На определенном этапе геологоразведочных работ задачи бурения меняются: на начальной стадии скважины располагают на большой площади и быстрым способом выявляют аномалии; при подтверждении аномалий и прослеживании минерализации цель — непрерывно получать по глубине пробы, пригодные для анализа, причем каждая проба должна быть привязана к номеру скважины, интервалу глубин и номеру пробы. Этим двум типам задач соответствуют разные условия по оборудованию, и разветвление выбора оборудования часто происходит именно на этом шаге.
Далее рассматривается эта точка разветвления: какие задачи решает обратная циркуляция на этапе подтверждения отбором проб, а какие — нет, а также какие данные по RC600-CS3 соответствуют требованиям и какие условия всё ещё требуется уточнить до запроса предложения.
Сначала определить, что должна дать скважина
На этапе проверки аномалий важно, можно ли пробурить скважину по плану, как пройти покрывающие отложения и коренные породы, каков порядок стоимости одной скважины. На этапе подтверждения отбором проб важны другие вопросы: возвращается ли шлам непрерывно, соответствует ли возвращенная проба фактической глубине, достаточно ли пробы для анализа, не происходит ли смешивание проб между интервалами смены.
Разветвление оборудования на этих двух этапах можно описать набором условий:
- Если скважина в основном предназначена для проверки распространения аномалии на глубину, пробы представлены шламом и отбираются непрерывно через фиксированные интервалы, можно рассматривать вариант обратной циркуляции.
- Если целевой горизонт требует наблюдения структуры минерализации, соотношений изменений или точных контактов, информации в шламовых пробах недостаточно, необходим непрерывный керн — следует переходить на колонковое бурение.
- Если в проекте есть оба типа скважин, обычная схема: обратная циркуляция для быстрой проверки и глубинного прослеживания, а для ключевых аномалий — колонковые скважины для подтверждения.
Это разветвление не означает, что одно оборудование лучше другого; это различие маршрутов из-за разных целей отбора проб. При обратной циркуляции получают шлам, а не полный керн; это повышает эффективность организации непрерывного отбора, но не заменяет способность колонкового бурения восстанавливать структуру пород.
Три задачи обратной циркуляции на этапе подтверждения отбором проб
Если решено, что основным типом проб будет шлам, условия по оборудованию должны охватывать три аспекта: достаточность буровых возможностей для целевой глубины и диаметра, непрерывность процесса возврата проб, возможность управления пробами с привязкой к глубине и номеру.
Глубина и диаметр определяют класс оборудования
Максимальная глубина бурения RC600-CS3 — 600 м, диаметр скважины 105–450 мм. Этот диапазон соответствует скважинам средней глубины для разведки полезных ископаемых, а также охватывает часть проектов по бурению крупнодиаметровых водозаборных скважин и водопонижению на рудниках. Фактическая глубина зависит от диаметра, веса двойных бурильных труб, мощности компрессора и геологических условий; нельзя считать 600 м фиксированным значением для любого диаметра.
Непрерывность возврата проб важнее скорости бурения для качества проб
С увеличением глубины расстояние, которое шлам проходит от забоя до поверхности, растет, и потери воздуха, герметичность бурильных труб и утечки в скважине сильнее влияют на извлечение проб. Рекомендуемое рабочее давление оборудования 1,6–6 МПа, расход воздуха 16–75 м³/мин; эти параметры нужны не только для привода RC-молота, но и для обеспечения непрерывного возврата шлама через внутреннюю трубу в циклонную систему отбора проб. При недостаточном расходе компрессора обычно наблюдается уменьшение возврата шлама, задержка возврата и накопление шлама на забое, что ухудшает соответствие проб глубинам.
Трехкомпонентная система объединяет возврат, разделение и упаковку в непрерывный процесс
Трехкомпонентная циклонная система отбора проб CS3 объединяет циклонное разделение, представительное разделение пробы и сбор пробы в непрерывный процесс: шлам по внутренней трубе двойных бурильных труб возвращается в циклонную систему для газо-твердого разделения, затем поступает на разделение и упаковку. По сравнению с ручной пересыпкой и повторной транспортировкой эта схема лучше подходит для проектов с большим суточным объемом отбора проб и снижает многократное перемещение проб между этапами.
Однако концентрация процесса не означает автоматической представительности проб. Циклон, делитель проб и шланги возврата шлама необходимо очищать при смене интервала, скважины или при входе в новый ключевой интервал отбора, иначе остатки шлама с предыдущей глубины могут попасть в следующий интервал. Мешки для проб должны маркироваться номером скважины, номером пробы, начальной и конечной глубиной, датой и сменой; полевые записи должны соответствовать маркировке на мешках. При внедрении системы QA/QC проекта порядок отбора повторных, стандартных и холостых проб устанавливается отдельно согласно требованиям проекта.
Сопоставление условий оборудования с полевыми ограничениями
| Потребность | Соответствующие условия оборудования | Границы, требующие уточнения |
|---|---|---|
| Покрытие скважин средней глубины для подтверждения аномалий | Максимальная глубина 600 м, диаметр 105–450 мм | Фактически достижимая глубина при целевом диаметре, комбинации двойных труб и геологических условиях |
| Непрерывный возврат и разделение проб | Трехкомпонентная циклонная система отбора проб, рекомендуемое давление 1,6–6 МПа, расход 16–75 м³/мин | Соответствие производительности компрессора глубине, диаметру и высоте над уровнем моря |
| Наклонные скважины для пересечения наклонных рудных тел | Рабочий угол 45°/90° | Угол скважины определяется геологическим проектом; при наклонном бурении требуется отдельная оценка нагрузки на аутригеры и устойчивости платформы |
| Спуск и подъем двойных труб на большой глубине | Грузоподъемность 29 т | При прихвате или аномальном сопротивлении подъему сначала оценить состояние скважины, нельзя полагаться только на грузоподъемность |
| Чередование твердых пород и покрывающих отложений | Возможна установка RC-молота или DTH-молота; поддержка вращательного бурения с промывкой | Схемы проходки и возврата проб в рыхлых, нарушенных и воздухопроницаемых зонах |
При изменении геологических условий технология должна переключаться
В относительно цельных породах (гранит, известняк, песчаник) можно использовать RC-молот или погружной DTH-молот: для непрерывного отбора проб — RC-молот, для водозаборных и обычных скважин без требований к качеству проб — обычный DTH-молот. В почвенных, глинистых, песчаных и гравийных слоях возможны обрушения, и прямое использование высоконапорной обратной циркуляции не всегда подходит; можно сначала укрепить верхнюю часть скважины промывкой и обсадкой, а затем переключить технологию при входе в коренные породы. Тектонические нарушенные зоны и крупные трещины вызывают утечки воздуха, шлам может задерживаться в скважине и возвращаться сосредоточенно, что ухудшает соответствие проб фактическим глубинам; такие интервалы требуют специальной регистрации и, при необходимости, применения пены, обсадки или других способов борьбы с утечками.
При планировке площадки учитывать компрессор и зону отбора проб
Общий вес установки около 12,5 т, габариты примерно 7×2,1×2,9 м, скорость передвижения около 3,5 км/ч, максимальный угол подъема ориентировочно 21°. На площадке помимо буровой установки необходимо разместить компрессор, циклонную систему отбора проб, мешки для проб и транспортные средства; площадка должна иметь достаточную площадь для свободного прохождения линий возврата шлама и безопасного расстояния между персоналом, отбирающим пробы, и грузоподъемными работами. Тяговое усилие лебедки 2,5 т может использоваться для перемещения RC-молота, двойных труб и шлангов возврата, но при подъеме груз не должен попадать в рабочую зону персонала, отбирающего пробы.
В качестве привода используется двигатель Cummins мощностью 132 кВт, обеспечивающий вращение, подачу, ходовую часть и вспомогательные гидросистемы. На площадке обратной циркуляции обычно требуется мощный компрессор; заправка топливом, размещение оборудования и пространство для обслуживания должны планироваться заранее.
Когда следует переходить от обратной циркуляции к колонковому подтверждению
Обратная циркуляция решает задачу быстрого получения большого количества шламовых проб с разбивкой по глубине и подходит для глубинного прослеживания после проверки аномалий, оценки фланговых участков и предварительного подтверждения непрерывности минерализации. Но если задача состоит в определении границ рудного тела, наблюдении структурных соотношений минерализации и изменений, отборе полного керна определенных горизонтов, информации в шламовых пробах недостаточно. В этом случае следует бурить колонковые скважины и дополнять структурную информацию непрерывным керном, а не предъявлять дополнительные требования к оборудованию обратной циркуляции.
Есть и случай, когда нужно замедлиться: сильные утечки воздуха в скважине, прерывистый возврат шлама или несоответствие проб из нарушенных зон фактическим глубинам. Продолжение работы с прежними параметрами снизит достоверность данных проб. Рекомендации по оборудованию предполагают снижение темпа проходки, поддержание очистки скважины и регистрацию аномальных интервалов; однако необходимость изменения технологии, применения обсадки или пены определяется по фактическому состоянию скважины, и заранее гарантировать результат нельзя.
Информация, необходимая перед запросом предложения
Перед включением RC600-CS3 в список сравнения рекомендуется собрать следующие данные и согласовать конфигурацию с поставщиком:
- Целевая глубина и основной диапазон диаметров, наличие участков большого диаметра;
- Цель отбора проб: с каким интервалом отбирать шлам, нужна ли увязка с последующими колонковыми скважинами;
- Геологический разрез: мощность покрывающих отложений, типы коренных пород, примерное положение нарушенных и воздухопроницаемых зон;
- Угол скважины: преимущественно вертикальные или требуются наклонные 45°, угол определяется геологическим проектом;
- Условия компрессора: сможет ли планируемый расход и давление обеспечить целевую глубину и диаметр;
- Полевые условия: несущая способность дорог, площадь площадки, уклон и слабые грунты;
- Требования к управлению пробами: действует ли система QA/QC, кто отвечает за нумерацию и записи проб.
Эти данные определяют не только выбор оборудования, но и возможность непрерывной работы процесса отбора проб от скважины к скважине. Материалы по оборудованию указывают диапазон возможностей и условия комплектации; фактическая глубина бурения, выход проб и качество проходки должны определяться по полевым условиям.