В материалах RC500-CS3 трёхкомпонентная циклонная система отбора проб CS3 иногда представлена тремя словами подряд: циклон, разделение пробы, упаковка. Эти три этапа не являются тремя параллельными функциями, а представляют собой три последовательные операции, через которые проходит один и тот же поток возвращаемой пробы. При раздельном чтении легко понять «разделение пробы» как отдельное устройство, а «упаковку» — как завершающую фразу процесса; только при последовательном чтении видно, что эта система изменяет именно тот участок пути, по которому проба возвращается с внутренней трубы буровой штанги на поверхность.
В данной статье рассматривается только последовательность и значение этих трёх этапов на основе опубликованных материалов для данной модели; конфигурации отбора проб других моделей не затрагиваются.
Сначала установим порядок трёх этапов
Согласно описанию в материалах, шлам, образующийся при бурении с обратной циркуляцией, возвращается на поверхность по внутренней трубе двухстенной RC-штанги, затем поступает в циклонную систему, где происходит разделение высокоскоростного воздушного потока и твёрдых частиц, далее через механизм разделения пробы формируется проба, пригодная для геологической документации и лабораторных исследований, и наконец поступает на этап сбора пробы. Эти три действия последовательно связаны в потоке материала: циклон отвечает за разделение газа и твёрдых частиц, разделение пробы — за превращение партии материала в пригодную пробу, упаковка — за фиксацию пробы в виде объекта, который можно маркировать, отправлять на анализ и архивировать.
Если читать только «циклон», можно подумать, что это пылеулавливающее или шламоудаляющее устройство; если читать только «разделение пробы», можно подумать, что точность определяется только этим механизмом; если читать только «упаковку», можно подумать, что этот этап — просто физическая работа. Только читая все три этапа вместе, можно увидеть, что выход каждого этапа является входом для следующего.
Этап циклона: сначала решается разделение газа и твёрдых частиц
В материалах назначение циклона указано прямо — разделение высокоскоростного воздушного потока и твёрдых частиц. Возвращаемая проба во внутренней трубе находится в газотвёрдом смешанном состоянии, скорость и содержание твёрдых частиц нестабильны, и подавать её напрямую на этап разделения пробы не имеет смысла. Задача этапа циклона — сначала разделить воздушный поток и шлам, чтобы последующие этапы имели дело с относительно контролируемым твёрдым материалом.
Этот этап сам по себе не выполняет функцию глубокой изоляции. Циклон разделяет газ и твёрдые частицы, поступающие в один момент времени; он не регистрирует и не различает, из какого интервала скважины поступил этот материал. Информация о глубине добавляется позже, при маркировке на этапе упаковки.
Этап разделения пробы: превращение возвращаемого материала в «пробу»
В материалах используется формулировка «механизм разделения пробы формирует пробу, пригодную для геологической документации и лабораторных исследований». В этом предложении стоит отметить два момента. Во-первых, «разделение пробы» означает отбор представительной части из общего объёма возвращаемого материала, а не упаковку всего шлама; во-вторых, продукт этого этапа уже определён как проба, то есть объект, который в дальнейшем должен быть привязан к конкретной глубине и войти в процесс документации и отправки на анализ.
Точность разделения пробы, коэффициент сокращения, масса единичной пробы — эти числовые значения в открытых материалах не приведены. Если проект предъявляет чёткие требования к коэффициенту разделения пробы, этот пункт необходимо уточнить у производителя; его нельзя вывести напрямую из формулировки «представительное разделение пробы».
Этап упаковки: фиксация пробы как прослеживаемого объекта
В этой части материалов речь идёт об управленческих действиях, а не о механических: на каждом мешке для пробы можно указать номер скважины, начальную и конечную глубину, дату и номер пробы, что облегчает отправку на анализ, архивирование и прослеживаемость. Иными словами, упаковка — единственный из трёх этапов, на котором «глубина» вносится в пробу.
Это также объясняет, почему три этапа следует читать вместе: циклон и разделение пробы имеют дело с материалом, упаковка — с материалом плюс информацией. Как бы гладко ни работали первые два этапа, если маркировка на третьем этапе не соответствует однозначно, пробу всё равно невозможно будет привязать к глубине скважины на этапе лабораторных исследований.
При последовательном чтении трёх этапов: какие выводы нельзя сделать из этих трёх этапов
- Нельзя сделать вывод, что «пробы не будут смешиваться». В материалах описание возврата пробы по внутренней трубе обратной циркуляции сводится к сокращению пути контакта пробы с другими породами стенок скважины, что помогает снизить вероятность взаимного смешивания шлама с разных глубин; при этом прямо указано, что представительность конечной пробы всё ещё зависит от очистки скважины, наращивания штанг, стабильности возврата пробы и управления отбором проб на месте.
- Нельзя сделать вывод, что «коэффициент разделения пробы фиксирован». В материалах не указаны коэффициент сокращения и масса единичной пробы.
- Нельзя сделать вывод, что «упаковка выполняется автоматически». В материалах лишь указано, какую информацию можно нанести на мешок для пробы, но не сказано, кто и каким способом выполняет маркировку.
- Нельзя сделать вывод, что «три этапа применимы для всех типов пород». В материалах есть отдельное указание: в зонах разломов, брекчий и трещиноватых пород обломки со стенок скважины могут кратковременно задерживаться в скважине и затем возвращаться сосредоточенно, что влияет на соответствие пробы и глубины.
Помимо трёх этапов: указанные в материалах узлы очистки
В разделе управления отбором проб в материалах упоминается, что при наращивании штанг, очистке скважины или возобновлении бурения после остановки следует в соответствии с местной системой отбора проб обрабатывать переходные пробы, чтобы не допустить попадания остатков шлама из предыдущего интервала скважины в пробу следующей глубины. Это указание относится именно к стыкам между тремя этапами: к каналу между циклоном и разделением пробы, к ёмкости между разделением пробы и упаковкой. Трёхкомпонентная система сокращает ручную пересыпку проб и вторичную перевалку, но очистка этих стыков всё ещё относится к содержанию местной системы отбора проб.
Остальные соответствующие значения RC500-CS3 для справки
| Параметр | Значение по материалам |
|---|---|
| Максимальная глубина бурения | 500 м |
| Диаметр скважины | 105–400 мм |
| Рабочий угол | 45° / 90° |
| Усилие подъёма | 25 т |
| Осевое давление | 7 т |
| Максимальный крутящий момент вращения | 10000 / 5000 Н·м |
| Максимальная скорость вращения | 75 / 150 об/мин |
| Рекомендуемое рабочее давление воздуха | 1,6–6 МПа |
| Рекомендуемый расход воздуха | 16–55 м³/мин |
| Двигатель | 132 кВт Cummins |
| Усилие вспомогательной лебёдки | 1,5 т |
| Ход гидравлических аутригеров | 1,6 м |
| Общая масса | около 12 т |
| Габаритные размеры | около 7 × 2,1 × 2,9 м |
Что не освещено в этих материалах
Производительность циклона и граница разделения частиц, коэффициент сокращения механизма разделения пробы и масса единичной пробы, размер мешка для пробы, время переключения и очистки между тремя этапами — эти сведения в имеющихся открытых материалах отсутствуют. Если проект предполагает непрерывный отбор проб с фиксированным интервалом проходки и предъявляет чёткие требования к массе пробы и коэффициенту разделения, следует при закупочных переговорах уточнить каждый пункт у производителя, а не делать выводы самостоятельно из формулировки «три в одном».