В материалах WR600RC-CS3 система отбора проб «три в одном» означает объединение циклонной сепарации, репрезентативного разделения и сбора проб в единый непрерывный процесс: шлам по внутренней трубе двойной бурильной колонны возвращается на поверхность, сразу поступает в циклонную систему для газотвёрдого разделения, а затем — на этапы разделения и упаковки. Она заменяет операции, которые обычно выполняются вручную — пересыпание и повторную транспортировку. Чтобы оценить необходимость такой системы для конкретного проекта, сначала определяют долю этих операций в проекте, а затем — нужны ли проекту непрерывный возврат проб и непрерывное управление номерами образцов.
Сначала обозначим границу: какие факторы не являются определяющими
Глубина бурения не является критерием. Глубина 600 м и диаметр 105–450 мм у WR600RC-CS3 — это параметры всей платформы; такая же платформа WR600RC обладает теми же значениями. Сама система не влияет на то, на какую глубину и какого диаметра можно бурить. Крутящий момент и усилие подъёма также не являются критериями: двухрежимный крутящий момент 12000/6000 Н·м и усилие подъёма 29 т относятся к вращению бурового инструмента и спуско-подъёмным операциям и не связаны с интегрированным сбором проб.
Аналогично, рабочие углы 45°/90° относятся к выбору направления скважин, а использование RC-молота или DTH-молота для твёрдых пород — к выбору бурового инструмента; всё это не имеет прямого отношения к тому, интегрирован ли этап отбора проб. Если использовать эти параметры как аргумент «нужно ли ставить CS3», направление рассуждений будет неверным.
Первое условие: нужен ли проекту непрерывный возврат проб
Ценность системы «три в одном» сосредоточена в непрерывности этапа возврата проб. В материалах указано, что с увеличением глубины скважины расстояние возврата шлама растёт, а потери воздуха, герметичность бурильных труб и утечки воздуха в скважине сильнее влияют на извлечение проб. Рекомендуемое рабочее давление оборудования — 1,6–6 МПа, расход воздуха — 16–75 м³/мин. Этот расход, с одной стороны, приводит в действие RC-молот, а с другой — обеспечивает непрерывное прохождение шлама по внутренней трубе в циклонную систему отбора проб. Когда проект требует бурения скважина за скважиной и возврат проб не должен надолго прерываться, имеет смысл обеспечить близкое сопряжение циклонной сепарации, разделения и упаковки.
С другой стороны, если проект не ставит целью непрерывный возврат проб — например, бурение глубоких водозаборных скважин или скважин для водопонижения в горнодобывающих районах, где важнее устойчивость стенок скважины, водоносный горизонт и конструкция скважины, — в материалах прямо указано, что таким проектам не обязательно задействовать полную систему отбора проб; можно менять буровой инструмент и технологический процесс в зависимости от назначения. Здесь система отбора проб не находит применения.
Второе условие: отбираются ли пробы фиксированными интервалами по глубине
При RC-бурении получают шламовые пробы, а не полноценный керн. В материалах указано, что на площадке можно задавать фиксированный интервал отбора, например, собирать один мешок каждые 1 м или 2 м, одновременно фиксируя номер скважины, начальную и конечную глубину и номер образца. Чем плотнее интервалы отбора и чем больше мешков, тем выше нагрузка от ручного пересыпания и повторной транспортировки, и тем заметнее преимущество системы «три в одном» в сопряжении бурения, возврата проб, разделения и упаковки.
Здесь необходимо учитывать одно важное соответствие. В материалах особо отмечено, что тектонические нарушенные зоны и крупные трещины вызывают утечки воздуха, шлам может задерживаться в скважине и возвращаться сосредоточенно, из-за чего соответствие проб фактической глубине ухудшается. То есть, как бы плотно ни были заданы интервалы отбора, если на данном участке скважины есть серьёзные утечки воздуха, само соответствие проб глубине становится ненадёжным. В таких породах в материалах рекомендуется снижать подачу, поддерживать очистку скважины, отдельно фиксировать аномальные интервалы, при необходимости использовать пену, обсадные трубы или другие способы борьбы с утечками. Это относится к вопросам подтверждения технологии бурения, и интегрированная система отбора проб их не решает.
Третье условие: достиг ли объём управления номерами образцов значительных масштабов
Система «три в одном» повышает эффективность процесса отбора проб, но в материалах подчёркивается, что управление образцами должно оставаться строгим: на каждом мешке для проб должны быть указаны номер скважины, номер образца, начальная и конечная глубина, дата и смена; полевые записи должны соответствовать мешкам. Если проект следует системе QA/QC, необходимо также предусмотреть повторные, стандартные и холостые пробы. Этот объём работы не зависит от того, интегрирована ли система, а зависит только от общего количества образцов.
Поэтому при оценке можно отдельно рассчитать общее количество образцов и требования к управлению: если мешков мало и нумерация проста, ручной процесс вполне справится; если отбор ведётся непрерывно через фиксированные интервалы и требуется сопровождение повторных и стандартных проб, выгода от отлаженного сопряжения на входе становится более ощутимой.
Форма проекта при одновременном выполнении трёх условий
Если сложить все три условия, наиболее подходящими оказываются упомянутые в материалах работы по проверке глубокозалегающих месторождений: проверка глубоких аномалий золоторудных месторождений требует подтверждения непрерывности структурных зон, зон изменений и минерализованных слоёв на большей глубине; проекты по меди, железу, литию и полиметаллам часто требуют бурения множества проверочных скважин на большой площади, быстрого получения большого количества шламовых проб методом RC для отбора перспективных глубоких целевых зон, а для ключевых аномалий — непрерывного отбора керна колонковым станком, что образует комбинированную схему «быстрый скрининг RC + точная проверка по керну».
Общие черты таких проектов: большое количество скважин, непрерывный отбор проб, большое количество мешков с пробами, необходимость создания прослеживаемых записей по глубине. Процесс «три в одном» как раз и рассчитан на этот этап. Что касается окончательного применения в проекте, оно по-прежнему зависит от объёма проб, требований к управлению и организации работ на площадке; в материалах не приведены пороговые значения применимости в зависимости от масштаба проекта.
Полевые работы, которые не может заменить интегрированный отбор проб
В материалах есть два момента, напрямую влияющих на нормальную работу системы, и оба не относятся к возможностям оборудования:
- Если между различными зонами минерализации остатки шлама не удаляются своевременно, возрастает риск загрязнения проб. При каждой остановке бурения, смене скважины или входе в новый ключевой интервал отбора следует проверять наличие остатков внутри циклона, делителя и шланга возврата проб, чтобы пробы предыдущей глубины не смешались со следующим интервалом отбора.
- Перед началом работы ежедневно следует проверять герметичность двойной бурильной колонны, шланг возврата проб, циклон, делитель, двигатель, гидравлическую систему и шланг высокого давления; в процессе бурения постоянно наблюдать за непрерывностью возврата проб; при смене скважины и интервала отбора своевременно очищать систему отбора проб.
Это работы, которые пользователь обязан выполнять на площадке самостоятельно; они не сокращаются из-за интеграции процесса отбора проб.
Поддерживают ли площадка и оснащение непрерывный отбор проб
После развёртывания на поверхности система отбора проб требует отдельного места для размещения. В материалах указано, что общая масса машины — около 12,5 т, габариты — примерно 7 × 2,1 × 2,9 м, скорость передвижения — около 3,5 км/ч, максимальный угол подъёма — ориентировочно 21°. Помимо бурового станка, на площадке необходимо разместить компрессор, циклонную систему отбора проб, мешки для проб и транспортные средства; буровая площадка должна иметь достаточную площадь для беспрепятственного прохождения линий возврата проб и безопасных проходов для персонала. Зона проб обычно находится близко к буровому станку и циклону; при использовании лебёдки 2,5 т для подъёма RC-молота, двойной бурильной колонны и шланга возврата проб следует не допускать попадания подвешенных грузов в рабочую зону персонала, занятого отбором проб.
Что касается оснащения, производительность компрессора напрямую определяет непрерывность возврата проб из глубоких скважин. При недостаточном расходе воздуха, согласно материалам, обычно наблюдаются уменьшение возврата проб, задержка возврата и накопление шлама на забое. При выборе следует в полной мере учитывать глубину скважины, диаметр и высоту над уровнем моря; это отдельный вопрос согласования компрессора и бурового станка.
Вопросы, требующие уточнения у поставщика
- Показатели непрерывности возврата проб системы при конкретных сочетаниях пород и глубин скважин; в материалах сайта не приведены данные проверки по типам пород.
- Периодичность замены циклона, делителя и шланга возврата проб, а также порядок поставки запасных частей.
- Способ определения точности разделения проб и наличие выполнимых инструкций по предотвращению загрязнения.
- Способ переключения бурового инструмента и технологического процесса при отказе от полной системы отбора проб для водозаборных скважин.
Поскольку фактические геологические условия, инструмент в скважине, угол бурения и методы работы различаются, окончательная эффективность бурения, глубина, извлечение проб и результат сооружения скважины должны определяться фактическими условиями на площадке.