При просмотре материалов о буровых установках для водяных скважин мощность и диаметр обычно попадают в поле зрения первыми. В первом случае указано 73 кВт или 85 кВт, во втором — 105–325 мм. Сами цифры понять нетрудно, сложность в том, чтобы определить, в какую сторону брать эти значения для своего проекта. Конфигурация гусеничной буровой установки для водяных скважин класса 300 метров не сводится к выбору максимальных значений по обеим строкам: завышенная мощность и увеличенный диаметр влекут за собой рост затрат на оборудование и сопутствующие расходы.
В данной статье на примере открытых данных WR300SE объясняется, как читать эти две строки и определять конфигурацию в следующем порядке: сначала цели работ, затем условия, соответствующие каждой строке, и наконец сопутствующее оборудование и ограничения.
Сначала определяется диаметр: это результат проектирования скважины, а не верхний предел возможностей оборудования
Диаметр бурения WR300SE указан как 105–325 мм. Этот диапазон отражает возможности оборудования, но не означает, что на площадке следует брать промежуточное значение. Диаметр скважины определяется несколькими факторами: проектным дебитом, наружным диаметром обсадных труб, размерами погружного насоса, устойчивостью верхних рыхлых слоёв и необходимостью установки обсадных труб для крепления стенок.
В материалах чётко указано, что окончательный диаметр следует определять исходя из проектного дебита, размеров обсадных труб и устойчивости пород. Начальный диаметр обычно должен превышать наружный диаметр обсадных труб для их спуска и гравийной засыпки; в рыхлых, песчаных и песчано-гравийных слоях при недостаточной устойчивости стенок необходимо предусмотреть пространство для крепления и обсадных труб. Иными словами, строка с диаметром должна следовать после проектирования конструкции скважины, а не быть первым критерием при запросе оборудования.
С другой стороны, верхний предел 325 мм обозначает границу: когда требуемый диаметр скважины превышает этот диапазон, возможности данной установки исчерпываются и требуется оборудование с большим диаметром. В материалах не описаны конкретные способы работ за пределами 325 мм, поэтому здесь мы не делаем предположений.
Затем рассматривается мощность: 73 кВт и 85 кВт соответствуют разным условиям нагрузки
Стандартная мощность WR300SE составляет 73 кВт, опционально доступна 85 кВт. В материалах указано: для проектов с обычными диаметрами и типичными породами стандартная мощность позволяет контролировать стоимость оборудования; если проект долгосрочно связан с большими диаметрами, твёрдыми породами или работой на большой высоте, можно рассмотреть более мощную конфигурацию.
Это означает, что строку с мощностью нельзя выбирать в отрыве от диаметра и пород. При бурении одной и той же установкой диаметром 105 мм и 325 мм нагрузки на вращение бурового инструмента, требования к удалению шлама и сопротивление подаче различаются; при бурении погружным молотком в выветрелых или монолитных породах расход воздуха компрессора и потребность в ударе также изменяют общую нагрузку на установку. В материалах «большой диаметр, твёрдые породы, большая высота» перечислены вместе, поскольку все эти факторы повышают требования к мощности, а не потому, что они равнозначны.
Следует также различать: мощность двигателя не равна напрямую крутящему моменту. Максимальный крутящий момент WR300SE составляет 7000 / 3500 Н·м при максимальной частоте вращения 80 / 160 об/мин — это двухрежимная настройка. Режим низкой частоты и высокого крутящего момента соответствует большим диаметрам и повышенным нагрузкам, режим высокой частоты используется на этапах бурения с меньшим сопротивлением. Опции мощности и режимы крутящего момента — это два разных уровня конфигурации, и при оценке их не следует смешивать в одну строку.
Только поместив обе строки в контекст одного проекта, можно обосновать конфигурацию
Ниже приведены гипотетические сценарии для иллюстрации порядка оценки; они не отражают выбор или результаты работ каких-либо реальных заказчиков.
- Предположим, проект ирригационной скважины планируется глубиной около 250 метров, с обсадными трубами меньшего диаметра и умеренным проектным дебитом, верхняя часть — глины и пески, нижняя — выветрелые породы. Согласно материалам, потребность в диаметре попадает в средне-нижнюю часть диапазона 105–325 мм, мощность можно предварительно оценить по стандартной конфигурации 73 кВт; при переходе на погружной молоток в породах необходимо также проверить соответствие давления воздуха компрессора 1,2–3,5 МПа и расхода воздуха 16–55 м³/мин.
- Предположим, другой проект имеет глубину около 300 метров, увеличенный диаметр скважины и длительные интервалы в твёрдых породах. В таких условиях большой диаметр и твёрдые породы суммируются, нагрузка повышена, и материалы рекомендуют рассмотреть конфигурацию 85 кВт. Однако мощность — лишь один из факторов; усилие подъёма 15 т, диаметр буровых штанг 89 / 102 мм и достаточность производительности компрессора также должны быть проверены совместно.
- Предположим, площадка находится на большой высоте; в материалах большая высота включена в число условий для оценки более мощной конфигурации, но конкретная зависимость между высотой и мощностью не приведена. Для таких проектов необходимо уточнить у производителя условия снижения нагрузки; нельзя рассчитывать только по равнинным параметрам.
Помимо двух строк данных, есть несколько сопутствующих факторов, которые ограничивают конфигурацию
Увеличение диаметра влечёт не только изменение нагрузки на вращение, но и повышение требований к удалению шлама и креплению стенок. В материалах указано, что в рыхлых породах целесообразно применять вращательное бурение с промывкой глинистым раствором для поддержания устойчивости стенок; буровой насос и центробежный насос являются опциональными. При бурении погружным молотком недостаточная производительность компрессора напрямую влияет на эффективность удара и удаление шлама со забоя. Чем больше диаметр, тем вероятнее, что эти два вида сопутствующего оборудования станут узким местом.
Конфигурация буровых штанг также участвует в оценке. WR300SE поддерживает штанги длиной 3 м и 6 м, рекомендуемый диаметр 89 / 102 мм. Штанги 6 м сокращают количество наращиваний, но предъявляют повышенные требования к транспортировке и площадке; штанги 3 м более гибки, но требуют более частого наращивания. С увеличением глубины скважины влияние количества наращиваний на вспомогательное время становится более заметным, и это, как и мощность с диаметром, необходимо определить до начала работ.
Усилие подъёма 15 т соответствует обычным спуско-подъёмным операциям для скважин класса 300 метров. В материалах также отмечается, что с увеличением глубины возрастают собственный вес буровых штанг и трение о стенки скважины; при аномальном сопротивлении подъёму следует сначала проверить сужение ствола, обрушение породы, прихват или проблемы с удалением шлама, а не полагаться напрямую на максимальное усилие подъёма. Это ограничение показывает: как бы ни была подходяща конфигурация мощности и диаметра, аномалии в скважине всё равно требуют технологического анализа, а не упования на запас параметров.
До какого этапа материалы дают опору и что ещё требует уточнения
Согласно проверенным данным, WR300SE позиционируется для обычных водяных скважин класса 300 метров, максимальная глубина бурения 300 м, применима для рыхлых пород и скальных грунтов, масса установки около 7,2 т, скорость хода на гусеницах 2,5 км/ч, максимальный угол подъёма ориентировочно 21°, ход гидравлических аутригеров 1,5 м. Эта информация позволяет включить установку в круг сравнения для проектов обычного сельскохозяйственного орошения, сельского водоснабжения, водоснабжения животноводства и разведки подземных вод, но не является заключением о пригодности для какого-либо конкретного проекта.
Требуют отдельного уточнения: глубина водоносного горизонта и сочетание пород на площадке проекта, диаметр, соответствующий конструкции скважины и проектному дебиту, фактический подбор компрессора и бурового насоса, соответствие длины буровых штанг условиям транспортировки, а также требования к снижению мощности на большой высоте или при особых климатических условиях. Сочетание инструментов в скважине и влияние различий угла бурения на эффективность, не охваченные материалами, также следует определять по фактическим условиям площадки.
Только читая строки мощности и диаметра как «конфигурационные ориентиры», а не как «рейтинг возможностей», можно прийти к обоснованному решению: диаметр сначала определяется проектом скважины, затем мощность выбирается исходя из фактической нагрузки, зависящей от диаметра, пород и высоты, а сопутствующие условия проверяются одновременно. Выбор максимального значения по любой из строк не означает, что проект пойдёт успешнее.