Если рассматривать буровую установку обратной циркуляции 600-метрового класса как единый уровень возможностей, легко упустить, что она одновременно решает три разные задачи: первая — бурение скважин глубиной порядка 600 м, вторая — формирование скважин диаметром от 105 до 450 мм, третья — возврат шлама на поверхность по внутренней трубе обратной циркуляции с привязкой к глубине. Эти три задачи выполняются на одной установке, но за каждой стоят свои ограничения, и соотношение между ними не сводится к простому принципу «чем больше параметр, тем лучше». Ниже на основе открытых материалов WR600RC эти три задачи рассматриваются по отдельности.
Задача первая: какие группы значений обеспечивают возможность бурения на большую глубину
В материалах WR600RC указана максимальная глубина бурения 600 м. Это значение ограничено формулировкой «справочная возможность при типовой конфигурации», то есть оно не является фиксированным для любого диаметра, любой комбинации буровых штанг и любых грунтов. В том же документе приведены другие группы значений, обеспечивающие работу на большой глубине: усилие подъёма 29 т, крутящий момент 12000 / 6000 Н·м, соответствующая максимальная частота вращения 75 / 150 об/мин, рабочее давление воздуха 1,6–6 МПа, расход воздуха 16–75 м³/мин.
Первое требование к оборудованию при большой глубине возникает на этапе спуско-подъёмных операций. С увеличением глубины растёт собственный вес двухстенных RC-штанг и трение о стенки скважины; усилие подъёма 29 т на этом участке отвечает за работу с буровой колонной. В материалах также указано, что при сохраняющемся аномальном сопротивлении подъёму следует в первую очередь очищать скважину и оценивать её состояние, а не пытаться вытянуть колонну максимальным усилием. Эта формулировка определяет усилие подъёма как рабочую характеристику, а не как средство устранения осложнений в скважине.
Второе требование возникает на пути возврата проб. При RC-бурении 600-метрового класса шлам необходимо поднять на поверхность по внутренней трубе; чем глубже скважина, тем длиннее этот путь и тем выше, как правило, потребность в давлении и расходе воздуха. В материалах рабочее давление указано как 1,6–6 МПа, расход воздуха — как 16–75 м³/мин, и прямо отмечено, что при увеличении глубины, диаметра, высоты над уровнем моря и твёрдости породы требуемый эффективный расход воздуха обычно возрастает. Эти две группы значений являются сопутствующими условиями, напрямую связанными с глубиной бурения, а не опциями, которые можно произвольно снижать.
Задачу большой глубины нельзя оценивать только по цифре глубины
Если вычленить 600 м как единственный критерий сравнения, теряются три предпосылки: диаметр скважины, типоразмер буровых штанг и способность комплектного компрессора поддерживать достаточный эффективный расход воздуха на этой глубине. В самих материалах нет соответствия «сколько воздуха требуется для 600 м при конкретном диаметре»; этот вопрос необходимо уточнять у производителя или проектной стороны с учётом фактической глубины, диаметра и высоты над уровнем моря.
Задача вторая: на какие условия эксплуатации приходится диапазон диаметров 105–450 мм
Диапазон диаметров 105–450 мм в материалах не определён как предназначенный для одного вида работ. Вместе с этим диапазоном упоминаются три категории применения: геологоразведочные скважины, строительство глубоких водозаборных скважин и часть скважин для водопонижения на рудниках. Акценты по диаметру у этих трёх категорий различаются: для разведочных скважин важны канал возврата проб и представительность образца, для водозаборных — конструкция скважины и водоносный горизонт, для водопонижающих — расположение и расстояние между скважинами, а также гидрогеологическое проектирование.
При RC-технологии между диаметром скважины и условиями возврата проб существует прямая связь. Чем больше диаметр, тем больше шлама необходимо удалять в единицу времени; чем глубже скважина, тем длиннее путь возврата. При наложении этих двух факторов требования к давлению и расходу воздуха возрастают одновременно. Приведённый в материалах диапазон расхода воздуха (16–75 м³/мин) охватывает широкий интервал; фактическое значение зависит от конкретного сочетания диаметра, глубины и свойств породы, а постатейной таблицы соответствия в материалах нет.
Вне RC-режима диапазон 105–450 мм также соответствует двум способам бурения: вращательному с промывкой и обычному погружному пневмоударнику DTH. В материалах указано, что оборудование поддерживает оба способа, и приведены два типовых сценария: в рыхлых покровных отложениях (грунт, песок, гравий) можно сначала стабилизировать и формировать скважину вращательным способом с промывкой, а при входе в устойчивые породы переходить на RC или DTH; в относительно монолитных породах (гранит, известняк, песчаник и т. д.) выбор между RC и обычным DTH определяется необходимостью получения геологических проб. Это показывает, что сам диапазон диаметров не является условием выбора технологии — выбор зависит от пород и требований к отбору проб.
Что меняет задача по диаметру
При переходе от диаметра 105 мм к 450 мм в первую очередь меняются общий объём шлама, который необходимо удалять, и условия канала возврата проб, и лишь затем — назначение самой скважины. Это означает, что при выборе диаметра нельзя смотреть только на то, «нужна ли скважина такого размера»; необходимо также учитывать, способны ли комплектные компрессор, буровые штанги и система возврата проб поддерживать стабильный возврат при данном диаметре.
Задача третья: способ отбора проб — это цель задачи, а не только название технологии
«Обратная циркуляция» в материалах WR600RC в первую очередь описана как путь возврата проб: используются двухстенные буровые штанги, сжатый воздух идёт вниз по внешнему каналу штанг, приводит в действие RC-молот и долото на забое, после чего шлам возвращается на поверхность по внутреннему каналу. Сравнивая этот путь с обычным удалением шлама по внешнему затрубному пространству, в материалах отмечено, что внутренний канал возврата более сосредоточен, что помогает уменьшить контакт образца с различными интервалами скважины и повысить практическую возможность интервального отбора проб по глубине.
Суть этой задачи не в скорости бурения, а в соответствии между образцом и глубиной. RC-способ даёт шламовые пробы, а не непрерывный полный керн. В материалах его область применения описана так: подходит для быстрого создания большого количества контрольных точек бурения, отбор проб ведётся одновременно с бурением, что позволяет на месте фиксировать изменения литологии, вторичных изменений и минерализации по фиксированным интервалам проходки, а затем отправлять представительные пробы в лабораторию. Таким образом, качество отбора проб зависит от одновременного выполнения двух условий: непрерывности возврата проб и синхронной записи глубины.
В материалах для наблюдения за аномалиями возврата проб указаны следующие параметры: объём возврата, размер частиц, цвет и изменение влажности. При внезапном уменьшении количества проб, задержке возврата или явном перепутывании проб следует проверять герметичность буровых штанг, канал возврата, производительность компрессора и наличие утечек воздуха в скважине. Эта формулировка фактически означает, что надёжность способа отбора проб обратной циркуляции не полностью определяется самой буровой установкой: герметичность штанг, производительность компрессора и состояние скважины находятся в одной цепи.
Способ отбора проб определяет, какие сопутствующие системы должны работать синхронно
Если WR600RC используется для отбора минералогических проб, то сбор проб по фиксированным интервалам проходки, запись номера скважины и начальной/конечной глубины, а также установка повторных, стандартных и холостых проб в соответствии с системой контроля качества проекта выполняются отдельно от параметров буровой установки. В материалах прямо указано: «буровая установка отвечает за получение проб, а итоговое качество данных зависит от управления отбором проб» — это разъяснение границ задачи по способу отбора проб.
Взаимосвязи между тремя задачами
Рассматривая три задачи вместе, можно увидеть, что они не являются независимыми друг от друга.
| Задача | Соответствующие значения в материалах | Что нельзя определить отдельно |
|---|---|---|
| Большая глубина | Максимальная глубина бурения 600 м, усилие подъёма 29 т | Фактически достижимая глубина при конкретном диаметре и породах |
| Диаметр | 105–450 мм | Потребность в расходе воздуха для возврата проб при каждом диаметре |
| Способ отбора проб | Двухстенные штанги, возврат по внутренней трубе | Конкретная точность разделения проб и показатели контроля загрязнения образцов |
Из таблицы видно: глубина бурения 600 м соответствует группе сопутствующих условий — усилию подъёма и давлению/расходу воздуха; диаметр 105–450 мм соответствует сочетанию возможностей возврата проб и технологических способов; способ отбора проб соответствует конструкции буровых штанг и управлению полевыми записями. Общей точкой ограничения для всех трёх задач являются давление и расход воздуха: при увеличении глубины, увеличении диаметра или повышении требований к непрерывности возврата проб потребность в этом параметре возрастает.
Есть ещё два условия, охватывающих все три задачи: во-первых, рабочий угол — WR600RC поддерживает углы 45° и 90°, что в материалах соответствует наклонному пересечению наклонных рудных тел, жил и зон разломов, а также обычному вертикальному разведочному бурению и строительству водозаборных скважин; во-вторых, масса установки около 12,5 т и габариты около 7 × 2,1 × 2,9 м — этот параметр напрямую не связан с тремя задачами, но влияет на планирование размеров буровой площадки, особенно в RC-проектах, где дополнительно требуются компрессор, шланги для возврата проб и пробоотборное оборудование.
Что не освещено в материалах и требует отдельного уточнения
- Какой производительности компрессор необходим для глубины 600 м при конкретном диаметре: в материалах дан только диапазон расхода воздуха, без соответствия по каждому диаметру.
- Фактическая эффективность проходки при определённом диаметре в определённых породах в диапазоне 105–450 мм в материалах не указана.
- Показатели контроля перепутывания проб между различными интервалами скважины при возврате по внутренней трубе в материалах не приведены.
- Требования к контролю искривления наклонной скважины 45° на глубине 600 м в материалах не указаны.
- Скорость передвижения 3,5 км/ч и максимальный угол подъёма 21° являются справочными значениями; при фактическом перемещении необходимо дополнительно подтвердить несущую способность дорог и устойчивость площадки.
После того как разделение трёх задач становится ясным, обсуждение буровой установки обратной циркуляции 600-метрового класса может перейти от вопроса «на какую глубину она может бурить» к вопросу «на какую глубину она бурит при каком диаметре и каких требованиях к возврату проб». Именно последний вопрос и должен быть в первую очередь зафиксирован на бумаге при выборе оборудования.