Разрушению и истиранию керна способствует бурение затупленными породоразрушающими инструментами и использование погнутых колонковых труб. Размывание керна — следствие больших скоростей движения промывочной жидкости в кольцевом зазоре между керном и коронкой. Керн малого диаметра разрушается и размывается быстрее.

Чем продолжительнее работает на забое колонковый снаряд, тем больше подвержен керн истиранию и размыванию.

Степень подверженности керна разрушению, истиранию и размыванию зависит от вещественного состава и физико-механических свойств буримых пород. В связи с этим горные породы и полезные ископаемые классификацией пород по трудности отбора керна разделены на четыре группы. Для получения полноценного по качеству керна в количестве, обеспечивающем правильную оценку месторождения, необходимо-для каждой группы пород подбирать наиболее эффективные снаряды и технологические режимы бурения.

К первой группе классификации по отбору керна относятся монолитные, а также слаботрещиноватые породы и полезные ископаемые III—XII категорий буримости, практически не разрушаемые промывочной жидкостью и вибрациями снаряда и, как правило, позволяющие получить 100%-ный выход керна. К таким породам относятся как осадочные (плотная, жирная глина, плотный мел), так и кристаллические породы. Породы первой группы можно бурить одинарными колонковыми снарядами с коронками диаметром 46—59 мм. Рациональное углубление скважины за рейс определяется износостойкостью поро-доразрушающего инструмента. Заклинивание керна в зависимости от твердости и пластичности пород можно производить ‘затиркой всухую, заклиночным материалом или кернорватель-ным устройством.

Ко второй группе по отбору керна относятся породы, разрушающиеся промывочной жидкостью и вибрациями снаряда, III—XII категорий по буримости (марганцевая и окисленная рыхлая железная руда, бурый и каменный уголь, бокситы, ноздреватые, пористые бурые железняки, сильно трещиноватые, раздробленные кристалические породы, а также перемежающиеся по твердости).

Минимально допустимые диаметры породоразрушающих инструментов при бурении пород второй группы: алмазами — 59 мм, твердыми сплавами — 76 мм. Промывочная жидкость должна закачиваться в количестве, обеспечивающем очистку забоя от шлама и исключающем размывание керна и стенок скважины. Углубление скважины за рейс допускается при алмазном бурении — до 2,5 м, твердосплавном — до 2 м. В случае самозаклинивания керна следует немедленно прекратить бурение и поднять снаряд на поверхность.

Если при бурении обычными одинарными снарядами получение керна в необходимом количестве невозможно, следует применять двойные колонковые снаряды или снаряды, обеспечивающие в скважине призабойную обратную циркуляцию промывочной жидкости.

К третьей группе по отбору керна относятся легкорастворимые породы и полезные ископаемые (минеральные соли), а также многолетнемерзлые породы, растепляющиеся при бурении под действием промывочной жидкости (II—V категорий по буримости).

В качестве породоразрушающего инструмента при бурении пород этой группы следует применять твердосплавные коронки диаметром не менее 93 мм с максимальным выпуском резцов на стороны.

Для того чтобы керн и стенки скважины не растворялись, необходимо в качестве промывочной жидкости применять насыщенные растворы хлористого натрия — при бурении галита и сильвинита, хлористого магния — при бурении карналлита.

Концентрация солевого раствора не должна превышать 10% в связи с разрушением мерзлых пород.

Эффективно в мерзлых льдистых породах отбирается керн при бурении с продувкой охлажденным сжатым воздухом.

Если при бурении пород третьей группы промывочная жидкость поглощается, необходимо применять снаряды, обеспечивающие призабойную обратную циркуляцию жидкости в скважине.

К четвертой группе по отбору керна относятся рыхлые, сыпучие и плывучие породы I—III категорий по буримости, размываемые промывочной жидкостью.

Для получения керна в таких породах рекомендуется применять двойные колонковые снаряды при минимальной подаче промывочной жидкости, а также безнасосное бурение. Если мощность сыпучих пород невелика, то следует пробурить их за один рейс, врезаться в более плотные породы и произвести затирку всухую.

Получение необходимого количества керна в сыпучих и малосвязных породах возможно при рейсовой проходке, не превышающей 0,5—0,7 м.

Для получения керна в слабоустойчивых, сыпучих породах можно применять метод замораживания. В этом случае используют керосин или дизельное топливо, охлажденные до минус 30—40 °С. Благодаря теплообмену на забое, вода, находящаяся в породах, замерзает. Порода превращается в монолит.

Монолиты грунта из буровых скважин при инженерно-гео-логических изысканиях отбираются с помощью грунтоносов. В связи с большим многообразием минералогического состава, состояния и физико-механических свойств грунтов, являющихся объектом исследований при инженерно-геологических изысканиях, отбирать монолиты из» буровых скважин каким-либо одним универсальным грунтоносом невозможно. В настоящее время в отечественной практике используются более 150 конструкций грунтоносов, различающихся по размерам и способам погружения их в грунт. Для упорядочения использования грунтоносов в соответствии с физико-механическими свойствами грунтов разработан нормальный ряд, в который входят обури-вающие, забивные и три разновидности вдавливаемых грунтоносов.

При бурении геологоразведочных скважин очень важно своевременно установить момент встречи полезного ископаемого. Вскрытие контактов вмещающих пород с полезным ископаемым может быть зафиксировано по изменению скорости углубления скважины и цвета промывочной жидкости. Момент пересечения контакта определяется точно при различной буримости вмещающих пород и полезного ископаемого, если режим бурения остается постоянным. Изменение цвета изливающейся из скважины промывочной жидкости может быть использовано при различной окраске вмещающих пород и полезного ископаемого. Этот метод менее точен, так как за время движения промывочной жидкости от забоя до устья скважины породоразрушающим инструментом будет пробурен некоторый интервал по полезному ископаемому, величина которого зависит от глубины скважины и скорости движения восходящего потока промывочной жидкости.

Встретив полезное ископаемое, бурение прекращают, скважину промывают до полного удаления шлама, заклинивают керн вмещающих пород и извлекают его на поверхность. Поднимая снаряд из скважины, производят контрольный замер ее глубины.

Рис. 1. Грунтоносы:
а — обуривающий; б —забивной; в — вдавливаемый I модели; г — вдавливаемый И модели; д — вдавливаемый III модели; 1 — переходник; 2 — винты, удерживающие гильзу; 3 — шаровая пята; 4 — корпус; 5 — внутренний стакан; 6 — съемная коронка; 7 — тормозные лопасти; 8 — башмак; 9 — клапан; 10 — замок гильзы; 11 — керноприем-ная гильза; 12 — рукоятка гильзы; 13 — подрезные проволоки; 14 — штифты; 15 — полиэтиленовая гильза; 16 — вкладыш; 17 — фиксирующее кольцо

Если породы, лежащие выше полезного ископаемого, неустойчивы и могут исказить результаты опробования, скважину закрепляют обсадными трубами.

В зависимости от группы, к которой относится полезное ископаемое по трудности получения керна, подбирается необходимый буровой снаряд.

Бурят полезное ископаемое обычно в присутствии геолога и прораба или бурового мастера.

Поднятый на поверхность керн извлекается из колонковой трубы, обмывается от налипшей породы и заклиночного материала, после чего укладывается в керновый ящик размером 1 м по длине и 0,5—0,6 м по ширине. Высота стенок и расстояние между продольными внутренними перегородками определяются диаметром керна. Укладывается керн в ящик рядами, параллельными его длиной стороне, слева направо так, чтобы конец предыдущего интервала стыковался с началом последующего.

Если на каком-либо интервале керн не был получен, то нужно вложить в ящик этикетку с указанием отсутствия керна с данного интервала.

Ящики должны быть закрыты крышками и иметь надпись с указанием порядкового номера ящика, номера скважины и интервала, с которого взят керн, уложенный в данный ящик.

При недостаточном выходе керна в качестве дополнительного материала для опробования служит буровой шлам, который улавливается специальными шламовыми ящиками, устанавливаемыми около устья скважины.