Двухступенчатые винтовые компрессоры для бурения водяных скважин с давлением 30–50 бар

По мере того, как скважина с водой становится глубже, воздух, который приводит в движение погружной пневмоударник, должен выполнять две задачи одновременно: удерживать давление, достаточное для того, чтобы молот сильно ударял по столбу воды и шлама, и переносить достаточный объем, чтобы вымыть шлам из скважины. Стандартный буровой компрессор с давлением от 7 до 10 бар выходит из строя задолго до того, как долото достигает целевой глубины в глубокой скважине, поэтому программы для глубоких скважин, геотермальных работ и обезвоживания переходят на давление воздуха от 30 до 50 бар. Если на буровой площадке есть сеть или генератор, стационарный двухступенчатый винтовой компрессор высокого давления, такой как серия KOTECH KEH, может подавать этот воздух более экономично, чем второй дизельный компрессор или бустер. В этом руководстве объясняется физика давления и потока, а также то, какие электровинтовые машины с давлением от 30 до 50 бар подходят для бурового парка.

Почему для глубокого погружного бурения нужен воздух под высоким давлением

Погружной пневмоударник приводится в действие непосредственно потоком сжатого воздуха: перепад давления на поршне определяет энергию удара, а отработанный воздух проходит через долото и поднимается по кольцевому пространству, очищая шлам. В неглубокой сухой скважине часто бывает достаточно компрессора с давлением от 10 до 17 бар. Однако в глубокой или водоносной скважине компрессор должен сначала преодолеть гидростатическое и кольцевое противодавление — примерно один дополнительный бар на каждые десять метров водяного столба — и при этом оставить достаточный перепад давления на пневмоударнике, чтобы он мог работать. Ниже примерно 150–200 метров, особенно там, где во время бурения скважина дает воду, операторы все чаще используют компрессоры с давлением от 25 до 40 бар, а для самых глубоких скважин или геотермальных скважин большого диаметра может потребоваться полный класс давления от 30 до 50 бар.

Второе требование – скорость выкачивания. Шлам поднимается за счет скорости воздуха вверх по скважине, которая обычно должна оставаться примерно на уровне примерно 15–25 метров в секунду в зависимости от геометрии скважины, размера молота и того, используется ли пена или туман. По мере увеличения глубины и диаметра отверстия увеличивается и требуемая подача свободного воздуха. Высокое давление без достаточного объема оставляет черенки в отверстии; большой объем без достаточного давления делает молот слабым. Компрессор должен быть рассчитан на оба варианта одновременно.

• Энергия удара зависит от перепада давления, остающегося после преодоления противодавления.
• Каждые десять метров водяного столба добавляют примерно 1 бар противодавления на молот.
• Скорость выдавливания, а не только размер молотка, определяет минимальную подачу свободного воздуха.
• Глубокие, влажные отверстия или отверстия большого диаметра — это место, где воздух с давлением от 30 до 50 бар заслуживает своего места.

Стационарный винт высокого давления vs дизельный усилитель

Традиционным решением проблемы падения давления является установка на буровой установке компрессора высокого давления или бустера с дизельным приводом. Это остается единственным практическим выбором в действительно удаленных, автономных исследованиях. Но большая часть работ по бурению глубоких водяных скважин происходит там, где есть электроэнергия: муниципальные колодцы, промышленные программы водоотведения, геотермальные проекты вблизи инфраструктуры, программы сельскохозяйственных скважин в электрифицированных регионах и шахты, бурящие водопонижающие скважины. На этих объектах стационарный электрический двухступенчатый винтовой компрессор меняет экономику.

Двухступенчатое винтовое сжатие с межступенчатым охлаждением приближается к изотермическому сжатию, и именно здесь экономится энергия при высоких коэффициентах: подъем воздуха от окружающего давления до 40 бар за один этап будет генерировать гораздо больше тепла и тратить гораздо больше энергии. В линейке KOTECH KEH используется двухступенчатая конструкция с одновинтовым компрессорным блоком высокого давления и двигателем с регулируемой скоростью на постоянных магнитах, обеспечивающим стабильное давление с жестко контролируемыми колебаниями и автоматическим отслеживанием потока при работе молотка. По сравнению с дизельным компрессором, работающим всю смену, электропривод сокращает поставку топлива, техническое обслуживание двигателя, уровень шума и выхлопных газов на месте, что ценно, когда буровая установка работает рядом с населенным пунктом или внутри разрешенной промышленной зоны. Обычно он используется в паре с буровой установкой в ​​качестве полустационарной станции или устанавливается на опорном прицепе с собственным генератором для перемещения между близлежащими площадками.

Реальные характеристики двухступенчатого высокого давления KOTECH KEH

Текущие заводские данные для вариантов 4 МПа (40 бар) со страницы продукта KOTECH; KEH обеспечивает давление от 30 до 50 бар и от 5 до 25 м³/мин с приводом PM VSD.

Эти строки представляют собой варианты из 40 тактов; те же рамы публикуются для номинального давления 30 и 50 бар, если того требуют обязанности. Поскольку подача свободного воздуха падает с ростом номинального давления, всегда читайте цифры при фактическом давлении, при котором пневмоударник будет работать, а не из общего максимального значения, приведенного в брошюре.

Процедура определения размера для программы глубоких скважин

Начнем со спецификации погружного пневмоударника: рекомендуемый диапазон рабочего давления и расход воздуха в м³/мин. Добавьте противодавление, ожидаемое на целевой глубине, включая толщу воды, кольцевое трение и впрыск тумана или пены, чтобы определить давление нагнетания компрессора. Затем рассчитайте скорость вверх по скважине, исходя из расхода компрессора, диаметра скважины и наружного диаметра бурильной трубы; Если скорость не достигает целевой скорости транспортировки шлама, увеличьте расход, добавьте второй компрессор или уменьшите скорость проходки, а не просто повышайте давление.

Интеграция на сайте заслуживает внимания. Стационарному агрегату KEH необходима устойчивая площадка, источник питания, рассчитанный на размер двигателя, плюс снижение номинальных характеристик в зависимости от высоты и температуры, подходящие нагнетательные трубопроводы к буровой установке со шлангами, рассчитанными на давление, и ресивер для гашения пульсаций, а также система управления водой для рам с водяным охлаждением. Давление и расход прибора как в компрессоре, так и в буровой установке, поскольку разница между ними показывает потери в шлангах и фильтрах, которые незаметно снижают производительность молота. Имея эти основы, электрическая станция высокого давления может работать круглосуточно и без выходных в многосменных скважинных программах без циклов обслуживания двигателя, которые доминируют во время простоев дизельного парка.

Когда лучше остановиться на дизельном передвижном пневмовозе

Электрическое винтовое сжатие высокого давления не является универсальным. Разведочное бурение, которое перемещается каждые несколько дней, участки без сети и экономичной генераторной установки, а также одиночные удаленные скважины по-прежнему лучше всего обслуживаются мобильным компрессором высокого давления с дизельным приводом, таким как KOTECH.КДП-18/25при 25 бар или специальный дизельный усилитель. Решение должно быть принято в отношении ожидаемого использования и доступности электроэнергии: когда буровая установка будет проводить недели или месяцы на площадках скважин с электроприводом, более низкие затраты на электроэнергию и техническое обслуживание электростанции обычно окупают установку; когда он постоянно движется по внесетевой местности, побеждает дизельная мобильность. Многие зрелые автопарки в конечном итоге используют и то, и другое: дизельные агрегаты для разведки и удаленных скважин, электрические станции KEH для разрабатываемых скважин и геотермальные программы.

Советы по покупке

• Измерьте давление (глубина плюс противодавление водяного столба) и поток (скорость выкачивания) — никогда одно без другого.
• Выбирайте электрические станции KEH для длительных программ на механизированных скважинах; оставить дизельные передвижные установки для автономной разведки.
• Выбирайте номинал KEH при фактическом давлении, при котором работает пневмоударник, поскольку расход падает с ростом давления.
• Обеспечьте устойчивую подставку, выпускной шланг номинального значения, резервуар-приемник и приборы измерения давления/расхода на обоих концах.
• Уменьшите мощность двигателя и охлаждающую способность в зависимости от высоты над уровнем моря и температуры окружающей среды на поверхностных буровых площадках.

Часто задаваемые вопросы