Когда в одной скважине встречаются и выветрелые породы, и монолитные твердые породы, буровая установка имеет дело не с одним типом пород, а с последовательностью рабочих состояний, требующих переключения. Выветрелые породы относительно рыхлые, стенки скважины легко теряют устойчивость, велик объем выноса шлама; монолитные твердые породы оказывают большое сопротивление, дают медленное углубление и требуют непрерывной стабильной подачи воздуха. Если рассматривать эти два интервала как единое целое, процесс легко застопорится на каком-либо участке. Ниже на примере опубликованных на данном сайте параметров WR400QS описаны условия применения оборудования 400-метрового класса на таких чередующихся интервалах, при этом используются только значения и описания, встречающиеся в материалах.
Сначала разберем слово «чередование»
Чередование не означает равномерное смешение. Обычно оно проявляется так: верхний покровный слой и выветрелая зона имеют большую мощность, ниже начинается более монолитный массив, между ними могут залегать зоны дробления или трещиноватые интервалы. В материалах WR400QS указаны применимые породы: выветрелые, известняк, песчаник, гранит, а также указано, что поддерживается вращательное бурение с промывкой, позволяющее проходить грунты, глины, пески и другие рыхлые отложения. Это означает, что одной и той же машине на разрезе скважины приходится переключать главным образом способ бурения и рабочие параметры, а не менять оборудование.
Следует отдельно перечислить, какие условия оборудование может обеспечить, а какие должны определяться на месте.
Интервал выветрелых пород: сначала устойчивость стенок, затем углубление
В материалах есть четкое указание по рыхлым породам: при большой мощности верхнего покровного слоя следует сначала обеспечить устойчивость стенок скважины, а затем переходить к пневмоударному бурению в породе. Эта фраза задает порядок оценки для интервала выветрелых пород — вопрос не в том, «какое долото использовать», а в том, выдержат ли стенки скважины до следующего интервала.
Несколько параметров, относящихся к этому интервалу
- Система вращения обеспечивает двухрежимный крутящий момент 8000 / 4000 Н·м при максимальной частоте вращения 75 / 150 об/мин; на этапе с меньшим сопротивлением и большим выносом шлама можно выбирать более высокую ступень частоты вращения.
- Осевое давление — справочное значение 4 т, используется для управления подачей.
- Оборудование может комплектоваться шламовым насосом, центробежным насосом, пенным насосом для крепления стенок, выноса шлама и водоотлива.
- Ход гидравлических аутригеров 1,6 м, используется для выравнивания и устойчивой опоры на мягких грунтах; в материалах указано, что на мягких грунтах следует применять подкладки.
Здесь нужно разграничить: устойчивость стенок скважины в основном регулируется системой промывочной жидкости, схемой обсадки и темпом подачи; ступени вращения и осевое давление — лишь операционные переменные. В материалах не приведены конкретные значения частоты вращения или рецептуры промывочной жидкости для определенного типа выветрелых пород — это относится к области полевой технологии.
Выход в монолитные твердые породы: подача воздуха важнее значения давления
На монолитном интервале основное противоречие смещается от стенок скважины к забою. В материалах указано, что при бурении погружным пневмоударником DTH рекомендуемое рабочее давление воздуха составляет 1,2–3,5 МПа, расход воздуха 16–55 м³/мин, что позволяет использовать пневмоударники серий среднего и высокого давления; также отмечено, что для большого диаметра скважины, монолитных твердых пород или высокогорных условий достаточность производительности компрессора часто важнее простого достижения значения давления.
Значение этого указания для 400-метрового класса
С увеличением глубины скважины компрессор той же производительности должен преодолевать большие потери по длине, и эффективный расход и давление на забое снижаются. В монолитных твердых породах вынос шлама зависит от стабильного восходящего потока; при недостаточном расходе скопление шлама на забое напрямую влияет на углубление и состояние бурового инструмента. Поэтому для твердого интервала в чередующихся породах критерий — не «достаточно ли номинального давления компрессора», а способность поддерживать непрерывный вынос шлама на забое.
В материалах также указано, что при уменьшении выноса шлама или аномальном давлении воздуха следует в первую очередь определить наличие закупорки, утечки воздуха или скопления шлама на забое, а не просто увеличивать подачу. Этот порядок действий стоит соблюдать в соответствии с его первоначальным смыслом.
Какую роль играют усилие подъема и быстрые перемещения на разных интервалах
Усилие подъема WR400QS составляет 22 т; в материалах поясняется, что с увеличением глубины скважины возрастает собственный вес буровых штанг, трение о стенки и вес обсадных труб, поэтому большая грузоподъемность способствует нормальному спуску и подъему бурового снаряда, извлечению инструмента и работе с обсадными трубами. Оно действует и в выветрелом слое, и в твердом интервале, но по-разному: в выветрелом слое чаще связаны с обсадными трубами, в твердом — больше используется для спуска-подъема и извлечения инструмента.
В том же материале четко определена роль быстрой подачи 56 м/мин и быстрого подъема 29 м/мин — они используются главным образом для возврата силового вертлюга, операций со штангами и вспомогательных действий, а фактическая скорость углубления в породе зависит от пород, долота, пневмоударника и возможностей компрессора. Эти значения не следует воспринимать как ожидаемую скорость бурения.
Кроме того, в материалах прямо указано, что при заклинивании, сужении ствола или обрушении стенок следует в первую очередь решать проблему очисткой скважины и корректировкой технологии, а не просто вытягивать максимальным усилием подъема. Это особенно важно на границе выветрелых и твердых пород, поскольку обрушения и сужения ствола как раз часто возникают в таких переходных зонах.
Зоны дробления и трещиноватые интервалы: сигналы к снижению скорости
В материалах зоны дробления описаны как возможная причина обрушений, утечек воздуха и заклинивания; рекомендуется снижать слишком быструю подачу, поддерживать непрерывную очистку скважины и в зависимости от утечек воздуха и состояния стенок применять пену, обсадку или другие вспомогательные меры; если сопротивление вращению инструмента внезапно возрастает, следует своевременно определить наличие обрушения или сужения ствола.
В чередующихся породах зона дробления часто залегает как раз между выветрелым слоем и монолитной породой или на участке резкой смены литологии. Этот интервал не относится ни к «рыхлым», ни к «монолитным», для него нет специальной ступени параметров, и требуется корректировка в реальном времени по отклику в скважине. В материалах не приведены количественные критерии для зон дробления, и это следует честно указать.
После входа в водоносный горизонт критерии оценки меняются
В материалах отмечено, что после входа в основной водоносный горизонт подземные воды изменяют вынос шлама и режим работы пневмоударника; следует своевременно фиксировать глубину водоносного слоя и в зависимости от притока корректировать подачу воздуха, очистку скважины и способ обсадки; на этапе завершения скважины необходимо также правильно устанавливать фильтровые трубы и водоизолирующие участки в соответствии с положением водоносного горизонта.
В скважине с чередованием выветрелых и монолитных пород водоносный горизонт может оказаться на любом интервале. При сильном притоке эффективность пневматического выноса шлама снижается; если продолжать бурение с прежними параметрами подачи воздуха, изменятся как отбор проб, так и состояние забоя. Это режим, требующий корректировки по фактическому притоку; конкретные пороговые значения в материалах не приведены.
Несколько условий по оборудованию, связанных с длительным строительством
- Общая масса машины около 8,6 т, габариты около 6,25 × 1,7 × 2,39 м, скорость передвижения на гусеницах около 3 км/ч, максимальный угол подъема справочно 21°; при перебазировке следует учитывать несущую способность грунта, устойчивость откосов и маршрут транспортировки.
- Двигатель Weichai мощностью 103 кВт; при бурении средних и глубоких скважин и работе по твердым породам продолжительность велика, в материалах указано, что следует регулярно очищать воздушный фильтр и радиатор, следить за охлаждением двигателя и качеством топлива.
- Вспомогательная лебедка с усилием подъема 1,5 т может использоваться для перемещения пневмоударника, буровых штанг, обсадных труб и принадлежностей на площадке.
- Поддерживаются буровые штанги длиной 6 м, рекомендуемый диаметр штанг 89 / 102 мм.
Это условия на уровне машины в целом; в чередующихся породах они не меняются при переходе между интервалами, но напрямую влияют на непрерывность выполнения этапа работ.
Какие условия не приведены в материалах и требуют отдельного уточнения
По следующим пунктам в открытых материалах данного сайта нет оснований, не следует делать собственных выводов; рекомендуется уточнять их по пунктам на этапе проектирования:
- Ожидаемая конкретная скорость углубления для каждого интервала выветрелых пород, твердых пород и зон дробления; в материалах сказано лишь, что скорость углубления зависит от пород, долота, пневмоударника и возможностей компрессора.
- Конкретная рецептура, плотность и схема крепления промывочной жидкости.
- Конкретные объемы и пропорции пены или других вспомогательных мер для зон дробления и участков утечки воздуха.
- При каком притоке в водоносный горизонт необходимо менять способ обсадки или водоизоляции.
- Точки согласования подачи воздуха для разных диаметров скважины (диапазон 105–325 мм) при одной и той же литологии.
- Фактические значения конечной глубины бурения и результата завершения скважины.
Перечисленное связано с конкретным сочетанием пород и инструмента в скважине; следует руководствоваться фактическими условиями на площадке и специальным проектом производства работ; материалы данного сайта не являются заключением о строительстве для какого-либо типа пород.
Зафиксируем порядок проверки для чередующихся интервалов
Обобщая, порядок оценки для таких интервалов можно вести по слоям: на верхнем рыхлом или выветрелом интервале сначала подтвердить меры по стенкам и креплению, затем переходить к пневматическому бурению; на монолитном твердом интервале главное — проверить, способна ли производительность компрессора поддерживать вынос шлама на забое; в зоне дробления снижать скорость по отклику в скважине и непрерывно очищать скважину; в водоносном горизонте корректировать подачу воздуха и конструкцию скважины по притоку. Для каждого шага можно найти соответствующий пункт в материалах WR400QS, однако схему технологической стыковки между интервалами все равно необходимо дополнительно согласовать до начала работ с учетом местных гидрогеологических условий.