При планировании буровых скважин в разведке полезных ископаемых сначала нужно ответить на вопрос, который легко пропустить: что именно должно быть получено из этой скважины. Это могут быть пробы шлама, непрерывно возвращаемые по глубине, для быстрой оценки литологии, изменений и тенденций минерализации; или полный керн для наблюдения последовательности слоёв, структур и контактов рудных тел. Эти два метода различаются по форме пробы и объёму информации, а следовательно, и по требуемым возможностям оборудования. В данной статье эти две потребности рассматриваются отдельно, а затем на основе открытых данных RC400 определяется, какие выводы можно сделать, а какие условия требуют дополнительного уточнения на уровне проекта.
Два метода отбора проб различаются не только тем, «что извлекается на поверхность»
Обратноциркуляционный отбор шлама использует двойные буровые трубы для создания независимого канала возврата; сжатый воздух приводит в действие забойный инструмент, и шлам возвращается на поверхность по внутренней трубе, отбираясь по интервалам глубины. Непрерывное колонковое бурение заключается в спуске колонковой трубы на забой, где путём вращательного резания порода сохраняется в виде цилиндрического керна, который после подъёма извлекается в последовательности. В первом случае получают обломочную пробу, во втором — керн с сохранённой структурой.
Это различие напрямую определяет разные акценты в требованиях к оборудованию для двух типов проектов. Проекты отбора шлама больше заинтересованы в непрерывности возврата пробы, надёжности соответствия пробы глубине и количестве скважин, которые можно пробурить за единицу времени; проекты непрерывного колонкового бурения больше заинтересованы в выходе керна, совместимости колонковой трубы и бурового инструмента, влиянии количества подъёмов на условия в скважине. Если при выборе оборудования сравнивать только цифры глубины бурения, эти две потребности смешаются.
Требования к оборудованию при отборе шлама
На основе открытых данных RC400 требования к оборудованию для обратноциркуляционного отбора шлама можно разделить на несколько пунктов: канал возврата пробы должен быть герметичным, подача воздуха должна быть достаточной для поддержания циркуляции на забое, грузоподъёмность для работы с бурильной колонной должна покрывать целевую глубину, а угол бурения должен позволять закладывать скважины согласно геологическому проекту. Все эти пункты имеют соответствующие параметры в документации, но границы, которые может объяснить каждый параметр, различны.
Канал возврата пробы: герметичность двойных буровых труб и состояние внутренней трубы
RC400 рекомендует использовать RC-буровые трубы диаметром 89 мм или 102 мм длиной 3 м. В документации прямо указано, что RC-трубы отличаются по конструкции от обычных одностенных труб, необходимо обеспечивать герметичность внутреннего и внешнего каналов и надёжность соединений; в процессе работы следует регулярно проверять соединения двойных труб, уплотнения и износ внутренней трубы, чтобы избежать утечек воздуха и смешивания проб. Это означает, что «возможность соединить трубы» — лишь первый шаг; именно состояние герметичности канала возврата определяет, сможет ли проба стабильно возвращаться по глубине.
Здесь нужно различать распространённое понимание: способность обратноциркуляционной буровой установки к отбору проб определяется не одним компонентом; герметичность труб, забойный инструмент и условия подачи воздуха совместно обеспечивают возврат пробы. В документации описаны пункты проверки и риски, но не указаны сроки замены уплотнений для различных геологических условий — это требует отдельного уточнения на основе полевого опыта.
Подача воздуха: давление и расход совместно определяют состояние возврата пробы
В документации RC400 указано рабочее давление воздуха 1,2–3,5 МПа и расход воздуха 16–55 м³/мин. Обратноциркуляционное бурение предъявляет высокие требования как к давлению, так и к расходу компрессора; в документации особо отмечается, что при увеличении глубины скважины, диаметра или твёрдости пород при недостаточном расходе воздуха скорость возврата шлама снижается, что может повлиять на непрерывность отбора проб и чистоту забоя.
Это означает, что подача воздуха — не просто подключение компрессора. При фактической комплектации необходимо учитывать целевую глубину, максимальный диаметр и твёрдость пород вместе, а затем проверять, может ли компрессор одновременно обеспечить необходимое давление и расход. В документации не приведены минимальные значения расхода воздуха для различных глубин, поэтому конкретная комплектация требует уточнения у производителя в зависимости от условий проекта.
Работа с бурильной колонной: запас грузоподъёмности и крутящего момента
Грузоподъёмность RC400 составляет 22 т, осевое давление 6 т, максимальный крутящий момент вращательной системы 8000/4000 Н·м при максимальной частоте вращения 75/150 об/мин. В документации эти значения связываются с работой с бурильной колонной на уровне 400 м, большими диаметрами и бурением с высокой нагрузкой: грузоподъёмность используется для спуска и подъёма труб, извлечения инструмента и части работ с обсадными трубами; режимы с высоким крутящим моментом подходят для больших диаметров и высокой нагрузки, а высокая частота вращения — для интервалов с меньшим сопротивлением.
Для проектов отбора шлама значение этих возможностей заключается в поддержании темпа непрерывного бурения. Если грузоподъёмность или крутящий момент недостаточны для целевой глубины и диаметра, спуско-подъёмные операции и работы в скважине будут занимать больше времени, что повлияет на выполнение всего плана разведки. Однако в документации также напоминается, что при обратноциркуляционном бурении следует одновременно учитывать резание долота, ударное воздействие на забой и состояние возврата шлама, не следует стремиться только к частоте вращения или крутящему моменту.
Угол бурения: заложение скважин согласно геологическому проекту
RC400 поддерживает два рабочих угла: 45° и 90°. Вертикальные скважины подходят для подземных вод, исследования покровных отложений и части разведки полезных ископаемых; наклонные скважины 45° могут использоваться для наклонных рудных тел, структурных зон или проверки конкретных целевых участков. В документации указано, что перед началом работ необходимо подтвердить направление и угол скважины согласно геологическому проекту. Это соответствует распространённой потребности в наклонных скважинах для проверки при отборе шлама, но возможность выбора угла не означает, что можно заложить скважину под любым углом; в документации указаны только эти два угла, и возможность других углов не рассматривается.
Почему потребность в непрерывном колонковом бурении не входит в область документации данного оборудования
В документации RC400 при описании возможностей отбора проб чётко указано: «пробы шлама, возвращаемые по глубине, а не непрерывный полный керн». Это точка разделения двух методов отбора проб на уровне оборудования: обратноциркуляционная буровая установка организует бурение вокруг канала возврата пробы и подачи воздуха, а колонковая буровая установка — вокруг колонковой трубы, каната и технологии отбора керна. В документации отсутствуют такие сведения, как типоразмеры колонковых труб, ёмкость каната, комплектация инструмента для отбора керна, поэтому по параметрам RC400 нельзя судить о его способности к непрерывному колонковому бурению.
Если цель проекта — получение полного керна, необходимо отдельно проверять глубину бурения, диаметр, грузоподъёмность, крутящий момент и комплектацию для отбора керна по документации колонковой буровой установки. Это не означает, что обратноциркуляционная буровая установка не может использоваться для разведки полезных ископаемых, а означает, что тип получаемой информации отличается от непрерывного колонкового бурения, и задачи, которые они выполняют в процессе разведки, также различны. В документации упоминается, что RC-отбор проб подходит для быстрого создания большего количества контрольных точек бурения на больших площадях разведки, а затем по результатам определяется, какие ключевые участки требуют дальнейшего колонкового бурения, что как раз иллюстрирует разделение задач двух методов в проекте.
Границы при использовании одной установки также для водяных скважин
В документации RC400 также указано, что глубокие водяные скважины являются одним из основных применений, максимальная глубина бурения 400 м, диаметр скважины 105–305 мм. Для сельского водоснабжения, орошения сельхозугодий, промышленного водоснабжения и разработки подземных вод в горнодобывающих районах можно выбирать пневмоударник, бурение с промывкой или другие подходящие методы в зависимости от геологических условий и требований к скважине. В документации прямо указано, что при строительстве водяных скважин не обязательно использовать систему RC-отбора проб на всём протяжении.
Значение этого пункта для выбора оборудования заключается в следующем: если проект одновременно включает разведочные скважины и водяные скважины, многофункциональность оборудования может сократить количество типов комплектации, но акценты для двух применений различны. Разведочные скважины больше ориентированы на качество проб, водяные скважины — на устойчивость ствола, диаметр и водоносный горизонт. При возможности обрушения верхних рыхлых покровных отложений в документации указано, что данная модель поддерживает бурение с промывкой; можно выбирать промывку и обсадку в зависимости от состояния стенок скважины, а после входа в устойчивые породы переходить к другой технологии. Возможность такого перехода требует оценки с учётом конкретных геологических условий; в документации не приведены ориентировочные значения глубины перехода.
Полевые условия и сопутствующие вопросы
Общий вес RC400 составляет около 11 т, габариты примерно 7×1,85×2,86 м, скорость передвижения около 2,5 км/ч, максимальный угол подъёма ориентировочно 21°. В документации отмечается, что из-за большого общего веса перед перебазировкой необходимо проверить несущую способность грунта, уклон и маршрут транспортировки. Проекты обратной циркуляции обычно комплектуются компрессором, оборудованием для отбора и разделения проб; на площадке следует заранее спланировать топливо, размещение оборудования и подъездные пути.
В части управления пробами в документации указано, что RC-пробы следует нумеровать, взвешивать и упаковывать по фиксированным интервалам глубины, записывая номер скважины, глубину, время и аномалии; систему отбора проб, гидроциклон или оборудование для разделения проб также необходимо регулярно очищать. Это требования на уровне процесса; оборудование предоставляет буровую платформу, а конечное качество пробы зависит от полевого процесса отбора и действий персонала.
В каких случаях требуется дополнительное уточнение
- Если целевая глубина близка к 400 м, фактическая глубина бурения будет зависеть от диаметра, буровых труб, возможностей компрессора, геологических условий, искривления скважины и износа инструмента; в документации 400 м указаны как ориентировочная возможность при типовой комплектации, и достижимость в конкретном проекте требует проверки по условиям комплектации.
- В документации не приведены рекомендуемые значения выбора компрессора в зависимости от глубины и диаметра; необходимо уточнять на основе диапазона расхода воздуха и полевых условий.
- В зонах дробления и развития трещин возможны вывалы и местное расширение скважины, что может повлиять на соответствие проб глубине; в документации рекомендуется контролировать скорость подачи, поддерживать стабильную подачу воздуха и вести записи, но конкретные рабочие параметры не указаны.
- Если проекту требуется непрерывный полный керн, документация RC400 не покрывает эту потребность; следует отдельно выбирать колонковую буровую установку.
Возвращаясь к вопросу в начале: разделение отбора шлама и непрерывного колонкового бурения прежде всего связано с тем, «какая информация нужна», и только затем — с возможностями оборудования. Документация RC400 поддерживает потребности стороны обратноциркуляционного отбора шлама, включая канал возврата пробы, подачу воздуха, работу с бурильной колонной и угол бурения; потребности стороны непрерывного колонкового бурения требуют отдельной проверки по документации колонковой буровой установки. Раздельная оценка этих двух сторон позволяет уменьшить ошибки при выборе оборудования лучше, чем сравнение только по цифрам глубины бурения.