«Эта установка может пробурить 1000 метров, а твоя скважина 800 метров — значит, хватит». Такие разговоры в проектах водяных скважин не редкость. Строка максимальной глубины бурения в материалах буровой установки класса 1000 м означает верхний предел глубины скважины, который оборудование может достичь в заданных условиях; а реализуемость проекта зависит от того, выполняются ли одновременно несколько групп условий: диаметр скважины, конструкция готовой скважины, грузоподъёмность, крутящий момент, компрессор, подъездные дороги. В этой статье на примере открытых параметров WRT1000 с нашего сайта разбираются по пунктам несколько заблуждений, которые легко прочитать как «глубины бурения достаточно».
Сначала приведём открытые параметры WRT1000
WRT1000 — это буровая установка для водяных скважин класса 1000 м на автомобильном шасси с прямой мачтой. В открытых данных указаны основные значения: максимальная глубина бурения 1000 м, диаметр бурения 105–800 мм, грузоподъёмность 51/52 т, крутящий момент вращения в двух режимах 20000/10000 Н·м при 70/140 об/мин, осевое давление 11 т, ход подачи 7 м, рекомендуемый диаметр бурильных труб 114 мм, быстрое подъём 28 м/мин, быстрая подача 42 м/мин, рекомендуемое рабочее давление DTH 1,65–8 МПа, расход воздуха 16–96 м³/мин, дизельная мощность 194 кВт, масса машины около 26 т, транспортные размеры около 10,8×2,5×4,23 м. Две вспомогательные лебёдки — 4 т и 3 т соответственно.
Эти значения — несколько граней возможностей одной и той же машины, а не разные формулировки одного вывода. Глубина бурения — лишь одна из строк.
Заблуждение 1: принимать максимальную глубину бурения за целевую глубину скважины
В материалах написано «максимальная глубина бурения 1000 м» — это верхний предел возможности по глубине скважины для данной комплектации оборудования. На какую глубину бурить скважину в проекте, зависит от глубины залегания водоносного горизонта, целевого дебита, конструкции обсадной колонны, технологии сооружения скважины и типа насоса, а не определяется обратно от предела оборудования.
Типичная ситуация в проектах глубоких подземных вод: верхний водоносный горизонт нестабилен или недостаточен по дебиту, нужно искать более глубокий источник. В этом случае глубина бурения класса 1000 м даёт запас на строительство, а не означает, что каждую скважину нужно бурить до 1000 м. На этапе сооружения скважины также необходимо с учётом распределения водоносных горизонтов устанавливать фильтры, водоизолирующие участки и окончательный тип насоса; требования по глубине для этих операций не всегда совпадают с глубиной бурения.
Заблуждение 2: смотреть только на глубину бурения, не учитывая нагрузку при соответствующем диаметре
Диапазон диаметров WRT1000 — 105–800 мм. Диаметр и глубина бурения — не две независимые линии: при увеличении диаметра одновременно возрастают нагрузка на буровой инструмент, потребность в компрессоре, вес обсадных труб, сложность бурения. Одна и та же машина при диаметре 105 мм и при 800 мм может достичь разной глубины; в открытых данных таблицы соответствия диаметра и глубины не приводится.
Большой диаметр подходит для более крупных обсадных труб и насосов, но затраты на этой стороне нужно считать чётко: растёт нагрузка на бурильные трубы, увеличивается объём выносимой породы, усложняется спуск обсадных труб. При выборе диаметра в проекте следует исходить из дебита и конструкции скважины, а не брать сверху вниз от предельного диаметра оборудования.
Заблуждение 3: считать грузоподъёмность и крутящий момент «есть — и достаточно»
На глубине класса 1000 м абсолютные значения собственного веса бурильных труб, веса обсадных труб и трения о стенки скважины заметно возрастают. WRT1000 даёт грузоподъёмность 51/52 т и осевое давление 11 т для глубоких спуско-подъёмных операций, извлечения погружного пневмоударника, частичных работ с обсадными трубами и обработки инструмента в аномальных интервалах.
Здесь есть момент, который легко упростить: большая грузоподъёмность не означает, что при постоянном росте сопротивления при подъёме можно сразу тянуть. В материалах указано: сначала очистить скважину и оценить состояние в ней, затем принимать решение о действии. Верхний предел грузоподъёмности — скорее граница, чем обычное рабочее значение.
То же самое относится к вращению. 20000/10000 Н·м соответствуют двухскоростной конфигурации 70/140 об/мин: низкая скорость и высокий крутящий момент больше подходят для больших диаметров, твёрдых пород и интервалов с высоким трением; высокая скорость — для устойчивых пород с меньшим сопротивлением. Два режима — это выбор из двух условий работы, а не две передачи скорости. При глубоком бурении нужно динамически регулировать с учётом нагрузки на вращение, выноса породы и износа инструмента, нельзя бурить до конца на одной фиксированной передаче.
Заблуждение 4: считать компрессор прилагаемым к оборудованию
Рекомендуемое рабочее давление DTH-бурения WRT1000 — 1,65–8 МПа, расход воздуха 16–96 м³/мин. Эта строка значений определяет, что комплектующий компрессор — не мелочь, которую можно выбрать наугад.
Для глубоких скважин класса 1000 м и больших диаметров в твёрдых породах требования к давлению и подаче компрессора очень высоки; выбор должен учитывать спецификацию погружного пневмоударника, диаметр, глубину, высоту над уровнем моря и твёрдость породы, нельзя смотреть только на номинальное давление. В материалах на это специально указано. Фактор высоты над уровнем моря влияет одновременно на фактическую подачу компрессора и эффективность погружного пневмоударника, поэтому пригодность одного и того же компрессора на разной высоте неодинакова; эту часть нужно рассчитывать отдельно с учётом местоположения проекта.
Заблуждение 5: считать, что класса 1000 м достаточно, если машина может заехать
WRT1000 имеет автомобильную компоновку; при перебазировании не нужно, как для гусеничной буровой, многократно организовывать погрузку-разгрузку на платформу — это её преимущество в проектах с рассредоточенными точками бурения. Но масса машины около 26 т, транспортные размеры около 10,8×2,5×4,23 м, и транспортная высота 4,23 м — это жёсткое ограничение, которое легко упустить.
Мачта прямой компоновки на автомобильном шасси поднимается при работе и складывается в транспортное положение при перебазировании; конструкция с прямой мачтой ограниченно уменьшает транспортный габарит. Перед заездом необходимо проверить ограничения высоты на дорогах, мосты, воздушные линии, проёмы ворот на территории и другие препятствия сверху, а также несущую способность дорог, уклон, радиус поворота и несущую способность площадки, особенно при сложных дорожных условиях в горнодобывающих районах.
Заблуждение 6: говорить о применимости к породам как о применимости ко всей скважине
В материалах WRT1000 даётся посегментный подход по породам: в верхних рыхлых отложениях, глине, песках и гравийных слоях можно применять вращательное бурение с промывочной жидкостью, обсадные трубы или другие способы стабилизации скважины; после входа в монолитные твёрдые породы можно оснастить погружной пневмоударник среднего и высокого давления для DTH-бурения; выветрелые породы, зоны дробления и смешанные породы могут непрерывно меняться в одной скважине.
Понимание «можно оснастить DTH» как «DTH можно использовать по всей скважине» игнорирует устойчивость верхних интервалов. В глубокой скважине 1000 м, если в верхнем интервале возникнет обрушение, сужение или проблема с обсадной колонной, риски и затраты на последующее глубокое бурение значительно возрастут; в материалах это чётко указано. При работе в зонах дробления необходимо снижать подачу, усиливать очистку скважины и в зависимости от состояния стенок бороться с вывалами и сужениями.
После входа в основной водоносный горизонт увеличение притока воды в скважине влияет на вынос шлама и циркуляцию погружного пневмоударника. В процессе работ следует фиксировать глубину основных водоносных интервалов и корректировать подачу воздуха, очистку скважины и схему обсадки в зависимости от водопритока.
Заблуждение 7: рассматривать бурильные трубы и ход подачи отдельно
Ход подачи WRT1000 — 7 м, можно использовать бурильные трубы 3 м или 6 м, рекомендуемый диаметр 114 мм. Трубы 6 м подходят для длительных глубоких скважин, сокращают число наращиваний; трубы 3 м больше подходят для площадок с ограничениями по пространству, транспортировке или ручным операциям.
Ход подачи, длина бурильных труб и число наращиваний — взаимосвязанная группа условий организации работ. Быстрый подъём 28 м/мин и быстрая подача 42 м/мин описывают скорость вспомогательных движений, а не эффективность бурения как таковую. Если принимать эти две группы значений за комплексную способность оборудования, можно получить излишне оптимистичное суждение.
Условия для совместной проверки
Объединив перечисленные заблуждения, перед выбором оборудования типа WRT1000 для проекта водяной скважины класса 1000 м стоит пункт за пунктом сверить следующие позиции.
| Пункт проверки | Значение из материалов | Что нужно уточнить отдельно |
|---|---|---|
| Целевая глубина скважины | Максимальная глубина бурения 1000 м | Глубина залегания водоносного горизонта, конструкция скважины, фактическая глубина под тип насоса |
| Диаметр скважины | 105–800 мм | Целевой дебит, размер обсадных труб, фактическое сочетание диаметра и глубины |
| Грузоподъёмность | 51/52 т, осевое давление 11 т | Вес бурильных и обсадных труб, накопленное трение о стенки на конкретной глубине |
| Вращение | 20000/10000 Н·м, 70/140 об/мин | Метод выбора режима по диаметру, породе и состоянию выноса шлама |
| Компрессор | 1,65–8 МПа, 16–96 м³/мин | Фактические потребности по спецификации пневмоударника, высоте над уровнем моря, твёрдости породы |
| Перебазирование | Около 26 т, около 10,8×2,5×4,23 м | Ограничения высоты, несущая способность, уклон, повороты и несущая способность площадки |
| Породы | Вращение с промывкой, обсадка, посегментное применение DTH | Схема стабилизации верхних интервалов, обработка зон дробления, меры против водоносных интервалов |
| Бурильные трубы | Ход подачи 7 м, рекомендуемый диаметр 114 мм | Условия применения труб 3 м и 6 м на конкретной площадке |
Что не раскрыто в этой статье
В открытых материалах WRT1000 не приводится соответствие между различными диаметрами и максимальной глубиной скважины, а также значения эффективности бурения по разным породам, список совместимых брендов погружных пневмоударников, конкретные методы проектирования фильтров и водоизолирующих участков. Эти сведения не входят в таблицу параметров оборудования и должны определяться отдельно гидрогеологическим проектированием и технологией сооружения скважины.
Большая цифра глубины бурения — это чёткий показатель возможностей оборудования, но она отвечает только на вопрос «насколько глубоко эта машина теоретически может пробурить». Только после совместной проверки диаметра, грузоподъёмности, крутящего момента, компрессора, схемы по породам и условий заезда эта цифра сможет превратиться в выполнимый план проекта.