Стадии геологоразведочных работ

И. Р. ЗАХАРИЯ М. А. БАБЕЦ

 

ОСНОВЫ
РАЗВЕДОЧНОГО БУРЕНИЯ

 

 

Курс лекций

 

МИНСК

БГУ

УДК 551.1/

ББК

З

Рецензенты:

доктор геолого-минералогических наук,

профессор М. Г. Ясовеев

(Белорусский государственный университет);

кандидат технических наук А. А. Крицук

(Белорусский научно-исследовательский
геологоразведочный институт РУП "Белгеология")

кандидат геолого-минералогических наук В. Д. Коркин

(Белорусская гидрогеологическая экспедиция РУП "Белгеология")

 

Печатается по решению
редакционно-издательского совета

Белорусского государственного университета

 

 

Захария И. Р.

З Основы разведочного бурения: Курс лекций / И. Р. Захария, М. А. Бабец. – Мн.: БГУ, 2002. –197 с.

ISBN № 985-445….

 

Излагаются основные понятия, принципы и методики бурения скважин с акцентом на геологические аспекты рассматриваемых вопросов.

Для студентов геолого-географических специальностей вузов, а также для специалистов в области изучения недр, экологии и охраны окружающей среды.

УДК 551.1/…

ББК …..

 

 

© Захария И. Р.,

Бабец М. А., 2002

ISBN № 985-445- © БГУ, 2002

ПРЕДИСЛОВИЕ

Разведочное бурение является неотъемлемой частью геологоразведочного процесса: практически на всех стадиях геологоразведочных работ (ГРР) с целью изучения геологического строения территории, поисков, разведки и опробования полезных ископаемых бурятся скважины. Очень широко применяется бурение при инженерно-геологических изысканиях, при строительстве сооружений и коммуникаций, строительстве и эксплуатации горнодобывающих предприятий.

При добыче подземных вод, нефти и газа буровые скважины являются основным транспортным каналом для подъема полезного ископаемого на поверхность.

Данный курс лекций дает представление о разведочном бурении, наиболее сложном виде буровых работ, которое всегда связано с проникновением в новые области геологической среды, требующем от горного инженера не только знания предмета, но и творческого отношения к нему. Курс лекций написан на основании и с использованием материалов многих учебников по бурению (Ю. В. Вадецкого, Ф. А. Шамшева и др.), справочной, технической, методической литературы и нормативных документов и разработок.

1. ВВЕДЕНИЕ

Бурением называется способ проходки особых горных выработок – скважин, и шахтных (рудничных) стволов. Характерным для этого способа является проходка выработок без нахождения в них человека.

Буровая скважина – цилиндрическая горная выработка, проводимая при помощи технических средств в горных породах без доступа в нее человека, характеризующаяся большой величиной соотношения ее длины к диаметру. Начало скважины называется устьем, дно – забоем, внутренняя боковая поверхность – стенками, пространство, ограниченное стенками, устьем и забоем – стволом скважины. Диаметр скважины может составлять от 25 мм до 1 м и более в зависимости от назначения: специальные скважины, например шахтные стволы, могут достигать в диаметре 5–8 м. Глубина скважин – от нескольких метров до 12 000 м и более.

Скважины могут буриться (проходиться) под любым углом к горизонту, т. е. вертикально, горизонтально, наклонно (вниз или вверх), по сложному пути (траектории), одним, двумя и более стволами (многозабойное бурение).

Скважина создается путем разрушения горных пород на забое и извлечения продуктов разрушения на поверхность. При обычном бурении разрушается вся масса породы (по всей площади забоя), при бурении с отбором керна (колонковое бурение) разрушается только кольцевое пространство у стенок скважины, а внутренний столбик породы (керн) извлекается в неразрушенном состоянии для изучения.

Полный цикл строительства скважины состоит из следующих основных элементов:

1) монтаж вышки, бурового (силового) оборудования и строительство привышечных сооружений;

2) подготовительные работы к бурению скважин;

3) процесс бурения (углубления);

4) вскрытие полезного ископаемого, а при бурении на воду, нефть и газ – вскрытие и разобщение пластов (крепление и цементирование);

5) опробование полезного ископаемого, испытание скважины на приток нефти, газа или воды (освоение);

6) ликвидационные работы, или подготовительные работы к передаче в эксплуатацию, или консервация скважины – в зависимости от результатов испытания;

7) демонтаж оборудования и вышки.

Процесс бурения состоит из следующих операций: а) спуско-подъем-
ные работы (опускание бурильных труб с долотом в скважину до забоя и подъем бурильных труб с отработанным долотом из скважины) и б) работа долота на забое (разрушение породы долотом и удаление продуктов разрушения с забоя). Эти операции могут периодически прерываться для спуска обсадных труб в скважину (крепления ствола скважины), чтобы предохранить стенки скважины от обвалов и разобщить нефтеносные, газоносные и водоносные горизонты.

Одновременно в процессе бурения скважин выполняется ряд вспомогательных работ:

· отбор керна и шлама,

· приготовление промывочной жидкости (раствора),

· геофизические исследования скважин (ГИС) (каротаж),

· замер кривизны ствола скважины (инклинометрия),

· исследование скважины с целью обнаружения полезного ископаемого, вызова притока воды, нефти или газа в скважину (опробование, освоение) и т. п.

В случае аварии или осложнения (поломка бурильных труб, прихват инструмента и т. д.) возникает необходимость в дополнительных (аварийных) работах.

В народном хозяйстве бурение скважин применяется для решения комплекса задач, связанных с изучением и использованием геологической среды как в инженерных, так и в научно-исследовательских целях, начиная от отбора проб грунта перед строительством любого современного здания или сооружения и кончая бурением глубоких скважин с поверхности морей и океанов или скважин для получения образцов лунных пород. Скважины бурятся с различными целями: для разведки и добычи полезных ископаемых, водоснабжения, в бальнеологических целях, для удаления жидких отходов в глубокозалегающие пласты горных пород, в промышленном и гражданском строительстве, в космических исследованиях, гляциологии и др.

Наибольший объем буровых работ приходится на горную промышленность, где бурение применяется как при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых (МПИ), так и при эксплуатации месторождений.

Бурение обходится дешевле и осуществляется быстрее, чем сооружение других видов подземных горных выработок, являющихся наиболее трудоемкими и затратными средствами разведки. Геофизические измерения в скважинах являются эффективным методом изучения недр. В практике геологоразведочных работ эти средства комбинируются так, что горными выработками, проходка которых выполняется людьми, проверяются данные бурения, бурением проверяются результаты полевых геофизических исследований, осуществляемых с поверхности (которые с каждым годом играют все большую роль), а геофизические исследования в скважинах (каротаж), в свою очередь, восполняют и корректируют неполные или ошибочные данные разведочного бурения.

Геологоразведочные скважины как дистанционный метод изучения хотя и дают менее точные сведения о строении недр и полезном ископаемом по сравнению с другими видами горных выработок, в которых человек может находиться на забое, непосредственно в массиве горных пород, тем не менее широко применяются, т. к. бурение:

· обеспечивает оперативность работ;

· позволяет исследовать недра на глубинах, недоступных другим видам геологических исследований, с получением фактического материала – керна, шлама горных пород, образцов подземных флюидов, данных ГИС, выполненных непосредственно в недрах в интервале разреза от поверхности до забоя скважины, а также данных исследования недр между стволами удаленных друг от друга скважин (гидропрослушивание);

· способствует меньшему расходу материальных средств на 1 м проходки и бóльшей безопасности работ по сравнению с проведением горных выработок с участием в подземных работах людей.

Последнее обстоятельство имеет особо важное значение в связи с тем, что приходится разведывать глубоко залегающие месторождения.

Удельный вес бурения в разведочных работах возрастает, техника бурения прогрессирует и усложняется. Для многих полезных ископаемых бурение – главное или даже единственное средство разведки, а для ряда ископаемых (вода, нефть, газ, каменная и калийная соль, фосфориты и др.) – средство извлечения полезного ископаемого на поверхность с минимальными затратами.

Геологоразведочные скважины бурят с целью получения образцов горных пород по всей глубине скважины или большей ее части, изучения геологического разреза и изучения состава и свойств пород. Проведение в скважине различных геофизических исследований с изучением физических и других свойств пород расширяет и уточняет представление о породах в околоствольном пространстве.

Без бурения не обходится разведка практически ни одного вида полезных ископаемых – как твердых, так жидких и газообразных. На различных стадиях геологоразведочных работ бурят скважины различного назначения: картировочные, опорные, структурные, поисковые, разведочные и др. (см. разд. 1.2).

Бурение при инженерно-геологических изысканиях широко применяется с целью исследования грунтов для строительства мостов, дорог, плотин, зданий, а также проверки надежности фундаментов и оснований существующих сооружений; в строительстве – при сооружении свайных оснований, противофильтрационных экранов, дренажей, прокладки трубопроводов, кабельных линий и т. д.

1.1. История развития и области применения
бурения скважин

Зарождение собственно бурения, т. е. получения глубокого отверстия в недрах Земли, относят как минимум к VII в. до н. э. – философ Конфуций за 600 лет до н. э. уже сообщал о китайских скважинах глубиной 500 м. Этот рекорд глубины был побит только в XIX в.

Египтяне за несколько тысяч лет до нашей эры применяли алмазное бурение при строительстве пирамид.

Скважины бурились для добычи соляных растворов и питьевой воды. Иногда вместе с ними получали нефть и газ.

Первые скважины на воду были пройдены в XII в. во Франции (провинция Артуа; отсюда и название «артезианские скважины», «артезианские воды»).

Алмазное бурение было вновь «изобретено» в Европе в 1863 г. часовщиком Георгом Лешо и применено для бурения шпуров при проходке в Альпах туннеля Мон-Сени. Позже стали применять алмазное бурение для целей разведки.

Среди конструкторов алмазных буровых станков следует отметить шведского инженера Крелиуса, предложившего в 1887 г. удачную конструкцию станков, получивших позже широкое распространение.

В 1899 г. инженер Девис впервые применил дробовое бурение. В 1914 г. инженер Ломан получил первые твердые сплавы, которые применяются во многих областях техники, в том числе и в бурении.

На основе архивных материалов установлено, что на Руси буровые скважины начали сооружать с XI в. для добычи соляного раствора в целях вываривания из него поваренной соли.

В 30-х годах XVIII столетия было освоено бурение скважин для водоснабжения городов Петербурга, Риги, Одессы и др.

В Российской империи бурение скважин на нефть начали осуществлять только в XIX столетии. До этого добыча нефти производилась из колодцев и шурфов. Так, на Апшеронском полуострове колодезная добыча нефти была развита еще в X в.

Годом рождения российской нефтяной промышленности принято считать 1864 г. – год перехода от ручного способа бурения нефтяных скважин к механическому ударному способу, первозачинателем которого был А. Н. Новосильцев. Первая скважина была пробурена в районе р. Кудако на Кубани.

Массовое бурение нефтяных скважин на Апшеронском полуострове началось с 1871 г., а в районе Грозного – с 1893 г. К началу Первой мировой войны техника нефтяного бурения в этих двух районах, а также в Урало-Эмбенском, Майкопском районах, на Ухте, в Средней Азии достигла довольно высокого уровня. В Азербайджане был создан так называемый «бакинский» способ машинного ударно-
го бурения, получивший распространение впоследствии и в других странах.

В других районах России в основном применялся американский способ ударного бурения на канате.

Если в ударном бурении русская техника к началу Первой мировой войны получила известное развитие, то в области более прогрессивного метода – вращательного (роторного) бурения – наблюдалось некоторое отставание от зарубежных стран.

Роторный способ бурения был впервые применен в 1901 г. в США и очень быстро получил там широкое распространение. Он позволил ускорить проходку скважин и уменьшить их стоимость по сравнению с ударным способом.

В России первая скважина роторным способом была пробурена лишь в 1911 г. в Баку. Внедрялся этот способ медленно. В течение 1911–1920 гг. было пробурено роторным способом всего лишь 35 скважин.

В годы Первой мировой войны российская нефтяная промышленность пришла в состояние упадка, и поэтому с момента национализации нефтяной промышленности в Советском Союзе (1918 г.) техническая база для бурения скважин создавалась почти заново. Ударное бурение во многих районах было заменено роторным способом. Вместо парового привода стали применять электропривод.

Изобретенный в 1923 г. М. А. Капелюшниковым турбобур определил пути развития техники бурения нефтяных и газовых скважин в СССР. В 1924 г. была пробурена первая в мире скважина турбинным способом. К 1940 г. под руководством П. П. Шумилова был создан многоступенчатый турбобур, вытеснивший в ряде районов роторный способ бурения.

В 1937 г. А. П. Островский, А. В. Александров и другие обосновали принципиальную возможность создания электробура для бурения нефтяных и газовых скважин. В 1940 г. на нефтяных промыслах Азербайджана были проведены первые испытания электробура. В дальнейшем электробурение получило широкое распространение в промышленных условиях. Развивались и совершенствовались другие методы и способы бурения: способ наклонного бурения скважин турбобурами, турбинный метод проходки скважин двумя и тремя стволами, методы проходки скважин: бурение без подъема бурильной колонны для смены долота, бурение с применением забойного гидроударника, бурение скважин на шлангокабеле и т. д. Однако основным видом бурения и в наши дни осталось роторное бурение. В настоящее время в мире ежегодно проходятся миллионы метров разведочных скважин.

Даже при небольших глубинах буровые скважины проходятся во много раз быстрее горно-разведочных выработок (шурфов, дудок, разведочных шахт и др.), а при разведке на значительных глубинах бурение остается незаменимым способом. Так, максимально достигнутая скорость проходки вертикальных шахт глубиной до 500 м не превышает 200 м
в месяц, а скорость бурения скважин глубиной свыше 1000 м нередко достигает 2500–3000 м на станко-месяц. Разведочное бурение остается единственным способом разведки при тяжелых гидрогеологических условиях района, когда проведение горно-разведочных выработок весьма затруднительно.

Как уже отмечалось выше, бурение охватывает ряд областей человеческой деятельности. Техническая сложность и большие объемы выполняемых работ выдвигают разведочное бурение на одно из первых мест по востребованности при проведении геологоразведочных работ (ГРР), а следовательно, и по потребности в квалифицированных инженерных кадрах. В то же время горный инженер, имеющий знания методов, техники и технологии проведения буровых работ, или опыт работы в разведочном бурении, сможет более эффективно реализовывать себя как специалист при решении ряда проблем при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых.

1.2. Классификация буровых скважин
по целевому назначению

По назначению буровые скважины делятся на две основные группы (рис. 1.1):

Группа А. Скважины, бурящиеся с целью изучения недр, поисков, разведки и добычи полезных ископаемых;

Группа Б. Скважины, бурящиеся с инженерно-геологическими, инженерными и горно-техническими целями.

1.2.1. Группа А: скважины, бурящиеся
с целью изучения недр, поисков, разведки
и добычи полезных ископаемых

К скважинам, бурящимся с целью изучения недр, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых (МПИ), относятся:

А.а. Картировочные скважины – скважины, которые бурятся при проведении геологической съемки в районах, где основные породы, по которым ведется картирование, скрыты слоем наносов более поздних (осадочных) пород. Целью бурения является отбор образцов пород картируемых горизонтов (осадочных, метаморфических, магматических).

А.б. Зондировочные скважины – скважины, которые проходятся в верхних интервалах осадочных пород для решения геологических задач: локального геологического картирования, поисков (в основном геохимических) МПИ. Основной вид скважин при поисках и разведке донных отложений водоемов (сапропелей, лечебных грязей) и торфов. Разновидностью зондировочных являются сейсмовзрывные скважины. Как правило, бурятся без крепления ствола.

А.в. Опорные скважины – скважины, которые бурятся для изучения геологического строения и гидрогеологических условий крупных геологических регионов на значительную глубину (5000 м и более) с целью определения перспективных направлений геологоразведочных работ.

А.г. Параметрические скважины – скважины, которые бурятся для выявления перспективных районов поисков МПИ и сбора информации о геолого-геофизических характеристиках горных пород (разреза горных пород) с целью уточнения результатов региональных геофизических (сейсмических) исследований.

 

 

 

 

 

 

А.д. Структурные скважины – скважины, которые бурятся для выявления и подготовки к поисковому и разведочному бурению перспективных площадей. Как правило, бурятся до маркирующих горизонтов, по которым строят структурные геологические карты.

А.е. Поисковые скважины – скважины, которые бурятся для открытия новых МПИ.

А.ж. Разведочные скважины – скважины, которые бурятся на площадях, где поисковыми работами установлено наличие МПИ. Целью бурения являются определение контуров месторождения, запасов полезного ископаемого, сбора исходных данных для проектирования и разработки МПИ.

К скважинам, бурящимся с целью добычи полезных ископаемых, а также исследований и контроля процесса добычи, относятся:

А.з. Оценочные скважины – скважины, которые бурятся по разведанной залежи МПИ с целью установления параметров разработки и обоснования рациональной разработки МПИ.

А.и. Эксплуатационные скважины – скважины, предназначенные для извлечения (подъема на поверхность) из недр газообразного, жидкого, растворенного, размытого или расплавленного полезного ископаемого (природный газ, нефть, вода, природные рассолы; рассолы, получаемые при подземном растворении солей, выщелачивании рудных компонентов; пульпы, получаемые при подземной гидродобыче размывом полезных ископаемых, например, фосфоритов, бокситов, получаемый при подземной выплавке серы расплав и т. д.).

А.к. Нагнетательные скважины – скважины, бурящиеся для воздействия на полезное ископаемое в залежи путем нагнетания жидких или газообразных агентов (вода, пар, газ и др.) с целью извлечения полезного ископаемого или его компонентов на поверхность.

А.л. Наблюдательные скважины – бурятся для систематического контроля состояния недр (гидрогеологической ситуации, сейсмической активности в зонах вулканизма или интенсивного техногенного воздействия, давления газа во взрывоопасных угольных пластах и др.) преимущественно в зоне разведки и разработки МПИ.

А.м. Специальные скважины – бурятся с исследовательскими целями и опытно-методическими задачами, в полном объеме не регламентируемыми существующими нормативными документами (сверхглубокое бурение, взрывные скважины для глубинного сейсмического зондирования, бурение скважин большого диаметра, в том числе шурфов и шахтных стволов при разведке и разведочно-эксплуатационных работах на МПИ и т. д.).

Приведенный перечень скважин группы А является общим для работ, проводимых с целью изучения недр, поисков, разведки и добычи полезных ископаемых. В практике ГРР и разработки МПИ в силу специфики горно-геологических и горнотехнических условий выполнения данных видов работ на различные полезные ископаемые существует разделение группы А на следующие подгруппы (см. рис. 1.1):

А.1. Скважины, бурящиеся с целью поисков, разведки и добычи твердых рудных и нерудных полезных ископаемых, в том числе:

А.1.1. Скважины, бурящиеся с целью поисков, разведки и добычи твердых полезных ископаемых, разрабатываемых открытыми и подземными горными работами со строительством горнодобывающих предприятий и выполнением в том числе комплекса буровых работ из состава группы Б и А.2.1.

А.1.2. Скважины, бурящиеся с целью поисков, разведки и добычи твердых полезных ископаемых, разрабатываемых подземной гидродобычей: растворением минеральных солей (галита, сильвинита и др.), выщелачиванием компонентов рудных минералов (меди, никеля, урана и др.), размывом рыхлых залежей (фосфоритов, бокситов, песчано-гравийных смесей и др.) через скважины.

А.1.3. Скважины, бурящиеся с целью поисков, разведки и добычи твердых полезных ископаемых, разрабатываемые подземной выплавкой (сера), газификацией (опытно-промысловые работы на угольных месторождениях).

А.1.4. Скважины, бурящиеся с целью поисков, разведки и добычи твердых полезных ископаемых, разрабатываемых поверхностными горными работами (гидродобыча сапропеля, торфоразработки и т. п.).

А.2. Скважины для поисков, разведки и добычи подземных вод, в том числе:

А.2.1. Скважины для целей водоснабжения.

А.2.2. Скважины на минеральные воды.

А.2.3. Скважины на промышленные подземные воды и рассолы.

А.2.4. Скважины на термальные воды.

А.3. Скважины, бурящиеся с целью поисков, разведки и добычи нефти и газа.

1.2.2. Группа Б: скважины, бурящиеся
с инженерно-геологическими, инженерными
и горнотехническими целями

К скважинам, буримым с инженерно-геологическими, инженерными и горнотехническими целями, относятся:

Б.1. Инженерно-геологические скважины – скважины, бурящиеся
в процессе инженерно-геологических изысканий (рекогносцировки, съемки, разведки) с конечной задачей получения инженерно-геологи-
ческих характеристик грунтов, данных о гидрогеологических условиях, физико-геологических процессах и экологической ситуации в сфере взаимодействия проектируемых зданий и сооружений с геологической средой. Инженерно-геологические изыскания могут выполняться также в зоне воздействия геологической среды (карст, оползни, суффозионные процессы, подтопление и т. д.) на эксплуатируемые здания и сооружения.

Инженерно-геологические скважины подразделяются на:

Б.1.а. Зондировочные – предназначенные для предварительного изучения геологического разреза (установления границ между нескальными и скальными грунтами, границ распространения насыпных, заторфованных, промерзающих грунтов, уровня грунтовых вод и т. д.);

Б.1.б. Разведочные – предназначенные для детального изучения геологического разреза и определения физико-механических свойств грунтов. Физико-механические свойства грунтов могут определяться также путем бурения разведочных зондировочных скважин (Б.1.б.1);

Б.1.в. Гидрогеологические – предназначенные для изучения геологического и гидрогеологического разрезов, определения фильтрационных свойств грунтов, состава грунтовых вод и их режима;

Б.1.г. Геоэкологические – для изучения геоэкологической ситуации на ее соответствие требованиям нормативных экологических документов, регламентирующих проектирование и эксплуатацию объектов гражданского и промышленного строительства;

Б.1.д. Специальные – предназначенные для выполнения опытных работ, связанных со спуском в них человека, отбором монолитов грунта большого размера, проведения специальных исследований.

Б.2. Инженерные скважины – скважины, бурящиеся в верхних интервалах пород (грунтах) с техническими целями строительства сооружений и коммуникаций (буронабивные свайные основания, горизонтальные скважины для бестраншейной прокладки трубопроводов и электролинии, мелкие взрывные скважины (шпуры) для строительства дорог и траншей, технические колодцы, локальные иглофильтровые и вакуумные дренажи и противофильтрационные экраны и т. п.).

Б.3. Горнотехнические скважины – скважины, бурящиеся в целях: Б.3.1 – строительства и эксплуатации горнодобывающих предприятий (шахт, карьеров и т.д.); Б.3.2 – строительства и эксплуатации промыслов (нефтяных, газовых и т. д.), Б.3.3 – строительства заглубленных подземных сооружений (туннелей, метрополитена, сооружений министерства обороны и гражданской обороны, плотин и водохранилищ в горных районах, нефтегазохранилищ, подземных хранилищ токсичных и радиоактивных отходов и др.).

По назначению горнотехнические скважины, бурящиеся при строительстве и эксплуатации горнодобывающих предприятий (группа Б.3.1), могут быть:

Б.3.1.а. Горнопроходческие – для бурения (проходки) шахтных стволов, вертикальных, горизонтальных и наклонных горнопроходческих выработок комплексного назначения;

Б.3.1.б. Вспомогательные – к ним относятся скважины:

· тампонажные (Б.3.1.б.1)– для изоляции водопритоков, установки противофильтрационных завес, усиления крепи выработок (путем закачки цемента и других твердеющих материалов);

· замораживающие (Б.3.1.б.2)– выполняющие те же функции, что и тампонажные скважины при промораживании обводненных пород;

· дренажные (Б.3.1.б.3) – для откачки воды из проницаемых водоносных горизонтов на поверхность с целью понижения уровня воды (водопонижающие скважины) и, тем самым, ограничения притока воды и осушения МПИ в период строительства и эксплуатации; дренажные скважины, проходимые для дренажа горных пород в зоне добычи полезного ископаемого из горных выработок (восстающие дренажные скважины под забивные фильтры) и с поверхности (сквозные фильтры);

· водо- породо- и лесоспускные (Б.3.1.б.4) – соответственно для спуска воды, породы, крепежных и других материалов на нижние горизонты;

· водоотливные и водопоглощающие (Б.3.1.б.5) – соответственно, для откачки воды из горных выработок на поверхность, либо ее сброса в нижние поглощающие горизонты;

· наблюдательные (режимные, пьезометрические, в том числе подземные) (Б.3.1.б.6) – для контроля уровня, химического состава, температуры подземных вод, давления газа в угольном пласте или породе;

· вентиляционные (Б.3.1.б.7) – для обеспечения жизнедеятельности (дыхания) людей;

· воздухопроводные и электрокабельные (Б.3.1.б.8) – для обеспечения функционирования механизмов и агрегатов (пневмо- и электропривод) освещения и др.;

· нагнетательные (Б.3.1.б.9) – для увлажнения пластов, тушения подземных пожаров, закачки в подземные формации воды и промышленных стоков под давлением;

· дегазационные (Б.3.1.б.10) – для дренажа подземных формаций, опасных по выбросам газа и породы;

· заиловочные (Б.3.1.б.11) – для заполнения выработанных объемов пород балластным материалом.

Отдельные вспомогательные скважины могут выполнять различные из вышеперечисленных функций одновременно либо последовательно. Название скважины дается по основной из выполняемых функций. При усложнении горно-геологических условий возможно сооружение вспомогательных скважин комплексного целевого назначения либо скважин для выполнения функций, не охватываемых данным перечнем (например, при шахтной добыче вязких нефтей).

Б.3.1.в. Взрывные скважины – для размещения в них зарядов взрывчатых веществ с целью разрушения взрывом горных пород при проходке горных выработок, при строительстве сооружений и коммуникаций, при дроблении полезного ископаемого для его выемки из массива горных пород. Взрывные скважины диаметром менее 75 мм и глубиной менее 5 м называют шпурами. Шпуры в отдельных горно-геологических условиях могут использовать и для нагнетания воды в пласт (см. вспомогательные нагнетательные скважины).

Горнотехнические скважины, которые бурятся для выполнения вспомогательных функций при эксплуатации промыслов нефти и газа (группа Б.3.2), могут быть:

Б.3.2.а. Нагнетательные – для сброса в подземные формации промстоков и балластных технических вод (нагнетательные скважины, предназначенные для захоронения промстоков в глубокозалегающие проницаемые формации горных пород при относительно низких устьевых давлениях нагнетания, называют «поглощающими»);

Б.3.2.б. Специальные – дренажные, тампонажные, взрывные – для ликвидации поверхностных водогазонефтепроявлений («грифонов»), а также открытых фонтанов нефти и газа;

Б.3.2.в. Эксплуатационные – для закачки и отбора газа из подземных газохранилищ, размещенных в изолированных проницаемых горных формациях, для растворения (выщелачивания) подземных полостей и последующего складирования (закачки и отбора) в них нефтепродуктов, либо длительного складирования (захоронения) жидких токсичных отходов.

Горнотехнические скважины, которые бурятся при строительстве и эксплуатации заглубленных подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых (группа Б.3.3), также могут быть горнопроходческими, вспомогательными, взрывными. При этом в объемах бурения вспомогательных скважин преобладают дренажные и наблюдательные скважины, а отсутствуют дегазационные, заиловочные, породо- и лесоспускные и др., чье целевое назначение более тесно связано с функционированием горно-добывающего предприятия;

Б.4. Наблюдательные режимные скважины – для длительного (сезонного, многолетнего) систематического контроля уровней и химического состава грунтовых вод, гидрогеологической, экологической ситуации и состояния геологической среды в зоне техногенного воздействия (горно-обогатительные комбинаты, промышленные зоны, производства химических и токсичных продуктов). Сети режимных скважин широко используются на участках водозаборов, при мелиоративных работах, в зонах изменения состояния геологической среды (проседания пород, подтопления и т. д.).

1.2.3. Распределение буровых скважин
в подгруппах

Скважины группы А А.а – А.г (картировочные, зондировочные, опорные, структурные) бурятся с преимущественной целью комплексного изучения недр и, затем, дифференцированной постановки поисковых и разведочных работ (подгруппы А.1 – А.3) на каждый из типов полезного ископаемого.

Состав поисково-разведочных работ в каждой подгруппе и целевое назначение скважин определяется объемом имеющейся по результатам предшествующего комплексного изучения недр геологической информации и технико-экономической целесообразностью.

Наиболее технически сложными и комплексными являются буровые работы, проводимые на нефть и газ (подгруппа А.3).

Буровые работы по пункту А.1.1 схемы (прил. 1), как правило, предшествуют, а работы по пункту Б.1, Б.3 и в ряде случаев А.2.1, Б.2 входят в комплекс мероприятий по строительству и эксплуатации горнодобывающего предприятия.

Скважины подраздела А.1.1 (пункты д, е, ж) проходятся до глубин, с которых потенциально возможна шахтная разработка полезного ископаемого. Интервалы горных пород могут быть опробованы (сверху вниз) шурфами, буровыми шахтными стволами с сопутствующими горными выработками, и на больших глубинах – по керну скважин.

Оценочно-опробовательские скважины, шурфы, буровые шахтные стволы (А.1.1, пункт ж) предназначены для отбора валовых проб, пробной эксплуатации, а в некоторых случаях для последующей промышленной эксплуатации полезного ископаемого.

В процессе строительства и эксплуатации горнодобывающего предприятия буровые шахтные стволы могут служить как для транспортировки грузов и персонала, прокладки коммуникаций, в т. ч. систем вентиляции, энергообеспечения, водоотлива и т. д., так и для подъема на поверхность добываемого полезного ископаемого. Однако в этом случае буровые горные выработки являются вспомогательным техническим элементом в системе капитальных и некапитальных горных выработок, которыми осуществляется разработка полезного ископаемого.

Наблюдательные гидрогеологические скважины (А.1.1.л) служат для контроля гидрогеологической обстановки в зоне разведочных и оценочно-опробовательских работ. Данные гидрогеологических наблюдений используются при проектировании и последующей разработки МПИ.

Гидродобыча полезного ископаемого осуществляется в практике горных работ с глубин от нескольких десятков метров (гидроразмыв) до глубин 1200–1500 м (подземное растворение минеральных солей). Глубина разведочного и эксплуатационного бурения ограничивается соответственно этими интервалами глубин.

Специальные водозаборные скважины (А.1.2.м) являются вспомогательными эксплуатационными гидрогеологическими скважинами, обеспечивающими технической водой процесс гидродобычи. Гидродобыча осуществляется через эксплуатационные скважины: нагнетательные и рассоло-(пульпо-)подъемные. Нагнетание воды и отбор рассола (пульпы) может осуществляться по многотрубной подвеске как одной эксплуатационной скважины, так и раздельно нагнетанием воды через нагнетательные и отбором продукции через рассоло-(пульпо-)подъем-
ные скважины.

При подземной выплавке серы (А.1.3.) эксплуатационные скважины выполняют функции подачи в залежь пара и отбора расплава серы (эрлифтом) одновременно. Специальные разгрузочные скважины (А.1.3.м) служат для удаления из залежи конденсата воды.

При разведке сапропелей, лечебных грязей, торфов зондировочное бурение является достаточным для реализации поисково-разведочных работ в полном объеме. При поверхностном (на глубинах 0–5 м) залегании общераспространенных полезных ископаемых (песок, глина, песчано-галечниковые смеси и т. д.) также возможно ограничиться зондировочным бурением. На глубинах более 5 м разведка общераспространенных полезных ископаемых осуществляется согласно А.1.1 либо согласно Б.1 в процессе инженерно-геологи-
ческих изысканий.

Стадийность бурения гидрогеологических скважин (подгруппа А.2) в наибольшей степени определяется объемом имеющейся по результатам предшествующего комплексного изучения недр геологической информации и технико-экономической целесообразностью. Большое распространение в этой подгруппе получили скважины комплексного назначения, например разведочно-эксплуатационные, а также перевод выполнивших поисково-разведочные функции скважин в наблюдательные (режимные). Наибольшие объемы бурения в подгруппе А.2 приходятся на эксплуатационные скважины для водоснабжения.

Стадии геологоразведочных работ

Геологоразведочный процесс делится на этапы и стадии. Стадийность ГРР – это рациональная последовательность ведения работ по планомерному изучению недр (и их продуктивности на содержание полезных ископаемых), обеспечивающая эффективную подготовку разведанных запасов ПИ в соответствии с установленными требованиями для промышленн