применяемое при этом оборудование мало пригодно для работы в сложных географических условиях, которым соответствуют зоны

/

Б

распространения мерзлоты в СССР.

Исследованию вопросов технологии бурения в мерзлых породах' и нормализации температурного режима скважины посвящены работы Марамзина A.B., Шамшева Ф.А., Елманова И.П., Кирсанова А.И., Илларионовой Т.М._, Степанова U.M., Кудряшова Б.Б., Яковлева A.M., Михайловой Н.Д. и др. Основными направлениями их исследований являлось устранение'осложнений, возникающих в скважине в процессе бурения. Наиболее полные-решения задач, связанных с температурным режимом представлены в работах Кудряшова Б.Б. Отмечается, что устранение осложнений, связанных с протаиванием мерзлых пород может быть достигнуто путем принудительного охлаждения нагнетаемого в бурильные трубы сжатого воздуха. В большинстве случаев при колонковом бурении малого диаметра необходимо снизить температуру до -10 °С с целью нейтрализации тепла, возникающего за счет перехода механической энергии работающего на забое инструмента в тепловую.

Лля охлаждения до отрицательных температур большого количества сжатого воздуха (до 20 м^/мин) необходимого для очистки забоя от шлама при бурении колонковых скважин большого диаметра, должна применяться двух-трех ступенчатая система охлаждения, включающая в себя сложные и дорогостоящие холодильные машины. Это вызывает удорожание работ и приводит к введению в комплект буровой установки дополнительных агрегатов.

Использование любого из существующих способов охлаждения . приводит к падению давления воздуха в системе трубы-скважина, что значительно снижает качество очистки забоя от шлама и соответственно механическую скорость бурения.

Все это предопределяет необходимость принципиально нового подхода к решению задач, связанных с температурным режимом колонковой скважины большого диаметра.

Анализ практики бурения при разведке мерглых россыпных месторождений, основанный на данных, представленных в работах Крен-дчлсва B.II., ¡.'¡шакова В.Ы., Макарова Б.П. и др., показал, что достоверность геололгчбски!! информации зависит от качества получал von пробы, обеспечить которое t/.окно только с учетом основных ппкгч<г«.*ог1!0?той теплообмена в бурлвдРся скважине. Для условий бу--пч?« уо.яоняогнх скра:»ап большого диаметра п данном случае особув ¡ел'. np'pfij-Brs?:? тсучологпчоегнп параметры процесса бурения, ко-глгммттг» но 1-э услолия лосткяомия максимальной кохаии-

ческой скорости, а полнотой извлечения породы с находящимся в най металлом, Таким образом было необходимо проведение исследований для разработки технологии бурения, обеспечивающей нормализацию температурного режима колонковой скважины большого диаметра и соответственно высокое качество получаемой пробы.

Основные защищаемые положения. Результаты проведенных исследований позволяют сформулировать следующие защищаемые положения.

I. Прирост температуры воздуха за счет затрат мощности, реализуемой на забое, является определяющим параметром температурного режима колонковой скважины большого диаметра.

Методика расчета для прогнозирования и регулирования температурного режима колонковой скважины большого диаметра, в основу которой были положены формулы, предложенные Б.Б.Кудряшовым для скважин малого диаметра, была разработана с учетом технологических возможностей установки УБМ-20А и конструктивных особенностей бурового инструмента.

Имеющийся в конструкции бура ресивер (рис. I) можно считать призабойным холодильником, так как за счет разности диаметров колонны бурильных труб и бура, воздух, поступая в ресивер, расширяется, возникающий при этом перепад давления приводит к снижению его температуры. Процесс расширения воздуха с некоторыми допущениями был принят адиабатическим,

В процессе бурения установкой УБМ-20А используется двойная колонна бурильных труб. В связи с этим процесс теплопередачи через стенку трубы протекает более сложно, как показано на рис. 2. Исходя из этого, выведен коэффициент теплопередачи через двойную стенку бурильной трубы с учетом эффективного коэффициента теплопроводности воздушной прослойки.

121

где: И - коэффициент теплопередачи;

' <*> 1 - коэффициенты теплопередачи соответственно во внутреннем канале бурильных труб и в кольцевом пространстве скважины;

Я//0«; - внутренние и наружные диаметры труб;

большого диаметра и очистки забоя от шлама

А - коэффициент теплопроводности материала труб; ^лрф эффективный коэффициент теплопроводности воздушюй

прослойки; Е/( - коэффициент конвекции;

- коэффициент теплопроводности воздуха; с- коэффициент теплоотдачи' излучением.

Расчеты, произведенные по разработанной методике, позволили получить зависимость распределения температуры воздуха в бурильных трубах и кольцевом пространстве скважины большого диаметра (рис. 3). Линия А-В показывает, что температура воздуха, поступающего к забою скважины, практически не изменяется и ее значение при входе в ресивер приблизительно равно начальной температуре нагнетаемого в трубы воздуха. Это объясняется несколькими причинами: во-первых, бурильные трубы можно считать теплоизолированными (теплоизоляция достигается за счет воздушной прослойки-между внутренней и наружной трубой); во-вторых, высокой скоростью воздушного потока в трубах, которая по расчетам достигает 1?0 м/с. Эти факторы сводят к 'минимуму влияние нагретого восходящего потока воздуха на нисходящий. Линия С-Д показывает прирост температуры воздуха за счет затрат мощности, реализуемой на забое - й^ . Температура воздуха у забоя при максимальном значении затрат мощности ( = 20 кВт) увеличивается на Л= 21 °С. Падение температуры воздуха в ресивере бура (линия В-С) уменьшает суммарное значение температуры воздуха у забоя. Но, несмотря на это, данный параметр ( Л ) оказывает значительное влияние на протекание тап-лообменных процессов в кольцевом пространстве (линия Д-Е) - наиболее важном участке скважины. Основными факторами, характеризующими температурный режим скважины, являются значения температуры воздуха в кольцевом пространстве у забоя и устья. Анализ графика показывает, что для скважины большого диаметра решающее влияние на призабойную и устьевую температуру воздуха оказывает развиваемая на "абое мощность.

2. Нормализация температурного режима колонковой скважины большого диаметра может осуществляться рациональным сочетанием основных технологических параметров процесса бурения.

Нормальным следует считать такой температурный режим скважины, при котором ни на одном из участков ее ствола не происходит протаивания слагающих стенки скважины пород с потерей их связности. Это может быть достигнуто при поддержании в стволе скважин'н

{„ -с .4 -г

г * " го а я к л х> « м ж ж ]

' 1Н I ' ' ' ' > ' ' ' >е 1 1 1 1 1-

Рис. 3. Распределение температуры воздуха в колонковой скважине большого диаметра

'с

ео

--и--

<- -----

.................

го К м

Ггс. 4. Иэкопвние тетоерагуры йоздуха в кольц9Еом пространстве скважины по глубине при

е„ г -5 °с

температуры воздуха не выше максимально допустимой, значения которой определяются по формуле:

у . Кс-Ъ .

1та' (Иг-о(г)

где: КГ - коэффициент нестацисгнарного (зависящего от времени циркуляции) теплообмена между .воздухом и массивом горных пород; ¿я - температура пород.

Значения максимально допустимой температуры воздуха являются граничными условиями нормализации температурного режима колонковой скважины большого диаметра.

По результатам расчетов при различных комбинациях температуры пород, начальной температуры подаваемого в скважину воздуха, забойной мощности, значение которой прямо пропорционально осевой нагрузке и частоте вращения инструмента и конечной глубина скважины, были построены графики изменения средней температуры воз- . духа в кольцевом пространстве скважины. Как видно из графика (рис. 4), при одинаковых значениях начальной температуры подаваемого в скважину воздуха за счет снижения затрат мощности на забое о 20 до 8 кВт температура воздуха в кольцевом пространстве скважины становится меньше, либо равной максимально допустимой. Температурный режим скважины в данном случае можно считать нормальным. • ■

3. Теплообмен в керноприедеюй камере бура Осуществляется,в регулярном тепловом режиме нестационарного процесса нагрева керна путем свободной конвекции воздуха и теплового излучения.

Целевое назначение колонковых скважин большого диаметра при разведке мерзлых россыпей - получение представительной качественной пробы. В данном случае таковой является керн, на качеотво которого оказывают значительное влияние теплообменные процессы, протекающие в скважине.

Отличительной особенностью теплового воздействия на керн при бурении колонковых скважин большого диаметра является то, что возяух, поступая из бурпльннх труб, движется к забою по специальным каналам, минуя корнолриомиуп камеру, тогда как в скв.тянно полого диаметра постоянно омывает корн. При этом температура воздуха, заполняющего пространство между керном и стопкой кертопрпом-1Ю? камеры, будят равна темппратуро воздуха, псстуггппгэто я ?лбс>ч

( при ЛшИ ) с учетом прироста за счет тепла, выделяющегося при работе породоразрушающего инструмента ( л^ ),

По условиям протекания теплообменный процесс в керноприем-ной камере близок к регулярному тепловому режиму, так как в данном случае можно рассматривать так называемое простое нагревание, которое характеризуется постоянством внешних условий, то есть температура окружающей среды, в нашем случае = , и коэф-

фициент теплоотдачи во времени должны оставаться постоянными. Как показали расчеты, влияние восходящего от забоя нагретого потока воздуха на нисходящий практически равно нулю. Следовательно, при установившейся режиме данные условия будут выполняться.

Основываясь на теории регулярного теплового режима и имеющихся зависимостях, получены формулы, позволяющие определить период времени соответствующий времени чистого бурения, за который тепловое воздействие на керн будет минимальным и его выход будет составлять не менее 90 %.

Та Лп-УЬ I __(4)

> осн ■ а„ -р. у-*

(5)

где: - допустимая продолжительность рейса;

Х„ - коэффициент теплопроводности породы;' У - объем керна;

температура породы после нагревания; а„ - коэффициент температуропроводности породы;

. (С- _ площадь поверхности керна; % - коэффициент неравномерности распределения температуры в керне; ' -.коэффициент теплоотдачи; '£ - длина керна; д - ускорение свободного падения;

- температурный коэффициент .объемного расширения.

Проверка правильности решения задач осуществлялась в производственных условиях путем замеров температуры пород, температур-подаваемого и выходящего из скважины воздуха и определения про' цента выхода керна при бурении установкой УБМ-20А с использованием пневмошарошечного бура.

В Певекской ГРЭ условия для проведения исследований били наиболее благоприятными (табл. I): однородность гранулометрического состава рыхлых мерзлых отложений, относительная стабильность температуры пород и подаваемого в скважину воздуха.

После оценки результате" замеров п определения процента выхода керна по первым двум ре::сам, была произведена корректировка основных технологических параметров процесса бурения с результатами теоретических расчетов: били уменьшены частота вращения инструмента и осевая нагрузка до значений, при которых затраты мощности на забое были близки к расчетным.

После этого фактическое время бурения не превышало допусти- . мой продолжительности рейса, а выход керна возрос с 75 до 95-100$, что явилось подтверждением правильности решения поставленных задач и возможности нормализации температурного режима рациональным сочетанием основных технологических параметров процесса бурения. В дальнейшем при внедрении установки УЕМ-20А в Усть-Хакчанской ГРП, Софийской ГРП'Л др, с учетом рекомендаций, представленных в диссертации, также были получены положительные результаты. Общий объем наблюдений составил 485 м.

4. Необходимость нормализации температурного режима колонковой скваж-.шы большого диаметра с целью сохранения качества получаемой пробы, возникает при буровии в мерзлых породах с температурой от 0 до -4 °с.

Для разработки рекомендаций по технологии бурения колонковых скважин большого диаметра произведена группировка мерзлых рыхлых отложений, основанная на анализе результатов практических и теоретических исследований геолого-техничоекпх условий залегания мерзлых россыпей золота, и разработана программа выбора рациональных режимов бурения для расчетов кл ДВК-2.

Используя данную nporpar.it.iy и группировку мерзлых отложений, произведен расчет допустимой продолжительности рейса при различных значениях исходных данных. Результаты расчета представлены в виде кривых изменения допустимой продолжительности рейса в зависимости от "ачальной температуры подаваомого в скважину воздуха и затрат мощности но забое пчи разных значениях температуры пород )а рис. 5. Анализ графиков дап возможность определить в каких тредолах значений темпоратурч пород имеется необходимость норма-шзвции температурного родима с целью снижения теплового воздей-¡тоия на керн.

Таблица I

Экспериментальные и. расчетные значения параметров температурного режима скв. Л I, нос. Красноармейский .

Интервал бурения,

от ;.до

Описание пород

°С

Экспериментальные —Г

Расчетные

V*,

Л, I Режимы ¡Йё^^-! ! М !Г.

% ¡^^-¡Т^ЙП?'! °С |.Ч| С!кВт ! и

п.

с-1-

С'кВт } мин

Г ! 1

5,0 .6,0 Крупный щебень -4,0 ' с глинистым заполнителем. Льдистость 5-10/5 27 21,0 55 0,62 86 • 26 10 -4 30 23 20 24

6,0 • 7,0 То же ■ -3,5 31 24,0 55. 0,62' 75 32 10 -4 30. 23 20 24 ■'

7.0 8,0 То же -4,0 32 17,0 20 0,41 97,4 37 10 -4 '30' 18,4 • 5,2 43,6

8,0 9,0 То же -3,7- 30 16,5 20 0,41 95 42 10 -4 ' 30 18,4 5,2 43,6

Наличиё мелких валунов

9,0 10,0 То же -3,8 32 '20,0 20 0,41 98,5 40 10 -4 30 18,4 5,2 43,6

10,0 П,0 . То же . -4,0 32 18,0' 20' 0,41 96 33 10 -4 30 . 18,4 5,2 43,6

5, 10, 15, 20 - затраты мощности на забое

Рис. 5. Изменение допустимой продолжительности рейса. Породы с глинистым заполнителям, 1л/„ ~ 25 %

В качестве критерия была принята допустимая продолжительность рейса в 30 минут, которая по опыту бурения, при имеющейся вооруженности бура, достигается о минимальными затратами мощности на забое. Используя данный критерий, по графикам было определено, что при максимальных значениях забойной мощнооти и начальной температуры подаваемого в скважину воздуха допустимая продолжительность рейса превышает 30 мин при ¿„ = -6 °С. Таким образом, температурный интервал наибольшего теплового воздействия на керн был ограничен от 0 до -4 °С.

За период возможного использования в течение года установки УБМ-20А начальная температура 'подаваемого в скважину воздуха в среднем-колеблется в пределах от 20 до 30 °С. Учитывая.это, на основа результатов, полученных в процессе исследований, были разработаны рекомендации по технологии бурения колонковых скважин большого диаметра, представленные в табл. 2. ..

Таблица 2

Группа пород I-----------! ! На, ! ] Режим бурения . ' | Т?> мин | Умы.,

1 * 1 ■ 1 °С 1 ' т! „ " '' ! П .сэк"1! Рос кН ! , и/ч

I ! 2 ! 3 Г '4 • ! 5 ! 6 ! 7

I до 25 Ъ -2 ■Л 0,41 0,62/0,41 0;62 20 20-40 40 - 24 34 40 2,0

до 15 0 -2 -4 0,41. 0,62/0,41 0,62 20 40-60 60 29. 27 34 2,5

до 10 0 -2 -4 0,41 0,62/0,41 0,62 20 20-60 60 14х 29 25 3,0

П • до 40 ' 0 -2 0,41 0,62/0,41 20 20-40 26х 43 1,5

до 25 0 -2 -4 0,41 0,62/0,41 0,62/0,41 20 20-40 40-60 17х 35 47 2,0

I ! 2 ! 3 1 4 1 5 1 ! 6 ! 7

до 15 0 0,41 - 20 18х

-2 0,62/0,41 40 30 2,2

-4 0,62 60 28

Ш до 5 более -4 0,41/0,62 '60 ' 47 1,3

х/ В данных случаях бурение должно проводиться укороченными . рейсами 0,5+0,8 м.

Данные рекомендации найдут свое применение, в особенности1 в районах распространения "вялой" мерзлоты, дадут возможность повысить качество опробования и расширить область применения установки УБМ-20А.

Основные выводы:

Анализом теоретических и практических исследований процесса сооружения скважин в мерзлых породах с учетом особенностей поисков и разведки многолетнемерзлых россыпей, обоснована необходимость разработки технологии бурения колонковых скважин большого диаметра, обеспечивающей нормализацию температурного режима и высокое качество получаемой пробы.

2. Разработана методика расчета для регулирования и прогнозирования температурного режима колонковой скважины большого диаметра, учитывающая технологические и конструктивные особенности установки УБМ-20А.

3. На основе аналитических расчетов и экспериментальных дён-ннх установлено зависимость распределения температуры воздуха в скважине большого диаметра, которая дает возможность определить характер изменения основных параметров температурного режима в процессе бурения.

4. Доказано, что прирост температуры воздуха за счет затрат мощпости, реализуемой на забое, является определяющим параметре?: температурного режима колонковой скезжинн большого дт.^рэ^

5. Лроизвсден расчет температурного рожима при различных значениях исходных данных, что позволило установить возможность норталигяшш прэтекзния теплообмэнннх процессов путем снимпяч пптрзт мощности на забое.

<5. Вшэедзна Формула определения допустимой гфодолжитольпс'.!!« ройся, учктывэсздя степень влияния тоилообгакных пртцтеоп м

качество получаемой пробы и. конкретные геолого-технические урло-вия проведения работ. •

7. В результате экспериментальных исследований процесса бурения колонковых скважин большого диаметра подтверждена возможность регулирования и нормализации температурного режима рациональным сочетанйем основных технологических параметров.

8. Разработана-группировка многолетнемерзлых рыхлых отложений, основанная на результата^, исследований геолого-техничеоких условий залегания мерзлых россыпей золота, которая дает возможность обобщить рекомендации по технологии бурения для основных золотодобывающих регионов.

9.-Разработана программа дош расчета и выбора рациональных параметров.процесса бурения; расчитаны и построены графики изме- .

• • нения допустимой продолжительности рейса для разных типов пород;

доказана необходимость регулирования температурного режима скважины большого диаметра при бурении в породах с температурой от О до -4 °С; установлено, что высокий процент льдистости значительно "снижает негативные последствия теплового воздействия.. ■ •

10. Разработаны рекомендации по технологии бурения колонковых скважий большого диаметра применительно к установке УБМ-20А, обеспечивающие сохранность'получаемой пробы. .

11. Расчетная экономическая эффективность от внедрения в производство разработанных рекомендаций составляет около 13,"5 тыс. руб. в год на одну буровую установку.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Влияние глубины скважины на техническую скорость бурения установкой УБГ.1-20А в многолетнемерзлых россыпях. //Методы поисков и разведки месторождений, технологические и аналитические й9следования благородных, цветных металлов и алмазов: Тез. докл. конф. молодых уч. и спец. - ЦНИГРИ, 1985 Соавт.: С.А.Крыжанов-ский.

2. Изменение технической скорости бурения в зависимости от .величины рейса и глубины скважины при бурении установкой УБМ-20А.

. //Пути повышения эффективности геологоразведочных работ на цветные, благородные металлы и алмазы. Тез. докл. конф. молодых уч. и спец. - ЦНИГРИ, 1987.

3. Повышение эффективности бурения скважин большого диамет-

* ра в многолетнемерзлых россыпях установкой УБМ-20А. //Тр. ЦНИГРИ -'1989 - № 212. Соавт.: С.А.КрыжановскиЙ, В.М.Нинаков, И.В.Моро-

зов.

. 4. Температурный режим скважина большого диаметра при бурении с продувкой в мерзлых породах. //Тр. 1Щ"1ТИ - 1289 - № 234. Соавт.:- И.В.Морозов.

Б. Особенности методики расчета температурного режима скважины большого диаметра прг; бурониц, установкой УБМ-20А. //Геоло-го-гесфизнческие, минорал"-гоо:гам;паскпе исследования с целью повышения эффективности геологоразведочных работ. Тез, докл. до 5!о;:ф. молодых уч. и спец. - ШПТШ1, 1990.

5. Влияние температур'¡ого режима сгзшглнв большого диаметра на процесс бурения и качество опробования при разведка мерзлых . россыпей. //Известия ВУЗов. Геология п разведка. - 1991. - К 3. Соавт.: В.М.Мпнаков, И.В.Морозов, А.И.Мараев.

Подписано з печать Формат бумаги 60 х 90 I/I6.

Бумага типографская 3, Печать офсетная, Печ. л. 1,0. Тираж IDO экз. Оокяз//^. Бесплатно.

ШТН, Москва, ул. Мйклухо-Мзклшт, 23.

Рот-тряпт