Разработанный нами комплект бурового оборудования предназначен для проходки скважин глубиной до 6–7 м, диаметром 4 дюйма в глинах, суглинках, песках и песчано-гравийных отложениях различной степени обводненности. Бурение осуществляется вращательным способом с креплением или без крепления обсадными трубами с вычерпыванием шлама желонкой. Вес оборудования — 140 кг, оно имеет небольшие габариты и может использоваться в труднодоступных районах при поисковых работах. Время бурения одной скважины глубиной до 6 м с обсадкой составляет от 1 до 3-х часов в зависимости от плотности и обводненности пород.
При проведении поисково-разведочных работ перед геологами довольно часто возникает задача опробования обводненных грунтов. В частности, это актуально для тропических стран, где из-за большого водопритока проходка шурфов в речных долинах зачастую невозможна. При разведочных работах такая задача решается с помощью экскаватора, но на стадии поисков, особенно в труднодоступных районах, где применение тяжелой техники приводит к значительному повышению стоимости работ.
Сейчас для исследования обводненных грунтов широко рекламируются всевозможные радары, но трактовка полученных с их помощью результатов зачастую неоднозначна и требует заверки горными выработками. Радар может помочь получить представление о строении разреза рыхлых отложений, но не о его вещественном составе и степени концентрации полезного компонента.
Качественное проведение геологоразведочных работ (ГРР) в этом случае возможно только с применением буровых работ. Имеющиеся в продаже буровые установки имеют большой вес, для их перемещения по участку необходима прокладка дорог, для работы требуется квалифицированный персонал. При необходимости проведения разведки на глубинах свыше 8 м без этого не обойтись. Но гораздо чаще перед геологом стоит задача оценки и опробования отложений в речных долинах до глубин не более 7 м.
Авторы впервые столнулись с этой проблемой 20 лет назад при проведении ГРР на россыпи в Экваториальной Гвинее. Проходка вручную шурфа глубиной более 2 м из-за большого водопритока даже при использовании помп занимала несколько дней, а изготовить какое-либо вспомогательное оборудование в джунглях не удалось.
Решение нашли в 1997 году. Надо было отобрать ЛГХ-пробы (ЛГХ — литогеохимический) в Северной Карелии, где до половины площади перекрыто болотами. Тогда еще теплилась жизнь на заводах в Кандалакше, на которых по нашим чертежам было изготовлено простейшее оборудование для ручного бурения с обсадкой. С помощью него удалось опробовать дно болот на глубинах до 5 м (верх. рис. на стр. 25). За прошедшие годы аналогичное оборудование мы неоднократно изготавливливали и использовали и в России, и в различных странах Африки и Южной Америки. Выявляемые при его эксплуатации мелкие недостатки учитывались и корректировались при производстве следующих комплектов.
Используемое оборудование для ручного бурения имеет некоторое сходство с ранее применявшимся при поисково-разведочных работах на россыпных месторождениях в Сибири четырехдюймовым буром типа Эмпайр, который позволяет совмещать процесс бурения с обсадкой труб. Закрепление скважины обсадными трубами так же, как и в работе с Эмпайром, идет с некоторым опережением бурения, поэтому исключается возможность загрязнения отбираемых поинтервальных проб.
Комплект ручного бурового оборудования предназначен для проходки скважин глубиной до 6–7 м диаметром 4 дюйма в глинах, суглинках, песках и песчано-гравийных отложениях различной степени обводненности. Бурение осуществляется вращательным способом с креплением или без крепления обсадными трубами с вычерпыванием шлама желонкой. Вес оборудования — 140 кг, оно имеет небольшие габариты и может использоваться в труднодоступных районах при поисковых работах. Время бурения одной скважины глубиной до 6 м с обсадкой составляет 1–3 часа в зависимости от плотности и обводненности пород.
Как правило, основной проблемой является извлечение вручную колонны обсадных труб из скважины — именно это и ограничивает глубину обсадки 6 м. В процессе бурения мы не используем копер и лебедки, хотя это и позволило бы проходить скважины гораздо большей глубины, однако при этом скорость работ снизится весьма значительно.
В качестве бурового инструмента в зависимости от состава и обводненности грунтов используются буровые ложки различных конструкций. Для крепления инструмента и передачи на него вращения применяются штанги метровой длины. Работа со штангами осуществляется с помощью двух ключей. Для обсадки скважин при бурении по неустойчивым рыхлым отложениям и плывунам предназначены четырехдюймовые трубы метровой длины. При забивке и извлечении обсадных труб используется насадка специальной конструкции, лом и автомобильные ремни. Приспособление для забивки колонны обсадных труб — «баба» (кусок бревна с двумя ручками) — изготавливается на месте работ. Для очистки забоя скважины применяется желонка с шаровым клапаном (рис. 1).
В мягких и вязких грунтах бурение ведут вращательным способом ложками. Вращение и подъем бурового снаряда производят с помощью ключа (рис. 2). Рейс при работе ложкой зависит от ее длины и вязкости пород и в среднем равен 0,4 м. Величину рейсов контролируют по штангам. Породы сыпучие (пески, песчано-гравийные толщи), особенно водоносные, проходят ударным способом с помощью желонки. Для большей эффективности бурения желонкой в скважину подливают воду.
Проходку крепких и устойчивых пород ведут без крепления стенок скважины обсадными трубами. В неустойчивых породах скважину крепят либо вслед за бурением, либо одновременно с ним. Крепят скважины трубами, используя забивное приспособление. При проходке плывунов колонну обсадных труб продвигают с вращением и забивкой впереди забоя скважины. По возможности горизонт плывуна полностью перекрывают трубами, которые задавливаются в плотные подстилающие породы (рис. 3). Подъем колонны производят с помощью ремней и лома, который продевают в отверстия насадки (рис. 4).
Наибольшую эффективность данный буровой комплект показал в условиях, когда размер обломочного материала не превышает 7–10 см, а сами аллювиальные отложения залегают на плотиковой глине. В этом случае буровой ложкой почти всегда удается извлечь гравий, а поднятие плотиковой глины указывает на то, что скважина добита до конца, а не уперлась в валун. Если же аллювий залегает на скальных породах, то понять, до конца ли добита скважина, можно не сразу. Обычно, чтобы это выяснить, рядом бурят еще одну скважину и, если в обоих случаях забой располагается на одинаковой глубине, считается, что плотик достигнут. Следует отметить, что иногда из-за наличия в разрезе крупных древесных остатков или обломков крупнее 10 см приходится бурить дополнительно одну и более скважин.
Для примера приведем результаты поисковых работ на россыпи в Гайане. Перед нами стояла задача оценить площадь на россыпи золота. Район труднодоступен, последний отрезок пути, 100 км, преодолевали на квадроциклах. В Джорджтауне в мастерской было заказано 2 комплекта ручного бурвого оборудования, стоимость изготовления одного комплекта составила 1000 долларов США.
За две недели до доставки оборудования на участок в ходе поисковых маршрутов были выделены и оконтурены перспективные на россыпи золота долины ручьев второго-третьего порядка. После поступления оборудования было начато опробование речных долин линиями поисковых скважин по сети 200 х 20 (10) м. По прежнему опыту был выработан оптимальный вариант: один геолог на два комплекта оборудования, которыми за день можно пройти до 30 пог. м и более.
Самый тяжелый элемент бурового комплекта — обсадные трубы (вес одной штуки — 16,1 кг), поэтому переноска составляющих в пределах участка не представляет проблем. Геолог успевает руководить работами, документировать и опробовать скважины. Для обеспечения процесса бурения одним комплектом необходимо трое рабочих. По организационным причинам рабочих нам хватило только для бурения одним комплектом; за 14 рабочих дней было пройдено 67 скважин по 11 поисковым линиям в долинах различных ручьев, всего 225,4 пог. м. Разрез по одной из линий приведен на рис. 5.
В пойменной части одной из опробованных долин буровыми линиями оконтурено 6 блоков. Глубины скважин, вошедших в контуры блоков, менялись от 1,1 м вблизи борта поймы до 5,2 м в ее осевой части. Средние глубины скважин по простиранию долины изменяются незначительно — от 3,1 м до 3,6 м.
Содержание золота в пробах из гравия скважин варьирует от 0,03 до 2,46 г/куб.м. В одной пробе за счет золотины размером 3,2 х 1,8 х 0,5 мм и весом 20 мг содержание золота составило 5,85 г/куб.м. При оценке ресурсов эта золотина не учитывалась, содержание принято 0,85 г/куб.м. Гранулометрический состав золота опоискованного участка следующий: фракция +0,5 мм — 7,5 %; минус 0,5+0,25 мм — 6,8 %; минус 0,25+0,1 мм — 64,8 %; менее 0,1 мм — 20,9 %. Таким образом, преобладающий размер зерен — менее 0,25 мм, золото весьма мелкое, тонкое и пылевидное. При таком золоте буровой станок с диаметром скважин 100–110 мм дает надежный практический результат.
