В материалах WR450SE усилие подъема 20 т стоит в одном ряду с несколькими цифрами: максимальная глубина бурения 450 м, буровые штанги 6 м, рекомендуемый диаметр штанг 89 / 102 мм, скорость быстрого подъема 30 м/мин, вспомогательная лебедка 1,1 т (опционально 2,5 т). Строка усилия подъема, в отличие от глубины бурения, не соответствует напрямую цели проекта — это скорее промежуточная величина: сверху она связана с весом буровой колонны, снизу — со спуско-подъемными операциями, обсадными трубами и ликвидацией осложнений в скважине. В данной статье рассматривается только то, для чего используется это значение при глубине скважины класса 450 м, и по каким частям в материалах нет количественных выводов.
Сначала разберемся: усилие подъема не равно способности к бурению
Усилие подъема описывает, какой вес бурового снаряда способна поднять лебедочная система, а крутящий момент описывает, какой вес инструмента может привести в движение буровой снаряд на забое; эти два параметра действуют в разных направлениях внутри скважины. Максимальный крутящий момент WR450SE составляет 9000 / 4500 Н·м при максимальной частоте вращения 90 / 180 об/мин. Если смешивать усилие подъема и крутящий момент в одном показателе, можно ошибочно предположить, что они взаимозаменяемы и пересчитываются друг в друга — в материалах такой пересчет не приведен.
Еще одна вещь, которую легко перепутать: усилие подъема 20 т — это не максимальный вес предмета, который может поднять данное оборудование. Буровая колонна в скважине, трение о стенки, наличие обсадных труб, прихваты — все это может отклонить фактическую нагрузку, которую необходимо преодолеть, от чистого веса бурового снаряда. В материалах усилие подъема 20 т позиционируется как «обеспечивающее спуско-подъемные операции со стандартными буровыми штангами, извлечение погружного пневмоударника и часть работ с обсадными трубами при глубине класса 450 м» — это формулировка условий применения, а не количественное обещание запаса по нагрузке.
Чем ближе к следующей штанге, тем выше нагрузка
При глубине скважины 450 м и длине штанги 6 м теоретически необходимое количество штанг определяется делением глубины скважины на длину одной штанги; чем больше диаметр скважины, тем соответственно изменяется вес погонного метра буровой штанги. В материалах рекомендуются два диаметра штанг — 89 мм и 102 мм, но не приводится общий вес буровой колонны для произвольной глубины скважины. Поэтому при проектировании конкретной скважины длину, диаметр и количество штанг необходимо рассчитывать отдельно по фактически выбранным характеристикам штанг, а затем сопоставлять результат расчета с усилием подъема 20 т, чтобы проверить, попадает ли он в разумный диапазон.
С увеличением глубины скважины появляются еще две нагрузки, не входящие в чистый вес бурового снаряда: во-первых, трение о стенки скважины, во-вторых, возможные остатки шлама над инструментом на забое при подъеме. В материалах в описании зон дробления упоминаются обрушения, утечки воздуха и прихваты, а в описании водоносных горизонтов — что водоприток изменяет рабочее состояние в скважине. Все это происходит помимо усилия подъема 20 т, и по значению усилия подъема нельзя напрямую рассчитать «на какую глубину можно поднять».
Помимо усилия подъема, в том же цикле работ есть три сопутствующих параметра
| Параметр | Значение в материалах | На каком этапе работ встречается |
|---|---|---|
| Скорость быстрого подъема | 30 м/мин | Возврат силового вертлюга, операции со штангами и другие вспомогательные действия |
| Скорость быстрой подачи | 55 м/мин | То же, но в обратном направлении |
| Усилие вспомогательной лебедки | 1,1 т (опционально 2,5 т) | Перемещение бурового инструмента; для проектов с тяжелыми навесными элементами возможна модернизация |
| Ход гидравлических аутригеров | 1,6 м | Выравнивание и опора |
Скорость быстрого подъема легко принять за скорость подъема бурового снаряда, однако в материалах указано: «используется для возврата силового вертлюга, операций со штангами и других вспомогательных действий, позволяет сократить непроизводительное время, но не может напрямую представлять реальную скорость проходки в породе». Эта фраза ограничивает назначение значения 30 м/мин вспомогательными действиями; при чтении не следует распространять его на эффективность бурения.
Вспомогательная лебедка с усилием 1,1 т и основной подъем с усилием 20 т — это две разные системы, и объекты их воздействия также различны: основной подъем соответствует буровой колонне в скважине, вспомогательная лебедка — перемещению бурового инструмента на поверхности. В материалах отмечается, что при большом весе погружного пневмоударника, обсадных труб или других принадлежностей в проекте можно рассмотреть модернизацию до конфигурации 2,5 т.
Соответствие между усилием подъема, диаметром скважины и геологическими условиями в материалах не приведено
Диапазон диаметров бурения WR450SE составляет 105–400 мм; в материалах диаметр скважины, крутящий момент и давление воздуха соотнесены с различными рабочими режимами: для большого диаметра, твердых пород или участков с повышенным сопротивлением используется низкая частота вращения и высокий крутящий момент; для этапов с относительно меньшим сопротивлением — высокая частота вращения; при пневмоударном бурении рекомендуемое рабочее давление 1,2–3,5 МПа, расход воздуха 16–55 м³/мин. Эти три группы параметров имеют собственные соответствия, однако в материалах не приведена таблица пересчета «при каком диаметре скважины усилие подъема 20 т позволяет поднять какую длину буровой колонны», а также не указаны требования к усилию подъема для работ с обсадными трубами при различных диаметрах скважины.
При фактическом проектировании скважины необходимо дополнить информацию о диаметре скважины, характеристиках спускаемого бурового инструмента и обсадных труб, ожидаемом трении в скважине, а затем судить, остается ли запас по усилию подъема 20 т. Фраза из материалов «после увеличения глубины скважины собственный вес буровых штанг и трение о стенки возрастают, поэтому при аномальном сопротивлении подъему следует сначала оценить состояние стенок скважины, выноса шлама и бурового снаряда, а затем применять такие меры, как промывка скважины, медленный подъем или установка обсадных труб» может быть использована для определения направления действий в аномальных условиях, но не является безопасной рабочей процедурой.
Рассмотрим усилие подъема в контексте всей установки
Усилие подъема 20 т сочетается с силовой системой 92 кВт, общей массой установки около 8,5 т, габаритными размерами около 5,85 × 1,8 × 2,4 м и скоростью передвижения около 2,5 км/ч, максимальный угол преодолеваемого подъема — ориентировочно 21°. Эти параметры каждый по-своему ограничивают мощность, перебазировку и адаптацию к площадке и не имеют пересчета в усилие подъема, но вместе они определяют общие условия, при которых данное оборудование работает на глубине класса 450 м. На мягком грунте следует использовать подкладки, чтобы избежать просадки аутригеров; перед перебазировкой необходимо убедиться в несущей способности грунта и состоянии склона — эти пункты в материалах указаны как явные предупреждения.
В последнем абзаце материалов указано: поскольку фактические геологические условия, скважинный инструмент, угол бурения и способ эксплуатации различаются, итоговая эффективность бурения, глубина и результат завершения скважины должны определяться фактическими условиями на площадке. Это же относится и к усилию подъема 20 т — оно обеспечивает грузоподъемность для стандартных работ класса 450 м, но для конкретной скважины компоновку бурового снаряда и схему обсадных труб все равно необходимо рассчитывать отдельно на этапе проектирования. Части, касающиеся пересчета и методик, не освещенные в материалах, следует использовать только после уточнения у производителя или инженерно-технического персонала.