В обсуждении проектов глубокого бурения строка с глубиной бурения обычно оказывается на столе первой: уровень 1000 м или 1500 м — кажется, что чем выше цифра, тем больше скважин можно охватить. Однако в реальной скважине глубина бурения — это лишь паспортный верхний предел; сама по себе она не создаёт возможностей и не говорит о том, при каких условиях данная установка сможет пробурить скважину до конца. На примере открытых данных WR1500S максимальная глубина бурения 1500 м — это строка в таблице параметров, но в той же таблице есть 80 T грузоподъёмности, 31000/15500 N·m крутящего момента вращения, рекомендуемое давление воздуха 1,65–8 MPa, масса всей установки 28 T и другие значения. Именно соотношения между этими значениями определяют, можно ли пройти глубокую скважину по плану.
Чем глубже скважина, тем раньше возрастает собственный вес бурильной колонны
Первое изменение, которое приносит увеличение глубины, — не недостаток возможностей оборудования, а утяжеление того, что нужно поднимать и опускать. Бурильные трубы длиной 9,6 м, рекомендуемый диаметр 114/127 мм — эти штанги соединяются одна за другой, и собственный вес накапливается с глубиной. Приведённые для WR1500S 80 T грузоподъёмности и 16 T осевого давления находятся в этой цепочке: грузоподъёмность соответствует спуско-подъёмным операциям, извлечению бурового инструмента и части работ с обсадными трубами большого диаметра, а осевое давление — составляющей, прикладываемой к забою при бурении.
Здесь есть место, которое легко прочитать неверно. 80 T — это не «величина, которая будет использоваться в каждой скважине», а запас, меняющийся в зависимости от глубины, типоразмера бурильной колонны, трения о стенки скважины и местных сопротивлений. С ростом глубины складываются собственный вес колонны, трение о стенки, вес обсадных труб и возможные локальные заклинивания; при недостаточном запасе грузоподъёмности спуско-подъёмные операции первыми становятся тяжёлыми. И наоборот: если грузоподъёмность указана немалой, это не значит, что аномальное сопротивление можно преодолевать силой — в материалах указан принцип: сначала очистить скважину, затем плавно поднимать, оценивая состояние ствола.
Крутящий момент имеет два диапазона, соответствующих разным интервалам скважины, а не двум скоростям
Система вращения WR1500S указана как максимальный крутящий момент 31000/15500 N·m при максимальной частоте вращения 70/140 r/min. Если читать косую черту как «две передачи коробки передач», в реальном строительстве можно упустить основание для выбора. Низкая скорость и высокий крутящий момент — этот диапазон предназначен для интервалов с большим диаметром, твёрдыми породами и высоким трением; диапазон с более высокой частотой вращения лучше подходит для стабильных интервалов с относительно меньшим сопротивлением. В одной и той же скважине сопротивление меняется при переходе от верхних покровных отложений к монолитным породам, а затем к зонам дробления.
Диапазон диаметров 105–1000 мм и эта группа крутящих моментов — две стороны одного и того же. Чем больше диаметр, тем больше нагрузка, которую нужно преодолеть при вращении, и тем выше требования к производительности компрессора, типоразмеру бурового инструмента и обсадным трубам. Поэтому диаметр — это не «выбрал и можно бурить», а параметр, который нужно проверять вместе с крутящим моментом, грузоподъёмностью и давлением воздуха. В материалах прямо указано, что для реального проекта следует выбирать обоснованный диаметр исходя из цели завершения скважины.
Давление воздуха и расход: этап выноса шлама при глубоком бурении трудно обойти
Что касается способов бурения, в материалах WR1500S приведены три соответствия: верхний привод с гидравлическим вращением — для обычных глубоких водяных скважин и бурения большого диаметра; DTH погружной молот — для выветрелых, трещиноватых и монолитных твёрдых пород; вращательное бурение с промывкой — для рыхлых грунтов, таких как почвенный слой, глина, песок, песчано-гравийные отложения. При использовании DTH рекомендуемое рабочее давление 1,65–8 MPa, расход воздуха 16–120 m³/min.
Эти два значения нужно рассматривать вместе. В проектах глубокого бурения и бурения большого диаметра в твёрдых породах погружному молоту требуется достаточное давление для удара, а для выноса шлама с забоя — достаточный расход, чтобы поднять буровой шлам; при отсутствии одного из двух — давления или расхода — возникают недостаточная сила удара, трудности с выносом шлама или накопление шлама на забое. То есть в таблице параметров указан рекомендуемый диапазон, но возможность попасть в него на практике зависит от возможностей компрессора на площадке, а это не относится к параметрам самой буровой установки.
Верхний интервал скважины и глубокий водоносный горизонт — два разных набора ограничений
Условия строительства, упомянутые в нескольких материалах, стоит разделять: для почвенного слоя, глины, песка и песчано-гравийных отложений можно применять вращательное бурение с промывкой, обсадные трубы или другие способы крепления стенок; на этапе забоя скважины приоритет — создание устойчивого ствола; после входа в породы только тогда рассматривается переход на DTH; после входа в основной водоносный горизонт приток воды изменяет вынос шлама и рабочие характеристики погружного молота, поэтому необходимо фиксировать глубину основных водоносных слоёв и на основании этого корректировать подачу воздуха, очистку скважины и способ обсадки.
Для скважин уровня 1500 м сужение или обрушение верхнего интервала напрямую влияет на последующие работы в глубокой части. Такие ограничения нельзя обойти, просто увеличив цифру глубины бурения. При встрече с выветрелыми породами, трещинами или тектоническими зонами дробления в материалах рекомендуется снижать скорость подачи, усиливать очистку скважины и в зависимости от ситуации применять обсадные трубы, пену и другие меры стабилизации ствола; при устойчивом уменьшении выноса шлама или заметном росте сопротивления при подъёме инструмента следует остановить бурение и провести проверку.
Помимо способности бурить, одновременно существуют ещё несколько ограничений
Если поместить оборудование в проект, появляются ещё несколько категорий ограничений, не связанных со стволом скважины:
| Ограничение | Соответствующие значения в открытых данных | Что нужно решить заранее |
|---|---|---|
| Транспортировка | Вся установка около 28 T, габариты около 11,5 × 2,6 × 3,5 м | Грузоподъёмность низкорамного прицепа, ограничение высоты на дорогах, несущая способность мостов, пространство для поворотов; бурильные трубы 9,6 м обычно требуют отдельной перевозки |
| Планировка площадки | Телескопическая мачтовая конструкция, гусеничный ход 3,5 км/ч, преодоление подъёма 21° | Расположение компрессора, системы промывки, зон бурового инструмента и материалов; пространство для перебазировки внутри площадки |
| Подъём на площадке | Большая вспомогательная лебёдка 5 T, малая вспомогательная лебёдка 2,5 T | Организация перемещения погружного молота, бурильных труб, обсадных инструментов, номинальная нагрузка и безопасные расстояния |
Роль телескопической мачты в этих материалах описана ясно: обеспечивая необходимую рабочую высоту для глубокого бурения, она позволяет улучшить габариты установки в транспортном положении. Для оборудования класса 28 T это соответствует условиям погрузки и проезда, а не эффективности бурения. Бурильные трубы 9,6 м, в свою очередь, соответствуют числу соединений — длинные трубы уменьшают частоту соединений, но одновременно требуют достаточного рабочего пространства на площадке и более организованного перемещения труб. Оба этих пункта относятся к организационным условиям и не решаются автоматически из-за увеличения глубины бурения в таблице параметров.
Что не охвачено материалами и требует отдельного уточнения
В открытых данных WR1500S не приведены эффективность бурения для конкретных пород, цикл завершения скважины, комплектация обсадными трубами и конструкция ствола для различных гидрогеологических условий. Ориентировочная эффективность бурения 10–35 m/h — сами материалы также указывают, что фактическая эффективность, глубина и результат завершения скважины должны определяться по условиям на месте, поскольку геологические условия, инструмент в скважине, угол бурения и способ выполнения работ различаются.
Поэтому на этапе планирования бурения можно проверить следующие пункты: как определяется запас между целевой глубиной скважины и 1500 м; в какой интервал 105–1000 мм попадает целевой диаметр; для верхних покровных отложений применяется вращательное бурение с промывкой или крепление обсадными трубами; какой компрессор обеспечивает давление и расход DTH для глубокого интервала твёрдых пород; предусмотрено ли в планировке площадки пространство для перемещения и размещения бурильных труб 9,6 м; согласована ли схема транспортировки установки 28 T вместе с бурильными трубами с дорожными условиями. Когда эти условия определены, обсуждать, подходит ли уровень 1500 м, гораздо практичнее, чем смотреть только на цифру глубины бурения.