На этапе запроса коммерческого предложения проект глубокой водяной скважины часто сводят к одному вопросу: достаточно ли максимальной глубины бурения. Однако при реальной организации работ пригодность оборудования определяется не только цифрой глубины, но и тем, насколько глубок целевой водоносный горизонт, какой диаметр скважины необходим, какой вес бурильной колонны придется выдерживать в стволе, какая технология бурения соответствует данному разрезу, а также может ли установка добраться до устья и развернуться. В статье рассматривается этот процесс декомпозиции на примере открытых данных WRT1200: на какие категории функциональных параметров можно разложить задачи глубокой водяной скважины, какие параметры из материалов соответствуют каждой категории и что еще нужно уточнить на месте.
1. Глубина целевого водоносного горизонта соответствует запасу по глубине бурения, а не проектному целевому показателю
Задача глубокой водяной скважины в первую очередь определяется положением водоносного горизонта. В материалах WRT1200 указана максимальная глубина бурения 1200 м; установка предназначена для глубоких подземных вод, крупнодиаметровых водяных скважин и бурения DTH по твердым породам. Это значение следует понимать как верхний предел возможностей оборудования, а не как глубину, которую нужно достигать в каждом проекте. Сначала гидрогеологические работы определяют глубину целевого водоносного горизонта, затем проверяют, попадает ли эта глубина в диапазон, перекрываемый оборудованием, и оставляют определенный запас на случай аномалий в стволе или необходимости углубленной проверки.
В материалах также отмечается, что запас по глубине уровня 1200 м имеет практический смысл, когда маломощные верхние водоносные горизонты не обеспечивают достаточного дебита, в горнодобывающем районе требуется более стабильный источник воды или промышленный проект нуждается в высоконадежном водоснабжении. Иными словами, глубина бурения становится аргументом при выборе только тогда, когда водоносный горизонт действительно глубок. Если целевой горизонт залегает на малой или средней глубине, сам по себе запас по глубине не создает эксплуатационной ценности.
2. Диаметр скважины влияет на три вида нагрузок: буровой инструмент, обсадные трубы и вынос шлама
Диапазон диаметров бурения WRT1200 составляет 105–900 мм, что охватывает как обычные глубокие водяные скважины, так и крупнодиаметровые скважины подземных вод. Диаметр не является изолированным проектным выбором: больший диаметр позволяет установить более крупные обсадные трубы и погружной насос, но, как отмечается в материалах, увеличение диаметра одновременно повышает нагрузку на буровой инструмент, вес обсадных труб, потребность в выносе шлама и нагрузку на компрессор.
Поэтому параметр диаметра скважины необходимо проверять в связке с другими функциональными параметрами. Сначала исходя из целевого дебита, типоразмера обсадных труб и типа насоса определяют обоснованный диаметр, затем проверяют, соответствуют ли грузоподъемность, крутящий момент и условия подачи воздуха оборудования при данном диаметре. В материалах не приводится конкретная скорость бурения или продолжительность сооружения одной скважины для того или иного диаметра — это требует отдельного уточнения в проекте производства работ с учетом разреза и компоновки бурового инструмента.
3. Обработка бурильной колонны и обсадных труб соответствует грузоподъемности и вспомогательным лебедкам
При бурении глубоких скважин собственный вес бурильных труб, вес обсадных труб и трение о стенки скважины значительно возрастают с глубиной. В материалах WRT1200 указаны грузоподъемность 61 т и осевое усилие 13 т, а также отмечено, что более высокая грузоподъемность благоприятна для спуско-подъемных операций в глубоких скважинах, извлечения погружных пневмоударников и части работ с обсадными трубами.
В дополнение к грузоподъемности предусмотрены две вспомогательные лебедки: большая 4 т и малая 3 т, которые могут использоваться для перемещения пневмоударников, бурильных труб, обсадных труб, воздушных шлангов и вспомогательных принадлежностей на площадке. В проектах уровня 1200 м бурового инструмента много, а вес отдельных единиц велик, поэтому две лебедки помогают сократить ручные перемещения. Однако в материалах прямо указано: при аномальном сопротивлении при подъеме бурильной колонны следует сначала промыть скважину и оценить состояние стенок, бурового инструмента и осадка, а не просто тянуть с максимальной грузоподъемностью. Это означает, что грузоподъемность — это параметр для работы с нормальными нагрузками, а не универсальное средство решения проблем в стволе.
4. Крутящий момент вращения имеет два режима, соответствующих разному сопротивлению в интервалах ствола
Максимальный крутящий момент системы вращения WRT1200 составляет 24000 / 12000 Н·м при двухскоростной конфигурации 75 / 150 об/мин. В материалах поясняется, что низкая скорость и высокий крутящий момент больше подходят для крупных диаметров, твердых пород и интервалов с высоким трением, а высокая скорость — для устойчивых формаций с меньшим сопротивлением. В процессе бурения следует своевременно переключать режим в зависимости от нагрузки на буровой инструмент, выноса шлама и изменения крутящего момента.
Этот пункт часто ошибочно трактуют как «две скорости» или «двухступенчатую коробку передач». Фактически два значения крутящего момента соответствуют выбору возможностей вращения для разных условий в интервалах ствола, а не простому предпочтению скорости. Если понимать двухрежимный крутящий момент как произвольно переключаемые скоростные передачи, легко упустить нагрузку, которую несет режим низкой скорости и высокого момента на крупнодиаметровых интервалах твердых пород, и недооценить границы применимости высокой скорости в устойчивых формациях.
5. Сочетание пород определяет технологию бурения и комплектацию подачи воздуха
В материалах WRT1200 приведен подход к последовательности технологий в зависимости от разреза: в верхних рыхлых слоях можно применять вращательное бурение с промывочной жидкостью, обсадные трубы или другие способы укрепления стенок; в монолитных твердых породах можно использовать пневмоударники среднего и высокого давления для бурения DTH; в выветрелых породах и зонах дробления следует контролировать подачу, усиливать промывку и в зависимости от состояния стенок применять обсадные трубы или пену; после входа в основной водоносный горизонт необходимо корректировать подачу воздуха, промывку и схему обсадки в зависимости от водопритока.
При бурении DTH в материалах рекомендуется рабочее давление 1,65–8 МПа и расход воздуха 16–120 м³/мин, при этом особо отмечается, что при достаточном давлении, но недостаточном расходе возможны недостаточная энергия удара, затрудненный вынос шлама и накопление шлама на забое. Этот пункт показывает, что условия подачи воздуха — не встроенная возможность оборудования, а внешнее условие, которое необходимо обеспечить компрессором и рассчитать совместно с диаметром, глубиной и разрезом. В материалах не указано, какое давление и расход следует выбирать для конкретного проекта; это нужно подтверждать в проекте производства работ с учетом диаметра и компоновки бурового инструмента.
6. Способ перебазировки и условия транспортировки установки
WRT1200 имеет автомобильную конструкцию с прямой мачтой: буровая мачта, силовой вертлюг, гидравлическая подача, две вспомогательные лебедки и система управления интегрированы на автомобильном шасси. В материалах отмечается, что такая конструкция лучше подходит для дорожной перебазировки между горнодобывающими районами, промышленными парками, фермами и разными городами, позволяя сократить повторные погрузочно-разгрузочные и такелажные работы.
Однако платой за конструкцию с прямой мачтой является более фиксированный транспортный габарит. Вес установки около 32 т, транспортные габариты примерно 11,5 × 2,25 × 3,2 м. В материалах прямо требуется до начала работ подтвердить ограничения по высоте на дорогах, пространство для въезда и габариты площадки; перед въездом также необходимо проверить ширину дорог, грузоподъемность мостов, радиус поворота, несущую способность площадки и препятствия сверху. Этот пункт соответствует не возможностям оборудования, а тому, позволяют ли условия на площадке доставить установку и развернуть ее; если дорожные или площадочные условия не выполняются, ни глубина бурения, ни крутящий момент не могут быть реализованы.
Сведение шести функциональных параметров в единую таблицу проверки
Перечисленные шесть пунктов — не параллельный перечень параметров, а цепочка суждений с определенной последовательностью: сначала определяют глубину водоносного горизонта и диаметр скважины, затем проверяют возможности обработки бурильной колонны и крутящий момент вращения, после чего определяют технологию бурения и комплектацию подачи воздуха и, наконец, подтверждают возможность въезда установки. Если какой-либо пункт не выполняется, это меняет выбор оборудования или проект производства работ.
| Задача | Соответствующий параметр из материалов | Что еще нужно подтвердить |
|---|---|---|
| Глубина целевого водоносного горизонта | Максимальная глубина бурения 1200 м | Фактическая глубина горизонта и запас по глубине |
| Диаметр скважины | Диаметр бурения 105–900 мм | Проект обсадных труб, типа насоса и дебита |
| Обработка бурильной колонны и обсадных труб | Грузоподъемность 61 т, две вспомогательные лебедки 4 т + 3 т | Вес компоновки бурового инструмента и трение о стенки |
| Сопротивление в интервале ствола | Двухрежимный крутящий момент 24000 / 12000 Н·м | Момент переключения и соответствие разрезу |
| Технология бурения и подача воздуха | Давление 1,65–8 МПа, расход воздуха 16–120 м³/мин | Комплектация компрессором и соответствие диаметру |
| Въезд и перебазировка | Вес установки около 32 т, транспортные габариты около 11,5×2,25×3,2 м | Ограничения по высоте, несущая способность и габариты площадки |
Что не охвачено материалами и требует подтверждения на уровне проекта
В материалах WRT1200 также упоминается возможность выбора дизельного двигателя мощностью 220 кВт или 264 кВт, ход подачи 7 / 13 м, рекомендуемый диаметр бурильных труб 127 мм и поддержка длины бурильных труб 3 или 6 м. Эти параметры комплектации необходимо определять исходя из нагрузки проекта, условий площадки и организации работ; в материалах не приводится рекомендация по комплектации для конкретных условий.
Кроме того, фактический дебит, качество воды в скважине, проектирование цементирования и тампонажа, выбор погружного насоса и другие этапы сооружения скважины относятся к гидрогеологии и проектированию скважины. В материалах лишь указано, что оборудование может использоваться для глубокого водоснабжения, но конкретные параметры этих этапов не содержатся. В проекте глубокой водяной скважины помимо выбора оборудования необходимо выполнить гидрогеологическую оценку и проектирование конструкции скважины, а затем на их основе подтвердить соответствие комплектации оборудования.