Dwustopniowe sprężarki śrubowe do wiercenia studni DTH pod ciśnieniem 30–50 barów

W miarę jak studnia głębiej się pogłębia, powietrze napędzające młot wiertniczy (DTH) musi spełniać dwa zadania jednocześnie: utrzymywać wystarczające ciśnienie, aby młot uderzał mocno w słup wody i zwierciny oraz posiadać wystarczającą objętość, aby wypłukać zwierciny z odwiertu. Standardowa sprężarka wiertnicza o ciśnieniu od 7 do 10 barów kończy się na długo przed osiągnięciem przez wiertło docelowej głębokości w studni głębinowej, dlatego też programy studni głębinowych, geotermalnych i odwadniania przechodzą na ciśnienie powietrza od 30 do 50 barów. Tam, gdzie miejsce wierceń jest zasilane z sieci lub generatora, stacjonarna dwustopniowa wysokociśnieniowa sprężarka śrubowa, taka jak seria KOTECH KEH, może dostarczać to powietrze bardziej ekonomicznie niż druga sprężarka lub urządzenie wspomagające z silnikiem wysokoprężnym. W tym przewodniku wyjaśniono fizykę ciśnienia i przepływu oraz miejsca, w których elektryczne maszyny śrubowe o ciśnieniu od 30 do 50 barów pasują do floty wiertniczej.

Dlaczego głębokie wiercenie DTH wymaga powietrza pod wysokim ciśnieniem

Młot DTH jest zasilany bezpośrednio przez strumień sprężonego powietrza: różnica ciśnień na tłoku ustawia energię udaru, a powietrze wylotowe przepływa przez wiertło i w górę pierścienia, aby usunąć skrawki. W płytkim, suchym otworze często wystarcza kompresor o ciśnieniu od 10 do 17 barów. Jednakże w głębokim lub wodonośnym otworze sprężarka musi najpierw pokonać przeciwciśnienie hydrostatyczne i pierścieniowe – mniej więcej jeden dodatkowy bar na każde dziesięć metrów słupa wody – i nadal pozostawić na młotku wystarczającą różnicę, aby mogła działać. Poniżej około 150 do 200 metrów, szczególnie tam, gdzie odwiert wydobywa wodę podczas wiercenia, operatorzy coraz częściej wybierają sprężarki o ciśnieniu od 25 do 40 barów, a najgłębsze otwory lub odwierty geotermalne o dużej średnicy mogą wymagać pełnej klasy 30 do 50 barów.

Drugim wymaganiem jest prędkość zwijania. Sadzonki są unoszone przez prędkość powietrza w górę odwiertu, która zazwyczaj musi utrzymywać się powyżej około 15 do 25 metrów na sekundę, w zależności od geometrii otworu, rozmiaru młota i tego, czy używana jest pianka czy mgła. Wraz ze wzrostem głębokości i średnicy otworu wzrasta również wymagany dopływ świeżego powietrza. Wysokie ciśnienie bez wystarczającej objętości pozostawia sadzonki w otworze; duża głośność bez wystarczającego ciśnienia powoduje, że młotek jest słaby. Sprężarkę należy dobrać dla obu jednocześnie.

• Energia młota zależy od różnicy ciśnień pozostałej po pokonaniu przeciwciśnienia.
• Każde dziesięć metrów słupa wody powoduje powstanie około 1 bara przeciwciśnienia na młocie.
• Minimalną ilość wolnego powietrza wyznacza prędkość wyciągania, a nie sam rozmiar młota.
• Głębokie, mokre lub o dużej średnicy otwory to miejsca, w których powinno znaleźć się powietrze o ciśnieniu od 30 do 50 barów.

Stacjonarna śruba wysokociśnieniowa vs wzmacniacz diesla

Tradycyjną odpowiedzią na niedobór ciśnienia jest wysokociśnieniowa sprężarka lub urządzenie wspomagające napędzane silnikiem wysokoprężnym na platformie. Pozostaje to jedyny praktyczny wybór w przypadku naprawdę zdalnych eksploracji poza siecią. Jednak duża część prac związanych ze studniami głębinowymi odbywa się tam, gdzie dostępna jest energia: miejskie pola wiertnicze, programy odwadniania przemysłowego, projekty geotermalne w pobliżu infrastruktury, programy studni rolniczych w regionach zelektryfikowanych oraz wiercenie studni odwadniających w kopalniach. W tych lokalizacjach stacjonarna, elektryczna dwustopniowa sprężarka śrubowa zmienia ekonomikę.

Dwustopniowa kompresja śrubowa z międzystopniowym chłodzeniem zbliża się do kompresji izotermicznej, czyli dokładnie tam, gdzie oszczędza się energię przy dużych współczynnikach: podnoszenie powietrza z otoczenia do 40 barów w jednym etapie spowodowałoby znacznie więcej ciepła i marnotrawienie znacznie więcej mocy. Gama KOTECH KEH wykorzystuje konstrukcję dwustopniową z wysokociśnieniowym, jednośrubowym blokiem sprężającym i silnikiem o zmiennej prędkości z magnesem trwałym, zapewniającym stabilne ciśnienie ze ściśle kontrolowaną fluktuacją i automatycznym śledzeniem przepływu podczas cykli młota. W porównaniu ze sprężarką wysokoprężną pracującą przez całą zmianę, napęd elektryczny ogranicza logistykę paliwową, konserwację silnika, hałas i emisję spalin na miejscu – co jest cenne, gdy wiertnica pracuje w pobliżu społeczności lub na dozwolonym obszarze przemysłowym. Zazwyczaj jest on łączony z platformą jako stacja półstała lub montowany na przyczepie pomocniczej z własnym generatorem w celu przenoszenia pomiędzy pobliskimi stanowiskami.

Prawdziwe dwustopniowe specyfikacje wysokociśnieniowe KOTECH KEH

Aktualne dane fabryczne dla wariantów 4 MPa (40 barów) na stronie produktu KOTECH; KEH obsługuje ciśnienie od 30 do 50 barów i od 5 do 25 m³/min z napędem PM VSD.

Te rzędy to warianty 40 barów; te same ramy są publikowane przy ciśnieniu znamionowym 30 i 50 barów, jeśli wymaga tego obowiązek. Ponieważ ilość dostarczanego powietrza spada wraz ze wzrostem ciśnienia znamionowego, należy zawsze czytać dane dotyczące ciśnienia, na którym faktycznie pracuje młot, a nie z maksymalnego wartości podanego w ogólnej broszurze.

Procedura wymiarowania dla programu studni głębinowych

Zacznij od specyfikacji młota DTH: zalecany zakres ciśnienia roboczego i zużycie powietrza w m³/min. Dodaj przeciwciśnienie oczekiwane na docelowej głębokości, łącznie ze słupem wody, tarciem pierścieniowym i wtryskiem mgły lub piany, aby określić ciśnienie tłoczenia sprężarki. Następnie oblicz prędkość w odwiercie na podstawie przepływu sprężarki, średnicy otworu i zewnętrznej średnicy rury wiertniczej; jeśli prędkość nie osiągnie docelowej wartości transportu zwiercin, zwiększ przepływ, dodaj drugą sprężarkę lub zmniejsz szybkość penetracji, zamiast po prostu zwiększać ciśnienie.

Na uwagę zasługuje integracja na miejscu. Stacjonarna jednostka KEH wymaga stabilnej podkładki, zasilacza dostosowanego do silnika oraz obniżenia parametrów znamionowych w zależności od wysokości i temperatury, odpowiedniego rurociągu odprowadzającego do platformy z wężami o ciśnieniu znamionowym i odbiornikiem tłumiącym pulsacje, a także zarządzania wodą w przypadku ram chłodzonych wodą. Pomiar ciśnienia i przepływu zarówno w sprężarce, jak i w urządzeniu, ponieważ różnica między nimi ujawnia straty w wężu i filtrze, które po cichu kradną wydajność młota. Mając te podstawy, elektryczna stacja wysokociśnieniowa może pracować 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu w ramach programów wielozmianowych, bez cykli serwisowych silnika, które dominują w przypadku przestojów floty silników wysokoprężnych.

Kiedy pozostać przy mobilnym powietrzu z silnikiem Diesla

Elektryczna kompresja śrubowa pod wysokim ciśnieniem nie jest uniwersalna. Wiercenia poszukiwawcze, które odbywają się co kilka dni, miejsca bez sieci i ekonomicznego agregatu prądotwórczego oraz pojedyncze odległe odwierty nadal najlepiej sprawdzają się w przypadku wysokociśnieniowych mobilnych sprężarek napędzanych silnikiem wysokoprężnym, takich jak KOTECHKDP-18/25przy 25 barach lub dedykowany wzmacniacz do diesla. Należy podjąć decyzję na temat oczekiwanego wykorzystania i dostępności mocy: gdy wiertnica spędzi tygodnie lub miesiące na zasilanych polach odwiertów, niższe koszty energii i konserwacji stacji elektrycznej zwykle zwracają się do instalacji; gdy porusza się stale po terenie poza siecią, wygrywa mobilność z silnikiem diesla. Wiele dojrzałych flot wykorzystuje zarówno jednostki wysokoprężne do poszukiwań i odległych odwiertów, stacje elektryczne KEH dla rozwiniętych złóż odwiertów, jak i programy geotermalne.

Wskazówki dotyczące zakupów

• Rozmiar zarówno ciśnienia (głębokość plus przeciwciśnienie słupa wody), jak i przepływu (prędkość wyciągania) - nigdy jedno bez drugiego.
• Wybierz elektryczne stacje KEH do długich programów na zasilanych polach wiertniczych; zachować jednostki mobilne z silnikiem Diesla do eksploracji poza siecią.
• Wybierz wartość KEH przy ciśnieniu, jakie faktycznie osiąga młot, ponieważ przepływ spada wraz ze wzrostem ciśnienia.
• Zapewnij stabilną podkładkę, wąż tłoczny o parametrach znamionowych, zbiornik odbiorczy i oprzyrządowanie ciśnieniowe/przepływowe na obu końcach.
• W miejscach wierceń powierzchniowych należy zmniejszyć wydajność silnika i chłodzenia w zależności od wysokości nad poziomem morza i temperatury otoczenia.

Często zadawane pytania