Если записать «проект водозаборной скважины глубиной 500 м» в строку оборудования, обычно остаётся лишь одна фраза: максимальная глубина бурения 500 м. Но в том же описании требований часто также указаны диапазон диаметра скважины, размер обсадной трубы, характеристики погружного насоса, глубина залегания водоносного горизонта, способ доступа на площадку и кто предоставляет компрессор. Эти сведения сами по себе не превращаются в условия для оборудования — их нужно разобрать по пунктам, чтобы сопоставить с конкретными параметрами. Ниже на примере опубликованных на этом сайте значений RC500E требования проекта водозаборной скважины глубиной 500 м разбираются на несколько категорий проверяемых условий по возможностям.
Сначала разберём целевую глубину: какие 500 м у этой установки
В материалах RC500E указана максимальная глубина бурения 500 м и диапазон диаметра скважины 140–400 мм. Эти два значения являются граничными условиями, и не каждая скважина должна одновременно использовать их полностью. В реальных проектах глубина скважины определяется гидрогеологическими данными и положением водоносного слоя, а диаметр скважины — размерами обсадной трубы, фильтровой трубы и погружного насоса. Если использовать оба верхних предела одновременно как целевые значения, это приведёт к переоценке нагрузки на оборудование, а также к отклонению в подборе компрессора и бурового инструмента.
Более практичный подход — сначала зафиксировать две известные величины: глубину готовой скважины и проектный диаметр. Только после определения этих двух значений появляется основа для сравнения длины бурильных труб, веса буровой колонны и объёма удаляемого шлама в затрубном пространстве. Остальные условия затем рассматриваются вокруг этих двух чисел.
Какой этап работ ограничивает усилие подъёма
Усилие подъёма RC500E составляет 300 кН, усилие подачи — 150 кН. В скважине глубиной 500 м собственный вес бурильных труб, трение о стенки скважины и вес обсадных труб накапливаются с глубиной. Усилие подъёма здесь ограничивает спуско-подъёмные операции, спуск обсадных труб и извлечение инструмента из скважины, а не напрямую определяет скорость бурения.
Следует различать: наличие запаса по усилию подъёма не означает, что при аномальном сопротивлении можно сразу тянуть с максимальным усилием. В материалах направление действий при аномальном сопротивлении в скважине — сначала очистить скважину, оценить вывалы и осадок, а затем выбирать способ устранения. Усилие подъёма в таких случаях даёт операционный запас, а не является решением проблемы.
Крутящий момент и скорость вращения нужно рассматривать в паре
Крутящий момент вращения этой установки составляет 8000–12000 Н·м, скорость вращения 40–160 об/мин, применяется частотное регулирование. Сочетание большого диаметра, твёрдой породы и высокого трения больше подходит для низкой скорости и высокого крутящего момента; на стабильных участках скважины с меньшим сопротивлением можно выбирать более высокую скорость. Это два направления одной гидравлической системы вращения, и нельзя судить о том, какой режим нужен для определённого пласта, только по значению крутящего момента.
В материалах перечислены применимые породы, включая гранит, базальт, известняк и песчаник, и указано, что в таких относительно цельных породах применяется бурение погружным пневмоударником DTH. При работе в твёрдых породах необходимо согласовывать удар погружного молота, скорость вращения, усилие подачи и расход воздуха. Если удаление шлама со дна скважины затруднено, дальнейшее увеличение подачи может, наоборот, усилить износ долота и риск прихвата.
Эрлифтная обратная циркуляция меняет путь удаления шлама и создаёт жёсткое условие по комплектации
RC500E использует технологию эрлифтной обратной циркуляции. Сжатый воздух создаёт обратный поток во внутренней трубе и выносит породу и шлам со дна скважины по внутренней полости бурильных труб на поверхность, а не поднимает их по затрубному пространству на большое расстояние. Для глубоких скважин в твёрдых породах этот путь помогает поддерживать чистоту забоя, уменьшать повторное дробление шлама и проблемы с осадком. Однако в материалах также указано, что фактический эффект зависит от производительности компрессора, диаметра скважины, герметичности бурильных труб и условий пласта.
Поэтому эрлифтная обратная циркуляция проявляется не только на буровой установке — она переносит жёсткое условие на вспомогательную систему: компрессор. В материалах рекомендуемое рабочее давление составляет 1,7–3,5 МПа, расход воздуха — 17–42 м³/мин. При увеличении глубины скважины, диаметра, твёрдости породы или высоты площадки требуемый расход возрастает. При подборе необходимо одновременно учитывать потребность в воздухе как для погружного пневмоударника, так и для выноса шлама при обратной циркуляции.
| Условие по возможностям | Опубликованные значения RC500E | Ограничиваемый этап работ |
|---|---|---|
| Глубина бурения и диаметр скважины | 500 м; 140–400 мм | Проектирование глубины готовой скважины и диаметра |
| Усилие подъёма и подачи | 300 кН; 150 кН | Спуско-подъёмные операции, спуск обсадных труб, извлечение инструмента |
| Крутящий момент и скорость вращения | 8000–12000 Н·м; 40–160 об/мин | Нагрузка вращения в твёрдых породах и при большом диаметре |
| Рабочее давление и расход воздуха | 1,7–3,5 МПа; 17–42 м³/мин | Вынос шлама при эрлифтной обратной циркуляции и подача воздуха для погружного пневмоударника |
| Мощность | 132 кВт дизель, 2400 об/мин | Автономная работа на площадках без стабильного электроснабжения |
Геологические условия разбивают один набор параметров на разные требования
В материалах отдельно указаны меры предосторожности для нескольких типов пород: в разломах и зонах дробления возможны вывалы, сужение ствола, утечки воздуха и прихваты; при входе в такие интервалы следует снижать скорость подачи, поддерживать непрерывную очистку скважины и в зависимости от устойчивости стенок применять обсадные трубы или пенный раствор; сложность выветрелых пород и верхних рыхлых покровных отложений — нестабильность стенок скважины, можно сначала с помощью обсадных труб, бурового раствора или других способов стабилизации создать устойчивый интервал, а затем войти в более цельные породы для пневматической обратной циркуляции; после входа в основной водоносный горизонт подземные воды изменяют вынос шлама и работу погружного пневмоударника, необходимо фиксировать глубину основных водоносных слоёв и соответственно корректировать подачу воздуха, очистку скважины и способ обсадки.
В открытых трещинах, карстовых полостях и высокопроницаемых пластах возможны серьёзные утечки воздуха. В материалах указано, что если только повышать давление при недостаточном расходе, на забое всё равно может не быть эффективного воздушного потока; в зависимости от степени можно увеличить производительность компрессора, использовать пену, обсадные трубы или изменить метод бурения. Все эти случаи указывают на одно: в условиях оборудования для проекта глубиной 500 м связь между оценкой пород и расходом компрессора более прямая, чем сама цифра глубины бурения.
Ход подачи и типоразмер бурильных труб влияют на организацию работ
RC500E может комплектоваться ходом подачи 3,3 м или 6,6 м и поддерживает бурильные трубы 1,5 / 2 / 3 / 6 м. Длинный ход 6,6 м подходит для проектов, где хотят сократить число наращиваний и повысить эффективность непрерывного бурения; конфигурация 3,3 м лучше помогает контролировать рабочую высоту установки и адаптивность к площадке. Этот выбор влияет не только на эффективность, но и на схему транспортировки и организацию пространства вокруг устья скважины.
Транспортные размеры около 6300 × 2100 × 2500 мм, рабочие размеры около 4000 × 2900 × 6800 мм, масса установки около 12 т. Перед перебазировкой необходимо проверить грузоподъёмность транспортного средства, точки крепления при погрузке и ограничения по высоте дорог; после прибытия также нужно предусмотреть пространство для подъёма мачты и безопасную рабочую зону. Скорость передвижения на гусеницах около 2,5 км/ч, справочная преодолеваемая крутизна 30°, что больше подходит для щебёночных дорог в горнодобывающих районах, сельских дорог и в целом неровной поверхности; в мягких и влажных грунтах следует перемещаться с осторожностью.
Помимо этих условий, в проекте необходимо отдельно уточнить следующее
- Окончательную глубину скважины и положение водоносного слоя следует определять по гидрогеологическим данным и фактическому бурению; глубина бурения оборудования не является гарантией получения воды.
- Кто предоставляет компрессор и есть ли на площадке стабильное электроснабжение, напрямую влияет на схему привода и стоимость комплектации.
- Для проектов типа водопонижающих скважин количество скважин, диаметр, фильтровые трубы, производительность насосов и расстояние между ними определяются гидрогеологическим расчётом; оборудование выполняет только буровые работы.
- Полную строительную систему можно комплектовать по проекту: погружной пневмоударник обратной циркуляции, долота, бурильные трубы разных типоразмеров, инструмент для обсадных труб, компрессор, шланги высокого давления, маслораспылитель, пенный насос и генератор и т. д.; для разных пород не требуется комплектовать всё.
После разбора проекта водозаборной скважины глубиной 500 м на вышеуказанные категории условий становится яснее, что глубина бурения — лишь входная точка. Усилие подъёма, крутящий момент вращения, путь удаления шлама при эрлифтной обратной циркуляции и соответствующий расход воздуха, ход подачи и условия перебазировки каждый по-своему ограничивают разные этапы работ, и их нужно проверять вместе, чтобы действительно сопоставить требования с оборудованием.