Проекты глубоких водяных скважин сталкиваются с неизбежной реальностью: чем глубже скважина, чем больше диаметр и чем длительнее срок работ, тем больше времени и общего объёма непрерывной выходной мощности требуется от силовой системы. При этом энергетические условия на площадках таких проектов зачастую наиболее неоднородны — одни расположены в отдалённых горнодобывающих районах или пустынях, где поблизости нет доступной электросети; другие — на стационарных буровых площадках рудников или в промышленных парках, где электросеть находится рядом. Как следует определять энергетическое решение, когда одна и та же буровая установка для водяных скважин класса 1200 метров размещается на площадках двух типов?
В данной статье на основе открытых материалов WR1200SL с нашего сайта «дизель-электрическая схема» трактуется как адаптация к энергетическим условиям: она соответствует двум принципиально разным предпосылкам электроснабжения на площадке, а не функции безусловной экономии топлива.
Распределение энергопотребления в глубоких скважинных проектах
Сначала необходимо определить направление потоков мощности при глубоком бурении, чтобы понять, почему энергетическое решение является отдельным этапом принятия решений. В открытых материалах WR1200SL дизельная силовая установка представлена двигателем Cummins мощностью 264 кВт, который обеспечивает привод вращения, подачи, гусеничного хода, аутригеров и вспомогательных систем. В разрезе операций это выглядит так:
- Система вращения: максимальный крутящий момент 30000 / 15000 Н·м, соответствующая максимальная частота вращения 85 / 170 об/мин;
- Система подъёма: усилие подъёма 60 т, осевое давление 10 т, используется для спускоподъёмных операций, извлечения погружного пневмоударника и работ с обсадными трубами;
- Вспомогательная система: большая вспомогательная лебёдка 5 т и малая вспомогательная лебёдка 2,5 т для перемещения на площадке;
- Быстрые операции: быстрый подъём 29 м/мин, быстрая подача 51 м/мин, соответствуют возврату силового вращателя, операциям с буровыми штангами и другим действиям, не связанным с бурением.
Эти операции непрерывно повторяются при глубине скважины свыше 1000 метров и длительном цикле строительства. Оборудование класса 1200 метров обычно работает непрерывно в течение длительного времени, и силовая система должна постоянно функционировать в условиях высоких температур и запылённости. Иными словами, мощность является входным параметром, сопровождающим работу данной установки на всём протяжении процесса, а момент определения энергетического решения должен приходиться на период до прибытия на площадку, а не после начала работ.
Типы площадок, соответствующие дизельному варианту
Описание дизельной силовой установки в открытых материалах однозначно: дизельный двигатель Cummins мощностью 264 кВт обеспечивает высокий запас мощности под нагрузкой и подходит для проектов с длительным циклом строительства, большим диаметром скважины, большой глубиной и заметно различающимися энергетическими условиями на площадке. В материалах также упоминается предпосылка использования — отдалённые горнодобывающие районы, пустыни и полевые проекты обычно в большей степени полагаются на дизельную мощность.
Если прочитать эти два предложения вместе, характеристики площадки, соответствующие дизельному варианту, примерно таковы: устье скважины удалено от доступной электросети, либо электросеть хотя и имеется, но расстояние подвода, мощность и стабильность не определены. При использовании дизельной мощности на таких площадках оборудование может работать автономно, не завися от внешнего электроснабжения. Соответственно, в материалах также упоминается необходимость усиленного охлаждения двигателя, очистки воздуха, обслуживания топливной системы и контроля температуры гидравлического масла, чтобы избежать снижения мощности из-за высоких температур и запылённости — это часть сопутствующего обслуживания дизельного варианта при длительной полевой эксплуатации, относящаяся к условиям применения, а не к опциям.
Предпосылка электрического варианта — стабильный источник питания
Описание электрического режима в материалах указывает на другой тип площадки: стационарные буровые площадки рудников, промышленные парки или долгосрочные строительные проекты могут располагать стабильной электросетью; в этом случае в зависимости от условий проекта можно выбирать между дизельным и электрическим вариантами. Ожидание, указанное в материалах: электрический режим способствует снижению расхода топлива и выбросов на площадке.
Здесь необходимо учесть два момента. Во-первых, предпосылкой электрического варианта является «стабильный источник питания», а не «наличие электричества на площадке». Источник с недостаточной мощностью, большими колебаниями напряжения или способный обеспечивать питание лишь кратковременно не является строительной предпосылкой электрического варианта. Во-вторых, в материалах прямо указано: итоговая мощность, напряжение, частота и схема запуска электрической части должны определяться исходя из системы электроснабжения проекта.
Несколько пунктов, которые необходимо уточнить для электрической части
В материалах прямо указаны несколько пунктов, требующих уточнения. Чтобы не рассматривать их как универсальные фиксированные значения, здесь условия перечислены только по тексту материалов без указания числовых значений:
- Напряжение и частота определяются системой электроснабжения проекта;
- Мощность трансформатора должна соответствовать итоговой мощности электрической части;
- Длина кабеля влияет на фактическую схему электроснабжения;
- Пусковой ток — в материалах особо отмечено, что его нельзя напрямую просто пересчитывать из дизельной мощности.
Эти четыре пункта необходимо поочерёдно согласовать с поставщиком электроснабжения проекта до прибытия на площадку. В материалах не приведены соответствующие конкретные значения, поэтому такие вопросы требуют отдельного уточнения и не могут быть напрямую рассчитаны из дизельной мощности 264 кВт.
Соответствие дизель-электрической схемы данной модели
Если объединить вышеизложенное с областями применения WR1200SL, можно составить следующую таблицу соответствия:
| Энергетические условия на площадке | Соответствующий вариант | Основание в материалах |
|---|---|---|
| Отсутствие электросети, трудности с подводом electricity, например отдалённые горнодобывающие районы, пустыни | Дизельная мощность | В материалах указано, что полевые проекты обычно в большей степени полагаются на дизельную мощность, и сохраняется возможность автономной работы |
| Наличие стабильной электросети, например стационарная буровая площадка, промышленный парк, долгосрочный проект | Электрический вариант | В материалах указано, что конфигурация возможна в зависимости от условий проекта, что даёт выбор для снижения расхода топлива и выбросов |
Эта таблица показывает не «какой вариант лучше», а то, какую задачу решает дизель-электрическая схема на данной установке: одна и та же буровая установка класса 1200 метров может применяться на площадках глубоких скважин с двумя разными типами условий электроснабжения. Для заказчика проекта это означает, что до прибытия оборудования на площадку необходимо сначала определить энергетические условия, а затем проверить параметры конфигурации электрической части.
Помимо энергетического решения, какие ещё условия связаны с возможностями глубокого бурения
Энергия решает только вопрос источника мощности, но не решает внутрискважинные задачи. Несколько параметров из материалов, непосредственно связанных с глубоким бурением, также следует учитывать при выборе энергетического решения:
- Максимальная глубина бурения 1200 м, диаметр скважины 105–900 мм;
- Поддержка буровых штанг 9,6 м, рекомендуемый диаметр штанг 114 / 127 мм;
- Усилие подъёма 60 т, осевое давление 10 т;
- Крутящий момент вращения 30000 / 15000 Н·м, соответствующая максимальная частота вращения 85 / 170 об/мин;
- Рекомендуемое рабочее давление для пневматического бурения DTH 1,65–8 МПа, расход воздуха 16–120 м³/мин;
- Телескопическая мачтовая конструкция для улучшения транспортных габаритов.
В материалах есть одно ограничение по применимости глубины бурения: фактическая глубина бурения всё ещё должна определяться в зависимости от диаметра скважины, геологических условий, буровых штанг, компрессора и гидрогеологических условий. Это утверждение в равной степени применимо и к энергетическому решению — диаметр скважины, геология и технология определяют, сколько мощности необходимо непрерывно выдавать, а требования к производительности компрессора также напрямую влияют на выбор комплектации. В материалах упоминается, что при выборе компрессора необходимо одновременно учитывать давление и расход; если расхода недостаточно, то даже при достижении требуемого давления могут возникнуть недостаточная сила удара, трудности с выносом шлама и накопление шлама на забое. Эта часть относится к пневматической комплектации и представляет собой отдельный этап от дизель-электрического энергетического решения.
Какие суждения выходят за рамки материалов и требуют отдельного уточнения
По следующим пунктам в открытых материалах WR1200SL не приведены конкретные данные, их необходимо отдельно проверять в зависимости от условий проекта:
- Конкретные значения итоговой мощности, напряжения, частоты и схемы запуска электрической части;
- Соответствуют ли требованиям мощность трансформатора электросети проекта и расстояние прокладки кабеля;
- Способ переключения и порядок использования дизельного и электрического вариантов в рамках одного проекта;
- Фактически достижимая глубина скважины класса 1200 метров при конкретном диаметре, геологических условиях и конфигурации компрессора.
Если хотя бы одно из этих условий невозможно подтвердить, прямое понимание дизель-электрической схемы как «подходит везде» легко приведёт к тому, что несоответствие энергетического решения площадке обнаружится только после прибытия. Более надёжный порядок действий: сначала определить глубину скважины, диаметр, геологические условия и срок строительства, затем проверить, к какому типу относятся условия электроснабжения на площадке, и наконец на основании этого определить параметры электрической части или сразу использовать дизельную мощность.