После завершения поверхностного картирования и мелкого поискового бурения на рудном районе обычно бурят серию колонковых скважин средней глубины: от нескольких сотен до примерно восьмисот метров, устья рассредоточены между несколькими рудными участками, направление разведочных линий определяет необходимость наклонного бурения многих скважин, а в геологическом разрезе встречаются зоны дробления и водоносные трещины. В этот момент подрядчик задаётся вопросом: достаточно ли одной интегрированной буровой установки для колонкового бурения, или необходимо организовывать работы с разборным модульным оборудованием и дополнительными вспомогательными сменами. Этот вопрос нельзя решать, глядя только на графу глубины бурения; необходимо сопоставить в одной таблице требования к отбору керна, способ перебазировки, углы наклонных скважин и возможности обработки скважины.
Сначала определим, что означает «достаточно» для такого рудного района
Задача колонкового бурения в среднеглубинном рудном районе обычно состоит не в достижении предельной глубины одной скважины, а в стабильном получении непрерывного керна, пригодного для документации и анализа, в течение одного разведочного цикла. Отсюда можно выделить несколько проверяемых условий:
- Целевая глубина и диаметр отбора керна должны укладываться в диапазон справочной глубины бурения оборудования с запасом на трение в скважине и изменение состояния стенок;
- Устья скважин рассредоточены, оборудование должно многократно перемещаться на короткие расстояния внутри рудного района; чем меньше операций по заезду и переустановке, тем лучше для непрерывности работ;
- Условия залегания рудных тел определяют необходимость наклонных скважин; оборудование должно иметь соответствующую регулировку угла, а на площадке необходимо выполнять планировку и фиксацию корпуса;
- Скважина должна последовательно пересекать покровные отложения, вмещающие породы, зоны изменений и минерализованные интервалы; оборудование должно переключать режимы частоты вращения и крутящего момента для разных типов пород;
- На глубоких интервалах собственный вес бурильной колонны, трение о стенки и локальные сужения накапливаются; усилие подъёма должно иметь запас для обработки, но на практике нельзя считать повышение усилия подъёма единственным способом решения прихватов.
Если хотя бы одно из этих пяти условий не выполняется, ответ на вопрос «достаточно ли интегрированной установки» может измениться. Ниже приведено сопоставление по открытым данным CR800I.
Глубина бурения и диаметр керна: сначала определим, в какой диапазон попадает планируемая глубина
CR800I позиционируется со справочной глубиной бурения 800 м для размера NTW; в тех же материалах справочная глубина для HTW составляет 500 м, для BTW — 1000 м. Эти три цифры соответствуют справочным возможностям при разных диаметрах керна и не являются взаимозаменяемыми пределами глубины для одного диаметра. Для среднеглубинного рудного района, если основная задача — прослеживание рудного тела и сгущение сети скважинами NTW или близкого диаметра, диапазон 800 м близок к целевым глубинам большинства скважин; если проект требует непрерывного отбора керна большего диаметра, справочная глубина соответственно сокращается, и планирование глубин необходимо пересмотреть по диапазону HTW.
С другой стороны, если планируемые глубины в основном не превышают пяти-шестисот метров, использование этой установки в диапазоне NTW оставит определённый запас, но запас не равен повышению эффективности; фактический темп бурения по-прежнему зависит от геологических условий, соответствия буровой коронки и циркуляции промывочной жидкости. В материалах не указана конкретная производительность бурения для каждого диаметра; такие оценки можно делать только по фактическим условиям на площадке.
Интегрированная компоновка соответствует этапам перебазировки и установки
Устья скважин в таких рудных районах часто расположены не на одной площадке. CR800I объединяет силовую установку, гидравлику, мачту, вращатель, лебёдку и систему промывки на одной гусеничной базе; на площадке не требуется поэлементная сборка основных модулей. В материалах указаны скорость передвижения на гусеницах около 2,5 км/ч, справочный угол преодолеваемого уклона 30°, транспортные габариты около 5000 × 1800 × 2550 мм, масса около 5800 кг.
Эти данные показывают, что установка подходит для коротких перебазировок между щебёночными дорогами рудного района, горными разведочными площадками и временными строительными проездами; при транспортировке необходимо сверять ширину дороги и условия поворотов с габаритами машины. Однако это не устраняет транспортную проблему — длина около 5000 мм и масса 5800 кг по-прежнему требуют предварительной проверки несущей способности дороги, радиусов поворотов и условий погрузки-разгрузки. Если между устьями скважин есть лесные дороги или узкие мосты, для прохождения которых требуется разборка, интегрированная конструкция становится ограничением; в этом случае следует рассматривать модульный вариант, а не пытаться протащить эту установку.
Углы бурения 45°–90° и размещение наклонных скважин
В золоторудных месторождениях кварцево-жильного типа, золоторудных месторождениях зон сдвига и месторождениях структурно-изменённого типа рудные тела часто имеют наклонное простирание и локальные выклинивания с повторным появлением. CR800I поддерживает углы бурения 45°–90°, мачта интегрированной конструкции с опорой на грунт, ход подачи 2500 мм. При бурении наклонных скважин этот диапазон углов позволяет проходить скважиной через зону минерализации в направлении разведочной линии, а не только бурить почти вертикальные скважины.
Необходимо уточнить, что возможность изменения угла — это лишь условие оборудования. В материалах также указано, что при бурении наклонных скважин необходимо заранее выполнить планировку площадки и фиксацию корпуса, чтобы избежать просадки платформы, влияющей на контроль искривления. То есть диапазон 45°–90° может быть реально использован на конкретном устье только при условии ровной площадки, устойчивого основания и соответствия компоновки бурильной колонны проектному углу наклона. Это относится к организации работ на площадке; в материалах не указана конкретная точность контроля искривления, поэтому не следует на этом основании гарантировать определённый диапазон отклонения.
Выбор частоты вращения и крутящего момента при непрерывном пересечении пород с отбором керна
При разведке медных, свинцово-цинковых и полиметаллических месторождений одна скважина часто последовательно пересекает покровные отложения, вмещающие породы, зоны изменений, зоны дробления и минерализованные интервалы. Частота вращения вращателя CR800I составляет 0–1500 об/мин, крутящий момент на высокой передаче около 300–800 Н·м, на передаче крутящего момента около 300–1000 Н·м, передаточное отношение высокой передачи 1:2,2, низкой передачи 1:3.
Эти данные соответствуют двум рабочим подходам: в монолитных твёрдых породах важнее стабильная частота вращения и соответствие буровой коронки, а в дробленых или более сопротивляющихся интервалах следует несколько снижать частоту вращения и увеличивать долю работы на крутящем моменте. При выборе оборудования необходимо выяснить: к какому типу относятся основные породы рудного района и какова доля дробленых зон, пересекаемых скважиной. Если вся скважина представлена преимущественно монолитными твёрдыми породами, диапазон высокой передачи имеет большее значение; если велика доля зон изменений и дробления, частота использования передачи крутящего момента возрастает, а требования к гидросистеме и решениям оператора также меняются. В материалах не приведены рекомендуемые параметры для каждой передачи при различных типах пород; эту часть следует определять по пробному бурению на площадке и рекомендациям производителя буровых коронок.
Грузоподъёмность и ограничения при увеличении глубины скважины
CR800I обеспечивает усилие подъёма 152 кН и усилие подачи 63 кН, лебёдка использует стальной канат 6 мм, канатоёмкость 1000 м, тяговое усилие 13 кН, скорость подъёма 120 м/мин. По мере углубления скважины собственный вес бурильной колонны, трение о стенки и локальные сужения постепенно возрастают; усилие подъёма в первую очередь создаёт запас для нормального подъёма бурильной колонны, обработки инструмента и извлечения инструмента в некоторых сложных интервалах.
Здесь необходимо обозначить одно эксплуатационное ограничение: в самих материалах указано, что на практике следует избегать попыток преодоления прихватов только за счёт повышения усилия подъёма, а принимать решения на основе комплексной оценки сопротивления в скважине, циркуляции промывочной жидкости и изменений геологических условий. При выборе оборудования можно рассматривать 152 кН как справочную величину, но нельзя понимать её так, что любой прихват можно устранить усилием подъёма. Решение проблем на глубоких интервалах также связано со свойствами промывочной жидкости, программой обсадки и компоновкой бурильной колонны, что выходит за рамки параметров установки.
Циркуляция промывочной жидкости, охлаждение и энергетическое обеспечение
CR800I оснащён гидравлическим буровым насосом со справочным расходом 100 л/мин и давлением 70 бар для охлаждения буровой коронки, выноса шлама и стабилизации стенок скважины. В выветрелых, трещиноватых породах и зонах дробления параметры промывочной жидкости нельзя копировать с режима монолитных твёрдых пород; их необходимо корректировать в зависимости от возврата воды, концентрации шлама, поглощений и устойчивости стенок. Если скважина входит в трещиноватый водоносный горизонт или зону явных поглощений, возможны резкие изменения возврата воды, давления насоса и увеличение расхода промывочной жидкости; в этом случае следует фиксировать глубину и изменения геологии, чтобы определить необходимость корректировки расхода циркуляции, применения кольматирующих материалов или установки обсадной колонны для изоляции.
В части энергетики стандартно устанавливается двигатель Cummins, также возможен выбор отечественного двигателя в зависимости от комплектации; номинальная мощность 132 л.с. (97 кВт), номинальная частота вращения 2200 об/мин, турбонаддув с воздушно-воздушным промежуточным охлаждением. Охлаждение — интегрированный воздушный радиатор с мощным водяным теплообменником. В материалах указано, что в жаркий сезон, в районах с низкой скоростью ветра или при длительной работе с высокой нагрузкой необходимо уделять особое внимание температуре гидравлического масла, охлаждающей жидкости двигателя и чистоте радиаторов; засорение рёбер радиатора пылью, промывочной жидкостью или растительными остатками заметно повышает температуру системы. В высокогорных или жарких районах также следует учитывать плотность воздуха и коррекцию мощности двигателя; нельзя судить о фактической выходной мощности только по равнинным условиям.
В каких условиях эта установка не является подходящей отправной точкой
Судя по открытым данным, CR800I больше подходит для проектов, где требуется непрерывный керн, устья скважин рассредоточены, но допускают короткие перебазировки на гусеницах, а глубина скважин попадает в справочные диапазоны HTW/NTW/BTW. В следующих случаях требуется отдельная оценка:
- Если между устьями скважин необходимо разбирать оборудование для проезда и транспортные габариты и масса становятся жёстким ограничением, следует сравнить модульный вариант;
- Если основная цель проекта — быстрый вынос шлама и непрерывный керн не требуется, ориентация этой установки на отбор керна не соответствует задаче;
- Если планируемые глубины в основном приближаются к справочному значению 1000 м для BTW или превышают его и одновременно требуется отбор керна большего диаметра, необходимо проверить, остаётся ли комбинация диаметра и глубины в пределах данных по данной машине;
- Если устья скважин находятся в высокогорных или постоянно жарких условиях, выходную мощность и условия охлаждения следует оценивать отдельно; номинальная мощность из материалов не может напрямую приниматься как доступная на площадке мощность.
Это условные оценки, а не вывод по конкретному проекту. Фактическая достаточность определяется по каждой скважине с учётом геологического разреза, проектного наклона, диаметра керна и дорожных условий на площадке.
Что необходимо уточнить у производителя или на площадке перед началом работ
В материалах некоторые параметры оставляют пространство для уточнения. Например, для основного насоса «200L» в исходной таблице параметров не указана единица времени; в соответствующих материалах на основании обычного инженерного выражения расхода гидравлического насоса указано 200 л/мин с примечанием, что окончательная производственная комплектация должна определяться по технической документации, подтверждённой для оборудования. Аналогично, справочные глубины бурения для разных размеров соответствуют определённым условиям по диаметру; в реальном проекте необходимо подтверждать их по целевому диаметру, размеру керна и геологическим условиям.
Перед заездом рекомендуется проверить по пунктам: ширину и несущую способность транспортных дорог, размеры площадки и несущую способность грунта, условия безопасности откосов, размеры бурильной колонны и угол бурения, комплектацию системы промывки, состояние каната лебёдки, а также график проверки гидравлического масла, фильтров, радиаторов и рукавов высокого давления в период непрерывных работ. Материалы по оборудованию дают ответ о границах возможностей; вопрос, стоит ли выбирать эту установку для конкретного рудного района, по-прежнему должен решаться совместно на основе геологического проекта, условий площадки и вспомогательных ресурсов.