После подтверждения приповерхностной аномалии следующий шаг часто упрощают до «бурить глубже». Однако задача проверки аномалии — не продвинуть забой как можно глубже, а получить на большей глубине геологическую информацию, позволяющую судить об изменениях литологии, изменений и минерализации. Глубина скважины — лишь один из путей к этой цели; если проба не поднимается на поверхность, отметки глубины не совпадают, а угол скважины отклоняется от целевого тела, то даже при конечной глубине, превышающей проектную, цель проверки может быть не достигнута. В статье требования к оборудованию разбираются исходя из фактических целей отбора проб при проверке аномалий, а затем на основе открытых данных RC600 поясняется, какие параметры соответствуют каким потребностям и какие звенья не освещены в материалах.
Что действительно нужно получить при проверке аномалии
Проверка глубинных аномалий при разведке месторождений обычно должна ответить на несколько вопросов: продолжается ли рудопроявление или аномалия с малой глубины вниз, как изменяются структурная зона и литология на глубине, появляется ли зональность или смещение минерализации. Эти вопросы опираются на непрерывно фиксируемую по глубине скважины геологическую информацию, а не на одну конечную глубину. Метод RC получает пробы шлама, собираемые по фиксированным интервалам проходки; полевые геологи фиксируют литологию, изменения и минерализацию, после чего пробы направляются в лабораторию на анализ. Поэтому первое требование к оборудованию — не «на какую глубину может бурить», а непрерывность возврата пробы в процессе бурения и чёткая привязка пробы к глубине.
Это ограничение распределяется по нескольким аспектам: скважина должна охватывать вертикальный или наклонный диапазон целевого тела; диаметр скважины должен соответствовать технологии отбора проб и совместимости бурового инструмента; канал возврата пробы должен оставаться стабильным; грузоподъёмность колонны должна соответствовать весу и трению при увеличении глубины; угол скважины должен позволять пересечь залегание целевого тела. Ниже последовательно сопоставляются соответствующие параметры из материалов RC600.
Глубина и диаметр бурения: диапазон охвата рассматривается вместе со способом отбора проб
Максимальная глубина бурения RC600 составляет 600 м, диаметр скважины — 105–450 мм. Сама по себе цифра 600 м является пределом глубины, но фактически достижимая глубина зависит от диаметра скважины, буровых штанг, компрессора, пород, искривления скважины и износа инструмента; в материалах 600 м также указаны как ориентировочная возможность при типовой комплектации. Поэтому для определения пригодности установки для конкретного проекта проверки аномалии следует сначала уточнить целевую глубину, начальный и конечный диаметр скважины, необходимость обсадки, а затем проверить, укладываются ли эти условия в возможности оборудования.
Широкий диапазон диаметров означает, что одна и та же установка может выполнять скважины для разведки месторождений, а также использоваться для глубоких водяных скважин большого диаметра и части водопонижения на рудниках. Однако для проверки аномалии выбор диаметра в первую очередь подчиняется технологии отбора проб и совместимости инструмента, а не принципу «чем больше, тем лучше». При увеличении диаметра изменяются потребный расход воздуха и нагрузка на колонну при той же глубине, что необходимо проверять вместе с условиями подачи воздуха.
Путь возврата пробы определяет пригодность образца
Бурение RC использует двухстенные буровые штанги: сжатый воздух идёт вниз по внешнему каналу штанг, приводит в действие RC-молот и долото на забое, после чего выносит шлам на поверхность по внутреннему каналу. По сравнению с обычным выносом шлама по внешнему затрубному пространству путь возврата по внутренней трубе более сосредоточен, что способствует уменьшению контакта пробы с различными интервалами скважины и повышает практичность интервального отбора по глубине. Это одна из основных причин, по которой метод RC рассматривается при проверке аномалий: для проверки нужны прослеживаемые по глубине пробы шлама, а не только проходка.
Непрерывность возврата пробы зависит от одновременного выполнения нескольких условий. В материалах указано рекомендуемое рабочее давление 1,6–6 МПа и расход воздуха 16–75 м³/мин. Бурение RC 600-метрового класса требует не только привода забойного инструмента, но и транспортировки шлама на большое расстояние до поверхности; при увеличении глубины, диаметра, высоты над уровнем моря и твёрдости пород потребный эффективный расход воздуха обычно возрастает. На площадке следует постоянно наблюдать за объёмом возврата, размером частиц, цветом и влажностью; при внезапном уменьшении пробы, задержке возврата или явном смешении проб необходимо проверить герметичность штанг, канал возврата, выход компрессора и наличие утечек воздуха в скважине. Это относится к технологическим и комплектующим условиям, и буровая установка — лишь одно из звеньев.
Грузоподъёмность и крутящий момент: запас на работу с колонной на глубоких интервалах
Грузоподъёмность RC600 составляет 29 т. С увеличением глубины собственный вес двухстенных RC-штанг и трение о стенки скважины заметно возрастают; большая грузоподъёмность способствует нормальному спуску и подъёму, извлечению инструмента и частичной работе с обсадкой. В материалах также указано, что при постоянно аномальном сопротивлении подъёму следует в первую очередь оценивать ситуацию через очистку скважины и состояние ствола, а не прилагать максимальную грузоподъёмность для вытягивания. Это ограничение показывает, что грузоподъёмность — это запас для обработки, а не универсальное средство решения аномалий в скважине.
Максимальный крутящий момент вращательной системы составляет 12000 / 6000 Н·м при максимальной частоте вращения 75 / 150 об/мин. Низкая скорость и высокий момент подходят для больших диаметров, твёрдых пород и интервалов с высокой нагрузкой; высокая передача — для устойчивых пород с меньшим сопротивлением. При бурении RC необходимо одновременно контролировать вращение, удар и состояние возврата пробы; согласованность этих трёх факторов важнее стремления к отдельному параметру.
Угол бурения: направление к целевому телу важнее глубины
Оборудование поддерживает рабочие углы 45° и 90°. 90° может использоваться для обычной вертикальной разведки и сооружения водяных скважин, 45° больше подходит для наклонного пересечения наклонных рудных тел, жил и разломных зон. Для проверки глубинных аномалий рациональный угол скважины часто позволяет приблизиться к целевому телу лучше, чем простое увеличение глубины; угол следует выбирать по залеганию рудного тела и проекту разведки, а не по значению по умолчанию оборудования. При наклонной скважине 45° направление нагрузок на оборудование сложнее, ход опор, несущая способность грунта и горизонтальность установки напрямую влияют на контроль направления скважины и безопасность работ; указанный в материалах ход опор 1,7 м может использоваться для выравнивания и стабилизации установки, но условия площадки всё равно требуют подтверждения на месте.
Комплектующие условия: несколько ограничений помимо оборудования
Проект RC 600-метрового класса невозможно выполнить одной буровой установкой. В материалах упоминается, что проекту обычно также требуются большой компрессор, шланги возврата пробы, пробоотборное устройство и зона образцов; на площадке следует заранее спланировать топливо, размещение оборудования и место для обслуживания. Масса установки около 12,5 т, габариты около 7 × 2,1 × 2,9 м, скорость хода на гусеницах около 3,5 км/ч, максимальный угол подъёма по справочным данным 21°. Перед перебазировкой следует подтвердить несущую способность дорог, уклон и устойчивость площадки.
| Потребность работ | Соответствующие условия по материалам | Что ещё требует подтверждения |
|---|---|---|
| Охват глубины целевого тела | Максимальная глубина бурения 600 м (ориентир для типовой комплектации) | Целевая глубина, конечный диаметр, породы и искривление скважины |
| Наклонное пересечение рудного тела | Рабочие углы 45°/90° | Залегание рудного тела, условия выравнивания площадки |
| Отбор проб шлама по глубине | Возврат пробы по внутренней трубе двухстенных штанг | Регламент отбора, нумерация проб и порядок записи глубин |
| Работа с колонной на глубоких интервалах | Грузоподъёмность 29 т, крутящий момент 12000/6000 Н·м | Типоразмер штанг, трение в скважине, сопротивление при спуске и подъёме |
| Поддержание возврата пробы | Давление 1,6–6 МПа, расход воздуха 16–75 м³/мин | Соответствие компрессора, высота над уровнем моря, диаметр и породы |
Управление образцами и разделы, не освещённые в материалах
Оборудование отвечает за получение проб, но итоговое качество данных зависит от управления отбором. На площадке следует собирать пробы по фиксированным интервалам проходки, фиксировать номер скважины, номер пробы, начальную и конечную глубину и аномалии; для проб минерального сырья, направляемых в лабораторию, следует также в соответствии с системой контроля качества проекта предусматривать повторные, стандартные и холостые пробы. Это относится к управлению проектом; в материалах даны только принципиальные указания, конкретный регламент должен определять заказчик проекта.
В материалах указано, что RC600 поддерживает бурение RC и обычное бурение погружным пневмоударником DTH, а также вращательное бурение с промывкой. Рыхлые покровные отложения не всегда подходят для прямого использования высоконапорного RC-бурения: можно сначала стабилизировать скважину вращательным бурением с промывкой, а после входа в устойчивые породы переключить технологию; в зонах дробления и трещиноватых породах легко возникают обрушение стенок, утечки воздуха и аномалии возврата пробы, поэтому необходимо контролировать скорость проходки и наблюдать за изменением давления воздуха. Эти условия переключения технологий связаны с конкретными породами; в материалах не приведены рабочие параметры для различных пород, поэтому при выборе следует отдельно подтвердить колонку пород и конструкцию скважины как исходные данные.
Есть ещё одно легко упускаемое ограничение: 600 м — это ориентировочное значение возможностей оборудования, а не глубина, которую обязательно должен пройти каждый проект проверки аномалии. Если целевое тело уже может быть оконтурено на меньшей глубине, дальнейшее углубление лишь увеличит нагрузку на буровой инструмент, подачу воздуха и управление образцами. Глубина скважины должна определяться проектом разведки, а возможности оборудования — лишь одно из условий для суждения о том, можно ли охватить проектную глубину.