2200 Н·м указан в технических характеристиках CR1200I и означает максимальный выходной крутящий момент силового вертлюга. Само по себе это значение не отвечает на вопрос «на какую глубину можно бурить», оно отвечает на вопрос иного рода: какой запас остаётся у силового вертлюга для передачи крутящего момента при возрастающем сопротивлении вращению бурового снаряда. При глубоком колонковом бурении бурение часто останавливает не достижение предельной глубины, а превышение сопротивления вращению над доступным крутящим моментом. Приведённые ниже сведения основаны на опубликованных параметрах CR1200I на данном сайте; отсутствующие данные перечислены отдельно.
Сначала уточним, какой узел описывает это значение
CR1200I — полностью гидравлический интегрированный колонковый буровой станок; силовой вертлюг имеет зубчатую передачу, максимальный крутящий момент 2200 Н·м, максимальную частоту вращения 1500 об/мин и две группы зубчатых передач 1:2.2 и 1:3.3. Крутящий момент относится к вращающему узлу — силовому вертлюгу, а не к лебёдке, зажимному патрону или буровому насосу.
Другие пункты в таблице параметров относятся к иным действиям: усилие подачи 55 кН и усилие подъёма 160 кН относятся к системе подачи; усилие подъёма лебёдки 13,5 кН, скорость подъёма 116 м/мин и канатоёмкость 1200 м относятся к канатной лебёдке; расход промывочной системы 150 л/мин и давление 7 МПа относятся к циркуляционной системе. Эти значения не взаимозаменяемы, и по одному из них нельзя рассчитать другое.
Максимальный крутящий момент и зубчатая передача — это не одно и то же число
В таблице параметров указан «максимальный крутящий момент 2200 Н·м», а также две группы передаточных отношений 1:2.2 и 1:3.3. В материалах не указаны соответствующие значения крутящего момента и диапазоны частоты вращения для каждой группы передач, поэтому нельзя напрямую подставлять 2200 Н·м для расчёта после включения какой-либо передачи. Можно утверждать: крутящий момент и частота вращения на одном силовом вертлюге изменяются попарно, а зубчатая передача служит для регулировки соотношения между ними.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Тип передачи силового вертлюга | Зубчатая передача |
| Максимальный крутящий момент | 2200 Н·м |
| Максимальная частота вращения | 1500 об/мин |
| Зубчатая передача | 1:2.2 / 1:3.3 |
Эти три строки следует читать вместе: 2200 Н·м и 1500 об/мин — две крайние точки возможностей силового вертлюга, а зубчатая передача — промежуточное звено, соединяющее эти крайние точки. Если брать только одно значение для оценки применимости, можно упустить вторую половину ограничений.
Что именно соответствует запасу крутящего момента при глубоком колонковом бурении
На глубоких горизонтах структура потребления крутящего момента меняется в зависимости от глубины скважины и пород. Согласно материалам, высокооборотный силовой вертлюг CR1200I с максимальным крутящим моментом 2200 Н·м предназначен для регулировки режима бурения в различных интервалах пород, обеспечивая работу как в монолитных твёрдых породах, так и в локальных зонах дробления. Это указывает на то, что крутящий момент служит для адаптации к чередованию пород, а не является самостоятельным показателем глубины бурения.
В материалах также указано, что при входе в интервал глубже 1000 м следует уделять больше внимания контролю искривления скважины, износу бурильных труб, состоянию каната, свойствам промывочной жидкости и изменению сопротивления в скважине; при уменьшении обратного потока воды, аномалиях крутящего момента, увеличении сопротивления подъёму или изменении содержания песка в возвратном потоке необходимо своевременно оценивать риск поглощения, обрушения, сужения ствола или прихвата. Здесь «аномалия крутящего момента» указана как один из наблюдаемых сигналов, что говорит о том, что в реальном производстве показания крутящего момента являются объектом текущего контроля, а не фиксированной способностью, не меняющейся после заводской калибровки.
- Крутящий момент и частота вращения: на силовом вертлюге они взаимосвязаны, регулировка одной передачи влияет на другую.
- Крутящий момент и усилие подъёма: усилие подъёма 160 кН используется для подъёма бурового снаряда и извлечения инструмента и относится к иной группе действий, чем крутящий момент вращения.
- Крутящий момент и промывочная жидкость: расход промывочной системы 150 л/мин и давление 7 МПа; при развитых трещинах, нестабильном обратном потоке и локальных поглощениях необходимо регулировать вязкость, водоотдачу и параметры циркуляции.
- Крутящий момент и состояние скважины: аномалию крутящего момента следует оценивать вместе с объёмом обратного потока воды, сопротивлением подъёму и содержанием песка в возвратном потоке.
Какие условия действуют одновременно помимо верхнего предела крутящего момента
Для CR1200I справочная глубина бурения по типоразмеру N составляет 1200 м, по типоразмеру B — 1600 м, по типоразмеру H — 700 м. Для одного и того же оборудования справочная глубина бурения различается в зависимости от типоразмера керна, что указывает на то, что сам типоразмер керна является ограничивающим условием. Достаточность крутящего момента для определённого интервала зависит от компоновки бурового снаряда, диаметра скважины и сочетания пород при данном типоразмере, а не только от верхнего предела 2200 Н·м.
С увеличением глубины скважины возрастает доля времени работы канатной лебёдки. Канатоёмкость 1200 м и скорость подъёма 116 м/мин относятся к этапу извлечения внутренней трубы и напрямую не пересчитываются в крутящий момент вращения, но определяют вспомогательное время одного рейса при глубоком бурении. В материалах также упоминается, что сквозное отверстие зажимного патрона 150 мм подходит для commonly используемых систем бурильных труб NQ, HQ, PQ, NTW, HTW и других; применяется гидравлический зажим с клиновой самотормозящей конструкцией. Выбор системы бурильных труб изменяет компоновку снаряда, а следовательно, и сопротивление вращению; эта связь не указывается напрямую в таблице параметров.
Требования к обработке разломов и зон дробления на глубоких горизонтах
В материалах отмечается, что тектоническая глина, брекчия, зоны дробления и участки с густой трещиноватостью часто сложнее для обработки, чем просто твёрдые породы; в этом случае следует сокращать длину одного рейса, своевременно наблюдать за изменением давления насоса и обратного потока воды, а также корректировать промывочную жидкость, обсадку и параметры бурения в зависимости от устойчивости стенок скважины. Усилие подъёма 160 кН обеспечивает запас для подъёма снаряда и извлечения инструмента в сложных интервалах. Этот раздел показывает, что в сложных интервалах крутящий момент не решается путём продолжения увеличения нагрузки; в материалах предлагается регулировать длину рейса и наблюдать за откликом в скважине.
Разделы, не освещённые в материалах
Следующие пункты не указаны в материалах CR1200I на данном сайте; перед закупкой или использованием их следует уточнить отдельно и не рассчитывать самостоятельно:
- Соответствующие значения крутящего момента и диапазоны частоты вращения для двух групп зубчатых передач 1:2.2 и 1:3.3;
- Справочные значения потребления крутящего момента для различных типоразмеров керна (NQ, HQ, PQ, BQ, NTW, HTW и др.) в конкретных породах;
- Рекомендуемые диапазоны сочетания крутящего момента, усилия подачи и частоты вращения;
- Конкретные пороговые значения для оценки запаса крутящего момента при глубине скважины более 1000 м.
В конце материалов указано, что из-за различий в фактических геологических условиях, скважинном инструменте, угле бурения и способе выполнения работ конечная эффективность бурения, глубина и выход керна должны определяться фактическими условиями на площадке. Поэтому 2200 Н·м правильнее понимать как описание верхнего предела вращательной способности оборудования, а не как гарантию результата бурения конкретной скважины. Чтобы определить применимость для проекта, необходимо учитывать типоразмер керна, сочетание пород, глубину скважины и отклик в скважине, а не только сравнивать одно число крутящего момента.