При переходе буровой установки для водяных скважин с прямой промывки глинистым раствором на воздушну

Прямая промывка глинистым раствором, воздушная пена и погружной пневмоударник DTH — это три разных способа разрушения породы на забое и удаления шлама. При переключении затрагивается не отдельный узел, а вся система: привод, источник воздуха, буровой инструмент, удаление шлама на устье и расходные материалы. Перед закупкой или переоборудованием необходимо как минимум по пунктам уточнить давление и расход компрессора, типоразмеры пневмоударника и долота, конструкцию бурильных труб, воздухопроводы и устройство подачи пены, условия удаления шлама и отбора проб на устье, а также нагрузочную способность установки после перехода. Ниже на основе открытых данных по прицепной роторной буровой установке для водяных скважин WRTR1000, представленной на нашем сайте, описано, что нужно подтвердить; конкретные значения, не приведённые в материалах, должны быть письменно подтверждены поставщиком для условий проекта, их нельзя напрямую переносить с других моделей.

Сначала разберёмся, от чего зависит каждый из трёх способов

В материалах WRTR1000 указаны три способа бурения: прямая промывка глинистым раствором, воздушная пена и погружной пневмоударник DTH, а также опционально эрлифтная обратная промывка. Требования к оснащению у них разные:

• Прямая промывка глинистым раствором: relies on the BW1200/7 mud pump (максимальное давление 7 МПа, расход 1200 л/мин) и ротор с крутящим моментом 25 кН·м; раствор выносит шлам, крепит стенки и охлаждает долото.
• Воздушная пена: к удалению шлама воздухом добавляется пенный агент; в материалах указано, что способ применим на участках с частично сухими породами, поглощениями или необходимостью улучшить вынос шлама. Концентрация пены, расход воздуха и способ подачи должны корректироваться в зависимости от глубины, диаметра скважины и проницаемости пласта.
• Погружной пневмоударник DTH: разрушение породы обеспечивается забойным пневмоударником, приводимым сжатым воздухом. В материалах прямо указано, что следует подбирать компрессор, пневмоударник и долото, соответствующие породам, и особое внимание уделять мощности компрессора, смазке пневмоударника и состоянию удаления шлама.

Именно поэтому при переходе на воздушную пену или DTH буровой насос остаётся на установке, но ключевым вспомогательным оборудованием становятся компрессор и соответствующие ему воздушная линия, буровой инструмент и расходные материалы.

Вспомогательное оборудование, которое следует проверить перед закупкой

Компрессор: смотреть одновременно на давление и расход

В материалах WRTR1000 лишь указано, что для бурения DTH необходим подходящий компрессор, и отмечено, что если буровая мелочь не удаляется своевременно, эффективность бурения заметно снижается. Конкретные значения давления и расхода для этой модели не приведены. Поэтому перед закупкой следует уточнить у поставщика:

• требуемое номинальное рабочее давление и эффективный расход компрессора для целевого диаметра и глубины скважины;
• влияние высоты над уровнем моря и температуры окружающей среды на фактическую подачу воздуха компрессором;
• будет ли компрессор интегрирован с буровой установкой или перевозиться отдельно, как организовать размещение на площадке и длину трубопроводов;
• требуемый способ смазки пневмоударника и соответствующий масляный туманообразователь или смазочное устройство.

Важно: нельзя напрямую применять параметры других моделей того же бренда к WRTR1000. Например, у моделей WRT600, WRT1000, WR500RCE, WR600RC и других указанные диапазоны давления воздуха и расход воздуха различаются; их смешение приведёт к ошибкам в подборе.

Различия между пневмоударником, долотом и эрлифтной обратной промывкой

В бурении DTH ключевыми являются пневмоударник и долото. В материалах упоминается, что при входе в более монолитные крепкие породы можно установить подходящий компрессор, пневмоударник и долото; для глубоких скважин в крепких породах следует следить за мощностью компрессора, смазкой пневмоударника и состоянием удаления шлама. Перед закупкой необходимо подтвердить соответствие модели пневмоударника твёрдости пород и диаметру скважины, а также типоразмер долота, количество и периодичность замены.

Если проект дополнительно рассматривает эрлифтную обратную промывку, в материалах прямо указано, что WRTR1000 может быть оснащена этим способом, но она не является специализированной установкой RC для геологоразведки. Если к представительности проб и качеству разделения проб предъявляются чёткие требования, следует одновременно предусмотреть соответствующие двойные бурильные трубы, воздушную систему и пробоотборное оборудование. Этот момент легко упустить при принятии закупочного решения.

Буровой инструмент и условия удаления шлама на устье

В материалах WRTR1000 указан буровой инструмент: ведущая труба 12,192 м и стандартные бурильные трубы 9,4 м, опциональные диаметры бурильных труб 89 / 114 / 127 мм, максимальное отверстие ротора 660 мм. После перехода на DTH или воздушную пену необходимо проверить:

• соответствие типоразмера применяемых бурильных труб способу соединения с пневмоударником и воздушной линией;
• при использовании эрлифтной обратной промывки — наличие двойных бурильных труб и условий для обслуживания их уплотнений;
• направление удаления шлама на устье, способы контроля пыли и шума, а также каналы для удаления шлама на площадке;
• будет ли образующийся при бурении шлам сбрасываться напрямую или его нужно собирать для отбора проб.

Устройство подачи пены и условия пеногашения

В материалах по воздушной пене указано: концентрация пены, расход воздуха и способ подачи должны корректироваться в зависимости от глубины, диаметра скважины и проницаемости пласта; нельзя применять единые параметры ко всем породам. Перед закупкой нужно уточнить наличие соответствующего пенного насоса (или насоса-дозатора), канала поставки пенообразователя, а также организации пеногашения и сброса отходящей пены. Конкретные модели и расход в материалах не приведены — это относится к вопросам, которые нужно уточнять отдельно по проекту.

Стабилизация скважины и обсадные трубы

В материалах указано, что песчаные и гравийные слои склонны к обрушению, поглощению раствора и расширению ствола; может потребоваться временная обсадная колонна или ступенчатый спуск обсадных труб. Отверстие ротора 660 мм и нагрузка на мачту 60 т обеспечивают большой рабочий диапазон для операций с обсадными трубами, но конкретное число ступеней обсадки всё равно определяется проектом по породам. После перехода на пневматическое бурение верхние рыхлые слои обычно всё ещё требуют предварительного создания устойчивого интервала с помощью раствора или обсадных труб, поэтому инструмент для спуска обсадных труб, технология их установки и соответствующая грузоподъёмность не могут быть исключены из-за смены способа бурения.

Изменение нагрузки на установку до и после перехода

У одной и той же буровой установки при разных способах бурения пути передачи усилий и нагрузки различаются. На примере WRTR1000: максимальная нагрузка на мачту 60 т, тяговое усилие основной лебёдки на одной ветви каната 90 кН, вспомогательной лебёдки 50 кН, номинальная нагрузка крюкоблока и вертлюга по 60 т, максимальный крутящий момент ротора 25 кН·м, четыре скорости вращения 37 / 52 / 84 / 145 об/мин. В материалах также отмечено, что при заклинивании и аномальном сопротивлении следует сначала действовать через промывку, плавный подъём и оценку ситуации в скважине, а не сразу применять сильное натяжение. После перехода на DTH, помимо самой бурильной колонны, нужно учитывать дополнительный вес пневмоударника, воздухопроводов и шлангов, а также влияние беспрепятственного пневматического удаления шлама на сопротивление при спуско-подъёмных операциях.

Привод и энергетические условия

WRTR1000 оснащена дизельным двигателем Cummins NTA855-C360 мощностью 269 кВт с номинальной частотой вращения 2100 об/мин. В материалах не указано, как эта мощность распределяется между прямой промывкой глинистым раствором и DTH, поэтому перед закупкой следует уточнить:

• фактическую потребность в мощности в режимах DTH или воздушной пены и необходимость отдельного компрессора с собственным приводом;
• условия хранения и пополнения топлива на площадке;
• организацию очистки воздушного фильтра двигателя и радиатора в условиях повышенной запылённости.

Расходные материалы и обслуживание, которые нужно уточнить заранее

В материалах затронуты расходные материалы и обслуживание: смазка пневмоударника, износ долота, воздушные линии высокого давления, состояние удаления шлама и т. п. По следующим пунктам конкретные расходы или периодичность в материалах не приведены — их нужно уточнять у поставщика и на площадке:

• Характеристики и ориентировочный расход смазки для пневмоударника (или масляного туманообразователя);
• критерии замены быстроизнашиваемых деталей долота и пневмоударника;
• типы пенообразователей, их приготовление и расход;
• периодичность проверки и замены воздухопроводов, соединений и уплотнений;
• проверка герметичности соединений и внутренних труб двойных бурильных труб (при использовании эрлифтной обратной промывки).

Контрольный список для проверки перед закупкой

В приведённой таблице только принципиальные требования по компрессору, пневмоударнику, долоту, пене, двойным бурильным трубам и пробоотборному оборудованию взяты из материалов WRTR1000; конкретные значения и типы необходимо подтверждать по условиям проекта. Если на этапе закупки зафиксировать эти условия по пунктам в письменном виде, контролировать затраты и сроки будет проще, чем докупать необходимое на площадке в последний момент.