Когда речь заходит о подаче воздуха при погружном бурении глубоких скважин, часто встречаются два упрощённых вопроса: достаточно ли давления у этого компрессора или достаточно ли производительности. На практике бывает так: показания манометра в норме, а ритм погружного пневмоударника на забое всё равно нестабилен; номинальная производительность немаленькая, а удаление шлама на глубоком участке всё равно не успевает. Причина в том, что для подачи воздуха в глубокие скважины должно одновременно выполняться не одно условие, а давление, расход, структура компрессии и непрерывный привод взаимно ограничивают друг друга. Задача данной статьи — разложить производственную цель «высоконапорная подача воздуха в глубокие скважины» на несколько проверяемых условий оборудования, а затем на основе открытых данных AC125D показать, какие условия подкреплены параметрами, а какие необходимо уточнять дополнительно.
Сначала разложим «подачу воздуха в глубокие скважины» на несколько условий
При погружном бурении сжатый воздух выполняет в скважине две функции: приводит в действие поршень пневмоударника и выносит шлам с забоя по кольцевому пространству на устье. Требования к источнику воздуха для этих двух задач различаются. Для запуска и поддержания ритма пневмоударника необходимо давление выше определённого порога; для удаления шлама нужен достаточный расход, причём чем глубже скважина и больше диаметр, тем заметнее потери по длине и сопротивление обратному потоку. Поэтому подачу воздуха в глубокие скважины следует проверять как минимум по следующим условиям:
- способно ли давление достичь рабочего порога пневмоударника и остаться достаточным после потерь по длине в скважине;
- остаётся ли после вычета расхода на пневмоударник запас производительности для удаления шлама;
- достигается ли высокое давление за счёт одноступенчатой компрессии с натягом или конструкция пригодна для длительной работы под высоким давлением;
- способен ли привод стабильно обеспечивать воздух при длительной непрерывной работе на открытом воздухе;
- определено ли соответствие между буровой установкой, пневмоударником, диаметром и глубиной скважины.
Из этих пяти пунктов первые четыре относятся к самому компрессору, последний — к условиям со стороны сопутствующего оборудования. Проверка только одного из них легко приводит к выводу «параметров достаточно», но не объясняет, почему на объекте работа всё равно идёт негладко.
Каким пунктам соответствуют открытые данные AC125D
В материалах о дизельном передвижном компрессоре AC125D на нашем сайте приведены ключевые значения: производительность 36 м³/мин, номинальное рабочее давление 30 бар, двухступенчатая компрессия, двигатель Cummins QSZ13-C550-30 мощностью 410 кВт (550 л.с.), водяное охлаждение, топливный бак 600 л, масса машины 5820 кг, выходные патрубки G1-1/2 и G2-1/2 (два выхода), уровень шума 82 дБ(А), область применения — буровые установки для глубоких водяных скважин и геотермального бурения.
Если вернуть эти значения к приведённому выше перечню условий, соответствие можно понять так:
| Условие подачи воздуха | Соответствующий пункт в материалах | Что это показывает |
|---|---|---|
| Порог давления | Номинальное рабочее давление 30 бар | Оборудование обладает способностью выдавать высокое давление уровня 30 бар; достаточность для порога конкретного пневмоударника зависит от его спецификации |
| Расход для удаления шлама | Производительность 36 м³/мин | Большая производительность, но запас для удаления шлама после вычета расхода на пневмоударник нужно рассчитывать по глубине и диаметру скважины |
| Конструкция для длительного высокого давления | Двухступенчатая компрессия | Конструктивно ориентирована на режимы высокого давления; в материалах указано, что это способствует стабильной подаче воздуха при непрерывном бурении |
| Непрерывность привода | Cummins 410 кВт, водяное охлаждение, топливный бак 600 л | Конфигурация привода, рассчитанная на наружное бурение и длительную непрерывную работу |
| Сопутствующие интерфейсы | Два выхода G1-1/2 и G2-1/2 | Предусмотрены два выхода; фактическое подключение трубопроводов необходимо согласовать со стороной буровой установки и пневмоударника |
Эта таблица лишь показывает, что между параметрами в материалах и пунктами требований существует соответствие, и не является выводом о том, что «данная модель подходит для конкретного проекта». В самих материалах также указано, что при фактическом подборе следует уточнять требуемые расход и давление в зависимости от буровой установки, пневмоударника, диаметра скважины и глубины бурения.
Почему давление и расход нельзя рассматривать отдельно
30 бар и 36 м³/мин в таблице параметров являются двумя параллельными номинальными значениями, но в реальной системе подачи воздуха это не показатели, которые можно независимо реализовать. Чем выше давление, тем обычно меньше фактический расход, который способна обеспечить та же машина; часть расхода потребляется пневмоударником, и только остаток идёт на удаление шлама. В глубоких скважинах потери по длине трубопровода и сопротивление обратному потоку в кольцевом пространстве дополнительно изменяют фактическую картину на забое.
Это означает, что порядок оценки должен быть следующим: сначала подтвердить порог рабочего давления пневмоударника, затем проверить, может ли расход при этом давлении покрыть потребление пневмоударника и потребность в удалении шлама, и только после этого смотреть, есть ли запас относительно номинальных значений компрессора. 36 м³/мин и 30 бар у AC125D можно использовать как ориентир по возможностям подачи воздуха, но сколько расхода и давления требуется для конкретного сочетания диаметра, глубины и пневмоударника, в материалах расчётных значений нет — это должно определяться техническими параметрами со стороны буровой установки и пневмоударника. В материалах также указано, что для глубоких скважин, больших диаметров или бурения по твёрдым породам следует предусматривать достаточный запас по расходу и давлению.
Что именно ограничивают двухступенчатая компрессия и конфигурация привода
В материалах двухступенчатая компрессия описана как «подходящая для режимов высокого давления, способствующая поддержанию стабильной подачи воздуха при непрерывном бурении». Это указывает на конструктивную пригодность, а не на цифру эффективности, которую можно напрямую пересчитать. Для глубоких скважин, требующих непрерывной работы при давлении уровня 30 бар, число ступеней компрессии влияет на способ работы на высоком давлении; однако в материалах не приведены степень сжатия по ступеням, температура нагнетания и другие детали, поэтому на этом основании нельзя делать выводы о конкретном энергопотреблении или ресурсе.
Мощность привода 410 кВт и топливный бак 600 л соответствуют условию длительной непрерывной работы на открытом воздухе. Водяное охлаждение и модель двигателя Cummins указаны в материалах явно; что касается достаточности мощности на определённой высоте над уровнем моря, при температуре окружающей среды или при определённой продолжительности непрерывной работы, в материалах нет кривых снижения мощности или данных по адаптации к окружающей среде — это относится к вопросам, требующим уточнения у производителя.
Какие ещё условия нужно выполнить на стороне сопутствующего оборудования
Компрессор — лишь один из участков системы подачи воздуха. В разделе материалов о комплектации и подборе перечислены пункты, требующие уточнения: модель буровой установки, диаметр бурения, целевая глубина, основные породы, спецификация погружного пневмоударника, а также требуемые рабочее давление и производительность. Согласно этому перечню, перед началом работ необходимо как минимум уточнить следующие сведения:
- Спецификация пневмоударника: диапазон рабочего давления и расход воздуха — непосредственная основа для оценки достаточности 30 бар и 36 м³/мин;
- Диаметр скважины и целевая глубина: определяют площадь кольцевого сечения и потери по длине, влияют на требуемый для удаления шлама расход;
- Основные породы: требования к удалению шлама в твёрдых породах и рыхлых слоях различаются; в материалах прямо указано, что разные геологические условия влияют на фактическую потребность в воздухе;
- Трубопроводы и интерфейсы: оборудование имеет два выхода G1-1/2 и G2-1/2, но длина трубопроводов на объекте, количество отводов и тип соединений создают дополнительное падение давления, которое в материалах не рассматривается;
- Площадка и транспортировка: масса машины 5820 кг, габариты 4220×2000×2300 мм — это передвижное оборудование, подъездные пути и место установки необходимо проверять с учётом этих данных.
Среди них легко упустить падение давления в трубопроводах: то, что на выходе компрессора достигается 30 бар, не означает, что на входе пневмоударника по-прежнему 30 бар. В материалах нет данных о падении давления для различных конфигураций трубопроводов, поэтому этот вопрос можно оценить только по фактической схеме на объекте.
Границы применимости и что ещё требует уточнения
В материалах AC125D область применения указана как буровые установки для глубоких водяных скважин, геотермального бурения и другие сценарии с высоким давлением и большим расходом воздуха; он также может использоваться как источник сжатого воздуха для бурового оборудования, требующего высокого давления и большого расхода. Это указанная в материалах область применения, но она не означает пригодность для всех проектов глубоких скважин. Следующие случаи не охвачены материалами и требуют отдельного уточнения:
- если требуемое рабочим давлением конкретной модели пневмоударника значение выше 30 бар, сможет ли это оборудование по-прежнему его обеспечить;
- достаточен ли расход для удаления шлама после вычета расхода на пневмоударник при определённом сочетании диаметра и глубины скважины;
- изменяются ли мощность двигателя и производительность на большой высоте над уровнем моря и при экстремальных температурах;
- влияет ли падение давления из-за длины трубопроводов и типа соединений на объекте на давление на забое;
- как распределять расход между двумя выходами при одновременном питании нескольких потребителей воздуха.
На эти вопросы невозможно ответить, опираясь только на имеющиеся параметры. Более надёжный подход — составить описание потребности в воздухе с указанием модели буровой установки, спецификации пневмоударника, диаметра, глубины, пород и условий трубопроводов на объекте, а затем сверить с производителем фактическую подачу воздуха оборудования в таком сочетании. Возможность высоконапорной подачи воздуха в глубокие скважины в конечном счёте зависит от одновременного соответствия четырёх составляющих — порога давления, расхода для удаления шлама, непрерывности привода и сопутствующих трубопроводов, — а не от того, что какой-то один номинальный параметр достигнут сам по себе.