Анкерные скважины для крепления откосов, предварительное бурение под фундаменты, уступные скважины на карьерах — для бригады, бурящей водозаборные скважины, все это тоже называется «бурением», но требования к возможностям оборудования здесь лежат не на той же линии, что при бурении водозаборных скважин. Цель бурения неглубоких скважин в инженерных твердых породах обычно состоит в том, чтобы в пределах нескольких десятков метров пройти породный массив по проектному положению, направлению и диаметру скважины и выйти из него, тогда как цель бурения водозаборной скважины — довести скважину до водоносного горизонта, обустроить ее и обеспечить дебит. Цели разные, поэтому и приоритетные возможности оборудования разные. На примере открытых данных DTH30C с нашего сайта покажем, в каких конкретных позициях проявляются различия в направленности этих двух типов работ.
Сначала определим критерии успеха для каждого типа работ
Критерий успеха бурения водозаборной скважины можно разложить на четыре пункта: достижение проектной глубины водоносного горизонта, соответствие диаметра скважины проектным требованиям к обустройству, устойчивость стенок скважины для спуска обсадных труб, дебит, удовлетворяющий цели водоснабжения. Вокруг этих четырех пунктов возможности буровой установки для водозаборных скважин обычно оценивают в первую очередь по максимальной глубине бурения, усилию подъема, крутящему моменту вращения, комплектации буровым насосом или компрессором.
Критерий успеха бурения неглубоких скважин в инженерных твердых породах — не достижение определенной глубины, а выполнение скважины по проектным параметрам, проходка породного массива, контролируемое отклонение положения и направления скважины, способность оборудования непрерывно переходить к следующей скважине. На примере DTH30C: в данных указаны максимальная глубина бурения 30 м, диаметр бурения 76–280 мм, максимальный крутящий момент вращения 3500 Н·м, применимая твердость породы около f = 8–24 — этот набор значений описывает позиционирование инженерного оборудования для неглубоких скважин в породах средней и высокой твердости. Его сила не в том, чтобы бурить глубже, а в том, чтобы выполнять неглубокие скважины по проекту в твердых породах.
По глубине и диаметру скважины ориентации двух типов оборудования различаются
Возможности буровой установки для водозаборных скважин разворачиваются вокруг глубины бурения как основной оси. Ключевой показатель установки класса 300 или 500 метров — максимальная глубина бурения; усилие подъема, длина бурильных труб, высота мачты конфигурируются вокруг доставки буровой колонны на эту глубину. Диапазон диаметров обычно тоже широкий, но широкие диаметры чаще встречаются в верхней части скважины, а на глубине сужаются.
DTH30C позиционируется в классе 30 м, диаметр бурения 76–280 мм примерно сохраняется по всей глубине скважины. Отличие этой ориентации в том, что ее возможности измеряются не тем, «насколько глубоко можно пробурить», а тем, «какую по размеру неглубокую скважину можно пробурить в насколько твердой породе». Для анкерных скважин крепления откосов, скважин для анкерных канатов, предварительного бурения под фундаменты, где глубина обычно в пределах двадцати-тридцати метров, но требуется пройти твердую породу, глубины бурения 30 м достаточно; для водозаборных скважин глубиной 200, 300 м и более эта цифра сама по себе уже выходит за границы.
Крутящий момент вращения ограничивает эффективное бурение в твердых породах
При бурении твердых пород крутящий момент вращения должен преодолевать сопротивление резанию долота в породе и дополнительную нагрузку погружного пневмоударника. Указанный в данных максимальный крутящий момент вращения DTH30C 3500 Н·м соответствует потребностям бурения в породах средней и высокой твердости в диапазоне диаметров 76–280 мм. В инженерных работах точки бурения разбросаны, твердость породы сильно меняется; недостаток момента проявляется в постоянном росте сопротивления вращению, биении долота, остановке углубления забоя.
Логика конфигурирования момента у буровой установки для водозаборных скважин иная. В диапазоне глубин 200–500 м вращение должно одновременно преодолевать трение от собственного веса буровой колонны, сопротивление стенок скважины и сопротивление резанию породы; значение момента чаще выводится обратно из глубины и диаметра скважины, а не определяется твердостью одного породного слоя. Когда числовые значения момента у обоих выглядят близкими, они управляют не одним и тем же.
Способ удаления шлама определяет различия в условиях комплектации
DTH30C использует погружное бурение, сжатый воздух одновременно приводит в действие погружной пневмоударник и удаляет буровой шлам; ориентировочный расход воздуха по данным составляет около 8 м³/мин (в исходных данных указано 8 м²/мин; в данной статье это интерпретируется как м³/мин в соответствии с общепринятой единицей измерения расхода сжатого воздуха, окончательно следует уточнить по официальной технической документации). Ключевая комплектация погружного бурения — компрессор и погружной пневмоударник, а не система бурового раствора.
Обычные буровые установки для водозаборных скважин в покровных отложениях и водоносных горизонтах чаще используют прямую или обратную циркуляцию бурового раствора; устойчивость стенок скважины, вынос шлама, внутрискважинное давление зависят от системы бурового раствора, а комплектация включает буровой насос, амбар для раствора, оборудование для очистки раствора. Материалы, которые должны нести эти два типа оборудования, разные, и организация площадки тоже разная. Буровая установка для водозаборных скважин на участке твердых пород может переключиться на погружной пневмоударник DTH, но базовой линией всего технологического процесса остается циркуляция бурового раствора; инженерная погружная буровая установка типа DTH30C с самого начала организуется вокруг сжатого воздуха и не имеет места для комплектации системой бурового раствора.
Организация работ ориентирована на разные события
Ритм бурения водозаборной скважины следует за полным циклом работ по одной скважине: забуривание, спуск обсадных труб, смена горизонта, завершение бурения, спуск насоса, пробная откачка. Время пребывания одной установки на одной скважине измеряется днями.
Организация работ DTH30C ориентирована на ситуации с плотным расположением и постоянной сменой точек бурения. В данных указаны угол поворота 18–180°, наличие функции регулировки угла наклона, ход каретки 3,2 м, эффективный ход 2,2 м, гусеничное шасси, габаритные размеры около 3200 × 1200 × 1850 мм, масса около 2500 кг — все эти параметры вместе указывают на быструю последовательную обработку скважин, а не на длительное пребывание на одной скважине. Угол поворота 18–180° соответствует потребностям в многоугловых положениях для анкерных скважин крепления откосов и скважин для анкерных канатов, резиновые гусеницы для защиты затвердевшего покрытия соответствуют строительству в городах и на территории предприятий, компактные габариты — стесненным площадкам.
Сведем их в одну таблицу
| Показатель | Ориентация для неглубоких скважин в инженерных твердых породах | Ориентация для обычного бурения водозаборных скважин |
|---|---|---|
| Позиционирование по глубине | В пределах нескольких десятков метров, по проекту скважины | Основная ось — глубина целевого водоносного горизонта |
| Диапазон диаметров | Примерно сохраняется по всей глубине скважины | В верхней части шире, на глубине сужается, корректируется по диаметру обсадных труб |
| Способ удаления шлама | Сжатый воздух приводит пневмоударник и удаляет шлам | Преимущественно прямая и обратная циркуляция раствора, на твердых породах возможен переход на DTH |
| Организация работ | Плотное расположение скважин, частая смена точек | Длительное пребывание на одной скважине, операции вокруг обустройства |
| Основная комплектация | Компрессор, погружной пневмоударник, долото, обсадной инструмент | Буровой насос, амбар для раствора, бурильные трубы, обсадные трубы |
Места, где легко выйти за границы при смешанном использовании двух типов оборудования
- Использование инженерной погружной буровой установки класса 30 м в качестве оборудования для глубоких водозаборных скважин — по данным DTH30C максимальная глубина бурения 30 м, для водозаборных скважин глубиной 200, 300 м и более она не подходит.
- Рассмотрение многоуглового поворота и гусеничной мобильности погружной буровой установки как способности заменить буровую установку для водозаборных скважин на любой точке — ее сильная сторона в положении инженерных скважин и ритме смены точек, а не в технологии обустройства скважины.
- Прямой перенос цифры глубины бурения установки для водозаборных скважин на инженерные скважины — глубина бурения лишь один из верхних пределов возможностей оборудования для водозаборных скважин; диаметр, направление, контроль положения и скорость смены скважин для инженерных скважин также важны.
- Понимание «скорости подачи 53 м/мин» погружного бурения как скорости углубления в породе — в данных четко указано, что это скорость быстрого перемещения механизма подачи, используемая главным образом для возврата вращателя, обработки бурильных труб и небуровых операций; фактическое углубление зависит от твердости породы, диаметра скважины, типоразмера погружного пневмоударника, мощности компрессора и износа долота.
Если цель работ смещена к инженерным неглубоким скважинам, что нужно уточнить заранее
После определения направления при выборе модели необходимо проверить несколько условий, не полностью охваченных данными по данной машине:
- Попадает ли твердость породы в диапазон f = 8–24; при более высокой твердости и абразивности типоразмеры погружного пневмоударника и долота требуют пересчета.
- Может ли подача сжатого воздуха стабильно достигать указанных в данных примерно 8 м³/мин, а также окончательная единица измерения расхода воздуха должна быть уточнена по официальной технической документации.
- Для функции регулировки угла наклона не указан конкретный диапазон углов; в реальном проектировании следует руководствоваться окончательной производственной конфигурацией и документами технического подтверждения.
- Соответствуют ли пространство для поворота на подъездном пути, несущая способность грунта, подземные коммуникации и окружающие здания габаритам машины 3200 × 1200 × 1850 мм и массе около 2500 кг.
- Требуется ли установка пылеуловителя или системы водяного орошения для подавления пыли, а также местные строительные нормы по пыли и шуму.
Если цель работ смещена к бурению водозаборных скважин, глубина бурения и технологический маршрут DTH30C не входят в область его применения; следует вернуться к оценке буровой установки для водозаборных скважин по глубине бурения, усилию подъема, моменту, подаче насоса и условиям обустройства скважины. Эти два типа оборудования могут иметь каждый свою специализацию, но использование одного из них в качестве другого напрямую упрется в границы возможностей на этапах глубины, обустройства скважины или комплектации.