«600-метровый класс» звучит как целевое значение, с которым можно напрямую сопоставить: в требованиях указано 600 метров, в материалах на оборудование указано 600 метров — и кажется, что всё совпадает. Однако в проектах водоснабжения сначала нужно определить, какой именно должна быть эта скважина — до какой глубины бурить, какой диаметр использовать, какие обсадные трубы устанавливать, какой погружной насос подбирать, какие пласты проходить. И только после того, как эти условия определены, можно обсуждать, покрывают ли их параметры оборудования. В данной статье на основе открытых материалов WRT600, представленных на этом сайте, шаг за шагом сопоставляются цели водоснабжения с возможностями оборудования в том порядке, в котором они формируются.
Сначала рассмотрим оборудование, взятое за основу в данной статье
WRT600 — это самоходная буровая установка для водяных скважин с прямой мачтой и полностью гидравлическим приводом. Согласно открытым параметрам, максимальная глубина бурения составляет 600 м, диаметр бурения — 140–450 мм, усилие подъёма — 37 т, осевое давление — 6 т, крутящий момент вращения — 15000 / 7500 Н·м, соответствующие максимальные частоты вращения — 70 / 140 об/мин, ход подачи — 7 м, рекомендуемый диаметр бурильных труб — 102 / 114 / 127 мм, длина бурильных труб — 3 м или 6 м, общая масса машины — около 26 т, транспортные габариты — около 10 × 2,48 × 3,75 м, дизельный двигатель мощностью 132 кВт. При бурении DTH-погружным молотком рекомендуемое рабочее давление воздуха — 1,2–3,5 МПа, расход воздуха — 16–55 м³/мин. Все приведённые ниже оценки рассматриваются только в рамках этих материалов.
Шаг 1: к какому интервалу скважины сначала привязать целевую глубину
В проектах водоснабжения «глубина скважины» обычно имеет три значения: проектная глубина скважины, глубина залегания целевого водоносного горизонта и запас на поиск воды, который необходимо предусмотреть ниже. 600 м — это максимальная глубина бурения, указанная в материалах на оборудование, и она не означает, что каждую скважину нужно бурить до 600 м. Возможности 600-метрового класса имеют смысл в районах с глубоким залеганием подземных вод, нестабильными shallow-водоносными горизонтами или необходимостью большего запаса на поиск воды. И наоборот, если целевой водоносный горизонт стабилен уже на глубине около 200 м, то сама по себе глубина скважины не является основанием для выбора оборудования этого класса.
Результатом этого шага должен стать чёткий интервал глубины скважины, а также понимание того, будет ли эта глубина проходить через коренные породы или в основном остановится в верхней и средней рыхлых толщах.
Шаг 2: диаметр и конструкция скважины определяют уровень нагрузки
Диапазон диаметров 140–450 мм охватывает различные конструкции скважин, но для сельскохозяйственных и коммунальных водяных скважин обычно не требуется длительное использование максимального диаметра; больший диаметр может потребоваться для горнодобывающих, промышленных и высокодебитных проектов водоснабжения. Выбор диаметра должен служить конечной цели обустройства скважины: обсадным трубам, фильтровым трубам, типоразмеру погружного насоса и ожидаемому дебиту. Чем больше диаметр, тем больше нагрузка в скважине при той же глубине, и соответственно меняются требования к усилию подъёма, крутящему моменту и расходу воздуха.
К параметрам, которые необходимо определить заранее, относятся: конечный диаметр скважины, диаметр и материал обсадных и фильтровых труб, положение водоизоляционного участка, необходимость использования обсадной колонны для создания устойчивого верхнего интервала. Эти данные не берутся из таблицы параметров оборудования, а являются результатом гидрогеологических изысканий и проектирования скважины.
Шаг 3: усилие подъёма и крутящий момент проверяются по операциям, а не по общему объёму
Усилие подъёма 37 т и осевое давление 6 т обеспечивают запас для спуска и подъёма бурильных труб, извлечения погружного молотка и части работ с обсадными трубами. На глубине скважины 600-метрового класса собственный вес бурильных труб, трение о стенки скважины и вес обсадных труб увеличиваются, поэтому на этом шаге рассматриваются конкретные операции: какой вес бурильной колонны необходимо спустить, на сколько секций спускаются обсадные трубы, требуется ли подъём при возникновении аномалий в скважине. В материалах также указано ограничение: при аномальном сопротивлении подъёму бурильных труб следует сначала оценить и устранить причину путём очистки скважины и оценки её состояния, а не полагаться только на максимальное усилие подъёма для принудительного извлечения.
Параметр крутящего момента соответствует двум наборам значений: 15000 / 7500 Н·м и 70 / 140 об/мин. Низкая скорость и высокий крутящий момент больше подходят для больших диаметров, твёрдых пород и интервалов с высоким сопротивлением; высокоскоростной диапазон — для устойчивых пластов с меньшим сопротивлением. В процессе бурения следует динамически регулировать в зависимости от нагрузки на вращение, выноса шлама и состояния бурового инструмента, а не понимать два диапазона как простой выбор скорости.
Ход подачи и типоразмер бурильных труб влияют на организацию работ
Ход подачи составляет 7 м, используется с бурильными трубами длиной 3 м или 6 м. Трубы длиной 6 м сокращают количество наращиваний, что способствует эффективности непрерывного бурения; трубы длиной 3 м лучше подходят для стеснённых площадок или условий с обычной транспортировкой. Скорость быстрого подъёма 30 м/мин и скорость быстрого подачи 41 м/мин в основном используются для операций с бурильными трубами и возврата силового вертлюга. Эти параметры не влияют на возможность достижения 600 м, но определяют количество операций и темп работ на площадке при одной и той же глубине скважины.
Шаг 4: поинтервальное подтверждение способа бурения в соответствии с сочетанием пластов
Во многих водяных скважинах верхняя часть представляет собой рыхлые покровные отложения, а нижняя постепенно переходит в выветрелые и монолитные твёрдые породы. WRT600 как раз предназначена для того, чтобы в верхней части применять вращательное бурение с промывочной жидкостью или обсадную колонну для крепления стенок, а в нижней переключаться на DTH-погружной молоток.
- Рыхлые грунты, глины, пески и песчано-гравийные отложения: можно использовать грязевой насос и соответствующий буровой инструмент для вращательного бурения с промывочной жидкостью; циркуляция промывочной жидкости выносит шлам и помогает стабилизировать стенки скважины. При большой мощности верхних рыхлых отложений можно также применять обсадную колонну для создания устойчивого интервала.
- Относительно монолитные породы: можно использовать погружной молоток среднего и высокого давления для DTH-бурения. При бурении твёрдых пород необходимо обеспечивать смазку погружного молотка, состояние долота и непрерывную очистку скважины.
- Мощные водоносные горизонты и интервалы водопритока: подземные воды изменяют вынос шлама и работу погружного молотка; следует фиксировать глубину основных водоносных горизонтов и корректировать подачу воздуха, очистку скважины и схему обсадных труб в зависимости от водопритока. На этапе обустройства скважины также необходимо устанавливать фильтровые трубы и водоизоляционные участки с учётом положения водоносного горизонта.
- Засушливые и безводные районы: в подходящих породах DTH-бурение в основном relies на удар сжатого воздуха и вынос шлама, что снижает потребность в большом количестве воды для бурения; если верхние рыхлые отложения мощные, всё ещё может потребоваться промывочная жидкость или обсадная колонна.
При DTH-бурении рекомендуемое рабочее давление воздуха — 1,2–3,5 МПа, расход воздуха — 16–55 м³/мин. При выборе компрессора следует одновременно учитывать диаметр скважины, глубину, типоразмер погружного молотка, твёрдость породы и высоту над уровнем моря; если давление достигается, а производительность недостаточна, это всё равно приведёт к недостаточной силе удара и трудностям с выносом шлама.
Шаг 5: отдельно пройти условия доступа и перебазировки
WRT600 выполняет перебазировку по дорогам на самоходном шасси, что подходит для частых перемещений между несколькими объектами и позволяет сократить количество погрузочно-разгрузочных операций. Однако этот шаг и буровые возможности — разные вещи: общая масса машины около 26 т, транспортные габариты около 10 × 2,48 × 3,75 м, прямая мачта требует предварительного подтверждения ограничения высоты на дорогах, габаритов площадки и пространства для разворота, а также несущей способности грунта на буровой площадке, грузоподъёмности мостов и ширины дорог. Самоходная конструкция сокращает погрузочно-разгрузочные операции, но это не означает, что проезд возможен по любой дороге.
Сведение пяти шагов в одну таблицу
| Этап оценки | Что нужно определить заранее | Соответствующие открытые параметры WRT600 |
|---|---|---|
| Целевая глубина скважины | Проектная глубина, глубина залегания целевого водоносного горизонта, запас на поиск воды | Максимальная глубина бурения 600 м |
| Диаметр и конструкция скважины | Конечный диаметр, обсадные и фильтровые трубы, водоизоляционный участок, необходимость обсадной колонны | Диаметр бурения 140–450 мм |
| Подъём и вращение | Вес бурильной колонны, секции обсадных труб, оценка сопротивления в скважине | Усилие подъёма 37 т, осевое давление 6 т, 15000 / 7500 Н·м |
| Способ бурения | Мощность верхних рыхлых отложений, литология нижней части, водоприток | Поинтервальное переключение между вращательным бурением с промывочной жидкостью и DTH; 1,2–3,5 МПа, 16–55 м³/мин |
| Доступ и перебазировка | Ширина и ограничение высоты дорог, радиус разворота, несущая способность площадки | Около 26 т, около 10 × 2,48 × 3,75 м |
Обратный порядок тоже применим
В реальных проектах можно также идти от возможностей оборудования: сначала проверить, может ли машина массой 26 т с прямой мачтой попасть на площадку, затем посмотреть, укладываются ли диаметр и схема обсадных труб в диапазон 140–450 мм, после чего сверить, покрывают ли глубина скважины, усилие подъёма и крутящий момент ожидаемую нагрузку. Ценность обратного порядка в том, что он позволяет как можно раньше выявить жёсткие ограничения — если площадка или дорога не проходят, дальнейшая проверка параметров не имеет смысла.
Что не освещено в этих материалах
В открытых материалах WRT600 не указаны эффективность бурения для конкретных пластов, дебит готовой скважины, стоимость на единицу проходки или скорость проходки в различных породных условиях, а также полный комплект поставки для различных сочетаний глубины и диаметра скважины. Гидрогеологические условия, инструмент в скважине, угол бурения и методы работы различаются, поэтому окончательная эффективность бурения, глубина и результат обустройства скважины должны определяться фактическими условиями на площадке. Гидрогеологические изыскания, оценка качества воды, определение глубины, диаметра, фильтровых труб и типа насоса для официального проекта должны выполняться отдельно от выбора оборудования.