Как выбрать передвижной компрессор: сначала рассчитайте давление и производительность

На буровом объекте неправильно подобранный компрессор редко отказывает сразу. Проблемы накапливаются: скважина идёт медленнее, коронки изнашиваются быстрее ожидаемого, при вскрытии воды шлам перестаёт выноситься, и в итоге став прихватывает. Часто с буровой установкой и пневмоударником всё в порядке — проблема в компрессоре, который их питает.

Выбрать передвижной компрессор — значит правильно определить две цифры: давление и производительность. Давление решает, будет ли работать пневмоударник и поднимется ли шлам с забоя; производительность определяет скорость бурения и чистоту скважины. В статье разберём обе для буровых работ, чтобы вы могли сами оценить диапазон и сверить его с поставщиком.

Давление — не одна цифра, а сумма четырёх

Часто спрашивают «сколько бар нужно на эту скважину?», будто всё решает буровая установка. На самом деле давление, которое должен дать компрессор, складывается из четырёх частей.

Первая — рабочее давление пневмоударника. Стандартные пневмоударники высокого давления работают примерно при 1,7–1,8 МПа, сверхвысокого — при 2,0–2,4 МПа. Это нижняя граница: ниже пневмоударник бьёт плохо.

Вторая — глубина. Чем глубже скважина, тем дальше воздух идёт по штангам и тем больше потери на трение и противодавление на забое.

Третья — вода, которую чаще всего недооценивают. Ниже уровня грунтовых вод столб воды в скважине создаёт противодавление: около 0,1 МПа, или 1 бар, на каждые 10 м. Бурение на 40 м ниже уровня воды само по себе добавляет 4 бар. Именно поэтому для глубоких водяных и геотермальных скважин применяют 25, 30 бар и выше.

Четвёртая — потери в рукавах. Чем длиннее линия от компрессора до буровой и чем больше соединений, тем больше потери.

Сложите все четыре — и получите давление, которое действительно нужно компрессору. Стоит развеять распространённое заблуждение: больший пневмоударник не означает большее давление. От 3,5" до 14" обычные пневмоударники работают при близком давлении — с размером меняется расход воздуха.

Производительность: проверьте оба требования и возьмите большее

Производительность должна покрыть два требования: собственный расход пневмоударника и воздух для выноса шлама с забоя. Берите большее значение.

Расход пневмоударника указан в данных производителя и сильно различается — около 7,5–9 м³/мин для 3,5" и 68–80 м³/мин для 14".

Воздух на продувку зависит от скорости восходящего потока — того, как быстро воздух поднимается между штангами и стенкой скважины. Держите её примерно в пределах 900–2100 м/мин. Ниже шлам не выносится, переизмельчается на забое, тормозит коронку и может её заклинить; выше — штанги и стенки скважины изнашиваются значительно быстрее.

Скорость зависит и от диаметра штанг. Более толстые штанги оставляют меньше места, и тот же расход даёт большую скорость. Если проверка показала слишком высокую скорость, обычно меняют штанги, а не уменьшают компрессор. При опережающей обсадке зазор меньше, а трубу нужно забивать, поэтому добавьте 10–15% к производительности и поднимите давление на ступень.

Одна или две ступени — решает давление

Зная давление, тип сжатия определить несложно. До 13 бар одноступенчатая машина проще и дешевле; от 20 бар одной ступени не хватит — нужна двухступенчатая.

В диапазоне 14–19 бар подходят обе. Одноступенчатая дешевле при покупке; двухступенчатая тратит меньше топлива или энергии при том же давлении. При длительной непрерывной работе сэкономленное за несколько лет топливо обычно превышает разницу в цене, поэтому мы рекомендуем двухступенчатую.

Какой запас? Не считайте «взять побольше» страховкой

Запас нужен, но больше — не значит лучше. Машина, намного больше необходимой, большую часть времени работает с малой загрузкой, и расход топлива и износ на кубометр растут — дорого купить и дорого эксплуатировать.

Разумный подход — 10–15% сверх расчётной цифры, затем поправки на высоту или жару, поскольку разреженный или горячий воздух снижает фактическую производительность. Для скважин больше 10" или глубже 200 м обычно нужны несколько машин параллельно — доверьте расчёт инженеру.

Полный пример: водяная скважина со вскрытием воды

Допустим, водяная скважина бурится стандартным пневмоударником высокого давления на 1,7 МПа и уйдёт на 40 м ниже уровня грунтовых вод.

Сначала давление: 1,7 МПа на пневмоударник, плюс 0,4 МПа на 40-метровый столб воды, плюс около 0,1–0,2 МПа на глубину и рукава — всего около 2,2–2,3 МПа, значит, выбираем машину на 25 бар.

Затем производительность: берём номинальный расход пневмоударника, проверяем воздух на продувку по диаметру скважины и штанг, выбираем большее и добавляем 10–15%.

И наконец модель. При стабильной сети на объекте электрическая KayDrill DM250-31/25 даёт 31 м³/мин при 25 бар. Без сети или если установку часто перевозят, выбирайте дизельную CM400-31/25-33/18. Она двухрежимная: 25 бар для глубокого обводнённого интервала, а одним переключателем — 33 м³/мин при 18 бар для неглубокого бурения и освоения. Одна машина на всю скважину.

Коротко

Технические характеристики компрессоров выглядят сложно, но всё сводится к двум вещам: достаточно давления, чтобы преодолеть пневмоударник, глубину и воду, и достаточно воздуха, чтобы приводить пневмоударник и очищать скважину. Определите эти две цифры, выберите число ступеней по давлению и заложите разумный запас — и вы избежите большинства ошибок подбора.

Если не хотите считать, воспользуйтесь мастером подбора на нашем сайте: ответьте на шесть вопросов о регионе, применении, диаметре и глубине, породе и воде, условиях объекта и предпочтениях — и получите рекомендованные модели. Для высокогорья, глубоких скважин, обсадки или параллельной работы нескольких машин обратитесь к нашим инженерам за расчётом под ваш объект.