В открытых материалах WR1200SL значения 30000 / 15000 N·m и 60 т записаны рядом. Первое относится к системе вращения, второе — к системе подъёма. Если записывать эти две группы значений отдельно, кажется, что это две независимые способности; но в скважине глубиной 1200 м они соответствуют двум нагрузкам на одну и ту же буровую колонну — крутящему моменту, необходимому для её вращения, и тяговому усилию, необходимому для её подъёма из скважины. Ни один из этих параметров по отдельности не позволяет судить, состоятельна ли конфигурация в скважине.
В данной статье по этим двум линиям нагрузки рассматриваются опубликованные на сайте параметры WR1200SL, включая: максимальную глубину бурения 1200 м, диаметр бурения 105–900 мм, крутящий момент 30000 / 15000 N·m, соответствующую частоту вращения 85 / 170 r/min, усилие подъёма 60 т, осевое давление 10 т, рекомендуемый диаметр буровой штанги 114 / 127 мм, поддержку штанг 9,6 м, дизельный двигатель Cummins 264 кВт. Натурные измерения не рассматриваются, и предположения о не указанных в материалах условиях в скважине не делаются.
Сторона вращения: двухрежимный крутящий момент соответствует двум ступеням частоты вращения
В материалах вращение записано двумя группами чисел: 30000 N·m с 85 r/min, 15000 N·m с 170 r/min. Это не две произвольно переключаемые скоростные ступени, а парное соотношение крутящего момента и частоты вращения — при большем крутящем моменте частота вращения ниже, при высокой частоте вращения крутящий момент меньше. Появление такой пары на одной машине означает, что система вращения должна охватывать два различных условия бурения.
Больший крутящий момент обычно требуется при большем диаметре скважины, повышенном трении в интервале или более монолитных породах. Более высокая частота вращения — обычно на этапах бурения с меньшим сопротивлением. Если понимать ступень 15000 N·m как «снижение крутящего момента и повышение скорости» и продолжать вращать на этой ступени при возросшем трении в скважине, нагрузка на вращение напрямую отразится на буровом инструменте.
Значение двухрежимного крутящего момента само по себе ещё не позволяет судить, достаточно ли оборудования. При одинаковых 30000 N·m с длинной штангой 9,6 м и с короткой штангой фактические условия кручения в скважине различны; при диаметре от 105 мм до 900 мм нагрузка вращения, соответствующая одному и тому же крутящему моменту, также различается. В материалах диаметр 105–900 мм и эта группа крутящего момента записаны в одном документе, поэтому при сравнении их следует рассматривать вместе.
Сторона подъёма: какие веса выдерживает 60 т
Усилие подъёма 60 т и осевое давление 10 т в материалах расположены рядом, но их направления действия противоположны. 60 т отвечает за подъём вверх, 10 т — за давление вниз. На глубине 1200 м складываются собственный вес буровой колонны, трение о стенки скважины и вес обсадной трубы; тяговая нагрузка возрастает по интервалам с глубиной, и 60 т обеспечивают запас на этой линии нагрузки.
В материалах также указана граница: при прихвате или сужении ствола следует сначала промыть скважину и оценить состояние в ней. Эта фраза ограничивает область применения 60 т нормальным спуском и подъёмом, извлечением погружного пневмоударника и работами с обсадными трубами большого диаметра, не рассматривая максимальное усилие подъёма как средство устранения аномалий в скважине. Как бы велико ни было усилие подъёма, если причина прихвата бурового инструмента не устранена, тяговое усилие вверх лишь увеличит нагрузку на инструмент и оборудование.
Как две группы значений взаимно ограничивают друг друга на глубине 1200 м
Вращение и подъём в скважине — не две несвязанные вещи. Чем больше крутящий момент при вращении буровой колонны, тем выше трение о стенки скважины, и тем больше сопротивление, которое часто приходится преодолевать при подъёме; наоборот, если в процессе подъёма состояние бурового инструмента нестабильно, при возобновлении вращения нагрузка также изменится. То, что 30000 N·m и 60 т приведены вместе, означает, что автор материалов задал эти две линии как одну группу условий нагрузки.
Именно поэтому по одним лишь 60 т нельзя судить, подходит ли конфигурация подъёма: если сторона крутящего момента длительно работает на высокой ступени нагрузки, а диаметр выбран ближе к большему пределу, накопление трения в скважине одновременно отразится и на тяговой нагрузке. Оба значения следует подбирать для одной и той же скважины, одного набора диаметров и бурового инструмента.
Другие параметры, сопровождающие эти две группы значений
В материалах есть ещё несколько пунктов, непосредственно связанных с вращением и подъёмом:
- Буровая штанга: поддерживаются штанги 9,6 м, рекомендуемый диаметр 114 / 127 мм. На большой глубине число наращиваний напрямую влияет на вспомогательное время.
- Быстрый подъём 29 м/мин, быстрая подача 51 м/мин соответствуют таким не связанным с бурением операциям, как возврат силового вертлюга и работа со штангами.
- При пневмоударном бурении DTH ориентировочное рабочее давление воздуха 1,65–8 МПа, расход воздуха 16–120 м³/мин; это связано с породами и удалением шлама из забоя и не изменяет соотношение нагрузок вращения и подъёма.
- Дизельный двигатель Cummins 264 кВт обеспечивает энергией вращение, подачу, ход, аутригеры и вспомогательные системы.
В материалах не указаны: конкретные кривые нагрузки вращения для разных диаметров, вес буровой колонны по интервалам на разных глубинах. Это требует отдельного расчёта на этапе проектирования и не может быть напрямую выведено из 30000 / 15000 N·m и 60 т.
Согласно такому прочтению, на какие вопросы ещё нельзя ответить
Прочитав две группы значений вместе, можно определить охватываемые диапазоны вращения и подъёма, а также необходимость их совместной конфигурации с диаметром, буровой штангой и глубиной. Неопределёнными остаются как минимум несколько пунктов:
- Достаточно ли 30000 N·m для конкретного диаметра — это зависит от пород и типа долота; в материалах не приведены соответствующие значения по диаметрам.
- Какую долю запаса составляют 60 т в фактической тяговой нагрузке конкретной скважины — требуются конкретные данные о весе буровой колонны, весе обсадных труб и трении в скважине.
- По каким условиям переключается двухрежимный крутящий момент в реальном бурении — в материалах даны две пары значений, но критерии переключения не указаны.
Все эти пункты относятся к условиям, требующим дополнительной проверки на этапе проектирования. 30000 / 15000 N·m и 60 т могут служить отправной точкой для чтения материалов WR1200SL, но отправная точка не равна выводу.
Смысл записи двух групп значений в одной строке
Глядя только на 30000 N·m, можно подумать, что это оборудование делает акцент лишь на крутящем моменте; глядя только на 60 т — что главное в тяговой способности. Совместное приведение двух групп значений показывает, что для скважины глубиной 1200 м необходимо одновременное выполнение условий вращения и подъёма — если крутящего момента достаточно, а подъёма недостаточно, спуск и подъём на большой глубине будут ограничены; если подъёма достаточно, а крутящего момента недостаточно, продвижение на большом диаметре будет затруднено. Читать их в одном разделе материалов — это и есть способ организации самой таблицы параметров данного оборудования.