Геолого-методическое обоснование целесообразности применения направленного и многоствольного бурения

Для обоснования целесообразности использования направленного бурения на конкретном месторождении необходимо учитывать не только технологические возможности этого бурения, но и геологические особенности месторождения, а именно [3, 12]:

1. Глубины залегания рудных тел. С увеличением глубины возрастает эффективность методов направленного бурения. Минимальная глубина скважины, с которой экономически выгодно применение этого вида бурения, зависит от сравнительных затрат времени на бурение естественно и искусственно искривленных скважин. На разных месторождениях эта глубина может составлять 200-300 м.

2. Углы падения рудных тел, зависимость эффективности направленного бурения от величины угла падения рудного тела рассматривается в основном с учетом глубины. Крутые (80-90°) углы падения требуют интенсивного искусственного искривления направленных скважин, следовательно, значительных затрат времени, что при небольших глубинах залегания рудных тел может оказаться неэффективным, а при больших глубинах – весьма эффективным по сравнению с бурением обычных скважин.

Пологое залегание рудных залежей при малых глубинах также неблагоприятно для эффективного использования направленного бурения. Однако с увеличением глубины залегания залежи влияние угла падения постепенно снижается. При значительных глубинах (более 400 м) пологие углы падения позволяют при небольших угловых отклонениях дополнительных стволов получать ряд пересечений рудной залежи как по падению, так и по простиранию на линии соседних профилей.

3. Большой мощности рыхлых отложений и неустойчивых выветрелых пород верхних горизонтов разреза и сложность в связи с этим забуривания наклонных скважин.

4. Мощности рудных залежей. При небольшой мощности рудных тел или залежей эффективно повторное пере6уривание в связи с небольшими дополнительными затратами времени и увеличением объема геологической информации о рудном теле.

5. Морфология рудных тел и характера распределения содержания полезного компонента. При поисках и разведке месторождений со сложной морфологией рудных тел и особенно неравномерном распределении содержания полезного компонента в рудном теле методика разведки многоствольно-кустовысм скважинами, разработанная ВИТРом, позволяет значительно повысить достоверность оценки всех параметров рудного тела (мощности, содержания полезного компонента и др.) и подсчета запасов полезного ископаемого в целом [8].

Для характеристики возможностей и задач многоствольного бурения существующие структурно-морфологические типы месторождений можно объединить в три основные группы:

1) выдержанные жило-, линзо- и пластообразные тела с относительно равномерным распределением содержания;

2) сложные, изменчивые по мощности и содержанию, часто ветвящиеся жилы, жильные зоны, зоны прожилково-вкрапленной минерализации;

3) сложные по морфологии, но относительно выдержанные по содержанию полезного компонента рудные тела: короткие линзы, гнезда, трубы, мощные короткие прерывистые жилы, неправильные, прихотливые столбопластообразные залежи [3].

Для первой группы месторождений методы направленного бурения позволяют на стадиях предварительной и детальной разведки значительно сократить объем буровых работ в зависимости от глубины разведки посредством проходки дополнительных стволов для получения пересечений в интервалах, определяемых плотностью разведочной сети. При этом бурение дополнительных стволов при значительных расстояниях между разведочными профилями может производиться в одной плоскости по падению рудного тела. Если расстояние между пересечениями не превышает 25-50 м, то целесообразнее бурить многоствольные скважины с 3-5 и более стволами, дающими пересечения на соседних профилях. Необходимым условием в этом случае является достаточная глубина скважин, отсутствие параллельных жил, пластов и простота разреза, исключающая необходимость изучения безрудных интервалов.

Иногда скважины по тем или иным причинам не дают рудного пересечения, и такой участок рудного тела выделяется как блок пустых пород или непромышленных руд. Размеры его определяются путем интерполяции между соседними скважинами. В этих случаях бурение коротких дополнительных стволов с отходом до половины интервала разведочной сети позволяет уточнить контуры и структуру рудного тела.

Часто месторождения этой группы представлены рудными телами, состоящими из серии субпараллельных жил, линз и пластов, имеющих значительную суммарную мощность. При крутых углах их падения бурение обычных скважин малоэффективно, так как угол встречи невелик, и скважина не пересекает всей пачки, а лишь 1-2 рудных тела. Бурение направленных и многоствольных скважин позволяет в таких случаях, увеличивая угол встречи с рудной залежью, пересекать большее число рудных тел и увеличивать разведываемый интервал стратиграфического разреза.

Вторая группа объединяет более сложные типы месторождений. При их разведке прежде всего необходимо установить размеры промышленного контура и степень изменчивости основных параметров рудного типа. На его флангах следует бурить скважины, из которых через определенные интервалы по падению тела нужно проходить короткие дополнительные стволы до пересечения с непромышленной частью рудного тела. Это позволяет установить характер и степень изменчивости мощности и содержания на флангах с глубиной и внутри контура рудного тела и тем самым уточнить подсчетный контур, не прибегая к интерполяции по данным «пустой» и «рудной» скважин.

Особенно эффективны методы направленного бурения при разведке жильных зон и зон прожилково-вкрапленной минерализации. Дополнительные пересечения в этих случаях необходимы как для выделения, увязки и оконтуривания отдельных обособленных рудных тел при относительно больших размерах, так и для повышения достоверности оценки запасов полезного ископаемого в рудной зоне на массу.

Для третьей группы месторождений основная задача при разведке сводится к определению формы и размеров рудного тела. Так как пространственное положение тел данной группы месторождений подчинено сочетанию литологического и сложного, часто скрытого, тектонического контроля, установление контуров рудных тел возможно лишь путем бурения куста скважин из одного основного ствола.

Существует ещё широкий круг вопросов, которые остаются неосвещенными при разведке обычными одиночными скважинами. При мощных чехлах рыхлых отложений, широких вторичных ореолах рассеяния, незначительных размерах рудных тел незаменимым представляется поисковое бурение многоствольными скважинами в сочетании с детальными исследованиями методами скважинной геофизики и прямыми геофизическими и геохимическими методами. В этом случае возможны поиски «слепых» рудных тел, установление пространственного положения (падение, склонение) линзообразных и трубчатых тел или определение мощности и истинного угла падения рудных тел, находящихся под широкой полосой глубокой зоны окисления.

На стадии предварительной разведки методы направленного бурения позволяют эффективно разведывать месторождения, практически отказавшись от установленных параметров разведочной сети, в то же время получая максимум информации о качестве и количестве руд. Для этого целесообразно на одних участках сгустить количество пересечений рудного тела и сократить объем бурения за счет других.

То же самое можно сказать и о направленном бурении на сложных месторождениях на стадиях поисковых и поисково-разведочных работ. Возможности современных технических средств для искривления скважин позволяют направить дополнительный ствол по любому азимуту и под любым углом, а это значит, что можно наращивать количество рудных скважин, не выходя из контура рудного тела, и тем самым избегать «пустых» скважин, что влечет за собой повышение достоверности запасов.

На рис. 1 приведены отдельные примеры из практики буровых работ некоторых геологоразведочных экспедиций: Норильской, Абаканской, Зыряновской, Семипалатинской, Сосновской, Приленской, Балейской и др. [3, 12].