В таблице параметров WRTR600 в строке ротора указано 38 / 57 / 85 об/мин, далее следуют теоретические крутящие моменты 13,8 / 9,2 / 6,2 кН·м. Шесть чисел сгруппированы по три, и сама структура несёт информацию: при увеличении частоты вращения крутящий момент снижается. Понимать эти три диапазона как «три варианта скорости» не будет ошибкой, но при этом упускается то, что они реально ограничивают — какой массы буровой инструмент и какой диаметр скважины способна привести в движение одна и та же буровая установка на разных диапазонах.
Далее рассматривается только эта группа параметров, опубликованная на сайте; не делается предположений об эффективности по породе или скорости бурения, которые в материалах не приведены.
Почему частота вращения и крутящий момент обратно пропорциональны
Частота вращения ротора и теоретический крутящий момент происходят из одной системы привода и трансмиссии. При постоянной входной мощности чем выше частота вращения, тем ниже доступный крутящий момент для вращения. 38 об/мин соответствует примерно 13,8 кН·м, 85 об/мин — примерно 6,2 кН·м; разница крутящего момента между крайними значениями превышает двукратную.
В этом также различие между формулировками «три диапазона» и «бесступенчатое регулирование»: три диапазона задают три определённые комбинации частота вращения — крутящий момент, каждая из которых соответствует определённому типу условий, а не непрерывно регулируемой кривой. В материалах приведён теоретический крутящий момент; фактически доступный крутящий момент также зависит от КПД трансмиссии, трения в скважине и способа управления.
Какому участку скважины соответствует каждый из трёх диапазонов
Направление объяснения этой группы параметров в материалах однозначно: низкий диапазон имеет более высокий крутящий момент и подходит для большего диаметра скважины, тяжёлого бурового инструмента и пород с повышенным сопротивлением; более высокая частота вращения подходит для этапов бурения с меньшим сопротивлением.
| Диапазон | Частота вращения | Теоретический крутящий момент | Область применения по материалам |
|---|---|---|---|
| Низкий диапазон | 38 об/мин | около 13,8 кН·м | Больший диаметр скважины, тяжёлый буровой инструмент, породы с повышенным сопротивлением |
| Средний диапазон | 57 об/мин | около 9,2 кН·м | Этап бурения между крайними режимами |
| Высокий диапазон | 85 об/мин | около 6,2 кН·м | Этап бурения с меньшим сопротивлением |
Следует отметить, что эти три направления являются качественным описанием в материалах; таблица пересчёта, какая порода соответствует какому диапазону, не приведена. Момент фактического переключения по-прежнему определяется по возврату промывочной жидкости из скважины, сопротивлению вращению бурового инструмента и изменению проходки.
Диапазон частоты вращения нельзя рассматривать отдельно
Если рассматривать частоту вращения как независимый рабочий параметр, легко упустить другие ограничения того же оборудования. Максимальный диаметр бурения WRTR600 — 500 мм, диаметр проходного отверстия ротора — 500 мм; максимальная нагрузка вертлюга — 30 т, внутренний диаметр — 63,5 мм; буровой насос — 3NB-130, номинальная подача 8,4–16,6 л/с, номинальное рабочее давление 5–10 МПа, привод от электродвигателя 90 кВт.
То, что ротор способен вращать, ещё не означает, что скважина очищается должным образом. Чем больше диаметр и глубина скважины, тем больше объём шлама и расстояние его подъёма; подача бурового насоса и свойства промывочной жидкости должны соответствовать проходке, обеспечиваемой вращением. Низкая частота вращения с высоким крутящим моментом решает вопрос «может ли вращать», а подача и укрепление стенок скважины решают вопрос «может ли вынести шлам и сохранить стенки скважины». Если отсутствует одно из двух, выбор диапазона не даст результата.
Взаимосвязь с лебёдкой и вертлюгом
Выбор диапазона частоты вращения также влияет на управление бурильной колонной. Тяговое усилие основной лебёдки на одинарном канате — 40 кН, вспомогательной лебёдки на одинарном канате — 30 кН; максимальная нагрузка вертлюга — 30 т; с увеличением глубины скважины собственный вес бурильной колонны и трение о стенки скважины постепенно возрастают. На этапе глубокой скважины при длительном использовании высокого диапазона изменения сопротивления вращению, износа бурового инструмента и нагрузки в скважине необходимо рассматривать вместе с согласованием лебёдки, ведущей трубы и бурильных труб, а не только регулировать ротор.
В материалах короткая мачтовая версия комплектуется ведущей трубой 7,5 м и бурильными трубами 5,5 м, длинная мачтовая версия — ведущей трубой 10,5 м и бурильными трубами 9 м. Поскольку длина ведущей трубы и бурильных труб различается, число наращиваний и длина одного рейса также различаются; это влияет на продолжительность непрерывного бурения на определённом диапазоне и, следовательно, на частоту переключений.
По самому переключению диапазонов количественных выводов не приведено
В материалах сайта не приведены скорость проходки, номера пород или пороговые значения переключения для каждого диапазона, а также не существует фиксированного правила, что для определённой породы обязательно должен использоваться определённый диапазон. Можно утверждать только три вещи: значения частоты вращения и теоретического крутящего момента для трёх диапазонов; соотношение, при котором крутящий момент на низком диапазоне выше, чем на высоком; указание разных диапазонов на разные условия сопротивления в материалах.
Порода, буровой инструмент, циркуляция промывочной жидкости и сопротивление в скважине совместно определяют фактическую нагрузку; окончательные параметры бурения по-прежнему должны определяться по условиям на площадке. Если требуется дополнительно определить, на какую глубину какой диапазон следует переключить для конкретной скважины, необходимо дополнить проектными данными по диаметру скважины, компоновке бурильной колонны и разрезу пород; они не входят в охват существующей таблицы параметров.
Вопросы, которые можно задать перед чтением таблицы частоты вращения
- Способен ли теоретический крутящий момент данного диапазона привести в движение текущую компоновку бурового инструмента.
- Достаточна ли подача 3NB-130 при текущем диаметре и глубине скважины.
- Сохраняется ли запас по нагрузке вертлюга 30 т и собственному весу бурильной колонны.
- Как длина бурильных труб, соответствующая выбранному типу мачты, изменит ритм наращивания и переключения диапазонов.
Три диапазона частоты вращения — это не три параллельные кнопки скорости, а три способа распределения мощности одной и той же буровой установки. Если ясно видеть эту взаимосвязь, а затем рассматривать диаметр скважины, подачу насоса и усилие подъёма, параметры начнут увязываться между собой.