«Моя скважина примерно двести метров — достаточно ли выбрать буровую установку на 200 метров?» — это самый распространённый способ постановки вопроса в проектах водяных скважин 200-метрового класса. Он сводит выбор к сравнению одной цифры, но способность оборудования 200-метрового класса пробурить такую скважину зависит от набора, а не от одного условия: насколько глубока скважина, какого диаметра обсадную трубу нужно установить, насколько толстый верхний покровный слой, где расположен водоносный горизонт, каким способом бурить породу, может ли оборудование доехать до точки бурения и устойчиво встать. В данной статье на основе открытых данных WR200SE разбираются рабочие условия, которые действительно нужно учитывать за этими двумястами метрами, и поясняется, какие параметры соответствуют каким требованиям и какие необходимо дополнительно уточнить на месте.
Порядок разбора рабочих условий
Сначала уточним предпосылку: все дальнейшие рассуждения основаны на открытых параметрах WR200SE, значения других моделей нельзя применять напрямую. Это оборудование представляет собой гусеничную буровую установку для водяных скважин 200-метрового класса с телескопической мачтой, двигателем Yuchai мощностью 58 кВт, диаметром бурения 140–254 мм, диаметром буровых штанг 76/89 мм, длиной штанг 1,5/2,0/3,0 м, крутящим моментом вращения 3400–4700 Н·м, скоростью вращения 45–70 об/мин, грузоподъёмностью 13 т, скоростью быстрого подъёма 30 м/мин, скоростью быстрой подачи 60 м/мин, длиной одного хода подачи 3,3 м, ходом высоких выносных опор 1,4 м, ориентировочным рабочим давлением воздуха 1,7–2,5 МПа, расходом воздуха 17–31 м³/мин, общей массой около 4,7 т, скоростью передвижения около 2,5 км/ч, максимальной преодолеваемой крутизной ориентировочно 30°.
Эти значения не нужно заучивать — их назначение в том, чтобы ответить на следующие шесть вопросов. Следует отметить, что параметры оборудования могут ответить только на вопросы со стороны оборудования; вопросы геологии должны быть решены на основе материалов изысканий самого проекта.
Пункт первый: запас, который оставляет цифра 200 метров
200 м — это максимальная глубина бурения. Скважина глубиной около 200 м и скважина, в которой воду ожидают на 150 м, предъявляют к одной и той же установке разные требования. В материалах чётко указано: фактическая глубина готовой скважины всё ещё должна определяться с учётом местных гидрогеологических условий, положения водоносного горизонта, диаметра скважины, бурового инструмента и технологии строительства. Иными словами, 200 м — это верхний предел возможностей оборудования, а не глубина поиска воды.
В материалах есть ещё одна фраза, которую можно процитировать напрямую: для сельских районов с относительно глубоким залеганием подземных вод, зон орошения сельхозугодий и холмистой местности оборудование 200-метрового класса имеет больший запас по глубине поиска воды, чем модели 120-метрового класса. Это означает, что при неопределённости в оценке уровня воды 200-метровый класс оставляет больше пространства для корректировки, чем 120-метровый, а не то, что 200 м обязательно бурят лучше, чем 150 м. Если региональные гидрологические данные уже определяют положение водоносного горизонта в определённом интервале, то определять класс по целевой глубине скважины плюс разумный запас консервативнее, чем по максимальному номинальному значению.
Есть ещё одно неправильное толкование, которого следует избегать: в материалах также указано, что при строительстве следует разумно определять точку бурения на основе местных данных о подземных водах и избегать попыток компенсировать ошибку выбора места только за счёт увеличения глубины бурения. Глубина бурения не заменяет оценку места заложения скважины.
Пункт второй: обсадная труба и насос, соответствующие диапазону диаметров
Диапазон диаметра бурения WR200SE составляет 140–254 мм. Этот интервал охватывает размерные потребности распространённых конфигураций обсадных труб и погружных насосов для водяных скважин, но конкретный диаметр выбирается не по предпочтительному значению оборудования, а по конструкции готовой скважины: наружный диаметр обсадной трубы, длина фильтровой трубы, толщина слоя засыпки, наружный диаметр погружного насоса и целевой дебит.
В материалах есть суждение, которое можно напрямую использовать как основание для выбора: для сельскохозяйственных скважин, требующих длительной откачки, следует до начала работ определить диаметр скважины, фильтровую трубу и тип насоса с учётом ожидаемого дебита, а не просто стремиться к большему диаметру. Чем больше диаметр, тем выше потребности во вращении, удалении шлама и расходе воздуха. На оборудовании 200-метрового класса установка диаметра на минимальном разумном значении, удовлетворяющем требованиям обсадной трубы и насоса, более благоприятна для контроля нагрузки в процессе бурения. В таблице параметров нет соответствующего поля, это необходимо уточнить на этапе проектирования.
Пункт третий: грузоподъёмность и крутящий момент соответствуют технологическим операциям
Значение грузоподъёмности 13 т относится к спуско-подъёмным операциям, обработке буровых штанг и части работ с обсадными трубами, а не к показателю глубины скважины. Чем глубже скважина, чем длиннее буровая колонна и чем больше трение в скважине, тем заметнее нагрузка, которую должна воспринимать грузоподъёмность. 13 т у WR200SE — нормальная конфигурация для 200-метрового класса, но в материалах также указано: при прихвате, сужении стенок скважины или аномальном возврате воды следует сначала оценить состояние пород и скважины, а затем решать проблему путём промывки, подъёма инструмента для проверки или обработки обсадной трубы, избегая простого вытягивания инструмента большой грузоподъёмностью. Эта фраза важнее для методики оценки, чем для параметров.
Крутящий момент вращения 3400–4700 Н·м в сочетании со скоростью вращения 45–70 об/мин, согласно материалам, применим к выветрелым и монолитным породам и может использоваться с распространёнными пневмоударниками для пневматического бурения. В материалах также отмечено, что в процессе бурения следует регулировать вращение и подачу в зависимости от твёрдости пород и условий удаления шлама; не рекомендуется длительно работать с неизменными параметрами. Поэтому перед закупкой или началом работ необходимо уточнить: какие породы преобладают — грунт, песчано-гравийные отложения или скальные; какой пневмоударник и какое долото планируется использовать для скальной части; каков максимальный диаметр скважины. Если эти три пункта не определены, значение крутящего момента само по себе не позволяет сделать вывод.
Пункт четвёртый: подбор компрессора — самый подверженный ошибкам
Ориентировочное рабочее давление воздуха 1,7–2,5 МПа, расход воздуха 17–31 м³/мин. Эти два значения отражают потребность установки в компрессоре, а не возможности самого компрессора. В материалах есть одно условие, которое стоит процитировать отдельно: требования к компрессору значительно различаются в зависимости от диаметра скважины, пневмоударника и пород; например, при увеличении диаметра, повышении твёрдости пород или росте высоты над уровнем моря обычно требуется более достаточная подача. Недостаточное соответствие компрессора напрямую влияет на частоту ударов, удаление шлама и эффективность бурения.
На практике проблемы при закупке возникают вполне конкретно: увеличение диаметра с 140 мм до 254 мм, выход в более твёрдые породы, такие как гранит, или работа на большой высоте — все эти три случая смещают потребность к верхней границе диапазона 17–31 м³/мин или даже за неё. Поэтому при согласовании конфигурации компрессора с производителем следует указывать диаметр скважины, модель пневмоударника, твёрдость пород и высоту над уровнем моря, а не только глубину бурения.
Пункт пятый: поэтапная обработка пород определяет технологию
В открытых материалах WR200SE даны достаточно чёткие направления обработки по типам пород; этот раздел важнее параметров для оценки пригодности оборудования:
- Грунт, глина, песчано-гравийные отложения и рыхлый покровный слой: в материалах указано, что прямое применение пневмоударника не обязательно является оптимальным решением. В рыхлых покровных отложениях возможны обрушение стенок, заваливание инструмента и увеличение диаметра; следует сначала обработать верхний интервал скважины с применением обсадных труб, бурового раствора или других способов стабилизации, а затем продолжать бурение в устойчивых породах.
- Выветрелые породы: обычно проходка быстрая, но устойчивость стенок скважины может быть низкой; следует в зависимости от вывалов и сужения решать, сопровождать ли бурение обсадной трубой.
- Относительно монолитные породы, такие как известняк, песчаник, гранит: можно применять подходящие пневмоударники и долота для пневматического бурения, уделяя основное внимание согласованию расхода воздуха, вращения и подачи.
- Зоны дробления и трещиноватые породы: возможны утечки воздуха, вывалы и прихваты; следует снизить слишком быструю подачу, поддерживать непрерывную очистку скважины, наблюдать за изменением давления воздуха и удаления шлама; при большой мощности зоны дробления можно рассмотреть способ с обсадной трубой.
- Водоносный горизонт и сильные водопритоки: водоприток изменяет состояние удаления шлама и условия работы пневмоударника; следует корректировать подачу воздуха компрессора и способ очистки скважины в соответствии с фактическим дебитом, своевременно фиксировать глубину водоносного горизонта и до завершения скважины рационально располагать обсадные трубы, фильтры и водоизолирующие конструкции.
Сопоставив этот раздел с предыдущими параметрами: пригодность оборудования 200-метрового класса во многом зависит от толщины верхних рыхлых отложений и доли зон дробления. Если покровный слой очень глубокий, а зона дробления очень мощная, работы по установке обсадных труб и стабилизации скважины займут значительный объём; этот объём работ нужно отдельно предусмотреть в сроках и комплектации материалами, а не покрывать параметром глубины бурения.
Пункт шестой: условия площадки для заезда и устойчивой установки
Гусеничное шасси, скорость передвижения около 2,5 км/ч, максимальная преодолеваемая крутизна ориентировочно 30°, общая масса около 4,7 т, габаритные размеры около 3950 × 1750 × 2250 мм, ход высоких выносных опор 1,4 м. Эти параметры совместно ограничивают возможность оборудования добраться до точки бурения и устойчиво встать на ней.
В материалах указано, что гусеничная конструкция подходит для сельских дорог, сельхозугодий, щебёночных площадок и слегка неровной поверхности; при движении по склону следует снижать центр тяжести, убирать мачту и проверять сцепление с грунтом; фактическая безопасная преодолеваемая крутизна должна оцениваться по состоянию площадки. Высокие выносные опоры ходом 1,4 м используются для опоры и выравнивания на неровной площадке; перед началом бурения необходимо обеспечить устойчивое распределение нагрузки на шасси и опоры, при необходимости добавить подкладки, чтобы избежать просадки на мягком грунте, приводящей к наклону мачты и смещению точки бурения.
Этот раздел соответствует тому, что нужно уточнить перед заездом: расстояние от точки бурения до дороги, достаточна ли ширина дороги для прохода всей установки, достаточно ли места на площадке для опоры выносных опор ходом 1,4 м. В материалах приведено поле ширины при погрузке, но в тексте оно не раскрыто, поэтому соответствие транспортных средств необходимо отдельно уточнять у производителя при закупке; в данной статье предположения не делаются.
Какой этап работ изменяют телескопическая мачта и длина буровых штанг
Телескопическая мачта обеспечивает длину одного хода подачи 3,3 м и может комплектоваться штангами 1,5 м, 2,0 м и 3,0 м. Эти две группы значений совместно определяют частоту наращивания штанг: при ходе подачи 3,3 м штанга 3,0 м позволяет в основном пройти интервал за один раз, а со штангой 1,5 м потребуется больше операций наращивания и разъединения. В материалах ценность телескопической мачты описана как большая гибкость при транспортировке и адаптации к площадке, а также обеспечение лучшего рабочего пространства для обработки штанг и непрерывного бурения в нормальном рабочем состоянии. Это описание конструкции со стороны оборудования; сколько именно вспомогательного времени удастся сэкономить, зависит от выбора штанг и работы на месте; соответствующих данных в материалах нет, и в данной статье расчёты не приводятся.
Что касается выбора комплектующих, в материалах перечислены буровые штанги 76 мм или 89 мм, пневмоударники, долота, инструменты для обсадных труб, компрессоры, воздуховоды, маслораспылители и оборудование для пены, а также указано, что комплектующее оборудование следует подбирать в комбинации с учётом целевой глубины, диаметра, пород и способа строительства; не рекомендуется комплектовать все позиции только по максимальным параметрам.
Вопросы, которые необходимо отдельно уточнить до и после начала работ
В материалах приведены пункты ежедневной проверки: гидравлические трубопроводы, вращающая головка, лебёдка, гусеницы, мачта и соединения буровых штанг; компрессор и рукава высокого давления требуют проверки соединений и предохранительных устройств; в процессе строительства следует постоянно наблюдать за давлением воздуха, удалением шлама, возвратом воды и температурой оборудования; по завершении — очищать от бурового раствора и пыли и проверять быстроизнашивающийся буровой инструмент. Это пункты обслуживания со стороны оборудования, они не заменяют оценку геологии на месте.
В материалах в конце указаны границы: поскольку фактические геологические условия, инструмент в скважине, угол бурения и способ работы различаются, итоговая эффективность бурения, глубина и результат готовой скважины должны определяться фактическими условиями на площадке. Ориентировочная эффективность бурения в диапазоне 10–35 м/ч также основана на этой предпосылке; это интервальное значение, по нему нельзя планировать сроки по одной цифре.
Сведение шести условий в единый порядок оценки
Выбор буровой установки для водяных скважин 200-метрового класса можно вести в таком порядке: сначала определить целевую глубину скважины и запас по поиску воды, затем определить обсадную трубу и диаметр, далее по интервалам пород определить технологию и потребность в обсадных трубах, проверить подачу компрессора по диаметру, породам и высоте над уровнем моря, и наконец проверить дорогу для заезда, пространство у точки бурения и условия опоры выносных опор. После уточнения этих шести пунктов следует сопоставить их с открытыми параметрами WR200SE и посмотреть, какие условия укладываются в возможности оборудования, а какие требуют дополнительной комплектации или выбора другой модели.
Если какой-либо из этих пунктов сейчас невозможно определить — например, положение водоносного горизонта, толщина покровного слоя или максимальный диаметр ещё не установлены, — то на данном этапе возможна условная оценка: сначала по консервативным допущениям оценить требуемый диаметр и расход воздуха, затем уточнить соответствующую конфигурацию у производителя. Пока эти условия не проверены, решение о выборе только на основании цифры «200 метров» недостаточно для вывода о пригодности данной установки.