В материалах WRT1200 система вращения описана как «максимальный крутящий момент 24000/12000 Н·м, соответствующий двухскоростной конфигурации 75/150 об/мин». Две строки значений расположены рядом, и их легко прочитать как таблицу скоростей: хотите быстрее — включайте высокую передачу, хотите больше усилия — низкую. Однако эти два значения крутящего момента каждое ориентировано на сопротивление определённого участка скважины, а не на ощущения оператора. В данной статье только на основе этой группы параметров, опубликованных на нашем сайте, поясняется, на какие условия участков скважины приходятся два диапазона крутящего момента, а также какая часть не может быть определена по этим значениям самостоятельно.
Два значения крутящего момента — это не две отметки одного диапазона
24000 Н·м и 12000 Н·м различаются вдвое, соответствующие скорости вращения — 75 об/мин и 150 об/мин — также различаются вдвое. Соотношение этих двух групп значений таково: чем выше крутящий момент, тем ниже скорость вращения; чем ниже крутящий момент, тем выше скорость вращения. Это описывает верхний предел, который может выдать одна и та же система вращения при двух настройках режима, а не две передачи, которые можно свободно переключать вверх и вниз на одном и том же участке скважины.
Отсюда можно сделать вывод о направлении ограничения: при требуемом выходе 24000 Н·м верхний предел фактической скорости вращения составляет 75 об/мин; при требуемом выходе 12000 Н·м верхний предел скорости — 150 об/мин. Для любого участка скважины, где используется верхний предел крутящего момента, это означает, что на этом участке можно продвигаться только с более низкой скоростью вращения. И наоборот, на участке скважины, где продвижение ведётся со скоростью 150 об/мин, доступный верхний предел крутящего момента составляет 12000 Н·м.
Характеристики участка скважины, соответствующие низкоскоростной высокомоментной передаче
В материалах диапазон 24000 Н·м/75 об/мин описан как «более подходящий для большого диаметра, твёрдых пород и участков с высоким трением». Здесь указаны три характеристики, которые следует понимать раздельно.
Большой диаметр
Диапазон диаметров бурения WRT1200 составляет 105–900 мм, 900 мм — это опубликованный максимальный диаметр скважины для данной установки. При увеличении диаметра одновременно возрастают площадь контакта забоя с буровым инструментом, объём выноса шлама и требуемый крутящий момент вращения. В материалах также отмечено, что увеличение диаметра повышает нагрузку на буровой инструмент, вес обсадной колонны, потребность в выносе шлама и нагрузку на компрессор, поэтому «большой диаметр» сам по себе является проектным условием, которое необходимо определять совместно с дебитом воды, проектированием обсадных труб и типом насоса, а не целью бурения, которую можно сразу принять по верхнему пределу.
Твёрдые породы
При входе в относительно цельные твёрдые породы, такие как известняк, песчаник, гранит, в материалах рекомендуется применять погружные пневмоударники среднего и высокого давления для бурения DTH. Сам погружной пневмоударник обеспечивает ударное разрушение породы, но система вращения всё равно должна создавать крутящий момент для непрерывного перепозиционирования долота; характер сопротивления на этом участке отличается от верхних рыхлых слоёв, поэтому он попадает в диапазон высокого крутящего момента.
Участки с высоким трением
Этот пункт напрямую связан с глубиной скважины. В глубоких скважинах уровня 1200 м собственный вес бурильных труб, трение о стенки скважины и состояние осадка накапливаются с глубиной. В разделе о подъёмном усилии в материалах указано: «Если сопротивление при подъёме бурового инструмента аномально, следует сначала очистить скважину и оценить состояние стенок, бурового инструмента и осадка, не следует просто полагаться на максимальное подъёмное усилие для принудительного вытягивания». Та же логика применима и к вращению: высокомоментная передача — это верхний предел способности противостоять сопротивлению, а не обычное средство для компенсации накопления шлама или проблем со стенками скважины.
Условия участка скважины, соответствующие высокоскоростной передаче
Для диапазона 12000 Н·м/150 об/мин в материалах дана формулировка «подходит для устойчивых пластов с небольшим сопротивлением». Здесь «устойчивость» и «небольшое сопротивление» — это условия, которые должны выполняться одновременно.
Значение устойчивых пластов разъясняется в другом месте материалов: для грунтов, глин, песчаных и гравийных слоёв можно применять вращательное бурение с промывочной жидкостью, обсадные трубы или другие способы стабилизации скважины; выветрелые породы и тектонические нарушенные зоны склонны к обрушению, сужению диаметра, утечкам воздуха и прихватам, при входе в такие участки следует снижать слишком быструю проходку и усиливать очистку скважины. Иными словами, небольшое сопротивление — это лишь результат, а устойчивость участка скважины — это предпосылка для возможности использования высокоскоростной передачи. Пониженные показатели сопротивления также могут быть вызваны малым диаметром скважины или проблемами с буровым инструментом, что не одно и то же, что устойчивость пласта.
Разделение передач для разных участков одной скважины
Если вернуть два диапазона крутящего момента в последовательность бурения скважины уровня 1200 м, видно, что соответствующие им участки часто чередуются, а не выбираются раз и навсегда. Способы разделения, упомянутые в материалах, включают:
- Верхние рыхлые слои: вращательное бурение с промывочной жидкостью, обсадные трубы или другие способы стабилизации скважины; характер сопротивления на этом участке отличается от глубоких скальных пород.
- Цельные твёрдые породы: бурение DTH погружным пневмоударником среднего и высокого давления, соответствует высокому крутящему моменту и низкой скорости вращения.
- Выветрелые породы и нарушенные зоны: контроль проходки, усиленная очистка скважины, в зависимости от состояния стенок использование обсадных труб или пенной вспомогательной среды.
- Основные водоносные горизонты: подземные воды изменяют вынос шлама пневмоударником и состояние давления в скважине, необходимо корректировать подачу воздуха и схему очистки скважины в соответствии с притоком воды.
Эти четыре типа участков скважины соответствуют различным потребностям во вращении, что показывает: ценность двухскоростной конфигурации в том, чтобы одна установка охватывала несколько участков одной скважины, а не в том, чтобы какой-то один участок получил вдвое большую эффективность.
Информация об участке скважины, которую сами значения крутящего момента определить не могут
24000 Н·м и 12000 Н·м — это верхние пределы выхода системы вращения, они не включают следующее. Эти сведения необходимо дополнять со стороны проекта, их нельзя вывести обратным расчётом из значений крутящего момента.
| Информация, которую необходимо уточнить | Почему значение крутящего момента не может её дать |
|---|---|
| Начальная и конечная глубина участка скважины | В материалах указаны только максимальная глубина бурения установки 1200 м и диапазон диаметров, но не дано соответствие глубины, на которой для каждого участка целесообразно включать ту или иную передачу |
| Компоновка долота и бурового инструмента | Рекомендуемый диаметр бурильных труб 127 мм, длина бурильных труб поддерживает 3 м или 6 м, но фактическая потребность в крутящем моменте для конкретной компоновки зависит от проекта |
| Комплектация компрессором | Для режима DTH рекомендуемое рабочее давление 1,65–8 МПа, расход воздуха 16–120 м³/мин; недостаточное давление или подача влияют на удар и вынос шлама, тем самым изменяя нагрузку вращения, и этот слой не входит в параметры крутящего момента |
| Схема промывочной жидкости или пены | В материалах упоминаются различные способы стабилизации скважины: вращательное бурение с промывочной жидкостью, обсадные трубы, пенная вспомогательная среда; влияние изменения среды на сопротивление вращению должно определяться специальным проектированием |
Кроме того, указанный в материалах ход подачи/подачи составляет 7/13 м, может выбираться в зависимости от окончательной конфигурации; официальная конфигурация должна основываться на технических подтверждающих материалах поставщика. Ход подачи не имеет прямого пересчёта в разделение передач по участкам, он влияет на частоту возврата силовой головки и операций с бурильными трубами.
Что в материалах указано о моменте переключения
В материалах есть чёткое требование к строительству: «В процессе строительства следует своевременно переключать режимы работы в зависимости от нагрузки на буровой инструмент, выноса шлама и изменения крутящего момента». Здесь критериями являются три типа полевых сигналов — нагрузка на буровой инструмент, состояние выноса шлама, изменение крутящего момента, — а не фиксированные значения глубины скважины. То есть когда переключаться с одной передачи на другую, должно определяться фактической обратной связью из скважины.
Остальные соответствующие значения перечислены для сопоставления: максимальная глубина бурения 1200 м, диаметр бурения 105–900 мм, подъёмное усилие 61 т, осевое давление 13 т, мощность привода 220/264 кВт, масса установки около 32 т, транспортные размеры около 11,5×2,25×3,2 м. Эти параметры каждый ограничивает свой участок и также не образуют основания для разделения «определённый диапазон крутящего момента соответствует определённой глубине».
Вопросы, требующие уточнения у поставщика
В данной статье использованы только открытые материалы WRT1200 с нашего сайта. В материалы не вошли следующие пункты: конкретный способ переключения двух диапазонов крутящего момента и условия переключения, рекомендуемые передачи для различных сочетаний диаметра скважины и пород, различия в эффективности бурения для двух режимов, а также влияние различных конфигураций привода (220 кВт и 264 кВт) на выходную способность системы вращения. Эти сведения должны основываться на технических подтверждающих материалах поставщика; в данной статье они не приводятся как выводы.