Для водозаборной скважины с проектной глубиной более километра очень дорого обходится ситуация, когда после заезда оборудования выясняется, что производительность компрессора недостаточна, площадка не позволяет развернуть аутригеры или мощность электросети не соответствует электрическому варианту. Подготовка к глубокому бурению не заканчивается доставкой машины к устью скважины — до начала работ необходимо последовательно проверить документацию, площадку, энергоснабжение и комплектацию бурового инструмента. В данной статье на основе открытых данных WR1200SL описывается соответствие возможностей оборудования класса 1200 м для сверхглубоких водяных скважин и вопросы, которые необходимо решить по пунктам перед началом работ. Следует отметить, что ниже приведены соображения по выбору оборудования и подготовке, а не фактическая запись выполнения конкретного проекта.
Шаг 1: Определить целевую глубину скважины и информацию о водоносном горизонте
Первым предварительным условием для глубокого бурения является целевая глубина скважины, но глубина определяется не тем, «насколько глубоко может бурить оборудование», а совместно гидрогеологическими условиями и целью водоснабжения. Максимальная глубина бурения WR1200SL составляет 1200 м, диаметр бурения — 105–900 мм. Этот класс возможностей охватывает крупные проекты глубоких скважин: глубинное подземное водоснабжение, глубокие скважины в горнодобывающих районах, промышленное водоснабжение с большим расходом, а также часть геотермальных исследований. В открытых данных также указано, что фактическая глубина бурения всё ещё должна определяться в зависимости от диаметра, геологических условий, буровых штанг, компрессора и гидрогеологических условий. Поэтому перед началом работ следует иметь предварительные выводы о глубине залегания водоносного горизонта, ожидаемом дебите и оценке качества воды, а затем решать, нужно ли для этой скважины оборудование класса глубиной до километра. Если глубина лишь близка к километру, а водоносный горизонт залегает неглубоко, не обязательно комплектовать оборудование по максимальной глубине бурения.
Шаг 2: Определить диаметр готовой скважины и конструкцию ствола
Диаметр скважины является результатом проектирования готовой скважины, а не верхним пределом возможностей оборудования. Диапазон диаметров бурения WR1200SL составляет 105–900 мм; максимальный диаметр позволяет использовать обсадные трубы большего размера и насосы с более высоким расходом, но в открытых данных также указано, что бурение большого диаметра предъявляет повышенные требования к компрессору, долоту, обсадным трубам, крутящему моменту и системе подъёма, и не рекомендуется постоянно использовать максимальный диаметр в качестве стандартной комплектации. Перед началом работ необходимо уточнить: какой размер обсадной трубы будет использоваться в этой скважине, сколько слоёв обсадных труб потребуется, каков конечный диаметр, нужны ли участок водоизоляции и фильтровая труба. Чем шире заданный диаметр, тем больше изменятся последующие параметры подачи воздуха, бурового инструмента и нагрузки на подъём — этот шаг следует выполнить до выбора оборудования.
Шаг 3: Спланировать технологию бурения и способ крепления стенок в соответствии с геологическим разрезом
Сложность сверхглубоких скважин часто заключается не в глубоких, а в верхних интервалах ствола. В материалах WR1200SL предложен следующий подход: в почвенных слоях, глинах, песках и песчано-гравийных отложениях можно применять вращательное бурение с промывочной жидкостью, обсадные трубы или другие способы крепления стенок; при входе в относительно монолитные твёрдые породы можно использовать погружные пневмоударники DTH со средним и высоким давлением воздуха; при пересечении разломов, брекчий и зон развития трещин возможны вывалы, утечки воздуха, сужение ствола и прихваты, что требует снижения подачи, усиленной очистки скважины и, в зависимости от ситуации, применения обсадных труб, пены или других методов. Перед началом работ следует расположить ожидаемые геологические слои по глубине и поинтервально подтвердить соответствующие технологии и материалы для крепления стенок, особенно важно определить, насколько сильно повлияют на бурение в глубоких интервалах и подъём инструмента сужение или обрушение верхних интервалов ствола.
Шаг 4: Подтвердить источник энергии и схему энергоснабжения
WR1200SL оснащена дизель-электрической силовой установкой; дизельный двигатель — Cummins мощностью 264 кВт. В материалах указано, что в отдалённых горнодобывающих районах, пустынях и полевых проектах обычно больше полагаются на дизельную энергию, тогда как на стационарных буровых площадках рудников, в промышленных парках или на долгосрочных строительных проектах может иметься стабильная электросеть, и в зависимости от условий площадки можно выбирать между дизельным и электрическим вариантами. Ключевой момент: конечная мощность, напряжение, частота и схема запуска электрической части должны определяться в соответствии с системой электроснабжения проекта, и нельзя просто пересчитывать их из мощности дизельного двигателя. Если перед началом работ рассматривается электрический вариант, необходимо предварительно решить вопросы напряжения, частоты, мощности трансформатора, длины кабеля и пускового тока; если на площадке нет стабильного источника питания, дизельный вариант является базовой комплектацией, при этом необходимо обеспечить условия для обслуживания охлаждения двигателя, воздушного фильтра, топливной системы и температуры гидравлического масла.
Шаг 5: Проверить комплектацию компрессора и подачи воздуха
Для пневматического бурения DTH рекомендуется рабочее давление 1,65–8 МПа, расход воздуха 16–120 м³/мин. Для глубоких скважин, большого диаметра и твёрдых пород требуются высокие показатели производительности компрессора; в материалах чётко указано, что при выборе компрессора необходимо учитывать одновременно давление и расход: если расхода недостаточно, то даже при достижении требуемого давления возможны недостаточная сила удара, трудности с выносом шлама и накопление шлама на забое. Перед началом работ следует рассчитать необходимый расход воздуха и давление в соответствии с планируемым диаметром и глубиной скважины, а также убедиться, что на площадке можно разместить компрессор соответствующей производительности и трубопроводы. В глубоких скважинах путь выноса буровой мелочи длинный, очистка забоя особенно важна, поэтому стабильность подачи воздуха следует подтверждать как отдельное условие, а не принимать по умолчанию как входящую в комплект.
Шаг 6: Организовать площадку, аутригеры и маршрут перебазировки
Оборудование класса 1200 м само по себе имеет большие габариты и массу, и организация транспортировки сложнее, чем для буровых установок малого и среднего размера. WR1200SL имеет телескопическую мачту, что позволяет сократить транспортные габариты при перебазировке и развернуть рабочую высоту после прибытия на точку бурения. В открытых данных не указаны конкретные транспортные габариты и полная масса — эту информацию необходимо уточнить у производителя и постатейно сопоставить с шириной подъездных дорог, радиусом поворотов, несущей способностью мостов и водопропускных труб, а также пространством для внутренней перебазировки на площадке. Что касается площадки, необходимо подтвердить зону развёртывания аутригеров, площадку для складирования буровых штанг, зону хранения обсадных труб и буровых растворов, а также места размещения компрессора и другого вспомогательного оборудования. Проекты глубоких скважин имеют длительный цикл, поэтому следует заранее продумать, достаточно ли места на площадке для последующих спуско-подъёмных операций и работ с обсадными трубами.
Шаг 7: Подтвердить соответствие буровой колонны, обсадных труб и грузоподъёмности
WR1200SL поддерживает буровые штанги длиной 9,6 м, рекомендуемый диаметр штанг — 114 / 127 мм; усилие подъёма 60 т, осевое давление 10 т; крутящий момент вращения 30000 / 15000 Н·м, что соответствует максимальной частоте вращения 85 / 170 об/мин. Эти значения следует понимать в контексте конкретных операций: штанги длиной 9,6 м сокращают количество свинчиваний и развинчиваний в сверхглубоких скважинах и подходят для непрерывного бурения скважин глубиной более 1000 м; усилие подъёма 60 т обеспечивает запас на собственный вес буровой колонны в глубокой скважине, трение о стенки, вес обсадных труб и аномалии в скважине, но при прихвате или сужении ствола всё равно следует сначала промыть скважину и оценить состояние ствола; двойной рабочий крутящий момент соответствует различным потребностям при большом диаметре, монолитных твёрдых породах и интервалах с высоким трением, а также на участках с меньшим сопротивлением. Перед началом работ следует подтвердить типоразмер и количество буровых штанг, типоразмер и глубину спуска обсадных труб, комплектацию долота и погружного пневмоударника, а также соответствие этих комбинаций бурового инструмента планируемому диаметру и глубине скважины.
Шаг 8: Включить в подготовку материалы и тип насоса для этапа завершения скважины
В условиях глубоких водоносных горизонтов и сильных водопритоков вода меняет условия выноса шлама и работы погружного пневмоударника; в процессе строительства следует фиксировать глубину основных водоносных интервалов и корректировать подачу воздуха, очистку скважины и способ установки обсадных труб в зависимости от дебита. На этапе завершения скважины также необходимо проектировать фильтровые трубы, участок водоизоляции и конечный тип насоса в соответствии с толщиной водоносного горизонта и качеством воды. Хотя это не относится непосредственно к самой буровой установке, это влияет на выбор диаметра, типоразмер обсадных труб и порядок спуска труб, поэтому целесообразно подтвердить это вместе с проектом завершения скважины до начала работ, а не дополнять после завершения бурения. В материалах также указано, что для крупных проектов глубинного питьевого водоснабжения следует сначала выполнить гидрогеологические изыскания и оценку качества воды, а затем определять целевой горизонт, диаметр и глубину скважины.
Пояснения к порядку подготовки
Указанный порядок не является фиксированным процессом, но есть базовая логика: глубина скважины и водоносный горизонт, диаметр готовой скважины и геологическая технология определяют нижний предел возможностей оборудования; энергоснабжение, подача воздуха, площадка и комплектация бурового инструмента определяют, сможет ли оборудование работать по плану. Открытые данные WR1200SL предоставляют диапазон возможностей и условия комплектации оборудования класса 1200 м, но следующие вопросы всё ещё требуют подтверждения в конкретном проекте: достижимость фактической глубины бурения проектной глубины зависит от комбинации диаметра, геологических условий, буровых штанг и компрессора; мощность, напряжение, частота и способ запуска электрического варианта должны определяться отдельно в соответствии с системой электроснабжения проекта; транспортные габариты и полная масса в материалах не указаны — необходимо запросить у производителя; максимальный диаметр 900 мм не следует использовать в качестве стандартной комплектации. Тщательная проверка этих вопросов по пунктам до начала работ более управляема, чем корректировка после заезда на площадку.