От требований по глубине скважины к выбору типа мачты: последовательность решений

Между требованием по глубине скважины и типом мачты буровой установки для водяных скважин лежит цепочка решений, которые необходимо принять последовательно. В материалах на WR500S одновременно указано несколько цифр: максимальная глубина бурения 500 м, буровые штанги 6 м, телескопическая мачта, масса машины около 10,6 т, габаритные размеры около 6,52 × 1,85 × 2,51 м. Эти цифры не равнозначны, между ними существует очерёдность — то, что определяется первым, задаёт диапазон выбора для последующих пунктов. В данной статье порядок изложения соответствует этой очерёдности и опирается только на опубликованные на сайте материалы о продукте; части, не освещённые в источниках, описываются отдельно.

Шаг 1: Целевая глубина скважины не равна максимальной глубине бурения установки

В материалах WR500S максимальная глубина бурения указана как 500 м, диаметр бурения 105–400 мм. Однако в том же источнике отмечено, что глубина уровня 500 м не означает, что каждая скважина должна буриться до 500 м; окончательная глубина скважины должна определяться местными гидрогеологическими условиями и положением водоносного горизонта. Эта информация ставится на первое место в последовательности решений, потому что она определяет вопрос «нужно ли переходить на уровень 500 м», а не «какой тип мачты выбрать».

На этом шаге необходимо сначала разделить два вида глубины: целевую глубину готовой скважины и запас по глубине, закладываемый на случай изменения геологических условий и неопределённого положения водоносного горизонта. Вместе они определяют нижнюю границу требуемой глубины бурения, но ни одна из них напрямую не указывает на конструкцию мачты. Если фактическая глубина готовой скважины в проекте стабильно находится в более мелком диапазоне, то необходимость остальных возможностей установки уровня 500 м следует оценивать совместно с последующими условиями.

Шаг 2: Длина буровых штанг и способ наращивания

Согласно материалам сайта, WR500S поддерживает буровые штанги 6 м, рекомендуемый диаметр штанг 89 мм. Длина штанг стоит перед типом мачты потому, что она напрямую влияет на количество наращиваний на каждую скважину, а следовательно, на долю вспомогательного времени. В материалах WR500S прямо указано, что для глубины скважины уровня 500 м сокращение числа наращиваний позволяет заметно снизить вспомогательное время.

Длина штанг здесь также затрагивает два параметра. Во-первых, эффективную высоту мачты в развёрнутом состоянии — штанга длиной 6 м должна подниматься и опускаться внутри мачты, поэтому высота мачты должна ей соответствовать. Во-вторых, вспомогательную лебёдку: в материалах WR500S усилие подъёма вспомогательной лебёдки составляет 1,5 т, она может использоваться для перемещения погружного молота, буровых штанг, обсадных инструментов и других принадлежностей; при использовании штанг 6 м необходимо рационально организовать точки строповки и ручное направление, чтобы избежать поперечного раскачивания штанг и ударов о мачту.

Таким образом, на этом шаге необходимо подтвердить: какую длину буровых штанг планируется использовать в проекте и совместима ли эта длина с высотой мачты выбранной модели в развёрнутом состоянии и способом подъёма-опускания.

Шаг 3: Выбор типа мачты

Тип мачты вынесен на третий шаг, поскольку он одновременно ограничен первыми двумя шагами. В WR500S применена телескопическая мачта. Описание телескопической мачты в материалах сосредоточено на двух состояниях — транспортировочном и рабочем: в транспортировочном состоянии габариты установки могут быть уменьшены, что облегчает погрузку, проезд по дорогам и перебазировку между проектами; после прибытия на площадку мачта разворачивается и обеспечивает непрерывную работу со штангами 6 м.

В этом описании заложен компромисс. Поддержка штанг 6 м означает, что в развёрнутом состоянии мачта должна иметь достаточную высоту; фиксированная длинная мачта также удовлетворяет этому требованию, но изменяет габариты в транспортировочном состоянии. Телескопическая конструкция разделяет эти два состояния. Чтобы определить, применима ли она для конкретного проекта, нужно смотреть на оба аспекта: нуждается ли площадка в сокращении числа наращиваний за счёт штанг 6 м и требуется ли часто перебазировать установку между объектами, существуют ли ограничения по проезду на маршруте.

С транспортировкой напрямую связаны также масса машины и габаритные размеры: масса машины около 10,6 т, габаритные размеры около 6,52 × 1,85 × 2,51 м. При транспортировке следует организовывать низкорамный прицеп с учётом грузоподъёмности транспортного средства, ограничений по ширине и высоте дорог, а также проверять фиксацию телескопической мачты, точки крепления оборудования и состояние обвязки буровых штанг. После прибытия на площадку необходимо также предусмотреть достаточное пространство для развёртывания мачты. Эти пункты относятся к работам после выбора типа мачты и не изменяют предыдущую последовательность решений.

Шаг 4: Проверка по нагрузке и вращательной способности

Только после определения типа мачты можно переходить к проверке параметров, непосредственно связанных с технологией бурения. Данные WR500S, приведённые в материалах сайта, следующие:

Параметр усилия подъёма наиболее непосредственно связан с глубиной бурения. В материалах поясняется, что на глубине уровня 500 м собственный вес буровых штанг, трение о стенки скважины и вес обсадных труб заметно возрастают, поэтому усилие подъёма 30 т благоприятно для нормального подъёма и спуска бурового снаряда, извлечения погружного молота и части работ с обсадными трубами. В то же время в материалах указано, что при аномальном сопротивлении подъёму следует сначала промыть скважину и оценить состояние стенок и бурового инструмента, а не пытаться сразу решить проблему максимальным усилием подъёма.

Вращательный узел имеет два режима: 11000 / 5500 Н·м соответствуют 75 / 150 об/мин. В материалах дано пояснение: низкоскоростной режим с высоким крутящим моментом подходит для большого диаметра, крепких пород и повышенной нагрузки, а режим с более высокой частотой вращения — для этапов бурения с относительно меньшим сопротивлением. На площадке следует регулировать параметры вращения в зависимости от диаметра, погружного молота и состояния выноса шлама. Осевое давление 6 т используется для управления подачей бурового инструмента, а быстрая подача и быстрый подъём в основном обслуживают перемещение силовой головки и операции со штангами. В материалах также прямо указано, что фактическая эффективность проходки по породе по-прежнему зависит от литологии, долота, компрессора и способа работы оператора.

Шаг 5: Технологическая схема и обеспечение воздухом

WR500S поддерживает бурение погружным молотом DTH и вращательное бурение с промывкой. В материалах отмечено, что можно переключать технологию в зависимости от верхних рыхлых слоёв и нижних скальных пород. Отдельно приведены условия подачи воздуха, связанные с DTH: рекомендуемое рабочее давление 1,2–3,5 МПа, расход воздуха 16–55 м³/мин. В материалах также указано, что при увеличении диаметра, повышении твёрдости пород, росте глубины скважины или высоты над уровнем моря требования к производительности компрессора возрастают; при выборе компрессора следует учитывать одновременно давление и расход, а не ориентироваться только на один показатель давления.

На уровне технологической схемы в материалах выделены предпосылки для работы в нескольких типах пород:

• Монолитные скальные породы (гранит, известняк, песчаник и т. п.): можно использовать погружные молоты среднего и высокого давления с соответствующими долотами; при бурении крепких пород необходимо обеспечивать смазку погружного молота, достаточный расход воздуха и непрерывный вынос шлама.
• Выветрелые породы и перемежающиеся слои разной твёрдости: следует своевременно корректировать параметры по крутящему моменту и сопротивлению подаче; при большой мощности верхнего выветрелого слоя можно применять обсадные трубы или промывку для стабилизации скважины.
• Почвенные, глинистые, песчаные и гравийные покровные слои: можно создавать устойчивый участок скважины с помощью промывки, обсадных труб или других мер стабилизации, а затем переходить к DTH в скальных породах.
• Зоны дробления, трещины и поглощающие воздух пласты: в материалах указано, что возможны обрушения, утечки воздуха, прихваты и аномальный вынос шлама; необходимо снижать слишком быструю подачу, поддерживать непрерывную очистку скважины и в зависимости от условий применять пену или обсадные трубы; при значительных потерях воздуха следует оценить наличие крупных трещин или пустот, а не только повышать давление компрессора.
• Водоносные горизонты и условия сильного водопритока: после входа в основной водоносный горизонт подземные воды изменяют вынос шлама и режим работы погружного молота; необходимо своевременно фиксировать глубину водоносного горизонта и корректировать подачу воздуха, очистку скважины и способ обсадки в зависимости от водопритока.

В материалах также перечислен диапазон опциональных принадлежностей: буровой насос, центробежный насос, генератор и пенный насос. В проектах с большим количеством рыхлых слоёв больше внимания уделяется системе промывки, в проектах по крепким породам больше зависит от компрессора и погружного молота, а в сильно поглощающих воздух пластах может потребоваться пенная поддержка. В материалах не приведена таблица соответствия этих принадлежностей конкретным условиям работы.

Шаг 6: Площадка, опоры и условия передвижения

На последнем шаге проверяется соответствие установки и площадки. Соответствующие данные WR500S в материалах сайта: скорость передвижения на гусеницах около 3 км/ч, максимальный угол подъёма ориентировочно 21°, ход гидравлических аутригеров 1,6 м. В материалах поясняется, что гусеничная конструкция подходит для щебёночных дорог горнодобывающих районов, сельских дорог и обычных неровных площадок; поскольку масса машины около 10,6 т, при перебазировке следует в первую очередь проверять несущую способность грунта, уклон и влажность/скользкость.

Параметр аутригеров связан с устойчивостью при работе на уровне 500 м. В материалах отмечено, что строительство водяной скважины уровня 500 м занимает длительное время, а горизонтальное положение установки влияет на нагрузку на мачту и контроль искривления скважины; на мягких грунтах следует добавлять подкладки, чтобы избежать просадки после длительного нагружения аутригеров. Кроме того, при ежедневном осмотре следует уделять особое внимание направляющим телескопической мачты, гидроцилиндрам, пальцам и фиксирующим элементам; при использовании штанг 6 м необходимо обеспечивать полное развёртывание и надёжную фиксацию мачты.

Что осталось без ответа в этой последовательности решений

После прохождения описанной последовательности остаются несколько категорий информации, которые не входят в опубликованные на сайте материалы и по которым невозможно сделать вывод:

• Гидрогеологические данные конкретного проекта, глубина водоносного горизонта и ожидаемый дебит относятся к проектным данным и должны быть предоставлены заказчиком.
• Конкретное проектирование размеров обсадных труб, характеристик погружного насоса и конструкции ствола скважины: в материалах на этапе завершения скважины лишь указано, что диаметр и конструкция ствола должны проектироваться с учётом ожидаемого дебита, размеров обсадных труб и характеристик погружного насоса, но конкретные числовые соотношения не приведены.
• Конкретные модели и комбинации производительности компрессора и основного оборудования: в материалах приведены только рекомендуемый диапазон давления и расхода воздуха, а также указание на то, что при различных условиях требования к производительности возрастают.
• Фактическая эффективность проходки в различных породах: в материалах прямо указано, что она зависит от литологии, долота, компрессора и способа работы оператора и определяется конкретными условиями на площадке.

Эти категории информации определяют, может ли требование по глубине скважины быть действительно реализовано, но они не относятся к сфере, на которую может ответить таблица параметров оборудования, и требуют отдельной проверки на этапе подтверждения выбора.