Как только глубина скважины в глубоком бурении превышает тысячу метров, канатная лебедка и подъемная система перестают быть вспомогательным элементом, где «достаточно — значит, хватит», и становятся основой технологического процесса на всем протяжении скважины. Чем глубже скважина, тем длиннее одиночный путь подъема внутренней трубы, тем больше циклов проходит стальной канат и тем легче накапливается сопротивление при подъеме бурового снаряда; эти изменения не отражаются одновременно в одной цифре «глубина бурения 1200 м». В данной статье рассматриваются две категории нагрузок, которые последовательно возрастают с увеличением глубины скважины — ход каната и запас грузоподъемности — чтобы показать, как при чтении технической документации следует оставлять пространство для оценки, а в качестве примера используются опубликованные параметры CR1200P.
При увеличении глубины скважины в первую очередь удлиняется канатная линия
Подъем внутренней трубы при колонковом бурении со съемным керноприемником осуществляется с помощью лебедочного стального каната. Чем больше глубина скважины, тем длиннее одиночный путь внутренней трубы от забоя до устья, и тем больше изгибов, участков трения и изменений натяжения испытывает один и тот же канат за один рейс. В документации CR1200P указана канатоемкость лебедки 1400 м (стальной канат 6 мм), усилие подъема на пустом барабане 14,5 кН, на полном барабане 5,6 кН, скорость подъема 116 м/мин. Эти значения соответствуют классу оборудования с ориентировочной глубиной бурения 1200 м для NQ и 1500 м для BQ.
Между канатоемкостью 1400 м и глубиной 1200 м для NQ существует разрыв, и этот разрыв — не «завышенный параметр», а пространство длины каната, которое необходимо предусмотреть при глубоком бурении: соединение концов каната, изменение числа слоев намотки на барабане, корректировка компоновки инструмента в скважине — все это занимает фактически доступную длину каната. Если проект выбирает оборудование, исходя из того, что канатоемкость едва соответствует номинальной глубине скважины, то при незначительном увеличении глубины или необходимости повторной обработки конца каната может возникнуть недостаточный запас.Канатоемкость следует понимать как длину, превышающую планируемую глубину скважины, а не как точно равную планируемой глубине.
Запас грузоподъемности соответствует сопротивлению трения в скважине, а не скорости бурения
У CR1200P усилие подачи 67 кН, грузоподъемность 130 кН. Для скважин уровня 1200 м при подъеме бурового снаряда складываются собственный вес бурильной колонны, трение о стенки скважины и дополнительное сопротивление от искривления скважины. В самой документации также указано: контролировать искривление скважины, поддерживать стабильность стенок и снижать трение бурильных труб важнее, чем просто увеличивать грузоподъемность. Это указывает на границу суждения — 130 кН является номинальным значением, которое показывает, какую грузоподъемность имеет оборудование в этом классе, но не позволяет сделать вывод, что «любую скважину глубиной 1200 м можно легко поднять».
Чем глубже скважина, тем труднее оценить долю грузоподъемности, расходуемую на трение. Поэтому при рассмотрении параметра грузоподъемности более надежный подход — оценивать его вместе со спецификацией бурильных труб, углом скважины и условиями стабильности стенок, а не сравнивать цифры по отдельности. Если сопротивление при подъеме продолжает расти, документация рекомендует направление действий: промывка, подъем для проверки или обработка стенок скважины, а не попытка преодолеть сопротивление за счет увеличения грузоподъемности.
| Параметр | Значение по документации | Соответствующий этап работ |
|---|---|---|
| Канатоемкость лебедки | 1400 м (стальной канат 6 мм) | Длина каната за один рейс при подъеме внутренней трубы и запас на конце каната |
| Усилие подъема на пустом/полном барабане | 14,5 кН / 5,6 кН | Грузоподъемность каната при изменении числа слоев намотки на барабане |
| Грузоподъемность | 130 кН | Грузоподъемность для бурильной колонны при подъеме |
| Усилие подачи | 67 кН | Усилие подачи бурового инструмента при бурении |
Цифры глубины бурения следует читать вместе со спецификацией бурового инструмента
Глубина бурения CR1200P указана в трех диапазонах: ориентировочно 1500 м для BQ, 1200 м для NQ, 700 м для HQ. Для одного и того же оборудования чем больше типоразмер бурового инструмента, тем меньше достижимая ориентировочная глубина бурения. Это показывает, что «уровень 1200 метров» — не фиксированная характеристика, а диапазон, привязанный к диаметру скважины и системе бурового инструмента. Канатоемкость и грузоподъемность также ограничены этой системой: процесс колонкового бурения со съемным керноприемником в интервале NQ отличается от интервала HQ, изменяются вес внутренней трубы, количество бурильных труб и сопротивление подъему.
Поэтому при оценке запаса следует сначала определить основной типоразмер бурового инструмента, используемый в проекте, затем посмотреть соответствующий диапазон ориентировочной глубины бурения и только после этого сравнивать, предусмотрен ли запас по канатоемкости и грузоподъемности. Если принимать 1500 м для BQ за универсальную глубину бурения оборудования, можно одновременно переоценить как канатоемкость, так и диапазон применимости грузоподъемности.
Требования к сопутствующим условиям при непрерывной работе на большой глубине
Канатная и подъемная системы не работают изолированно. У CR1200P расход основного насоса 250 л/мин, давление 25 МПа, расход бурового насоса 150 л/мин, давление 7 МПа. В глубоких скважинах расстояние для выноса шлама велико, и буровой раствор одновременно выполняет функции охлаждения, смазки и укрепления стенок; гидравлическая система должна поддерживать непрерывную работу вращателя, лебедки и зажимного устройства. В документации отмечается, что большой расход гидравлики способствует непрерывной работе на большой глубине, но также требует большего внимания к фильтрации гидравлического масла, контролю температуры и обслуживанию трубопроводов высокого давления. Эти сопутствующие условия косвенно влияют на стабильность подъемной и канатной систем: колебания гидравлики и аномальный возврат бурового раствора отражаются на сопротивлении при подъеме и спуске внутренней трубы.
- Следует вести учет проверок и замены стального каната, периодически проверять обрывы проволок, износ, вмятины и соединения концов каната.
- Фильтрацию гидравлического масла, контроль температуры и обслуживание трубопроводов высокого давления необходимо включать в ежедневный план.
- Свойства бурового раствора следует корректировать в зависимости от возврата и изменения давления насоса; в зонах глубинных поглощений или трещиноватых зон применять обсадку, тампонирование или поинтервальное укрепление стенок.
- Для удаленных проектов следует предусмотреть запас обычных уплотнений, фильтров, быстроразъемных соединений, быстроизнашивающихся деталей стального каната, бурового инструмента и материалов для бурового раствора.
Какие условия не указаны в документации и требуют дополнительного уточнения
В опубликованных параметрах не указана фактическая доля расхода грузоподъемности при различных глубинах скважины и компоновках бурового инструмента, а также не приведен срок замены стального каната для конкретных геологических условий. Это необходимо уточнять у производителя или у технических специалистов на месте с учетом глубины скважины, угла бурения, целостности пород и методов работы. Кроме того, CR1200P имеет разъемную модульную конструкцию, общий вес 1880 кг, ориентировочный вес силового блока, блока управления, блока гидравлического масла и блока бурового раствора указан отдельно; перед вводом в эксплуатацию необходимо также проверить условия проезда по дорогам, точки подъема, водоснабжение и энергоснабжение. В документации четко указано, что конечная эффективность бурения, глубина скважины и качество отбора керна должны определяться по фактическим условиям на месте.
Для проектов глубокого бурения оценка запаса канатоемкости и грузоподъемности по сути отвечает на вопрос: «остается ли у этого оборудования пространство для регулирования на самом глубоком участке скважины». Канатоемкость 1400 м и грузоподъемность 130 кН CR1200P дают отправную точку для этого суждения, но не конечную; после отправной точки необходимо по пунктам проверить спецификацию бурового инструмента, сопротивление трения в скважине и условия на месте.