В таблице параметров CR1000P в разделе вращающегося силового вертлюга указаны три строки: прямой привод шпинделя, максимальная частота вращения 1250 об/мин, максимальный крутящий момент 1100 Н·м. В том же материале в разделе грязевого узла есть ещё 1500 об/мин — это частота вращения грязевой мешалки. Оба значения имеют одинаковые единицы измерения, но относятся к совершенно разным системам. В данной статье рассматривается только то, какой именно этап при колонковом бурении глубоких скважин фактически ограничивает эти 1250 об/мин силового вертлюга, и что они не могут объяснить.
1250 об/мин описывают верхний предел вращения самого силового вертлюга
Сначала уточним принадлежность значения. 1250 об/мин указаны в графе вращающегося силового вертлюга наряду со способом привода (шестерённый гидромотор), способом передачи (прямой привод шпинделя) и максимальным применимым диаметром бурильных труб 114 мм. Это значение, задаваемое системой: максимальная частота вращения, которую может развить шпиндель силового вертлюга при допустимых гидравлических и передаточных условиях.
Его необходимо отличать от двух других значений. Во-первых, от 1500 об/мин грязевой мешалки — это частота вращения самого перемешивающего устройства; во-вторых, от 3000 / 1450 об/мин электродвигателя — это частота вращения на стороне источника питания, между которой и частотой вращения шпинделя ещё находится гидравлическая передача. Если записывать эти три значения как параметры одного типа, последующие сравнения потеряют базу.
Частота вращения ограничивает этап вращения, а не темп бурения всего станка
Колонковое бурение можно условно разделить на несколько одновременно выполняемых рабочих этапов: вращение, осевая подача, циркуляция промывочной жидкости, канатная лебёдка. У CR1000P для каждого этапа есть свои значения.
- Вращение: максимальная частота вращения 1250 об/мин, максимальный крутящий момент 1100 Н·м
- Осевое усилие: усилие подачи 67 кН, усилие подъёма 130 кН, ход подачи 1,8 м
- Циркуляция: расход промывочной жидкости 100 л/мин, давление промывочной жидкости 7 МПа
- Вспомогательные: канатоёмкость 1200 м (стальной канат 6 мм), усилие подъёма пустого барабана 14,5 кН, усилие подъёма полного барабана 6,9 кН
1250 об/мин встречаются только в первой группе. Они могут указать верхний предел вращения силового вертлюга, но не могут заменить оценку осевой нагрузки, расхода промывочной жидкости и грузоподъёмности лебёдки при определении осуществимости глубокой скважины.
Условия, при которых в материалах появляются 1250 об/мин
Справочная глубина бурения CR1000P составляет 1150 м для BQ, 1000 м для NQ, 550 м для HQ; с уменьшением диаметра колонкового набора справочная глубина увеличивается. Однако у силового вертлюга одного и того же станка указано только одно значение максимальной частоты вращения, что само по себе говорит: номинальная частота вращения — это верхний предел со стороны оборудования, а сколько оборотов фактически используется при разной глубине, диаметре и породах — это другой вопрос.
В материалах наряду с частотой вращения указаны угол бурения 45°–90°, применимая длина бурильных труб 1 / 1,5 м, максимальный применимый диаметр бурильных труб для силового вертлюга 114 мм. Эти пункты вместе образуют рабочие границы системы вращения, и любого отдельного показателя недостаточно.
С увеличением глубины скважины частота вращения сталкивается с изменением нагрузки
В материалах после раздела о силовом вертлюге прямо сказано: с увеличением глубины скважины вес бурильных труб, трение о стенки скважины и влияние искривления скважины становятся более выраженными; оператор должен своевременно регулировать осевую нагрузку, частоту вращения и промывочную жидкость в соответствии с изменениями крутящего момента и сопротивления при подъёме бурильной колонны, чтобы избежать продолжительного бурения в аномальном режиме с принудительной подачей.
Эта фраза ставит частоту вращения в динамическую взаимосвязь. 1250 об/мин — это достижимый верхний предел силового вертлюга, а фактически выбранная в скважине частота вращения зависит от нескольких факторов: типа коронки и способа резания, степени целостности текущей породы, способности промывочной жидкости выносить шлам, сопротивления вращению от собственного веса бурильной колонны. В глубоких скважинах, если параметры бурения не соответствуют состоянию скважины, проблема сначала проявится в крутящем моменте и сопротивлении при подъёме, а не на тахометре.
Два распространённых отклонения при чтении
Первое — рассматривать 1250 об/мин отдельно от крутящего момента. Два значения в одной строке соответствуют двум видам нагрузки на одну и ту же бурильную колонну — крутящему моменту, необходимому для её вращения, и способности вращать её с определённой частотой. 1100 Н·м и 1250 об/мин CR1000P происходят от одного силового вертлюга, и их нельзя перекрёстно комбинировать с крутящим моментом и частотой вращения другого станка.
Второе — принимать 1250 об/мин за показатель эффективности бурения. В материалах не указана механическая скорость бурения, достижимая при определённой частоте вращения в соответствующих породах, а также не показано изменение долговечности коронки при разной частоте вращения. Чтобы судить, какую эффективность может обеспечить станок на конкретном месторождении, необходимо учитывать реальные условия, скважинный инструмент и способ работы; это отмечено и в самих материалах.
На какие вопросы материалы этого станка не отвечают
Для следующих вопросов в открытых материалах CR1000P нет оснований, их необходимо дополнительно уточнять у производителя или у стороны проекта: каким конкретным условиям работы соответствуют 1250 об/мин, как ведёт себя нагрев гидравлической системы при длительном использовании этой частоты вращения, рекомендуемые диапазоны частоты вращения для разных пород, соответствие частоты вращения и выбора коронки. Это относится к технологии и практике на площадке и не может быть охвачено одним значением в материалах.
По той же логике канатоёмкость 1200 м и скорость подъёма 116 м/мин описывают возможности лебёдочной системы и не должны объединяться с 1250 об/мин силового вертлюга в одну группу для оценки способности станка к бурению.