При покупке буровой установки класса WR1000S для скважин глубиной 1000 м часто возникает ошибка: сравнивают только усилие подъёма, крутящий момент и глубину бурения самой установки, а вопросы совместимости бурового инструмента и компрессора откладывают на потом. В результате основные параметры соответствуют норме, но после спуска в скважину на участках большого диаметра в твёрдых породах возникает недостаточный вынос шлама, снижается эффективность удара или типоразмер буровых штанг не соответствует вращателю и системе поворота. Чтобы избежать такого несоответствия, необходимо увязать в единую цепочку параметров диаметр, глубину, буровые штанги, погружной пневмоударник, а также давление и подачу компрессора, а не рассматривать их как отдельные списки.
Сначала определите границы параметров самой WR1000S
WR1000S — это гусеничная буровая установка для водяных скважин с телескопической мачтой класса 1000 м. Основные параметры:
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Максимальная глубина бурения | 1000 м |
| Диаметр бурения | 105–800 мм |
| Усилие подъёма | 52 т |
| Осевое давление | 8 т |
| Крутящий момент | 26000 / 13000 Н·м |
| Соответствующая максимальная частота вращения | 70 / 140 об/мин |
| Дизельный двигатель | 194 кВт |
| Рекомендуемое рабочее давление | 1,6–8 МПа |
| Расход воздуха | 16–96 м³/мин |
| Буровые штанги | 6 м, рекомендуемый диаметр 114 мм |
| Быстрый подъём / быстрая подача | 30 м/мин / 61 м/мин |
| Скорость передвижения | около 5 км/ч |
| Максимальный угол подъёма | ориентировочно 21° |
| Ход гидравлических аутригеров | 1,7 м |
| Усилие вспомогательной лебёдки | 2,5 т |
| Общая масса | около 17,8 т |
| Габаритные размеры | около 7,3 × 2,25 × 2,75 м |
Эти параметры показывают, что WR1000S обладает запасом по глубине до 1000 м и способна бурить скважины диаметром до 800 мм, однако диапазон 105–800 мм — это диапазон диаметров, и он не означает, что каждый диаметр можно бурить на любой глубине и в любых породах при максимальном диаметре. Чем больше диаметр, тем выше требования к компрессору, буровому инструменту, обсадным трубам и нагрузке на установку в целом. Это ограничение необходимо учитывать уже на этапе подбора оборудования.
На каких этапах обычно возникает несоответствие при больших диаметрах и глубоких скважинах
Несоответствие возможностей бурового инструмента и компрессора часто вызвано не одной ошибкой в параметрах, а взаимным влиянием нескольких факторов:
- При увеличении диаметра возрастает площадь кольцевого пространства и объём шлама, соответственно увеличивается требуемый расход воздуха для выноса шлама.
- С увеличением глубины удлиняется путь транспортировки шлама от забоя; при недостаточном выносе образуются осадки и повторное дробление, что дополнительно увеличивает крутящий момент и энергозатраты.
- Погружной пневмоударник имеет свой рабочий диапазон давления; при недостаточном давлении напрямую снижаются энергия и частота ударов.
- При недостаточной подаче компрессора одновременно падает эффективность удара и выноса шлама, скорость бурения замедляется, а износ бурового инструмента и расход топлива на единицу проходки возрастают.
- Если диаметр буровых штанг, резьбовое соединение и интерфейс вращателя не совпадают, это ограничивает фактическую передачу крутящего момента и усилия подъёма.
Поэтому на этапе закупки необходимо рассматривать усилие подъёма 52 т и крутящий момент 26000/13000 Н·м WR1000S как верхний предел возможностей, а затем пересчитывать потребности для фактического сочетания диаметра, глубины и пород, подтверждая, что они укладываются в этот предел.
Объедините диаметр, глубину, буровые штанги, пневмоударник и компрессор в единую цепочку параметров
Диаметр и глубина скважины
Диаметр определяет канал для выноса шлама и объём образующейся породы, глубина — расстояние подъёма шлама и собственный вес буровой колонны. Диапазон диаметров WR1000S 105–800 мм довольно широк. При закупке следует чётко определить основной рабочий диаметр и максимальный диаметр проекта, а также указать, на какой глубине и на протяжении скольких метров планируется использовать максимальный диаметр. Рассматривать «800 мм» только как параметр возможности оборудования и рассматривать «800 мм на какой глубине» как условие бурения — это две разные вещи.
Типоразмер буровых штанг
WR1000S использует буровые штанги длиной 6 м, рекомендуемый диаметр — 114 мм. Типоразмер штанг должен соответствовать интерфейсу вращателя, передаче крутящего момента и системе подъёма. Резьбовые соединения, прямолинейность и усталостное состояние штанг должны регулярно проверяться. На глубине 1000 м, если диаметр штанг занижен, передача крутящего момента и прочность буровой колонны могут стать ограничивающим фактором; если завышен — необходимо проверить совместимость с вращателем, патроном и грузозахватными приспособлениями. Конкретный диапазон совместимости следует уточнять у производителя.
Погружной пневмоударник и рабочее давление
В монолитных твёрдых породах WR1000S может оснащаться пневмоударниками среднего и высокого давления для бурения DTH, рекомендуемое рабочее давление — 1,6–8 МПа. Погружной пневмоударник имеет собственный требуемый диапазон давления. При подборе необходимо согласовать номинальное рабочее давление пневмоударника с выходным давлением компрессора, а не ориентироваться только на заявленный максимум компрессора. С увеличением высоты над уровнем моря фактическая производительность компрессора снижается, поэтому для высокогорных проектов необходимо учитывать поправку на высоту при расчёте давления и подачи.
Подача компрессора
В документации WR1000S указан диапазон расхода воздуха 16–96 м³/мин. Этот диапазон очень широк, что говорит о том, что расход воздуха зависит от диаметра, глубины, модели пневмоударника и технологии бурения. При закупке необходимо для комбинации «основной рабочий диаметр + максимальная глубина + целевая порода + высота над уровнем моря» уточнить у производителя и поставщика компрессора требуемую подачу для соответствующих условий. Нельзя подбирать оборудование только по минимальному значению и нельзя по умолчанию считать, что 96 м³/мин подходит для всех условий.
Что рекомендуется письменно подтвердить у производителя перед закупкой
- Рекомендуемый WR1000S диапазон давления и подачи компрессора для планируемого основного и максимального диаметров бурения.
- Модель предполагаемого пневмоударника, номинальное рабочее давление и расход воздуха, а также их соответствие рекомендуемому диапазону давления WR1000S.
- Совместимость альтернативных типоразмеров буровых штанг (помимо рекомендуемых 6 м, 114 мм) с вращателем и системой подъёма и границы этой совместимости.
- Способ крепления верхней части скважины и схема обсадки при переходе от вращательного бурения с промывкой к DTH-бурению на участках большого диаметра.
- Поправки на влияние высоты над уровнем моря и температуры окружающей среды на фактическое выходное давление и подачу компрессора.
- Принципы обработки сложных интервалов: утечки воздуха, водопритоки, зоны дробления, а также необходимые меры по стабилизации скважины.
Не на все эти вопросы можно найти ответ в таблице параметров оборудования; часть из них требует анализа гидрогеологических данных проекта. Оборудование обеспечивает возможность бурения и управления буровой колонной, но не заменяет оценку водоносного горизонта, проектирование водоснабжения и водопонижения.
Типичные проявления ситуации, когда возможностей буровой установки достаточно, а оснастка не соответствует
При возникновении следующих ситуаций следует в первую очередь проверять буровой инструмент и компрессор, а не только регулировать рабочие параметры установки:
- Скорость бурения на участках большого диаметра заметно ниже ожидаемой, вынос шлама из устья скважины мал или непостоянен.
- Крутящий момент и энергозатраты быстро растут с увеличением глубины, есть признаки повторного дробления.
- Пневмоударник бьёт слабо или с аномальной частотой, хотя показания манометра остаются в пределах номинала.
- Требуется частая очистка скважины или спуско-подъёмные операции для удаления осадка.
Эти проявления связаны с большой длиной пути выноса шлама от забоя и недостаточным выносом. В документации также указано, что для глубоких скважин в твёрдых породах особенно важны стабильный расход воздуха, хорошая смазка и непрерывная очистка скважины. Конкретная диагностика и устранение должны выполняться техническими специалистами на месте с учётом фактических условий. На этапе закупки можно чётко проверить параметры совместимости, чтобы избежать ситуации, когда после прибытия оборудования на объект выясняется, что подача компрессора или типоразмер бурового инструмента не подходят.
Краткое резюме
При покупке WR1000S для бурения скважин большого диаметра на глубину усилие подъёма 52 т и крутящий момент 26000/13000 Н·м обеспечивают управление буровой колонной и вращение, но не заменяют расчёт совместимости компрессора и бурового инструмента. Только увязав в единую цепочку параметров диаметр, глубину, типоразмер буровых штанг, рабочее давление пневмоударника и подачу компрессора, а также внеся поправки на высоту над уровнем моря, породы и водопритоки, можно избежать ситуации «основная машина соответствует норме, а оснастка отстаёт». Конкретные модели компрессоров, пневмоударников и диапазоны совместимости альтернативных буровых штанг, не охваченные документацией, необходимо уточнять у производителя в письменном виде на этапе подтверждения закупки.