книги / Управление, организация и планирование геологоразведочных работ
..pdfследований во многом зависит от правильной организации работы буро вых и горно-разведочных подразделений, обеспечивающих получение геологической информации о глубинных частях изучаемых разрезов, о строении и вещественном составе рудных тел, выявленных при поисках.
В период каждого полевого сезона ведутся текущие камеральные работы — ежедневно после каждого маршрута или в специальные ка меральные дни, число которых определяется из соотношений: один камеральный день после 3 -5 дней наземных маршрутов или после 2 дней аэровизуальных наблюдений. Для камеральной обработки целе сообразнее использовать ненастные дни, малоэффективные для поле вых маршрутов и полетов.
По окончании последнего полевого сезона проводят ликвидацию полевых работ, во время которой оборудование и снаряжение подго тавливают к отправке на базу для сдачи на склады.
Цикл геолого-съемочных работ завершается этапом окончательной камеральной обработки материалов. Его основная задача — составле ние и оформление итогового отчета с графическими и текстовыми при ложениями. Кроме того, проводят компьютерную обработку ма териалов, составляют геологические базы данных по изучаемому геологическому объекту. Производят обработку геохимической и гео физической информации с использованием математических методов для выявления закономерностей распределения полезных ископаемых, определения точности и достоверности полученных данных. Произ водят также подготовку и выполнение графических материалов и гео логических карт в электронном виде. Для подготовки электронных гео логических карт используют специальные пакеты прикладных программ «Парк», Arclnfo и др.
Окончательные результаты геологической съемки, оформленные в виде государственной геологической карты (в электронном виде), подготавливают к изданию основными исполнителями геолого-съе мочных работ — авторами карты. На заключительном этапе работы в карту вносятся изменения и дополнения в соответствии с замечания ми рецензентов, научно-технического совета и редакторов карты.
9.3.Гидрогеологические
иинженерно-геологические работы
Гидрогеологические и инженерно-геологические работы представля ют собой весьма разнообразный комплекс исследований, в частности:
1)гидрогеологические и инженерно-геологические съемки терри тории, включая съемки для целей мелиорации;
2)изучение гидрогеологических и инженерно-геологических ус ловий разведки и будущей эксплуатации месторождений;
3)стационарные наблюдения за Режимом и балансом подземных вод;
4)поиски и разведку источников подземного водоснабжения, включая месторождения минеральных вод и промышленных рас солов;
5)изучение инженерно-геологических условий будущего строи тельства промышленных и гражданских объектов.
Организационно гидрогеологические подразделения, специализи рующиеся на съемке, поисках и разведке месторождений пресных и минерализованных подземных вод, входят в состав региональных про изводственных геологических предприятий.
Гидрогеологические условия в пределах разведуемых месторождений полезных ископаемых восновном изучаются специализированными гид рогеологическими отрядами.
Для проведения инженерно-геологических исследований, как пра вило, выполняемых по договорам с горнодобывающими, строитель ными и другими организациями, создаются специальные инженерно геологические отряды в составе гидрогеологических или комплексных геологоразведочных экспедиций регионального подчинения.
Организация специальных гидрогеологических и инженерно-гео логических съемок существенно не отличается от организации поле вых и камеральных работ при геологических съемках соответствующего масштаба. Традиционный набор работ дополняется отбором гидроге охимических проб воды и газов из поверхностных водоемов, родни ков, колодцев, скважин и горных выработок. Проводится необходи мый объем опытных работ, ведутся гидрогеологические наблюдения в картировочных скважинах. В результате составляются гидрогеологиче ские, геоморфологические карты, карты химизма подземных вод и другие специальные карты распространения карстовых, просадочных и оползневых явлений. В штат геолого-съемочных партий вводится специальный отряд или группа специалистов-гидрогеологов. При про ведении гидрогеологической или инженерно-геологической съемки по готовой геологической основе организуются отдельные съемочные отряды.
Поиски и разведка месторождений подземных вод, как и поиско во-разведочные работы на твердые полезные ископаемые, организу ются последовательно, по стадиям. Результатом поисков и разведки месторождений подземных вод является подсчет эксплуатационных за пасов воды, определение содержания основных и попутных полезных компонентов и вредных примесей, способов обогащения вод и удале
ния остаточных промышленных стоков, а для месторождений пресных вод — разработка схемы водозабора, где указываются средние и ми нимально допустимые дебиты эксплуатационных скважин, их глуби ны и конструкции, способы и средства фильтрации воды и водоподъ ема, срок эксплуатации водозабора.
Основные методы поисков и разведки подземных вод аналогичны методам изучения гидрогеологических условий месторождений твер дых полезных ископаемых, применяемым с целью определения общей обводненности месторождений и прогноза величины водопритока в горные выработки. Для решения этих задач бурятся гидрогеологичес кие скважины, в которых проводятся опытные наблюдения за гидро динамикой подземных вод. Основные виды детальных исследований водоносных горизонтов — пробные опытные и опытно-эксплуатацион ные откачки.
При пробных откачках предварительно оцениваются качество воды и фильтрационные свойства горизонта. Опытные откачки служат для наблюдений за изменением параметров изучаемой водоносной струк туры; в задачу опытно-эксплуатационных откачек входит подсчет за пасов подземных вод и других параметров будущего водозабора.
Схема откачки зависит от геолого-гидрогеологических условий разведуемого месторождения или типа водозабора. Она включаетданные о конструкциях и расположении скважин, местах установки фильтров, набора оборудования для откачки (насосы, эрлифты, фильтры, трубы и т. п.). Это существенно облегчает организацию откачек и упрощает рас четы параметров будущего водозабора.
Откачки имеют довольно большую продолжительность. Так, в за висимости от характера пород водоносного горизонта и их коэффи циента фильтрации, продолжительность пробной откачки колеблется от 1-2 сут. в скальных породах на одно понижение уровня до 5 -7 сут. в песках, а опытной групповой — от 7 (скальные породы, галечник) до 20 сут. (мелкозернистые пески). Процесс откачки должен быть непре рывным. Это обусловливает повышенную надежность основного технологического (насоса, компрессора), вспомогательного и энергетического оборудования и требует наличия резервных агрегатов на месте работ в состоянии полной готовности.
Для обоснования возможностей строительства различных объектов также проводятся инженерно-геологические исследования. Они вклю чают: изучение геологического разреза грунтов, лежащих в основании будущих сооружений, определение физико-механических свойств грун тов, анализ водного и температурного режимов среды, окружающих фун даменты сооружений. Основные методы решения этих специфических задач — отбор проб грунтов с сохранением в них всех основных физико
механических свойств и проведение опытных работ с испытываемыми грунтами в их естественном залегании для определения прочностных свойств (опытные наливы, прессиометрия грунтов, опытная цемента ция пород, метод вращательного среза и т. д.).
9.4. Горно-буровые работы
Общие сведения. Бурение геологоразведочных скважин — наиболее распространенный вид работ, предназначенных для получения геоло гической информации. Оно применяется на всех без исключения ста диях геологических исследований.
Термин «геологоразведочные скважины» обобщает несколько групп скважин по их назначению: картировочные, структурные (опор ные), поисковые и разведочные, гидрогеологические, инженерно-гео логические, сейсморазведочные (взрывные) и специальные (вентиля ционные, геотехнологические, шурфоскважины и т. п.).
Бурение позволяет получить самую разнообразную геологическую информацию. Так, получаемый при бурении скважин керн дает возмож ность решить следующие задачи: определить пространственные коор динаты, глубину и элементы залегания полезного ископаемого; замерить углы падения и простирания, атакже выяснить мощности отдельных пластов горных пород и рудных тел; установить вещественный состав, ми-* нералого-петрографические и физико-механические свойства пробуренных пород, в том числе имеющих инженерно-геологическое значение, крепость, пористость, плотность, трещиноватость и т. д.
Кроме того, скважины используются для решения самостоятельных задач:
1)для проведения геофизических (электрических, радиоактивных, акустических и т. д.) измерений, фотографирования и те леметрических замеров для определения местонахождения и элементов залегания пластов горных пород, а в отдельных слу чаях и их качественного состава;
2)для выяснения статического и динамического уровней под земных вод, проведения откачек, замеров температур и отбора проб воды и газа в целом по пробуренному интервалу и от дельным горизонтам; обеспечения циркуляции растворов и от бора геотехнологических проб; выполнения специальных работ (вентиляция горных выработок, взрывные работы и т. д.).
Основные задачи и направления организации процесса бурения сква жин. Главной задачей при организации процесса бурения является минимизация времени и удельной себестоимости его выполнения. При этом должны соблюдаться заданные проектом качественные показа
тели — отбор достоверных проб керна и выдерживание проектного на правления стволов скважин.
Для организации бурения необходимо рассмотреть ряд вопросов, тесно связанных с техникой и технологией процесса бурения. К ним относятся: выбор способа бурения и обоснование элементов конструкциихкважины, выбор типов породоразрушающего инструмента и оп ределение оптимальных технологических режимов бурения; выбор типа, диаметра и материала бурильной колонны, обоснование выбора типоразмеров и марок бурового, силового и вспомогательного обору дования; определение рецептуры, технологии и организации приго товления промывочных жидкостей; разработка рациональных приемов выполнения отдельных операций и схем организации труда на рабо чих местах буровой бригады; рациональная организация подготовки площадки и выполнения монтажно-транспортных работ; организация непрерывного контроля за соблюдением рациональных технологичес ких режимов процесса бурения и предупреждение аварийных ситуа ций; обеспечение своевременного и четкого ведения первичной про изводственной организационно-технологической документации.
Структура производственного процесса. Бурение разведочных сква жин — сложный производственный процесс, состоящий из собствен но бурения и целого ряда других процессов. Чтобы наглядно предста вить структуру всего процесса разведочного бурения, рассмотрим элементы баланса рабочего времени буровой установки.
Основной рабочий процесс — собственно бурение скважины — со стоит из отдельных рейсов — отрезков рабочего времени, протекающих от момента начала подготовки бурового снаряда к спуску в скважину до окончания подъема снаряда из скважины. Операции, которые в каж дом рейсе повторяются, несут на себе основные, подготовительно-зак лючительные и вспомогательные функции.
Собственно бурение скважины выражается временем Т6, состоя щим, в свою очередь, из времени выполнения основной операции — углубки забоя скважины (времени чистого бурения) Ту и суммы вре мени выполнения остальных вспомогательных операций в каждом рей се Тво. Время 7^ регламентируется Едиными нормами времени (ЕНВ, периодически издающимися в отрасли) в зависимости от буримости пород, вида породоразрушающего инструмента (алмазная или твердо сплавная коронка, шарошечное долото и т. п.) и параметров режима бурения. Время Твотакже складывается из суммы нормативов ЕНВ на перекрепление и спуск-подъем труб, промывку скважины и т.д., что видно из формулы расчета нормы времени на бурение 1 м скважины:
я вр= ту+ тпк + Т Н+ (Тсп + Тпхп + Тпр + Тж+ Тж) / Р , час/м (9.1)
где #„р — норма времени, включающая суммарное время выполнения всех основных, подготовительно-заключительных и вспомогательных операций, входящих в состав процесса собственно бурения: Ту — вре мя углубки забоя скважины (время чистого бурения), ч/м; Тпк — вре мя выполнения вспомогательной операции по перекреплению веду щей трубы, ч/м; Т„ — время наращивания колонны бурильных труб по мере углубки, ч/м; Тсп — время спуска и подъема бурильной ко лонны (с учетом времени нанесения на трубы антивибрационной смазки), ч; Г,,,,.,, — время подготовительных и заключительных опе раций, сопутствующих спуску и подъему (в состав этих операций вхо дят, например, спуск и подъем колонкового набора, подведение и отвод станка и т. д.), ч; Тт — время постановки снаряда за забой сква жины, ч; Тпр— время на чистку и промывку скважины после спуска и перед подъемом снаряда, ч; Тж— время производства заклинивания и отрыва керна от забоя, ч; Т3„ — время замены породоразрушающе го инструмента (коронки, долота), ч; Р — величина углубки скважин за один рейс, м.
При бурении снарядами со съемными керноприемниками норма
времени определяется по формуле: |
|
я вр- = Ту+ Тпк+ Ти+( Тсп+Тпхп+ Тпр+ Тт+Тж+ T J / |
|
Р+ Тпхк+Тспск+Тт+Т„р+Тж)/Ц, ч/цикл, |
(9.2) |
где Т„хк — время на подготовительно-заключительные операции при спуске-подъеме съемного керноприемника, ч; Тспск — время спускаподъема съемного керноприемника, ч; Ц — углубка скважины за один цикл, м.
Группа вспомогательных процессов характеризуется следующей сум мой затрат времени:
Т'асп = т10+ Тф + Гиис + Трш+ Ттс + Тп + Тпч + Tmt0 + Гдеф, (9.3)
где Тто — техническое обслуживание оборудования; Тхр — крепление скважины обсадными трубами; Тт — проведение кернометрии; Ттс — искусственное искривление скважины; Трш— расширение (разбури вание) скважины; Ттс — геофизические исследования в скважине в процессе бурения; Т„ — гидрогеологические исследования в скважи не в процессе бурения; Т„ч— промывка и чистка ствола скважины пе ред проведением вспомогательных процессов; Тшто— предупреждение и ликвидация геологических осложнений в скважинах, включая там понирование и цементирование; Таеф— проведение дефектоскопии бу рильных труб и грузоподъемного инструмента.
Отраслевыми нормативами регламентировано только время выпол нения Ткр и частично Ттто. Ввиду большого разнообразия в техноло
гии и организации время выполнения большинства остальных вспомо гательных процессов регулируется местными нормами.
Монтажно-транспортные процессы характеризуются временем монтажа буровой установки на заранее подготовленной площадке, демонтажа ее по окончании бурения и перевозки в пределах участка производства работ — ТМ. Отраслевые нормы регламентируют время монтажно-демонтажных работ только при использовании самоход ных и передвижных буровых установок; время на монтаж и демонтаж стационарных установок зависит от природных условий (рельеф, тип установки и т. д.); работы организуются по индивидуальным схемам и нормируются на месте. Нормативная величина времени на монтаждемонтаж и перемещение буровых установок составляет от 3 до 12 % от суммарного времени на собственно бурение скважин. Максималь ное время требуется для перевозки стационарных установок, укомп лектованных разборными буровыми зданиями, а также в случае, если требуется разборка буровой вышки (сложный рельеф, наличие ЛЭП на пути передвижения).
Сумма времени всех рассмотренных рабочих процессов и состав
ляет производительное время: |
|
Тпр - Т 6+ ТВСП+ Тш. |
(9.4) |
Кроме времени выполнения перечисленных процессов в баланс рабочего времени включаются время текущего ремонта оборудова ния на участке 7 ^ , время простоев оборудования независимо от при чины и продолжительности Тпи время ликвидации аварий в скважи не Тм.
Таким образом, суммарное выражение баланса рабочего времени выражается как:
Т брв - Тпр+ ГреМ+ Тп+ Гла. |
(9.5) |
По окончании процесса бурения появляется необходимость прове дения ряда процессов, сопутствующих бурению. Это специальное лик видационное тампонирование Тж, установка на скважине различного оборудования (задвижек, превенторов и т.д.) 7^, участие в специаль ных геофизических и гидрогеологических исследованиях и испытаниях Гии, транспортировка буровой установки с участка на базу (и в обратном направлении) 7^. Время на эти работы объединяется в понятие заба лансового времени:
Т’заб = Тт+ Тк + ТИИ+ Tjp. |
(9.6) |
Сумма балансового и забалансового времени составляет так называ емое время пребывания буровой установки на учете в геологической
производственной организации (экспедиции). Эту сумму времени мож но назватьучетным временем работы буровой установки:
Т ^ Т ^ + Т ^ . |
(9.7) |
Технико-экономические показатели бурения геологоразведочных сква жин. Для оценки уровня организации процесса разведочного бурения и его эффективности служит система основных технико-экономических показателей (ТЭП). В числе главнейших показателей — объем буровых работ, время, затраченное на бурение, их трудоемкость, скорости бу рения, показатели, характеризующие качество бурения, себестоимость буровых работ.
Скорость бурения — это показатель, связывающий объем бурения с затратами времени; характеризует организацию процесса бурения на разных уровнях. Различают пять типов скорости: механическую, рей совую, техническую, коммерческую и парковую.
Механическая скорость Кмех является наиболее динамичным пока зателем эффективности бурения. Она равна:
VMCX= М/Ту, |
(9.8) |
где М —объем бурения, м; Ту— время углубки скважины, характеризу ет эффективность бурения пород с определенными свойствами при данном способе разрушения. С ее помощью оценивается также влия ние технических и технологических факторов на процесс бурения (свойства пород, режимы бурения, вид, тип и состояние породоразру шающего инструмента, конструкция и состояние скважины). В табл. 9.3 приведены нормативные значения механической скорос ти по ЕНВ в зависимости от условий бурения и ряда технических и технологических факторов.
Проанализируем данные, приведенные в этой таблице. С ростом категории пород механическая скорость бурения понижается (пока затели 3 и 5). Так, при бурении пород IX категории ее значение на 33% ниже, чем при бурении пород VII категории при прочих равных усло виях (бурение алмазными коронками диаметром 76 мм, частота вра щения 400-700 мин-1).
При алмазном бурении рост механической скорости по сравнению с твердосплавным бурением для пород VII категории составляет 7%, а для пород VIII категории — более 23% (показатели 2 и 7).
Сильно влияет на механическую скорость бурения и диаметр поро доразрушающего инструмента. Например, скорость бурения скважин коронками диаметром 76 мм на 11% выше, чем коронками диаметром 93 мм (показатели 6 и 7). Как показывает практика, дальнейшее умень шение диаметра коронок (59 и 46 мм) обеспечивает еще больший выиг-
П о к а з а т е л и
Зависимость механической и рейсовой скоростей от основных технико-экономических факторов
В ид бурен ия |
Д и а м е тр |
К а т е го р и я пород |
Г л у б и н а |
Ч а с т о т а вра |
У гл у б к а за |
С к о р о с ть бурен и я, м /ч |
|
и ти п и н с тр у м ен та |
п о род ораз |
|
б у рен и я, м |
щ е н и я и н стру |
рей с, м |
м е х а н и ч е с к а я |
рей с о ва я |
|
р у ш а ю щ его |
|
|
м ен та, м ин _1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
и н с тр у м ен та, м м
1 Колонковое:
2одинарным снарядом с алмазной
3коронкой
4
5одинарным снарядом с твер-
6досплавной ко-
7ронкой
8
снарядом со съем
9ным керноприемником
10
11гидроударником
12Бескерновое:
13снарядом с шарошечным долотом
14пневмоударником
59 |
VII |
100 |
До 400 |
4,5 |
1,82 |
1,75 |
76 |
VII |
800 |
До 400 |
4,5 |
1,82 |
0,78 |
59 |
VII |
500 |
400-700 |
4,5 |
2,23 |
1,05 |
59 |
VII |
800 |
Свыше 700 |
4,5 |
2,50 |
0,83 |
59 |
IX |
800 |
400-700 |
4,5 |
1,50 |
0,69 |
93-112 |
VII |
800 |
Свыше 250 |
2,8 |
1,53 |
- |
76 |
VII |
800 |
Свыше 250 |
2,8 |
1,70 |
0,57 |
59 |
IX |
800 |
400-700 |
25 (3,0)* |
1,77 |
0,94 |
|
слаботрещиноватые |
|
|
|
|
|
59 |
IX |
800 |
400-700 |
25(1,9) |
1,77 |
0,81 |
|
трещиноватые |
|
|
|
|
|
59 |
IX |
800 |
400-700 |
25 (0,78) |
1,77 |
0,52 |
|
сильнотрещиноватые |
|
|
|
|
|
76 |
IX |
800 |
400-700 |
4,5 |
1,67 |
- |
39-112 |
VII |
100 |
250-400 |
11 |
2,10 |
- |
76 |
VII |
800 |
250-400 |
11 |
2,10 |
1,31 |
125 |
VII |
100 |
100 |
2,9 |
3,29 |
- |
— У гл у б к а за ц и к л , м
рыш. Особенно значителен рост механической скорости при повыше нии частоты вращения алмазной коронки: в интервале 250—700 мин-1
—рост 22%, а в интервале 250-1000 мин-1 — 37% (показатели 1-3 и 1 -
4).
Применение высокоэффективных снарядов со съемными керноприемниками (ССК) и бурильных колонн с диаметрами, близкими к диаметру скважины (это исключает их вибрацию), а также использо вание оптимальных параметров режима бурения позволяют получить дополнительный рост механической скорости при бурении пород IX категории на 18 % (показатели 5 и 8).
Дополнительное использование энергии удара при алмазном удар но-вращательном бурении высокочастотными гидроударниками так же дает прирост скорости на 17% по сравнению с алмазным бурением со средними частотами вращения (показатели 5 и 11). Бескерновое бу рение, широко применяемое в безрудных породах, существенно по вышает механическую скорость бурения разведочных скважин; при прочих равных условиях ее прирост по сравнению с колонковым твер досплавным бурением составляет 37% (показатели 6 и 12).
Очистка забоя воздухом и использование энергии удара при бескерновом ударно-вращательном бурении пневмоударниками на глу бинах до 150 м также значительно увеличивает механическую скорость (на 57%) по сравнению с вращательным бурением шарошечными до лотами (показатели 12 и 14).
При бурении скважин установками с плавнорегулируемым приво дом механическая скорость возрастает в среднем на 10-30 % за счет более полного использования мощности привода и увеличения сред ней частоты вращения бурового инструмента; кроме этого, с помощью плавной регулировки частоты вращения снаряда достигается оптималь ная корректировка режима разрушения породы в конкретных услови ях рейса на каждый момент.
Рейсовая скорость V ^c характеризует весь комплекс основных и вспомогательных операций, входящих в процесс собственно бурения скважин Гб, включая спуско-подъемные операции. На рейсовую ско рость влияют те же факторы, что и на механическую скорость. Кроме того, на нее оказывают влияние глубина скважины, вид и состояние бурового оборудования или бурового снаряда (обычный, двойной, ССК и т. п.), глубина бурения, уровень механизации вспомогательных опе раций в рейсе, квалификация членов буровой бригады. Рейсовая ско
рость находится из выражения |
|
У^С= М / Т 6. |
(9.9) |
С ростом глубины бурения возрастает время спуска и подъема ко