Засоряются ли патрубки адаптера для подачи воды? Дело не в давлении воды, а в его балансе.
Вот диагностическое противоречие, которое сводит бурильщиков с ума: манометр показывает нормальное давление воды, расходомер показывает большой объем, и тем не менее промывочные отверстия на переходнике штоков постоянно забиваются. Вы их прочищаете, и через час они снова забиваются. Вода течет. Отверстия забиваются. Как может быть одновременно и то, и другое?
Ответ — и он неочевиден — заключается в том, что засорение связано не с проблемой подачи, а с проблемой соотношения. Система промывки выполняет две задачи: подает охлаждающую жидкость к режущей поверхности и выводит буровой шлам из скважины. Когда скорость образования шлама превышает скорость его удаления, избыток не просто остается на месте — он скапливается у самого узкого сужения в потоке и затвердевает. А самым узким сужением почти всегда являются водяные отверстия в переходнике хвостовика.
Проблема глины: когда мягкая порода превращается в клей.
Некоторые геологические формации — сланцы, аргиллиты, сильно выветренные гнейсы — обладают свойством, делающим их особенно неблагоприятными для промывочных систем: их глинистые минералы гидратируются и набухают при контакте с водой. То, что начинается как буровой шлам, за считанные секунды превращается в липкую, высоковязкую пасту, по консистенции напоминающую пластилин, и обладающую адгезионными свойствами строительного раствора.
В режиме высокоэффективного бурения режущая головка производит эту пастообразную массу быстрее, чем промывочная вода может вытолкнуть ее из скважины. Эта паста ведет себя не как гранулированный шлам, который может переноситься во взвешенном состоянии. Она размазывается. Она покрывает. И она преимущественно накапливается в водяных отверстиях переходника хвостовика — самом узком месте на всем пути промывки — где скорость потока максимальна и вода впервые попадает в бурильную штангу.
Вот последовательность действий, которая приводит к прекращению промывки: паста накапливается вокруг входного отверстия для воды → эффективный диаметр отверстия уменьшается → скорость потока через оставшееся отверстие увеличивается → более высокая скорость прижимает больше пасты к краям отверстия → паста высыхает и затвердевает во время коротких пауз в потоке → отверстие теперь навсегда сужается или блокируется.
Оператор видит манометр, который по-прежнему показывает нормальные значения — потому что насос работает с усилием, преодолевая препятствие, что повышает давление, — но фактический поток, достигающий забоя долота, упал до минимума. Долото перегревается. Буровой шлам забивает зазор. Шток начинает заедать. И манометр, как ни парадоксально, показывает нормальные значения, потому что он измеряет противодавление от засора, а не поток.
Решение проблемы не в увеличении давления воды. Увеличение давления через заблокированный порт лишь сильнее уплотняет засор. Решение состоит в снижении скорости образования бурового шлама до уровня, который может фактически удалить промывочная система. В мягких, богатых глиной пластах следует отказаться от режима интенсивного бурения. Замедлить проникновение. Дать промывочной воде время выполнить свою работу. Бурение скважины занимает больше времени, но она действительно бурится — в отличие от ситуации, когда вы мчитесь вперед на десять метров, а затем тратите час на очистку забитой буровой колонны.
Проблема жесткой воды: образование накипи, которое невозможно заметить, пока не станет слишком поздно.
Вторая причина засорения водопроводных каналов не имеет ничего общего с буримой породой, а связана исключительно с откачиваемой водой. Если в вашем водопроводе содержится высокая концентрация растворенных минералов — кальция, магния, железа, кремния — то внутри каждого водопроводного канала вашего инструмента постепенно образуется минеральная отложения.
Вот как это происходит на практике: вода, содержащая растворенный бикарбонат кальция, протекает через внутренние каналы буровой установки. Проходя через узкие патрубки адаптера, поток ускоряется, и давление падает. Падение давления высвобождает из воды растворенный углекислый газ, что смещает равновесие карбонатов и приводит к осаждению карбоната кальция — известняковой отложения — непосредственно на стенках патрубков.
Сначала накипь микроскопическая — тонкая пленка. После некоторого времени она становится видна как белая или коричневая корка. После недели непрерывной работы диаметр водопроводного отверстия уменьшается вдвое или даже меньше, а поток снижается до доли от того, что подает насос. Манометр — опять же, обманчиво — показывает завышенные значения из-за ограничения потока, в то время как фактический поток на долоте опасно низок.
Тот же механизм применим и к взвешенным твердым частицам в воде — илу, хлопьям ржавчины, остаткам водорослей. При высоких скоростях потока через узкие отверстия эти частицы с достаточной силой прижимаются к стенкам отверстий, чтобы встраиваться и накапливаться слой за слоем, подобно осадку в трубе.
Как предотвратить обе проблемы
Для решения проблемы засорения глинистой почвой решение оперативное: подберите силу удара в соответствии с типом грунта. В глинистой почве вы соревнуетесь не со временем, а с пастой. Сбавьте темп, поддерживайте постоянный поток воды и не допускайте накопления пасты. После каждого отверстия, пока переходник штоков еще влажный и паста не высохла, промывайте водопроводные отверстия чистой водой. Как только паста высохнет и затвердеет, ее удаление станет механической задачей.
Для предотвращения засорения накипью и осадком решение находится на стороне подачи воды. Установите фильтр на источнике воды — многоступенчатый фильтр с крупной сеткой для осадка и мелкой сеткой для ила. Проверяйте перепад давления в фильтре не реже одного раза за смену. Повышение перепада давления означает, что фильтр выполняет свою работу и нуждается в очистке.
Если в вашем источнике воды высокое содержание растворенных минералов — хуже всего обстоят дела с грунтовыми водами из известняковых водоносных горизонтов — рассмотрите возможность использования очищенной воды или установки смягчителя воды в вашу систему водоснабжения. Стоимость очистки воды ничтожна по сравнению со стоимостью замены переходников для хвостовиков, буровых штанг и буровых долот, вышедших из строя из-за перегрева вследствие засорения при промывке.
В конце каждой смены необходимо промыть всю систему чистой водой — переходник, буровые штанги, все, что находится ниже по течению, — чтобы удалить накипь и осадок, прежде чем они успеют затвердеть за ночь. Пятиминутная промывка в конце дня предотвратит засорение в начале следующего дня.
