Если свести требования к оборудованию для отбора керна при разведке месторождений средней глубины к одному вопросу «достаточна ли глубина бурения», проблемы обычно проявляются уже в процессе работ. Глубина бурения — лишь одна из групп условий, остальные распределены по разным этапам: способ отбора керна определяет вспомогательное время и сохранность образцов, угол скважины — способность оборудования проходить вдоль рудного тела, условия площадки — возможность заезда и частых перебазировок. В статье на примере опубликованных параметров CR600I с нашего сайта (полностью гидравлическая интегрированная гусеничная установка для колонкового бурения класса 600 м) эти условия разбираются по пунктам, чтобы понять, какие можно проверить по таблице параметров, а какие необходимо уточнять на уровне проекта.
Сначала поясним, что означает диапазон средней глубины. Он определяется по иерархии моделей, приведённой в материалах нашего сайта: CR600I позиционируется прежде всего как установка с ориентировочной глубиной бурения 600 м по стандарту N, при этом также обеспечивает 800 м по стандарту B и 300 м по стандарту H; другой уровень, указанный в материалах наряду с ним, — интегрированная установка для колонкового бурения класса 800 м. Иными словами, проекты средней глубины находятся между мелким поисковым бурением и глубинной проверкой; количество скважин часто велико, но глубина отдельной скважины ещё не требует более крупных капиталовложений в машину.
Условие 1. Буровые возможности следует проверять по стандартам, а не только по одной цифре глубины
В материалах буровые возможности CR600I указаны как 800 м по стандарту B, 600 м по стандарту N и 300 м по стандарту H. Три значения глубины для одной установки объясняются тем, что стандарты соответствуют разным бурильным трубам и системам отбора керна, поэтому глубина бурения не является фиксированной величиной. Требования по глубине для проектов средней глубины обычно определяются глубиной залегания рудного тела и целями проверки, поэтому при сверке нельзя ограничиваться сравнением с числом 600 — сначала нужно уточнить, какой стандарт используется для данной скважины и покрывает ли ориентировочная глубина бурения по этому стандарту проектную глубину скважины.
В материалах также указано, что фактически достижимая глубина бурения зависит от угла скважины, целостности пород, веса бурильных труб, внутрискважинного инструмента, свойств бурового раствора, устойчивости стенок скважины и способа выполнения работ. Эти факторы в совокупности определяют, является ли ориентировочное значение верхним пределом или стабильно достижимым уровнем; конкретный выбор требует отдельного подтверждения с учётом геологических условий проекта.
Условие 2. Способ отбора керна влияет на вспомогательное время и качество образцов
CR600I оснащён системой отбора керна канатом; канатная лебёдка имеет стальной канат 6 мм, канатоёмкость 800 м, тяговое усилие 11 кН и скорость подъёма 98 м/мин. Особенность отбора керна канатом заключается в том, что для извлечения внутренней трубы и керна не требуется часто поднимать весь буровой снаряд, что сокращает вспомогательное время; в материалах это указано как конфигурация, подходящая для непрерывного отбора керна в скважинах средней глубины.
В проектах средней глубины часто бурят несколько скважин в пределах одного рудного поля, и вспомогательное время на одну скважину многократно суммируется с увеличением их числа. При проверке таких условий необходимо сопоставить канатоёмкость с проектной глубиной скважины, убедиться, что ёмкость лебёдки покрывает эту глубину, а компоновка внутрискважинного инструмента соответствует выбранной системе стандартов. Качество керна также зависит от согласования частоты вращения, буровой коронки, усилия подачи и параметров бурового раствора; в материалах эти параметры приведены в виде диапазонов, а конкретные значения не определяются по документации на оборудование.
| Конфигурация для отбора керна | Опубликованное значение | Назначение при проверке |
|---|---|---|
| Стальной канат канатной лебёдки | 6 мм | Согласование с инструментом для ловли внутренней трубы |
| Канатоёмкость | 800 м | Сопоставление с проектной глубиной скважины |
| Тяговое усилие | 11 кН | Нагрузка при извлечении внутренней трубы и керна |
| Скорость подъёма | 98 м/мин | Влияет на время цикла одного отбора керна |
Условие 3. Адаптация к углу скважины определяется залеганием рудного тела
CR600I поддерживает бурение в диапазоне 45°–90°, позволяя выполнять вертикальные и наклонные скважины. Для наклонных рудных тел, жильных залежей, разломных структур, зон изменённых пород и скрытых рудных тел в материалах указано, что рациональный выбор угла скважины повышает вероятность пересечения цели и позволяет избежать слишком параллельного направления скважины с простиранием рудного тела, которое снижает эффективную длину рудного пересечения.
Таким образом, условие по углу скважины не обеспечивается оборудованием в одностороннем порядке, а представляет собой соответствие между возможностями установки и залеганием рудного тела. На этапах сгущения буровой сетки и проверки границ рудного тела в проектах средней глубины часто требуется располагать несколько скважин под разными углами по разведочным линиям; при проверке необходимо убедиться, что проектный угол попадает в диапазон 45°–90°, а также что обустройство площадки позволяет выполнять устьевые работы под этим углом.
Максимальный крутящий момент вращателя 960 Н·м, максимальная частота вращения 1150 об/мин, поддерживается гидравлическое боковое смещение. Повышенная частота вращения подходит для алмазного колонкового бурения, а функция бокового смещения создаёт рабочее пространство для сборки и разборки бурильных труб, устьевых операций и обращения с инструментом для отбора керна. Эти параметры связаны с устьевыми операциями при бурении под углом, однако в материалах не приведены различия значений крутящего момента или частоты вращения для разных углов; это требует отдельного подтверждения с учётом фактических геологических условий.
Условие 4. Глубина скважины определяет нагрузку на бурильные трубы; параметры подъёма и подачи должны её выдерживать
Чем ближе скважина средней глубины к ориентировочному пределу данной машины, тем больше собственный вес буровой колонны. Ход подачи CR600I составляет 1,9 м, установка рассчитана на бурильные трубы 1,5 м, усилие подачи 42 кН, усилие подъёма 130 кН. Мачта складной конструкции, скорость подачи регулируется в быстром и медленном режимах.
Параметр усилия подъёма следует проверять для операций спуска и подъёма, а не для нормального бурения. С увеличением глубины скважины вес буровой колонны и трение в скважине совместно формируют нагрузку, необходимую при подъёме; чтобы определить, достаточно ли 130 кН, нужно подставить в расчёт предполагаемый стандарт бурильных труб, глубину скважины и внутрискважинные условия. В самих материалах не приведён числовой вывод, рассчитанный по глубине скважины.
Диаметр проходного отверстия зажимного патрона 127 мм, он совместим с распространёнными системами бурильных труб NQ, HQ, PQ, NTW, HTW и другими; применяется гидравлический зажим в сочетании с клиновой самозатягивающейся конструкцией против выпадения. Выбор системы бурильных труб одновременно влияет на стандарт отбора керна и оценку глубины бурения, поэтому в проектах средней глубины это необходимо определить заранее.
Условие 5. Возможности по площадке и перебазировке относятся к уровню проекта
CR600I представляет собой полностью гидравлическую интегрированную гусеничную конструкцию: силовая установка, гидросистема, вращатель, мачта с механизмом подачи, зажимной патрон, канатная лебёдка, система циркуляции бурового раствора и гусеничный ходовой механизм объединены на одной платформе. В материалах указано, что такая конструкция сокращает объём работ по сборке разрозненного оборудования на месте и повторным соединениям, что больше подходит для рудных полей, горной и холмистой местности, лесных дорог и разведочных проектов с частыми перебазировками.
Однако интегрированная конструкция не означает, что установка может заехать на любую площадку. В разделах материалов, посвящённых площадке, указано, что перед началом работ следует особо оценить ширину транспортных дорог, уклон, радиус поворотов, несущую способность мостов и водопропускных сооружений, размеры площадки, несущую способность грунта и условия водоотведения; при работе на склонах необходимо сначала выровнять площадку и установить надёжные опоры, нельзя полагаться только на силу трения между гусеницами и грунтом для устойчивости оборудования. Эти условия должны быть выполнены до заезда и не могут быть заменены суждением по таблице параметров.
Силовая установка машины — четырёхцилиндровый дизельный двигатель 4BTA3.9 объёмом 3,9 л с турбонаддувом и непосредственным впрыском, номинальная мощность 97 кВт, номинальная частота вращения 2200 об/мин, водяное охлаждение, электросистема 24 В. Силовая конфигурация должна одновременно обеспечивать совместную работу вращателя, гидросистемы, гусеничного хода и системы бурового раствора; в материалах это соотносится с непрерывными полевыми работами и отбором керна в скважинах средней глубины в сложных условиях. Ориентировочный расход основного насоса 220 л/мин, давление основного насоса 20 МПа, ориентировочный расход вспомогательного насоса 60 л/мин, давление вспомогательного насоса 17 МПа, охлаждение воздушное; оборудование оснащено функцией фильтрации высокого давления для снижения износа гидронасосов, клапанов управления и исполнительных элементов загрязнителями в гидравлическом масле. Эти значения описывают мощность и гидравлические возможности машины в целом и не имеют прямого пересчёта в условия площадки, поэтому не следует использовать их для вывода о проходимости того или иного рельефа.
Ориентировочный расход системы циркуляции бурового раствора 100 л/мин, давление 7 МПа, частота вращения 360 об/мин, мощность 14 кВт. В материалах отмечено, что циркуляция бурового раствора при колонковом бурении обеспечивает охлаждение буровой коронки, вынос шлама, стабилизацию стенок скважины, смазку бурового инструмента и улучшение внутрискважинных условий; при входе в зоны дробления, сильного выветривания, трещиноватые зоны или зоны поглощения следует корректировать вязкость, расход и меры по укреплению стенок скважины в зависимости от возврата раствора. В проектах средней глубины часто встречаются разломные зоны дробления и трещиноватые породы; способы их обработки зависят от оценки на месте, конкретные пропорции или рабочие значения в материалах не приведены.
Порядок проверки этих условий
Требования к оборудованию для отбора керна при разведке месторождений средней глубины можно выстроить в следующем порядке: сначала по проектной глубине скважины определить используемую систему стандартов, затем проверить, покрывают ли способ отбора керна и канатоёмкость лебёдки эту глубину; далее по залеганию рудного тела убедиться, что угол скважины находится в поддерживаемом оборудованием диапазоне; затем по предполагаемым бурильным трубам и глубине скважины рассчитать запас по усилию подъёма; и наконец на уровне проекта проверить транспортные дороги, размеры площадки, несущую способность грунта и водоотведение.
Следует различать: для первых четырёх пунктов можно найти соответствующие значения в опубликованных материалах CR600I и сравнить их напрямую; последний пункт относится к условиям площадки и должен подтверждаться с учётом фактической ситуации проекта. В материалах отсутствуют: значения, кроме номинальной глубины бурения для разных стандартов, рекомендуемые параметры бурения в зависимости от пород, выводы о применимости транспортных габаритов к конкретным дорогам, а также количественные результаты по качеству керна или производительности работ. Это необходимо дополнительно уточнять у производителя или заказчика проекта на этапе выбора оборудования и заезда; в настоящей статье предположения по этим вопросам не делаются.