Если открыть материалы по продукту WR500RC-CS3, бурение с обратной циркуляцией описывается как две разные вещи: одна — возврат шлама на поверхность по внутренней трубе двойной бурильной трубы RC, другая — отрыв шлама у долота на забое и его попадание в канал возврата керна. Обе используют один и тот же путь, но управляют разным — канал возврата керна определяет, как образец достигает поверхности, удаление шлама с забоя определяет, может ли шлам своевременно покинуть забой. Если объединить эти две вещи в одно действие «обратной циркуляции», легко упустить их собственные ограничения.
В статье это различие раскрывается: какие числовые значения относятся к этапу возврата керна, какие условия влияют на удаление шлама с забоя, а также что в материалах WR500RC-CS3 указано явно, а что нет.
Что именно регулируют возврат керна по внутренней трубе и удаление шлама с забоя
Бурение с обратной циркуляцией опирается на двойную бурильную трубу, создающую независимый канал возврата керна; шлам в основном поднимается по внутренней части бурильной трубы, а не по кольцевому пространству вдоль внешней стенки. Эта структура описывает участок канала; направление, скорость и состояние потока шлама в канале определяются условиями подачи воздуха.
Удаление шлама с забоя описывает другое: шлам, образующийся при резании долотом или ударе погружного пневмоударника, должен сначала быть отведён от забоя потоком воздуха или промывочной среды, чтобы попасть в канал возврата керна по внутренней трубе. Шлам, оставшийся на забое, в канал не попадает и, следовательно, не возвращается на поверхность. Поэтому достаточность удаления шлама с забоя напрямую определяет, соответствует ли поднятый образец тому интервалу глубины, который бурился.
Где граница канала возврата керна
Внутренняя труба двойной бурильной трубы RC — это чёткая граница: шлам в основном поднимается по внутренней трубе, изолированно от кольцевого пространства. В материалах этот канал называется «независимым каналом возврата керна»; его назначение — сократить путь контакта образца с другими породами стенок скважины, что помогает снизить вероятность смешивания шлама с разных глубин. Это «помогает» имеет условия: в материалах также указано, что «представительность конечного образца всё ещё зависит от очистки скважины, наращивания труб, стабильности возврата керна и управления отбором образцов на площадке».
Что влияет на удаление шлама с забоя
В материалах рекомендуемое рабочее давление воздуха составляет 1,6–6 МПа, рекомендуемый расход воздуха — 16–55 м³/мин. Для бурения RC на уровне 500 метров компрессор должен не только приводить в действие погружной пневмоударник, но и обеспечивать высокоскоростной подъём шлама по внутренней трубе на поверхность. Иными словами, одна и та же система подачи воздуха обслуживает два этапа: часть идёт на работу погружного пневмоударника, другая поддерживает восходящий поток в канале возврата керна. При недостаточных давлении и расходе эти два этапа конкурируют друг с другом.
| Этап | Соответствующие значения или условия в материалах | Объект ограничения |
|---|---|---|
| Возврат керна по внутренней трубе | Внутренняя труба двойной бурильной трубы RC, стабильность возврата керна | Может ли образец достичь поверхности в соответствии с глубиной |
| Удаление шлама с забоя | Рекомендуемое давление 1,6–6 МПа, расход воздуха 16–55 м³/мин | Может ли шлам покинуть забой |
| Общие условия для обоих | Очистка скважины, наращивание труб, управление отбором образцов на площадке | Представительность образца |
Почему нормальный объём возврата керна не означает достаточного удаления шлама
При наблюдении за возвратом керна на площадке обычно сначала смотрят на объём образца, возвращаемого в единицу времени, и состояние частиц. Но нормальный объём возврата керна говорит лишь о том, что канал внутренней трубы работает, и не позволяет напрямую заключить, что каждый забойный интервал полностью очищен. В зонах дробления, брекчиях и трещиноватых породах обломки стенок скважины могут кратковременно задерживаться в скважине, а затем возвращаться сосредоточенно. В таком случае объём возвращённого твёрдого материала не равен объёму шлама, образованного за данный период бурения, и соответствие образца глубине нарушается.
В материалах предлагается следующее направление действий: буровой персонал контролирует скорость подачи и поддерживает стабильную подачу воздуха, геологи на аномальных интервалах увеличивают объём полевых записей и при необходимости отдельно отмечают качество образца. Это записи и пометки, а не «исправление» смешанного образца обратно к правильной глубине.
Почему рыхлые покровные отложения не бурят сразу методом RC
В материалах прямо указано, что верхние почвенные слои, глины, пески и песчано-гравийные отложения не всегда подходят для прямого пневматического бурения RC. Одно и то же оборудование поддерживает также вращательное бурение с промывкой, поэтому можно сначала стабилизировать верхний интервал скважины с помощью промывочной жидкости, обсадных труб и т. п., а после входа в скальные породы переключиться на обратную циркуляцию или технологию DTH. Этот шаг как раз и решает условия удаления шлама с забоя — в породах, где трудно создать стабильный воздушный поток для возврата керна, сначала стабилизируют стенки скважины, а затем переходят к интервалу, подходящему для RC.
Сопутствующие требования к управлению образцами при возврате керна по внутренней трубе
Трёхкомпонентная циклонная система отбора образцов CS3 объединяет циклонное разделение, представительное деление пробы и сбор образцов в одном устройстве. Шлам, образованный при бурении, по внутренней трубе возвращается на поверхность и сразу попадает в циклонную систему, где происходит разделение воздушного потока и твёрдых частиц, а затем через делитель пробы формируется образец, пригодный для геологической документации и лабораторных исследований. Перенос процесса вперёд сокращает этапы наземной перегрузки и ручного деления пробы, но не отменяет самого управления образцами.
В материалах указано: на каждом мешке для образца можно указать номер скважины, начальную и конечную глубину, дату и номер образца, что удобно для последующей отправки на анализ, архивирования и прослеживаемости; каждый мешок для образца должен иметь чётко указанные номер скважины, номер образца, начальную и конечную глубину и дату, а полевые записи должны соответствовать мешкам для образцов один к одному; для рудных проб, направляемых на лабораторный анализ, следует также предусматривать повторные, холостые и стандартные образцы в соответствии с требованиями проекта по контролю качества.
Эти пункты образуют связку с каналом возврата керна: внутренняя труба снижает вероятность смешивания шлама с разных интервалов скважины, но возможность проследить образец до конкретной глубины всё ещё зависит от наращивания труб, очистки скважины и регламента обработки переходных проб на площадке после остановки и возобновления бурения.
Переходный интервал при наращивании труб и возобновлении бурения
В материалах специально отмечено: если после наращивания труб, очистки скважины или остановки бурение возобновляется, следует в соответствии с полевым регламентом отбора образцов обрабатывать переходную пробу, чтобы не допустить попадания остаточного шлама предыдущего интервала в образец следующей глубины. Этот остаток может находиться как в канале внутренней трубы, так и вблизи забоя, то есть на стыке двух этапов — возврата керна и удаления шлама.
Числовые значения в материалах WR500RC-CS3, связанные с этими двумя этапами
Если распределить параметры оборудования по этапам, видно, какие значения непосредственно участвуют в возврате керна и удалении шлама, а какие относятся к несущим условиям машины в целом.
- Максимальная глубина бурения 500 м, диаметр скважины 105–400 мм: определяют диапазон глубин и диаметров, который должен охватывать канал возврата керна.
- Рекомендуемое рабочее давление 1,6–6 МПа, рекомендуемый расход воздуха 16–55 м³/мин: одновременно обслуживают погружной пневмоударник и возврат керна по внутренней трубе; выбор должен учитывать диаметр скважины, типоразмер RC-молота, высоту над уровнем моря и твёрдость пород.
- Максимальный крутящий момент 10000 / 5000 Н·м, соответствующие максимальные частоты вращения 75 / 150 об/мин: относятся к режиму вращения, а не к условиям возврата керна; при бурении RC следует одновременно контролировать нагрузку вращения, удар погружного пневмоударника и состояние возврата керна.
- Усилие подъёма 25 т, осевое давление 7 т: на глубине уровня 500 метров собственный вес бурильных труб и трение о стенки скважины выше, чем у модели на 400 метров; при аномальном сопротивлении подъёму в материалах рекомендуется сначала разбираться через очистку скважины и технологические решения, а не полагаться напрямую на максимальное усилие подъёма для извлечения бурового снаряда.
- Рабочие углы 45°/90°: для наклонных рудных тел, жил и разломных зон можно применять наклонные скважины 45°; для обычных водозаборных скважин, исследований покровных отложений и стандартной вертикальной разведки применяется 90°; угловые условия влияют на восходящее состояние шлама в канале возврата керна, но в материалах не приведена зависимость между углом и объёмом возврата керна.
Что необходимо уточнить у производителя или заказчика проекта
Следующее в этих материалах не приведено и не может быть выведено из имеющихся параметров: скорость возврата керна при разных диаметрах скважины и соответствующий расход воздуха, способы регулирования подачи воздуха на разных интервалах глубины, стандарты обработки переходных проб при наращивании труб, конкретные наблюдаемые показатели для определения смешивания образцов в зонах дробления. Это относится к области полевой технологии и регламента отбора образцов проекта и требует отдельного уточнения с учётом геологического проекта и указаний производителя.
Кроме того, точность деления пробы трёхкомпонентной системы и детали управления защитой от загрязнения также не имеют в материалах числовых значений для проверки и должны быть отдельно уточнены у производителя.
Две записи не следует смешивать в одну
Если рассматривать возврат керна и удаление шлама раздельно, на площадке это означает две записи: одна — со стороны оборудования о подаче воздуха, очистке скважины, наращивании труб и состоянии возврата керна, другая — со стороны геологии о номерах мешков для образцов, начальной и конечной глубине и отметках аномальных интервалов. Обе относятся к одной и той же скважине, но отвечают на разные вопросы. Формулировки вроде «помогает снизить вероятность смешивания образцов» в материалах являются условными выводами на бумаге, а не гарантией представительности образца.