При выборе шнековой буровой штанги часто возникают два несовпадающих числа: проектная глубина скважины близка к рекомендуемой глубине из материалов штанги или превышает её, а диаметр долота находится на одном из краёв совместимого диапазона. В таком случае ответить на вопрос «достаточно ли» по одному показателю сложно, поскольку рекомендуемая глубина бурения и совместимый диаметр долота описывают разные вещи: первая ограничивает общую длину бурильной колонны в скважине и условия нагрузки, второй — взаимное соответствие долота и тела шнековой штанги. В статье на примере открытых параметров шнековой геологической буровой штанги Φ42S эти два условия разбираются отдельно, объясняется порядок оценки и перечисляются вопросы, требующие уточнения.
Сначала разберём, что ограничивает каждое из двух чисел
В материалах Φ42S указаны рекомендуемая глубина бурения 100 м и совместимый диаметр долота 65–146 мм. Эти два параметра относятся к разным измерениям: рекомендуемая глубина бурения указывает на общую длину бурильной колонны при непрерывном бурении и связанную с этим передаваемую нагрузку; совместимый диаметр долота указывает на геометрическое соответствие и соответствие по удалению шлама между долотом, телом шнековой штанги и диаметром шнека. Чтобы определить достаточность шнековой штанги, следует сопоставлять эти два условия по отдельности, а не подменять одно другим.
Оценка по глубине скважины: 100 м — рекомендуемое значение, а не предельная возможность
В материалах 100 м указаны как рекомендуемая глубина бурения с пометкой о применимости для горных взрывных работ, глубокого бурения в угольных шахтах и геологических скважин. «Рекомендуемая» здесь означает справочное значение при описанных в материалах условиях средней твёрдости грунта и при использовании стандартной компоновки бурового инструмента; оно не означает, что такая глубина стабильно достигается в любых породах и при любом угле скважины, и не означает, что превышение 100 м обязательно недопустимо. Если фактическая глубина скважины близка к этому значению или превышает его, необходимо дополнительно проверить твёрдость пород, угол скважины, условия удаления шлама и выходную мощность буровой установки. В материалах не приведены поправки по глубине для различных пород или углов наклона; этот вопрос можно уточнить только у производителя или у специалистов на площадке.
Оценка по диаметру долота: 65–146 мм — диапазон соответствия
Совместимый диаметр долота 65–146 мм соответствует геометрическому соотношению: диаметр тела шнековой штанги 42 мм, диаметр шнека 50–100 мм. Если диаметр долота попадает в диапазон, это означает, что соответствие долота и шнековой части находится в пределах, указанных в материалах; однако на разных краях диапазона требования к пространству для удаления шлама и крутящему моменту различаются. Чем больше диаметр долота, тем больше объём буровой мелочи на единицу проходки и тем выше нагрузка на шнековое удаление шлама. В материалах указано, что шнековое тело штанги способствует выносу буровой мелочи и обломков и снижает накопление шлама в скважине, но данные об эффективности удаления шлама при различных диаметрах долота не приведены. Поэтому при использовании на верхнем краю диапазона следует включить в перечень проверяемых параметров условия работы компрессора или промывки, а также соответствие частоты вращения и подачи буровой установки.
Крутящий момент и характеристики тела штанги: определяют стабильность процесса бурения
Максимальный крутящий момент данной модели составляет 3000 Н·м, диаметр тела штанги — 42 мм, класс стали — DZ50, твёрдость соединения — HPC28-32. Значение крутящего момента отражает способность передавать вращательную нагрузку в породах средней твёрдости; это не показатель, независимый от глубины скважины и диаметра долота: чем глубже скважина, тем длиннее бурильная колонна и тем важнее учитывать разницу между эффективным крутящим моментом, передаваемым на долото, и выходным моментом на устье; чем больше диаметр долота, тем обычно выше сопротивление вращению, необходимое для разрушения породы. В материалах указано, что данная модель подходит для непрерывного бурения и удаления шлама в условиях пород средней твёрдости, но не приведено сопоставление требований к крутящему моменту для различных типов пород; соответствие фактической компоновки необходимо дополнительно рассчитывать с учётом возможностей буровой установки.
Комбинация длин влияет на число соединений и контроль общей длины
Доступны стандартные длины 1 м, 2 м, 3 м и другие. Выбор длины влияет как на возможность набрать целыми сегментами значение, близкое к целевой глубине скважины, так и на число соединений и рабочее пространство у устья скважины. В материалах не указано обязательное использование какой-либо одной комбинации длин; фактическую комбинацию следует определять вместе с конструкцией буровой установки, пространством для производства работ и целевой глубиной скважины.
Сведём условия в единую таблицу проверки
| Проверяемый пункт | Содержание материалов | На что обратить внимание при оценке |
|---|---|---|
| Целевая глубина скважины | Рекомендуемая глубина бурения 100 м | Рекомендуемое значение; при превышении глубины или сложных породах требуется отдельное уточнение |
| Диаметр долота | Совместимый 65–146 мм | На разных краях диапазона требования к удалению шлама и крутящему моменту различаются |
| Тело штанги и шнек | Тело штанги Φ42 мм, диаметр шнека 50–100 мм | Образует геометрическое соответствие с диаметром долота |
| Крутящий момент | Максимальный 3000 Н·м | Необходимо рассчитывать вместе с выходными параметрами буровой установки и условиями пород |
| Длина | 1 м / 2 м / 3 м | Комбинируется по глубине скважины и рабочему пространству |
Что не охвачено материалами и требует отдельного уточнения
- Модель буровой установки и интерфейс выходного конца силового привода: в материалах не указан конкретный тип соединения; перед заказом необходимо уточнить размеры интерфейса и требования к комплектации.
- Твёрдость пород и угол скважины: в материалах указано, что различные геологические условия, компоновки бурового инструмента, углы скважины и способы работы влияют на фактический результат применения, эффективность удаления шлама и срок службы, но поправочные коэффициенты или данные по категориям не приведены.
- Фактические показатели при превышении рекомендуемой глубины: в материалах приведено только рекомендуемое значение, пояснения о возможностях при работе на глубинах свыше рекомендуемой не представлены.
- Комплектация для удаления шлама при диаметре долота, близком к 146 мм: в материалах не приведены рекомендации по расходу воздуха, расходу воды или частоте вращения.
Таким образом, достаточность шнековой буровой штанги можно проверять последовательно по пунктам: «находится ли целевая глубина скважины вблизи рекомендуемого значения — попадает ли диаметр долота в совместимый диапазон и на какой его край — соответствуют ли выходной крутящий момент и интерфейс буровой установки — покрывает ли комбинация длин глубину скважины». Материалы Φ42S позволяют ответить на вопросы о характеристиках тела штанги, диапазоне совместимости и рекомендуемой глубине, однако тип интерфейса, поведение при превышении глубины и фактические результаты в различных породах необходимо уточнить у производителя перед закупкой.