Обсуждение проектов глубоких скважин глубиной до 1000 метров обычно начинается с вопроса «какой глубины нужно достичь». Однако когда глубина скважины достигает порядка 1000 метров, параметры самого оборудования — это лишь отправная точка: сможет ли одна и та же буровая установка для скважин глубиной 1000 метров завершить работу в срок на двух разных скважинах, часто зависит от того, решены ли заранее несколько вопросов до начала работ. В данной статье на основе открытых данных WR1000S, опубликованных на нашем сайте, по пунктам разбираются подготовительные работы, которые в таких проектах легко отложить до момента ввода оборудования на площадку, поясняется, каким проверенным параметрам оборудования соответствует каждая работа, и какие условия необходимо дополнительно подтвердить на месте.
Сначала определим: какие работы относятся к «подготовительным», а какие можно решить только на месте
Подготовительные работы — это не полная разработка строительного плана, а заблаговременная фиксация тех условий, которые после ввода оборудования на площадку будет трудно изменить. Для проектов водяных скважин глубиной до 1000 метров эти вопросы обычно напрямую влияют на каждую последующую операцию: как комплектовать бурильную колонну, как разбить технологию по интервалам скважины, как сочетать мачту и длину бурильных труб, как доставить установку целиком, как обеспечить несущую способность площадки. Их общая черта — стоимость изменений быстро растёт с приближением срока начала работ.
Открытые данные WR1000S приводят следующие ключевые значения: максимальная глубина бурения 1000 м, диаметр скважины 105–800 мм, грузоподъёмность 52 т, крутящий момент в двух режимах 26000/13000 Н·м, соответствующая максимальная частота вращения 70/140 об/мин, дизельная мощность 194 кВт, бурильные трубы 6 м, рекомендуемый диаметр бурильных труб 114 мм, общая масса установки около 17,8 т, габаритные размеры около 7,3×2,25×2,75 м, скорость передвижения около 5 км/ч, максимальный угол преодолеваемого подъёма ориентировочно 21°, ход гидравлических аутригеров 1,7 м, грузоподъёмность вспомогательной лебёдки 2,5 т. Эти значения ограничивают разные этапы и не могут рассматриваться вместе как единая таблица возможностей.
Пункт первый: предварительная оценка бурильной колонны и технологии по интервалам скважины, а не по средней для всей скважины
При глубине скважины порядка 1000 метров собственный вес бурильной колонны, трение о стенки скважины и вес обсадных труб накапливаются с глубиной. В материалах указана грузоподъёмность данной установки 52 т и осевое давление 8 т. Смысл этого значения не в том, «сколько можно поднять», а в том, остаётся ли запас при нормальном спуске и подъёме бурильной колонны, извлечении бурового инструмента из глубокой скважины и частичных работах с обсадными трубами большого диаметра. Если до начала работ не оценить глубину спуска обсадных труб, способ их спуска и количество спуско-подъёмных операций, легко обнаружить недостаточный запас только тогда, когда сопротивление в скважине возрастёт.
Вращательный узел также требует предварительной оценки по интервалам. Крутящий момент 26000/13000 Н·м соответствует выходу в двух различных состояниях сопротивления: режим с более низкой частотой вращения и высоким крутящим моментом ближе к интервалам с большим диаметром, твёрдыми породами и высоким трением; режим с более высокой частотой вращения соответствует этапам с относительно меньшим сопротивлением. Это ограничивает выбор для разных интервалов скважины, а не привычку работать с двухдиапазонной коробкой передач. При бурении одной скважины от верхних покровных отложений до глубокого водоносного горизонта состояние сопротивления меняется, и заранее оценивается, «какой интервал в каком диапазоне проходить», а не фиксированное значение для всей скважины.
Технологическое разбиение по интервалам также требует предварительной оценки до начала работ. Согласно материалам, в монолитных твёрдых породах можно применять погружные пневмоударники среднего и высокого давления для бурения DTH с рекомендуемым рабочим давлением 1,6–8 МПа и расходом воздуха 16–96 м³/мин; в грунтах, глинах, песках и песчано-гравийных слоях можно использовать вращательное бурение с промывкой. При глубоких скважинах порядка 1000 метров путь выноса шлама велик; если шлам выносится недостаточно, легко образуются осадок и повторное дробление, что дополнительно увеличивает крутящий момент и энергозатраты. Это означает, что давление и расход компрессора выбираются не по одному числу «максимальная глубина скважины», а с учётом модели пневмоударника, диаметра скважины, глубины, высоты над уровнем моря и твёрдости породы. Этот пункт обычно необходимо согласовать с поставщиком комплектующего оборудования до ввода установки на площадку, поскольку недостаточный расход напрямую влияет на эффективность удара и выноса шлама.
Пункт второй: сначала определить сочетание типа мачты и длины бурильных труб
Буква S в обозначении WR1000S означает телескопическую мачту. Для тяжёлой буровой установки глубиной 1000 метров транспортировка и перемещение на площадке сами по себе являются частью организации проекта: в транспортном положении телескопическая мачта позволяет уменьшить габариты установки, а в рабочем положении сохраняет необходимую для глубокого бурения высоту. Условия применимости этой особенности — необходимость перемещения между несколькими точками бурения или строительными площадками и наличие ограничений по габаритам на транспортных путях. Если проект выполняется стационарно в одном месте и дорожные условия свободные, ценность телескопической мачты соответственно снижается; этот вопрос в материалах не раскрыт и относится к части, которую следует оценивать самостоятельно исходя из условий проекта.
Выбор длины бурильных труб напрямую изменяет количество соединений и вспомогательное время. В материалах указано, что WR1000S поддерживает бурильные трубы длиной 6 м, рекомендуемый диаметр бурильных труб 114 мм. Если при бурении скважины глубиной 1000 метров использовать слишком короткие бурильные трубы, количество соединений значительно возрастёт, а вспомогательное время и трудозатраты быстро накопятся. Поэтому до начала работ более контролируемо заранее определить, «какой длины трубы использовать, сколько их заготовить, как размещать и перемещать на площадке», чем корректировать это на месте по ходу работ. Резьба бурильных труб, прямолинейность и усталостное состояние относятся к пунктам, требующим постоянного контроля; в материалах не указаны конкретные сроки замены или периодичность проверки, эту часть следует отдельно уточнять согласно инструкциям производителя и фактическим условиям на площадке.
Вместе с бурильными трубами необходимо учитывать возможности площадки по подъёму и вспомогательному перемещению. Грузоподъёмность вспомогательной лебёдки WR1000S составляет 2,5 т, она может использоваться для перемещения пневмоударников, бурильных труб, инструмента для обсадных труб и вспомогательных принадлежностей на площадке. Для проектов сверхглубоких скважин комплект бурового инструмента больше и тяжелее, поэтому до начала работ необходимо спланировать маршруты подъёма и зоны размещения материалов, чтобы не занимать рабочее пространство основной установки. Этот пункт не отражается в таблице параметров, но часто является главной переменной порядка на площадке.
Пункт третий: транспортировка установки и несущая способность площадки должны быть обеспечены до ввода оборудования
Общая масса установки около 17,8 т и габаритные размеры около 7,3×2,25×2,75 м — это первые два условия, которые проверяются при вводе данного оборудования. На этапе транспортировки необходимо подтвердить грузоподъёмность низкорамного прицепа, ограничения по ширине и высоте дорог, несущую способность мостов; телескопическая мачта должна быть надёжно зафиксирована, бурильные трубы длиной 6 м и обсадные трубы следует крепить отдельно. Это относится к подготовке транспортировки; в материалах уже есть чёткие указания, поэтому детали операций здесь не раскрываются.
Что касается площадки, ход гидравлических аутригеров составляет 1,7 м, что помогает выравнивать и стабилизировать оборудование на неровной платформе. Строительный цикл скважины глубиной 1000 метров длительный, горизонтальное положение оборудования влияет на нагрузки на мачту, искривление скважины и условия работы, поэтому на мягких грунтах следует использовать подкладки достаточной площади для предотвращения длительной осадки. Скорость передвижения около 5 км/ч, максимальный угол преодолеваемого подъёма ориентировочно 21° — эти два значения в основном используются для перемещения внутри площадки и между точками бурения; перед фактическим перемещением следует подтвердить несущую способность дорог, уклон, радиус поворота и состояние мягких грунтов. В материалах не приведены значения удельного давления на грунт или требования к несущей способности для конкретных типов почвы, поэтому вопрос о достаточности несущей способности площадки необходимо отдельно подтверждать после обследования на месте.
Определение положения установки, в свою очередь, влияет на последующие операции. Например, расстояние между точкой бурения и зоной складирования материалов, маршрутом подъёма, каналом выноса шлама, источником воды или резервуаром циркуляции бурового раствора влияет на вспомогательное время одной спуско-подъёмной операции. Эти вопросы относятся к сфере организации строительства и не покрываются параметрами оборудования, однако в проектах глубиной 1000 метров, если точка бурения выбрана неверно, стоимость изменений возрастает с глубиной скважины.
Несколько вопросов, которые легко отложить до ввода на площадку
Рассматривая перечисленное выше вместе, можно заметить общую черту: всё это не относится к самому процессу бурения в скважине, но напрямую влияет на непрерывность бурения. В проектах глубоких скважин глубиной 1000 метров одна спуско-подъёмная операция занимает много времени, и если какое-либо предварительное условие не выполнено, стоимость остановки для его решения будет заметно выше, чем в проектах малой и средней глубины.
- Соотносятся ли конфигурация бурильной колонны и схема обсадных труб с запасом по грузоподъёмности 52 т и осевому давлению 8 т;
- Заранее ли распределены два диапазона крутящего момента по интервалам скважины, а не переключаются ли они на ощупь после начала работ;
- Рассчитаны ли давление и расход компрессора по пневмоударнику, диаметру скважины, глубине, высоте над уровнем моря и твёрдости породы;
- Соответствуют ли количество бурильных труб длиной 6 м, их размещение и маршрут подъёма возможностям вспомогательной лебёдки 2,5 т;
- Обеспечены ли до ввода на площадку схема транспортировки установки, несущая способность площадки и подкладки под аутригеры.
Какие условия не указаны в материалах и требуют отдельного подтверждения
Открытые данные WR1000S охватывают основные значения возможностей и часть применимых условий работы, однако следующие категории информации в материалах не приведены и относятся к сфере, которую до начала работ следует отдельно подтвердить у производителя или соответствующих сторон:
- Удельное давление на грунт и границы безопасности при преодолении подъёмов для конкретных типов почвы или геологических условий;
- Рекомендуемые сроки замены и критерии проверки бурильных труб, бурового инструмента и обсадных труб;
- Снижение мощности силовой системы при различных высотах над уровнем моря и температурах;
- Взаимосвязь системы циркуляции бурового раствора, водяного насоса и данной установки;
- Конкретные требования к фиксации телескопической мачты в транспортном положении и пункты её проверки;
- Условия проезда, связанные с местными ограничениями по высоте и ширине дорог и несущей способностью мостов.
Сопоставляя подготовительные работы с данными об оборудовании, можно увидеть, что данная буровая установка глубиной 1000 метров предоставляет набор верхних пределов возможностей и условий работы, а не полный план организации строительства. Чтобы превратить эти значения в исполнимые мероприятия для конкретного проекта, по-прежнему необходимо поэтапно реализовать их на основе обследования площадки, гидрогеологических данных и перечня комплектующего оборудования. Части, не охваченные материалами, не следует заменять значениями других моделей или обобщённо выводить по категории «глубиной 1000 метров».