Как найти ту единственную
Подбираем оптимальную буровую установку
Огромный ассортимент буровых установок и оборудования, который представлен моделями отечественного и иностранного производства, специалисты разделяют на группы по многим параметрам. Мы постараемся рассмотреть все многообразие факторов выбора буровых установок, насколько позволят рамки журнальной статьи.
В каких грунтах будем бурить?
Специалисты рекомендуют начинать выбор оптимального типа буровой установки в зависимости от того, с какими грунтами предстоит работать, т.е. от геологии местности, в которой будет пробурена скважина.
Слабые и сыпучие грунты: песчаный грунт, легкая супесь, легкая глина или гравий. Если предстоит бурить скважины в слоях рыхлых сыпучих грунтов: песчаного грунта, легкой супеси, легкой глины или гравия, советуют применять шнековое бурение. Эта технология позволяет добиться очень высокой скорости прохождения. Рекомендуемая глубина скважин – до 80 м, причем скважину глубиной в десятки метров можно пробурить всего за сутки.
Для формирования неглубоких вертикальных скважин глубиной до 30 м с малым и средним диаметром от 400 до 800 мм для любой сферы промышленности оптимально подойдет технология CFA (непрерывный полый шнек, НПШ).
Шнековое оборудование отличается многофункциональностью и простотой в обслуживании. Этот вид бурения может производиться как стандартной, так и мини-буровой установкой. Главное, на что следует обратить внимание при выборе: чтобы двигатель установки мог обеспечить необходимую частоту вращения колонны.
Также в названных грунтах можно прокладывать трубопроводы без рытья траншеи – методом прокола под различными углами, вплоть до вертикали, при использовании соответствующих буровых установок.
Кроме того, в мягких грунтах всех типов широко используется колонковое бурение – вид быстровращательного бурения, при котором разрушение породы происходит по кольцу. Колонковая буровая технология широко применяется для инженерно-геологических исследований в строительстве и для обустройства водоснабжения, в том числе в промышленной сфере. Эту технологию можно использовать при наклонном бурении.
Плотные грунты. В плотных, вязких грунтах, таких как тяжелая, плотная глина, тяжелые суглинки и т.п., рекомендуют использовать бурение с верхним ударником для обустройства скважин малого диаметра (до 150 мм) и небольшой глубины. В данных условиях возможно использовать эту технологию для наклонного бурения.
Отечественному потребителю предлагается линейка из шести моделей гидравлических буровых подземных установок с верхним ударником. Масса машин – от 6,2 до 15 т, мощность гидравлического ударника – от 13 до 23,4 кВт. Они развивают крутящий момент от 325 до 1590 Н.м и бурят скважины вертикального, наклонного и горизонтального направления глубиной от 2,1 до 22 м. Благодаря высокому крутящему моменту и передовой системе управления буровые агрегаты KAISHAN отличаются высочайшей производительностью даже при бурении самых сложных и твердых грунтов. Шасси буровых станков – колесные полноприводные и гусеничные. Гусеничные машины развивают максимальную скорость от 2 до 3,5 км/ч, а колесные – до 10 км/ч. Силовые агрегаты – 3-фазные электромоторы и дизельные двигатели, расположены позади поворотной рамы и служат в качестве противовеса буровой стреле и буровому инструменту. По заказу машины могут оснащаться системой беспроводного дистанционного управления. Несомненным преимуществом буровых установок KAISHAN является их эффективность и выносливость при работах в подземных горных выработках и открытых карьерах, причем ключевые узлы и компоненты буровых установок собственного производства KAISHAN, ведь компания имеет три научно-исследовательских центра, каждый из которых отвечает за разработку или производство бурового и компрессорного оборудования.
Флагманская модель линейки KAISHAN KL511, оборудованная стандартной буровой штангой диаметром 51 мм, единственная из всех оснащена кабиной с регулируемым сиденьем, системой кондиционирования и даже MP3-проигрывателем (опция).
Гарантией качества и надежности бурового оборудования KAISHAN является строгое соблюдение требований международных стандартов. На сегодняшний день системы менеджмента качества и охраны труда компании прошли сертификацию по международным стандартам ISO 9001: 2008, ISO 14001: 2004 и GB/T28001: 2001.
Мягкие, рыхлые горные породы. Для обустройства скважин в мягких, рыхлых горных породах советуют применять роторное бурение. Этим методом возможно получать скважины большой глубины – до 5000 м, производить наклонное и горизонтальное бурение.
В известняковых породах бурение чаще всего производят гидравлическим роторным методом с использованием шарошечных долот и промывкой буровым раствором. Скорость бурения получается довольно высокой, скважины небольшой глубины можно пробурить за 1–3 суток.
Серия роторных буровых установок XR состоит из 15 моделей со множеством модификаций. В конструкции используются комплектующие от ведущих мировых поставщиков. Роторы установок с управляемым электроникой гидроприводом развивают крутящий момент от 80 до 793 кН.м и максимальным усилием задавливания от 100 до 600 кН. Машины выполняют бурение скважин в грунтах любого типа диаметром до 4600 мм и глубиной до 150 м для сооружения буронабивных свай. Ширина гусеничной базы составляет от 2500 до 6600 мм, что обеспечивает машинам массой от 42 до 1800 т высокую устойчивость. Машины преодолевают уклоны до 40°. Кабина шумо- и виброизолирована, оснащена удобным регулируемым сиденьем, имеются система очистки воздуха, отопитель и кондиционер. С места оператора обеспечивается широкий обзор. Управление интеллектуальное, с шиной CAN.
«СюйГун Ру» предлагает модельный ряд из трех буронабивных установок CFA (непрерывный полый шнек, НПШ), которые позволяют проводить бурение непрерывным полым шнеком грунтов разного типа с последующей установкой буронабивных свай.
Машины развивают крутящий момент от 150 до 260 Н.м, позволяют формировать скважины диаметром 800–1200 мм и глубиной до 20–25 м одним заходом, без необходимости наращивать буровую колонну. В ведущей трубе шнека проходит бетоновод, через который подается строительная смесь. Одновременно с заполнением скважины извлекается шнек. Максимальная скорость перемещения установок – 3,2 км/ч, а преодолеваемый уклон – до 40°.
Особенностями и преимуществами буронабивных установок компании XCMG являются доступная стоимость и высокие технические характеристики, мощные двигатели. Широкая гусеничная часть придает технике устойчивость и высокую проходимость даже на неровном рельефе. Кабина оснащена системой кондиционирования, монитором и удобным регулируемым креслом.
Крепкие и трещиноватые горные породы. В крепких и трещиноватых горных породах, таких как песчаник, известняк, сланцевые породы, гранит и т.д., для бурения скважин глубиной до 100 м практикуются технологии ударного и вибрационно-роторного бурения. Для более глубоких скважин, до 4000 м, используется метод ударного бурения, а именно бурение с погружным пневмоударником.
При выборе следует учитывать, что технические возможности буровых машин существенно различаются. Например, некоторые буровые установки могут выполнять бурение лишь одного типа, другие же способны работать по различным технологиям бурения, для этого производители снабжают их штатным, специально разработанным дополнительным оборудованием.
Выбор по способу передвижения
Важно также определиться со способом передвижения буровой установки, которая вам требуется. При выборе учитывается задача: какие скважины будут буриться, время, которое отпущено на выполнение работ, и затраты времени на перемещение установки, если она должна выполнить бурение нескольких скважин. Соответственно учитываются расстояние между скважинами и характер местности, по которой предстоит передвигаться установке, наличие дорог.
В строительной отрасли наиболее распространены самоходные буровые установки, оснащенные ходовой частью и кабиной оператора. Мощные и тяжелые буровые машины с крутящим моментом 170–400 кН.м обычно оснащаются гусеничной ходовой частью с гидроприводами от основной силовой установки. Если объект расположен на труднопроходимой пересеченной местности или слабом грунте, мощная гусеничная ходовая часть – единственный возможный вариант. Устойчивость буровой установки зависит от площади опоры на грунт гусеничных лент: чем шире гусеницы, тем устойчивее будет установка. Однако широкие гусеничные траки быстрее изнашиваются и разрушают почву при движении, и особенно при поворотах машины. Скорость передвижения таких установок не превышает 3–4 км/ч. Поэтому гусеничная ходовая подходит для установок, которые в основном работают на одном месте и мало передвигаются по объекту. Доставку подобных установок на объект в частично разобранном виде обеспечивают большегрузные тягачи с низкорамными прицепами.
Буровые установки меньшей мощности устанавливают на колесные шасси грузовиков или прицепов. Такие установки в дополнение к двигателю шасси могут оснащаться вспомогательным источником энергии – генераторной установкой. Преимуществом установок на колесных шасси является их относительная дешевизна по сравнению с гусеничными моделями.
Считается, что самоходные буровые установки более всего подходят для быстрого бурения на среднюю глубину и бескернового бурения в мягких и средней твердости и плотности породах.
Для бурения неглубоких скважин (10–25 м) подойдут переносные установки. Напомним, что в соответствии с ГОСТ Р 57053–2016 «переносной считается буровая установка, перемещаемая вручную или вьюками».
Передвижные установки используются для длительного (2–3 месяца) бурения скважин большой и средней глубины в породах повышенной твердости. По ГОСТу «передвижной считается буровая установка с собственной транспортной базой, перемещаемая буксированием».
Если же скважина бурится в скальном массиве на большую глубину и работа длится 2–3 месяца, специалисты советуют использовать стационарные буровые установки. По ГОСТу «стационарной считается буровая установка, не имеющая собственной транспортной базы и перемещаемая блоками с использованием универсальных транспортных средств».
Конечно, стационарные и переносные буровые установки не всегда удобны для использования в динамичных строительных проектах, где локации могут меняться довольно часто.
Малогабаритые буровые установки. Здесь следует отдельно сказать о малогабаритных буровых установках. Эти мощные, компактные машины на гусеничных и колесных шасси легко маневрируют в условиях тесноты, например в садово-парковых зонах, минимизируя последующие затраты на восстановление травяного покрова, дорожек и т.п. Еще более бюджетной будет малогабаритная буровая установка без шасси, которая транспортируется в разобранном виде на обычном автомобиле или прицепе.
Выбор типоразмера буровой установки
После того как вы определитесь с типом буровой установки, можно подобрать ее типоразмер исходя из параметров необходимой вам скважины – прежде всего ее глубины, диаметра и технологии бурения (технологии мы уже рассмотрели выше).
Номинальная глубина бурения и диаметры скважин. Буровые установки, использующиеся в нефтегазодобывающей и других отраслях, способны создавать скважины глубиной до 600 м и до 6000 м и еще глубже, вплоть до сверхглубоких. Причем специалисты предупреждают, что показатель «глубина бурения» у буровой установки увеличивается или уменьшается в зависимости от компоновки бурильной колонны, веса и типа труб. Диаметры скважин при этом могут быть самыми различными.
А вот взрывные скважины для горно-взрывных работ бурят глубиной до 40–50 м и диаметром 80–300 мм.
Если говорить о строительной отрасли, то при строительстве различных объектов широко используется обустройство свайных фундаментов. Однако при выполнении работ в городских условиях динамические нагрузки от установки забивных свай негативно воздействуют на близко расположенные здания. Исключить этот фактор позволяет возведение фундаментов на буронабивных сваях. Скважины для обустройства буронабивных свай фундаментов могут иметь глубину от 1,5 до 70–80 м и диаметр до 2300 мм. Самый распространенный диаметр скважин под буронабивные сваи – около 1500 мм. Скважины для небольших свай, которые используются для усиления существующих построек, могут иметь диаметр от 150 до 200 мм и глубину до 30 м.
Применяемые в строительстве мощные буровые машины с крутящим моментом 275 кН.м и более способны бурить скважины глубиной до 70–80 м. Прочие установки бурят скважины не глубже 45–55 м. Следует учитывать, что один и тот же буровой станок в зависимости от условий и методов бурения может быть использован для бурения скважин широкого диапазона глубины.
Направленность бурения. Еще один из основных параметров, характеризирующих буровые станки, это направленность бурения, которая может быть вертикальной, наклонной или горизонтальной. Чаще всего бурятся вертикальные скважины, но иногда может потребоваться и бурение наклонных скважин, например, для обустройства анкерных свай. Анкерные сваи применяются в основном при реконструкции существующих фундаментов, строительстве берегоукрепительных и противооползневых сооружений и т.п.
Тип привода. Тип привода выбирают исходя из возможности обеспечить бесперебойное питание установки самым экономичным способом (в зависимости от наличия доступной электроэнергии на объекте и т.д.). На отечественном рынке предлагаются буровые установки с приводами следующих типов.
Электрические приводы – с питанием от электрогенератора или электросети. Применяются в основном для бурения скважин небольшой глубины и диаметра. В качестве электрического привода используют электродвигатели переменного и постоянного тока. В таком приводе меньше трансмиссионных передач, что упрощает монтаж и эксплуатацию агрегата. Наиболее удобен привод от электродвигателей постоянного тока, который может плавно изменять режим работы исполнительного механизма в широком диапазоне. Однако буровые установки с электроприводом можно использовать только в районах, где доступна электроэнергия в достаточных количествах.
Дизельные приводы. Машины с приводами от мощных дизелей преимущественно малогабаритные, высокомобильные и обладают хорошей производительностью. Передача от двигателя на исполнительные механизмы осуществляется цепью или клиновым ремнем.
Дизель-гидравлический привод отличается от дизельного тем, что в его составе имеется гидравлический турботрансформатор, благодаря которому обеспечивается возможность плавного бесступенчатого изменения оборотов исполнительного механизма и работы двигателя при изменении нагрузок. Кроме того, повышается срок службы передачи по сравнению с механическими трансмиссиями.
Электрогидравлическими приводами оснащаются мощные машины для бурения скважин в твердых грунтах, которые используются в строительстве, геологоразведке и горнодобывающей отрасли.
Особенностью машин с дизель-электрическими приводами является независимая работа основных механизмов. В действие они приводятся электрическим приводом. В составе привода генератор, питающий приводной электродвигатель, и дизель, приводящий во вращение генератор. Данная техника способна бурить скважины для эксплуатационных и разведывательных работ.
Газотурбинные приводы. Для использования буровых установок с приводами такого типа необходимо иметь хорошо налаженное снабжение газовым топливом, причем с характеристиками (температура, давление, детонационная стойкость и др.), соответствующими требованиям производителя газотурбинной установки. Недостатками газотурбинного привода являются высокий уровень шума при работе и высокий удельный расход топлива.
В современных буровых установках наиболее широко применяются электрический, дизельный и дизель-гидравлический приводы.
Мощность и величина крутящего момента гидравлического привода буровой установки. Современная наука позволяет заранее рассчитать затраты мощности буровой установки только приблизительно: имеющиеся формулы дают результаты, несколько отличающиеся от фактического расхода мощности. Поэтому выбор буровой установки по мощности в определенной степени – вопрос практического опыта специалиста, который этим занимается.
Производители указывают максимальный крутящий момент буровой установки, ориентируясь на который специалист может подобрать установку для бурения скважин заданной глубины и диаметра в грунте данного типа.
Допустимая нагрузка на крюке (ее еще называют допустимой грузоподъемностью) при буровых работах – еще один важный критерий выбора буровой установки. Эта величина указывает предел статических и динамических нагрузок при выполнении любых технологических операций в процессе всего цикла строительства скважины: которые создают буровая колонна внутри скважины, обсадные трубы и другое оборудование при штатной работе буровой установки и нештатных ситуациях.
В специальной литературе указывается, что при организации скважин в нефтегазовой отрасли масса бурильной колонны в воздухе не должна превышать 0,6, а масса обсадной колонны не должна быть выше 0,9 от допустимой нагрузки. Эти ограничения следует учитывать при выборе бурового инструмента.
Скорость бурения. Это тоже один из основных параметров буровых станков. Этот параметр используется для важных экономических расчетов: сметной стоимости бурения, объема работ, потребной рабочей силы, производительности труда и т.д.
Однако следует различать механическую скорость бурения – количество метров бурения за 1 час работы долота на забое, техническую скорость бурения, которая определяется отношением проходки в метрах ко времени технически необходимых работ по бурению, а также коммерческую, рейсовую и цикловую скорости, которые все рассчитываются по-разному.
Прочие факторы выбора
Подбирая оптимальную буровую установку, следует решить еще ряд вопросов. Необходимо определиться, будет использование буровой установки частью вашего основного бизнеса или это будут вспомогательные, редкие или нерегулярные работы. Понятно, что техника, на которой будет держаться ваш бизнес, должна быть исключительно надежной и производительной, т.е. относиться скорее всего к премиум-классу. И в связи с этим решите: хотите вы использовать самую современную установку, воспользовавшись ее преимуществами, или машину давно известной и проверенной годами практики конструкции.
Не забудьте о климатических условиях, в которых будет эксплуатироваться буровая установка. Возможно, ей потребуется «зимний пакет» оборудования, нужно выяснить, предлагается ли он для данной конкретной модели установки.
И конечно, одним из решающих факторов при выборе буровой установки может быть уровень организации послепродажной поддержки от производителя или дилера, доступность сервиса и запчастей.
Экономисты предсказывают нам нелегкие времена, как минимум, на год, а возможно, и дольше. В такой ситуации особенно остро встает вопрос сбережения средств и повышения рентабельности эксплуатации оборудования, которой можно добиться только оптимально подбирая буровые установки для конкретных работ.
