При обсуждении эффективности оборудования бригады, занимающиеся бурением водяных скважин, часто отдельно говорят о «длине хода подачи» и «длине одной буровой штанги». Первый параметр относится к ходу силового вертлюга или механизма подачи, второй — к длине одной штанги. Каждый из этих параметров по отдельности понять несложно, но в реальном ритме бурения скважин средней глубины они должны рассматриваться вместе: как бы ни был велик ход, если штанга всего 3 м, частого наращивания все равно не избежать; как бы ни была длинна штанга, если эффективный ход мачты в развернутом состоянии и пространство для спуско-подъемных операций не соответствуют ей, преимущество длинной штанги не реализуется. В данной статье рассматривается это соотношение на основе открытых данных WR400S и поясняется, какие условия поддерживают такое сочетание, а какие все еще требуют уточнения на месте.
Сначала разделим два вида операций: ход подачи определяет проходку в скважине, длина штанги — количество наращиваний и развинчиваний
Длина хода подачи ограничивает, на какое расстояние буровой инструмент может непрерывно продвинуться в скважине за один цикл; она связана с ходом подачи, высотой мачты и положением силового вертлюга. Длина буровой штанги ограничивает, какую глубину скважины можно пройти на одной штанге, и частоту наращивания и развинчивания. Первый параметр влияет на время непрерывного бурения в пределах одной штанги, второй — на общее количество вспомогательных операций по всей скважине.
Если увеличивать только скорость подачи, а штанги короткие, вспомогательные операции по наращиванию, развинчиванию и спуско-подъему будут постоянно прерывать проходку; если заменить только штанги на длинные, а мачта, ход и пространство для спуско-подъемных операций не соответствуют, преимущество длинных штанг также не реализуется. Поэтому при рассмотрении буровой установки для скважин средней глубины эти два значения нужно проверять в одной таблице операций, а не по отдельности.
Несколько пунктов в данных WR400S, непосредственно связанных с этим сочетанием
WR400S — это гусеничная буровая установка для водяных скважин с телескопической мачтой класса 400 м. В материалах непосредственно с ритмом наращивания штанг связаны следующие пункты: поддержка непосредственной работы с 6-метровыми штангами и 6-метровой обсадной колонной, рекомендуемый диаметр штанг 89 / 102 мм; максимальная глубина бурения 400 м, диаметр бурения 105–325 мм; максимальный крутящий момент вращательной системы 8000 / 4000 Н·м при максимальной частоте вращения 75 / 150 об/мин; грузоподъемность 22 т, осевое давление 4 т; скорость быстрого подъема 29 м/мин, быстрой подачи 56 м/мин; масса машины около 9,8 т, габаритные размеры около 6,26 × 1,85 × 2,43 м.
Эти значения нельзя рассматривать по отдельности как вывод об эффективности. Они показывают, что в скважинах глубиной 300–400 м 6-метровые штанги позволяют сократить количество наращиваний, а телескопическая мачта в транспортном положении уменьшает габариты машины, в рабочем положении по-прежнему обеспечивает непосредственную работу с 6-метровыми штангами или 6-метровой обсадной колонной. Насколько фактически удастся сэкономить вспомогательное время, зависит от геологических условий, диаметра скважины, компоновки бурового инструмента и организации работ на месте; в материалах количественных результатов не приводится, и не следует их выдумывать.
Почему 6-метровые штанги и телескопическую мачту нужно рассматривать вместе
Сокращение количества наращиваний за счет длинных штанг возможно только при условии, что мачта в рабочем положении имеет достаточно пространства для размещения и спуско-подъема такой штанги. Ценность телескопической мачты заключается в разделении транспортного и рабочего контуров: при перебазировке мачта укорачивается, что снижает сложность погрузки и проезда по дорогам; после развертывания на точке бурения сохраняется возможность работы с 6-метровыми штангами. Для бригад, работающих в разных районах, на объектах в поселках и на нескольких площадках подряд, такая конструкция смягчает противоречие «для длинных штанг нужна высокая мачта, а высокая мачта затрудняет перебазировку».
С другой стороны, если точки бурения сосредоточены и перебазировки редки, транспортные преимущества телескопической мачты не являются основной проблемой, и центр внимания следует вернуть к охвату глубины бурения, диапазону диаметров и технологии в данных геологических условиях. Если скважины неглубокие, значение сокращения количества наращиваний за счет 6-метровых штанг также соответственно уменьшается. Таким образом, это соотношение является условным, и не все проекты водяных скважин подчиняются одной и той же логике.
Свести потребности, данные и условия комплектации в одну проверочную таблицу
| Потребность | Соответствующий пункт в данных | Условия, которые все еще требуют уточнения |
|---|---|---|
| Сократить количество наращиваний в скважинах средней глубины | Поддержка непосредственной работы с 6-метровыми штангами, рекомендуемый диаметр 89 / 102 мм | Компоновка бурового инструмента, сопротивление в скважине, фактические поставляемые размеры штанг |
| Снизить сложность погрузки при перебазировке | Телескопическая мачта, уменьшение габаритов в транспортном положении | Ширина дорог, радиус поворота, транспортные средства и способ крепления |
| Охватить целевую глубину и диаметр готовой скважины | Максимальная глубина бурения 400 м, диаметр бурения 105–325 мм | Глубина целевого водоносного горизонта, конструкция скважины, обсадные трубы и тип насоса |
| Работа с буровой колонной и обсадной колонной в скважинах средней глубины | Грузоподъемность 22 т, вспомогательная лебедка 1,5 т | Фактический вес буровой колонны, вес обсадных труб, трение о стенки скважины |
| Переход между твердыми породами и рыхлыми отложениями | Поддержка бурения погружным пневмоударником и с промывкой буровым раствором, рабочее давление воздуха 1,2–3,5 МПа | Давление и расход компрессора, утечки воздуха в породах, схема крепления стенок скважины |
Цель этой таблицы — не дать вывод «выбирайте это», а раздельно проверить длину хода подачи, длину штанг и условия комплектации. Если хотя бы одна строка не выполняется, улучшение ритма за счет сокращения наращиваний может быть сведено на нет другими звеньями.
Условия комплектации и границы применимости
В материалах указано, что WR400S оснащена двигателем Yuchai мощностью 92 кВт, скорость передвижения на гусеницах около 2,5 км/ч, максимальный угол подъема ориентировочно 21°, ход гидравлических аутригеров 1,6 м. Эти условия показывают, что установка подходит для сельских дорог, щебеночных площадок и обычных неровных участков, но на мягких грунтах все еще требуется использовать подкладки, а перед перебазировкой необходимо оценить несущую способность грунта и уклон. Непосредственная работа с 6-метровой обсадной колонной помогает при строительстве скважины, но конструкция обсадных труб, фильтров и водоизоляционных участков все равно должна определяться с учетом водоносного горизонта.
При использовании погружного пневмоударника на твердых породах рекомендуемое рабочее давление воздуха составляет 1,2–3,5 МПа, расход воздуха 16–55 м³/мин; давление и расход компрессора должны соответствовать одновременно. При бурении с промывкой буровым раствором в рыхлых отложениях буровой насос, центробежный насос и другие принадлежности относятся к условиям комплектации всей установки и требуют отдельной комплектации под проект. В материалах также указано, что при аномальном сопротивлении подъему бурового инструмента следует сначала промыть скважину и определить, нет ли сужения ствола, обрушения породы или прихвата, и не следует сразу использовать максимальную грузоподъемность для силового решения проблемы.
Вопросы, которые необходимо уточнить у производителя или заказчика проекта
- Применимость 6-метровых штанг при фактическом диаметре бурения и геологических условиях, а также соответствие рекомендуемого диаметра штанг 89 / 102 мм планируемой компоновке бурового инструмента.
- Стыковка эффективного рабочего пространства после развертывания телескопической мачты с процессом спуска 6-метровой обсадной колонны; в материалах не приводится пооперационное описание.
- Попадают ли целевая глубина скважины, диаметр готовой скважины и местные гидрогеологические условия в диапазоны 400 м и 105–325 мм; фактическая глубина готовой скважины все равно должна определяться по гидрогеологическим данным.
- Конкретные характеристики и объем поставки компрессора, бурового насоса, генератора, пенного насоса и других принадлежностей.
- В материалах не приводятся фактические показатели проходки, время наращивания или изменение затрат в различных геологических условиях; это необходимо оценивать по результатам измерений на проекте или силами подрядчика.