Кроме рассмотренных в данном разделе способов и устройств отбора ориентированного керна имеется еще ряд технико-технологических решений, используемых на практике, но не нашедших широкого применения. Коснемся этих способов.
Отбор ориентированного керна на основе рельефазабоя.
В 60-е и 70-е годы за рубежом широко применялся керно-ориентатор «Крелиус» конструкции Э. Рокстрема [10]. Керноориентатор работает следующим образом. При спуске прибора (рис. 2. 11, а) в наклонную скважину шарик, находящийся между дном цилиндра 7 и подвижным цилиндром 6, перекатывается по кольцу мягкого металла и останавливается в самой нижней точке, находящейся в апсидальной плоскости. Шток 4, на котором закреплена шайба 5, выдвигается вовнутрь прибора, сжимая пружину, расположенную в верхней части монтажной гильзы 7, и удерживается в таком положении специальным спусковым устройством. Щупы 3 выдвигаются из прибора, в результате чего клинья 2 выступают из пазов цилиндра 7. После интенсивной промывки скважины снаряд медленно без вращения опускают на забой. Сначала забоя касаются щупы, отмечающие четыре характерные точки рельефа забоя. При дальнейшем опускании острие штока достигает забоя и шток перемещается вовнутрь.
Рис. 2.11. Устройства для реализации способов отбора ориентированного керна:
а — керноориентатор «Крелиус»; б — самоориентирующаяся печать; в — керноскоп с подпружиненным ударником: 1 — гидроцилиндр, 2 — поршень, 3 — тяги, 4 — механизм арретацин, 5 — шариковый ориентатор, 6 —"боек, 7 — механизм спуска; г — схема бесприборной ориентации.
В последние годы опубликованы результаты успешного 1 применения снарядов другого типа, с так называемыми пластичными штампами, фиксирующими положение всей торцевой поверхности забоя. Так, например, в устройстве для ориентации керна [14] (рис. 2. 11,6) к нижней части легкого корпуса 2 при помощи переходника 5 присоединяется свинцовый штамп 4. В корпус вмонтирован эксцентрично расположенный свинцовый балласт 3. На кабеле / вместе со снарядом опускают инклинометр ИГ-50, ноль которого совмещен с общей визирной линией прибора. Благодаря наличию эксцентрично расположенного балласта, прибор опускается в скважину строго относительно апсидальной плоскости скважины. При увеличении осевой нагрузки торцевая поверхность керна оставляет на свинцовом штанпе характерный отпечаток. После срабатывания инклинометра прибор поднимают на поверхность. Керн выбуривается обычным способом.
Другое техническое решение подобного рода — инструмент для ориентации [16], где в качестве пластичного штампа используется чашка, заполненная мастикой. Отпечаток керна ориентируется относительно апсидальной плоскости скважины при помощи маятникового устройства.
Способы просты, и при этом их главное достоинство, не слишком трудоемки, но не обеспечивают необходимой технологической надежности в скважинах малого диаметра: при малой площади забоя характер его рельефа не выражен.
Ориентация керна нанесе-нием на забой метки ориентированным штырем-инден тором. Нанесение метки на забой вдавливанием штыря не получило широкого практического распространения, так как лишено многих достоинств отбурочного способа. Кратковременность и обратимость нанесения метки ударом не позволяет использовать жидкостный ориентатор, ограничивает количество механической энергии, передаваемой на забой, не позволяет получить достаточно характерную и глубокую метку. Низкая технологическая, измерительная надежность и невысокая производительность не позволяют использовать данный способ в крепких скальных породах. Вместе с тем можно предполагать эффективное применение керноскопа с подпружиненным бойком, шариковым ориентатором и гидроцилиндром управления механизмом спуска бойка и арретации при бурении в сланцах при разведке угольных'месторождений (рис. 2. 11, в) [14].
Бесприборная технологическая ориентация керна. Имеется значительное число публикаций, описывающих способы отбора ориентированного керна, которые основаны на анализе характерных особенностей его боковой поверхности [6, 13, 15]. Так например, при алмазном бурении наклонных скважин в качестве характерной метки поверхности керна может служить пятно шлифования со стороны лежачей стенки скважины. При делении шлифованной поверхности на две равные части можно найти след апсидальной плоскости. Способ прост, но обеспечиваемая им точность ориентации ±30°.
В работах С. С. Сулакшина, Б. И. Спиридонова, А. С. Юшкова [20, 27] приводятся описания различных способов отбора ориентированного керна с использованием одинарных шарнирных отклонителей, самоориентирующих снарядов для направленного бурения и других технических средств. Один из способов заключается в следующем. На поверхности производится совмещение плоскости отбурки снаряда направленного бурения с нолевым положением ориентатора. После спуска отклонителя и ориентатора в скважину производится ориентация снаряда таким образом, чтобы отбурка велась строго в апсидальной плоскости со стороны висячей стенки. Далее осуществляется раскрепление отклонителя на забое, отбурка пилот-скважины на заданную длину, подъем снаряда и последующее выбуривание ориентированного керна. Исследования, проведенные А. С. Юшковым [27], доказывают достаточную точность ориентирования керна данным способом.
Способы ориентации керна по его естественной и искусственной намагниченности. Впервые способ ориентации керна по остаточной естественной намагниченности был предложен американскими инженерами И. Гар-риком и Э. Линтоном в 1928 году [10]. В основе способа лежит определенная ориентация частиц осадочных горных пород в магнитном поле Земли, обусловливающая некоторую собственную магнитную поляризацию керна.
Ориентация керна по способу Вакуайра [10] производится следующим образом. На забое скважины выбуривается цилиндрическое углубление, в которое при помощи специального устройства заливается быстросхватывающаяся смесь, содержащая взвесь магнитоориентирующихся частиц магнитных опилок. После затвердения смеси и выбуривания положение керна в пространстве определяется при помощи магнитометра.
В 1979 г. в США был запатентован способ ориентации керна морских отложений, основанный на выделении с помощью электронного микроскопа длинных осей минеральных частиц, слагающих породу, фиксации их направления на поверхности керна и ориентации выделенного направления в магнитном поле Земли по естественной намагниченности с помощью высокочувствительного магнитометра [19].
В 1985 году в США опубликован новый метод палеомагнитной ориентации керна [11], суть которого заключается в следующем. Вначале измеряется естественный остаточный магнетизм пробы, затем производятся демагнитизация пробы и выделение первичных и вторичных магнитных компонентов. Интерпретация полученных данных позволяет ориентировать керн относительно географических координат.
Несмотря на большое количество работ, посвященных магнитному способу ориентации керна, он еще недостаточно хорошо разработан и не находит широкого применения.
Методика
выбора способов кернометрии. Мно-гообразие способов отбора
ориентированного керна объективно обусловлено разнообразием
горно-технических условий бурения, сложностью строения и
разнообразием типов месторождений,
многообразием задач и
требований методики разведки недр, а также технико-экономическими
условиями ведения работ.
Ошибка в выборе способа кернометрии на практике часто оборачивается не только низким качеством и высокой стой- мостью геолого-разведочных работ, но и ведет к невыполнению геологической задачи, искажению геологической информации.
Рассмотрим
матричную модель системы выбора способов бурения с отбором
ориентированного керна (табл. 2.6).
В строчках и одноименных
столбцах матрицы приведены главные признаки эксплуатационных
возможностей способов кернометрии и характеристик строения
геологических объектов.В ячейках матрицы условно обозначены
логические отношения отдельных элементов системы выбора способов.
Методика рационального выбора способов с помощью матричной модели предельно проста и заключается в следующем:
1. Выделение признаков строения, присущих объекту разведки (типу разведуемого месторождения) и отметка их на матрице.
2. Выделение характеристик способов, соответствующих условиям наиболее эффективного (ч3) и допустимого применения (ч4), просматриванием строки и отметкой номера соответствующего столбца.
3. Выбор способа (ст. 1, 2, 3, 4, и 5), соответствующего выделенным признакам (ч1). Если способ, хотя бы с одним признаком связан условным обозначением ч2 — способ не пригоден в данных условиях. Указанная работа может выполняться автоматически с помощью простейших компьютеров.