При запросе оборудования для водозаборной скважины проектной глубиной три-четыреста метров часто задают вопрос: достаточна ли грузоподъемность. Сложность в том, что грузоподъемность не является самостоятельным показателем: при одинаковой грузоподъемности 22 т с 6-метровыми и 3-метровыми бурильными трубами фактический темп спуско-подъемных операций будет разным; в монолитных породах и в зонах дробления условия заклинивания бурового инструмента также различаются. Чтобы определить, достаточна ли грузоподъемность, необходимо сначала рассмотреть ее в контексте конкретных операций при бурении скважин средней глубины.
Грузоподъемность при бурении скважин отвечает за три основные задачи
Грузоподъемность буровой установки для водозаборных скважин по сути представляет собой максимальное усилие натяжения, которое крюк или верхний привод может приложить к бурильной колонне. При строительстве скважин средней глубины порядка 400 м это усилие используется в основном в трех случаях: подъем бурильной колонны при спуско-подъемных операциях, работа с обсадными трубами и устранение осложнений в скважине. Требования к грузоподъемности в этих трех случаях неодинаковы, и их нельзя свести к простому принципу «чем больше тоннаж, тем надежнее».
Спуско-подъемные операции: собственный вес бурильной колонны линейно возрастает с глубиной
С увеличением глубины скважины вес бурильных труб, замков и забойного инструмента постоянно накапливается. При оценке для 6-метровых труб рекомендуемого диаметра 89/102 мм на глубине 400 м собственный вес бурильной колонны уже является значительной нагрузкой. Грузоподъемность прежде всего должна покрывать этот собственный вес и оставлять определенный запас на преодоление трения о стенки скважины. Если грузоподъемность лишь едва равна собственному весу колонны, то при подъеме в случае сужения ствола или обрушения породы возможности для маневра будут крайне ограничены.
Работа с обсадными трубами: сосредоточенный вес и необратимость процесса спуска
На этапе крепления водозаборной скважины необходимо спускать обсадные трубы. Вес обсадных труб сосредоточен в одной операции спуска-подъема, и если после спуска возникнут проблемы, их устранение значительно сложнее, чем с бурильными трубами. Грузоподъемность должна покрывать вес одной трубы или одной секции обсадной колонны, а также в сочетании со вспомогательной лебедкой обеспечивать перемещение и стыковку инструмента для обсадных труб. Грузоподъемность вспомогательной лебедки WR400QS составляет 1,5 т, что позволяет перемещать пневмоударники, бурильные трубы, инструмент для обсадных труб и другие принадлежности на площадке, однако подъем основного тела обсадной колонны по-прежнему зависит от основной системы подъема.
Осложнения в скважине: грузоподъемность — это средство, а не решение
При прихвате, сужении ствола или обрушении стенок скважины грузоподъемность часто рассматривают как способ «вытащить» инструмент. Однако в материалах четко указано, что в таких случаях следует в первую очередь решать проблему путем промывки скважины и корректировки технологии, а не полагаться исключительно на максимальное тяговое усилие. Этот момент часто упускают при выборе оборудования: чем больше грузоподъемность, тем важнее понимать, что она соответствует запасу для нормальных спуско-подъемных операций, а не возможности устранения аварий в скважине.
Что означает грузоподъемность 22 т при строительстве скважин глубиной 400 м
Согласно данным WR400QS, максимальная глубина бурения этой модели составляет 400 м, диаметр бурения 105–325 мм, грузоподъемность 22 т, поддерживаются 6-метровые бурильные трубы. Рассматривая эти значения вместе, можно увидеть, что грузоподъемность 22 т соответствует стандартному набору операций для скважин средней глубины.
- Соответствие глубины бурения и грузоподъемности: на глубине порядка 400 м грузоподъемность 22 т обеспечивает запас на собственный вес бурильной колонны и трение о стенки скважины, что является повышенной конфигурацией грузоподъемности для оборудования этого класса.
- Влияние 6-метровых бурильных труб: длинные трубы сокращают количество наращиваний, длина бурильной колонны при одной спуско-подъемной операции увеличивается, соответственно повышаются требования к стабильности непрерывной отдачи грузоподъемности.
- Согласование с двухрежимным вращением: двухрежимное вращение 8000/4000 Н·м соответствует максимальной частоте вращения 75/150 об/мин; низкая скорость и высокий крутящий момент подходят для больших диаметров и твердых пород, при этом нагрузка на бурильную колонну также возрастает, и грузоподъемность необходимо оценивать в сочетании с режимом вращения.
Достаточность грузоподъемности зависит также от следующих условий
Грузоподъемность является частью возможностей всей установки, и по одному этому значению нельзя ответить на вопрос «достаточно ли». Следующие условия напрямую влияют на реализацию грузоподъемности в фактическом строительстве.
Соответствие мачты и длины бурильных труб
6-метровые бурильные трубы требуют достаточного пространства мачты для спуско-подъемных операций. Если эффективный ход мачты не соответствует длине труб, преимущество длинных труб в сокращении наращиваний не реализуется, и ритм использования грузоподъемности будет нарушен. При выборе оборудования необходимо проверять длину бурильных труб, тип мачты и грузоподъемность в комплексе.
Диаметр бурения и компоновка бурильной колонны
Диапазон диаметров бурения 105–325 мм довольно широк; при бурении большого диаметра компоновка бурильной колонны тяжелее, а трение о стенки скважины может быть больше. Если конечный диаметр скважины по проекту приближается к верхнему пределу диапазона, запас грузоподъемности необходимо пересмотреть, нельзя напрямую применять опыт для малых и средних диаметров.
Геологические условия и устойчивость стенок скважины
Зоны дробления и трещиноватые породы могут вызывать обрушение и прихват; в этом случае грузоподъемность сталкивается не с нормальным собственным весом колонны, а с дополнительным сопротивлением. В материалах рекомендуется в таких породах снижать скорость подачи, поддерживать промывку скважины и в зависимости от ситуации применять пенные растворы, обсадные трубы и другие вспомогательные меры. Величина грузоподъемности не может заменить эти технологические корректировки.
Устойчивость аутригеров и несущая способность грунта
WR400QS оснащена гидравлическими аутригерами с ходом 1,6 м, масса установки 8,6 т. Для реализации грузоподъемности необходима устойчивая опора всей установки. На мягких грунтах необходимо использовать подкладки для равномерного распределения нагрузки на аутригеры и предотвращения длительной осадки, ведущей к наклону мачты. Если условия площадки не обеспечивают устойчивую опору, фактически доступная грузоподъемность снижается.
В каких случаях грузоподъемности 22 т может быть недостаточно
В материалах не содержится вывода о том, что «грузоподъемность 22 т применима для всех скважин глубиной 400 м»; следующие случаи требуют отдельного уточнения:
- Конечный диаметр скважины длительное время близок к верхнему пределу 325 мм, вес компоновки и трение заметно возрастают;
- Частые сужения ствола и обрушения породы требуют многократного устранения заклинивания колонны;
- Обсадная колонна имеет большую длину или толщину стенки, нагрузка при однократном подъеме превышает обычные расчеты;
- Угол бурения отличается от вертикального, распределение трения о стенки скважины отличается от вертикальной скважины.
В этих случаях достаточность грузоподъемности нельзя определить только по цифре 22 т; необходим конкретный расчет с учетом компоновки бурильной колонны, спецификации обсадных труб и геологических условий.
Что необходимо уточнить перед выбором оборудования
Оценка грузоподъемности в конечном итоге должна основываться на условиях проекта. После предварительного отбора по данным WR400QS следующие пункты необходимо уточнить у производителя или заказчика:
- Общий вес компоновки бурильной колонны для целевой глубины скважины, включая бурильные трубы, замки и забойный инструмент;
- Спецификация обсадных труб для крепления скважины, длина одной секции и предполагаемый общий вес;
- Приближается ли предполагаемый конечный диаметр скважины к верхнему пределу 325 мм, а также трение в соответствующих породах;
- Соответствие эффективного хода мачты и размеров 6-метровых бурильных труб;
- Достаточна ли несущая способность грунта на площадке для установки массой 8,6 т с опорой на аутригеры.
Достаточность грузоподъемности — это вопрос, на который нельзя ответить в отрыве от глубины скважины, диаметра, бурового инструмента и геологических условий. Грузоподъемность 22 т в конфигурации WR400QS для глубины 400 м имеет свой соответствующий диапазон работ, но этот диапазон может быть подтвержден только после постатейной проверки вышеуказанных условий.