В таблице параметров WR300SE в строке мощности двигателя указаны два числа: стандартная мощность 73 кВт и опциональная 85 кВт. Далее в том же материале есть фраза: «Если проект длительно работает при большом диаметре скважины, в твёрдых породах или на большой высоте, можно рассмотреть более мощную конфигурацию». Эта фраза задаёт направление оценки, а не критерий. Чтобы превратить направление в проверяемые варианты, сначала нужно понять, на что расходуются эти 12 кВт в процессе бурения.
В статье рассматриваются три уровня по источникам нагрузки: диаметр скважины, горная порода и высота над уровнем моря. Каждый уровень соответствует фактической выходной мощности двигателя, но в материалах есть только два определённых значения — 73 кВт и 85 кВт; количественные зависимости для остальных звеньев не приведены.
Сначала разберёмся: мощность влияет не только на «способность бурить»
Мощность двигателя гусеничной полностью гидравлической буровой установки не подаётся напрямую на долото. На примере WR300SE мощность распределяется по нескольким параллельным линиям потребления: гидросистема приводит вращение и подъём, при пневмоударном бурении также задействуется комплектный компрессор, кроме того, часть мощности потребляют ходовая часть, аутригеры и вспомогательная лебёдка. Такая структура означает, что при выборе мощности нельзя смотреть только на «может ли она бурить» — нужно оценивать, остаётся ли запас, когда эти линии работают одновременно в течение всего рабочего цикла.
В материалах непосредственно рядом с мощностью указаны следующие параметры: максимальная глубина бурения 300 м, диаметр скважины 105–325 мм, максимальный крутящий момент системы вращения 7000 / 3500 Н·м, максимальная скорость вращения 80 / 160 об/мин, усилие подъёма 15 т, рекомендуемое рабочее давление при пневмоударном бурении 1,2–3,5 МПа, расход воздуха 16–55 м³/мин. Сами по себе эти значения не относятся к мощности двигателя, но они описывают сторону нагрузки — мощность в конечном счёте обслуживает именно эти нагрузки.
Первый уровень: постоянное потребление мощности при диаметре скважины
Диапазон диаметров 105–325 мм различается почти в три раза. Увеличение диаметра меняет как минимум три вещи: площадь контакта бурового инструмента со стенкой скважины при вращении, необходимый расход воздуха или промывочной жидкости для выноса шлама из забоя, а также постоянную потребность в крутящем моменте на участках большого диаметра. В материалах крутящий момент вращения разделён на две ступени — 7000 / 3500 Н·м, что соответствует двум скоростям 80 / 160 об/мин; это показывает, что оборудование уже предусматривает режим низкой скорости и высокого крутящего момента для больших диаметров.
Однако то, какой крутящий момент может обеспечить гидросистема, и то, может ли двигатель длительно поддерживать этот крутящий момент, — разные вещи. В материалах не приведены значения нагрузки на двигатель для разных диаметров, поэтому по таблице параметров нельзя напрямую рассчитать, при каком диаметре обязательно потребуется 85 кВт. Можно лишь подтвердить направление оценки из материалов: большой диаметр скважины — одно из условий, при которых можно рассмотреть более мощную конфигурацию.
Второй уровень: горная порода меняет характер колебаний нагрузки
В материалах WR300SE прямо указано, что установка подходит для рыхлых отложений и скальных пород. Для этих двух типов пород потребность в мощности различается не тем, «больше или меньше», а характером колебаний.
- В грунтах, глинах, песках и песчано-гравийных отложениях применяется вращательное бурение с промывкой и т. п.; нагрузка относительно стабильна, основные риски — обрушение стенок, сужение ствола и прихват бурового снаряда, поэтому внимание уделяется стабильности скважины, а не мощности.
- При переходе в выветрелые или монолитные скальные породы используется бурение погружным пневмоударником; сам удар обеспечивается сжатым воздухом, но расход воздуха комплектного компрессора по материалам составляет 16–55 м³/мин при давлении 1,2–3,5 МПа. Эта энергия не вырабатывается двигателем буровой установки, однако связана со способом комплектования всей установки.
- Зоны дробления, трещины и локальные пустоты вызывают утечки воздуха и вывалы; при встрече с такими интервалами материалы рекомендуют снижать подачу, усиливать очистку скважины и следить за изменением давления воздуха.
При бурении твёрдых пород двигатель в большей степени отвечает за непрерывную отдачу системы вращения и стабильную подачу гидравлики всей установки. В материалах «твёрдые породы» включены в условия, при которых можно рассмотреть более высокую мощность, но не приведено соотношение между типом породы и потребной мощностью, поэтому вопрос о необходимости 85 кВт для конкретной породы следует уточнять у производителя, а не выводить самостоятельно из таблицы параметров.
Третий уровень: высота над уровнем моря влияет сразу на оба конца
Большая высота над уровнем моря — наиболее недооцениваемое из трёх условий, потому что она действует одновременно на два звена. У атмосферного дизельного двигателя с подъёмом высоты падает выходная мощность — это потери на стороне двигателя; а фактическая производительность компрессора, от которого зависит бурение погружным пневмоударником, также снижается с высотой — это потери на стороне подачи воздуха. В разделе выбора компрессора в материалах уже указано, что фактический выбор должен учитывать диаметр скважины, буровые штанги, типоразмер погружного пневмоударника, твёрдость породы и высоту над уровнем моря; недостаточная производительность напрямую влияет на эффективность удара и вынос шлама из забоя.
Иными словами, на высокогорной площадке, если основной способ бурения — погружной пневмоударник, выбор мощности нужно рассматривать вместе с компрессором. Простая замена мощности буровой установки с 73 кВт на 85 кВт не компенсирует падение производительности компрессора; с другой стороны, если производительность компрессора уже скорректирована с учётом высоты, нужно ли синхронно повышать мощность буровой установки, в материалах не указано.
Каким направлениям оценки соответствуют два варианта мощности
| Условие | Стандартная мощность 73 кВт | Опциональная мощность 85 кВт |
|---|---|---|
| Диаметр скважины | Обычный диаметр, наиболее часто используемый участок в диапазоне 105–325 мм по материалам | Длительное применение большого диаметра |
| Породы | Преимущественно рыхлые отложения, малая доля скальных пород | Много скальных интервалов или их непрерывное прохождение |
| Высота над уровнем моря | Обычная площадка на малой высоте | Высокогорная площадка |
| Характер проекта | Обычные проекты: орошение сельхозугодий, сельское водоснабжение, водоснабжение животноводства и т. п. | Указанные в материалах длительные условия: большой диаметр, твёрдые породы или высокогорье |
Соответствия в таблице основаны на двух формулировках из материалов: «стандартная мощность помогает контролировать стоимость оборудования» и «при длительной работе с большим диаметром, в твёрдых породах или на большой высоте можно рассмотреть более мощную конфигурацию». Конкретные критические значения диаметра, типа породы и высоты в материалах не приведены. Поэтому таблица может служить только перечнем условий для проверки, а не критерием выбора.
Что легко упустить: 85 кВт — не полная замена 73 кВт
В материалах они названы «стандартная мощность» и «опциональная мощность», а не две равнозначные рекомендуемые конфигурации. Такая формулировка означает, что по умолчанию предусмотрена мощность 73 кВт, а 85 кВт — это дополнительная комплектация для определённых ных условий. Для проектов орошения сельхозугодий или сельского водоснабжения, где преобладают рыхлые отложения и обычный диаметр, в материалах прямо указано, что конструктивная направленность 73 кВт — контроль стоимости оборудования, повышение коэффициента использования и окупаемости инвестиций.
Если условия проекта находятся в обычном диапазоне, выбор 85 кВт не даёт автоматического прироста проходки — в материалах справочная эффективность бурения составляет 10–35 м/ч и прямо указано, что фактическая скорость проходки зависит от пород, диаметра, бурового инструмента, компрессора и способа работы. Мощность — лишь одна из переменных, и не единственная.
Что нужно уточнить у производителя при выборе
В материалах приведены два значения — 73 кВт и 85 кВт, а также направляющая оценка «при большом диаметре, твёрдых породах и высокогорье можно рассмотреть более высокую мощность», но отсутствуют следующие сведения, которые необходимо уточнить отдельно перед закупкой:
- фактическое потребление мощности гидросистемой установки при разных диаметрах скважины;
- коэффициент нагрузки и тепловой режим двигателя при непрерывном бурении твёрдых пород;
- величина корректировки выходной мощности дизельного двигателя и производительности комплектного компрессора для целевой высоты над уровнем моря;
- требуется ли после выбора 85 кВт синхронная корректировка компрессора, гидронасосов и других комплектующих.
Конфигурация мощности — лишь один из многих опциональных пунктов WR300SE. В том же материале перечислены такие опции, как шламовый насос, центробежный насос, генератор и пенный насос, и указано, что разным заказчикам не требуется единый набор всех принадлежностей — их следует комбинировать с учётом основного способа бурения, электроснабжения на площадке, условий водоотведения и особенностей пород. Выбор мощности также следует оценивать в рамках этого комплекта, а не отдельно.