Завод шнековых буровых инструментов с регулируемым углом наклона

Когда слышишь про заводы шнековых буров с регулируемым углом, сразу представляешь что-то вроде универсального решения для всех грунтов. Но на практике - часто оказывается, что регулировка это не панацея, а скорее дополнительная головная боль, если не понимать физику процесса. Мы в ООО Чэнду Цзитао с 2011 года через это прошли, когда переходили с обычных штампованных головок на регулируемые системы.

От проектного бюро до буровой площадки

Наша проектная команда изначально считала, что главное - обеспечить механическую надежность узла регулировки. Сделали шарнирный механизм с фиксацией в пяти положениях - от 15 до 45 градусов. Тесты в лаборатории показывали идеальные результаты, но на первой же скважине в Татарстане проявилась проблема: при угле больше 30 градутов вибрация разрушала крепежные болты за 3-4 часа работы.

Пришлось полностью пересмотреть подход к материалам. Вместо стандартной стали 40Х взяли 30ХГСА с дополнительной термообработкой - это добавило стоимости, но снизило количество поломок на 70%. Кстати, один из наших патентов как раз касается способа антикоррозийной обработки именно для шарнирных соединений.

Сейчас в базовой комплектации ставим три варианта угловых адаптеров - для мягких, средних и твердых пород. Недавно для арктического проекта разработали четвертый вариант с подогревом узла регулировки - при -45° обычные системы просто переставали двигаться.

Технологические компромиссы в производстве

Самое сложное в шнековых буровых инструментах - найти баланс между прочностью и массой. Увеличишь толщину стенки - растет крутящий момент, нужен более мощный привод. Сделаешь легче - деформируется в известняках. После двух лет испытаний пришли к схеме с переменной толщиной стенки: у хвостовика 12 мм, к рабочей части плавно снижается до 8 мм.

Фрезы вообще отдельная история. Сначала делали стандартные зубья с наплавкой твердым сплавом - в глинах работают отлично, но в мерзлоте крошатся. Перешли на сборные зубья с пружинной подвеской - дороже, но ресурс вырос втрое. Сейчас тестируем гибридный вариант для переменных грунтов.

Система охлаждения - еще один камень преткновения. При регулировке угла меняется геометрия каналов подачи бурового раствора. Пришлось разработать эллиптические сопла с изменяемым сечением - простое решение, но потребовало 18 месяцев доработок.

Полевые испытания как лакмусовая бумажка

В 2018 году на месторождении в ХМАО провели сравнительные испытания нашего инструмента с регулируемым углом и немецкого аналога. Немцы дали стабильные 12 метров в час в песчаниках, но при переходе на глинистые сланцы их производительность падала до 4 метров. Наша система позволяла оперативно менять угол атаки - в среднем получилось 9-10 метров по всему разрезу.

Но был и провал: в 2019 пытались сделать 'универсальный' угол 35 градусов для всех типов пород. В теории - уменьшаем номенклатуру, снижаем стоимость. На практике - в мягких грунтах такой угол давал излишнее уплотнение, в твердых - недостаточное заглубление. Вернулись к диапазону регулировок, хоть это и сложнее производстве.

Сейчас в активе у компании ООО Чэнду Цзитао около 37 реализованных проектов с регулируемыми системами. Самый сложный - бурение под фундамент в условиях вечной мерзлоты для газового месторождения в Ямало-Ненецком округе. Там пришлось комбинировать углы от 15 до 25 градусов в пределах одной скважины из-за прослоек льда.

Эволюция подходов к надежности

Первые версии регулируемых шнеков имели ресурс около 200 моточасов - приемлемо, но для серьезных проектов мало. Разбирали каждый отказавший образец, вели статистику поломок. Оказалось, 80% проблем - не в основном теле шнека, а в элементах фиксации угла.

Перешли на клиновые зажимы вместо болтовых - снизили нагрузку на резьбовые соединения. Добавили стопорные штифты как дублирующую систему фиксации. Ресурс вырос до 450 часов, но появилась новая проблема - усложнилась процедура перенастройки угла.

Сейчас работаем над быстросъемными механизмами - чтобы оператор мог менять угол без специального инструмента. Прототипы уже проходят обкатку на тестовом полигоне. Если все пойдет well, к концу года запустим в серию.

Экономика versus технология

Себестоимость регулируемого инструмента в среднем на 40% выше обычного. Но при бурении разнородных пород экономия на смене инструмента окупает эту разницу за 2-3 скважины. Хотя есть нюанс: многие подрядчики предпочитают работать с тем, что привыкли, даже если это менее эффективно.

Мы в ООО Чэнду Цзитао стали делать демонстрационные выезды с тестовым оборудованием - показываем на месте, как меняется производительность при адаптации угла к конкретному грунту. После таких показов конверсия в заказы увеличилась втрое.

Сейчас разрабатываем систему аренды регулируемых шнеков для пробных работ - многим компаниям проще попробовать, чем сразу покупать дорогое оборудование. Особенно это актуально для региональных буровых организаций с ограниченным бюджетом.

Что в перспективе?

Вижу будущее в системах автоматической регулировки угла по данным с датчиков нагрузки. Сделали прототип - он анализирует ток потребления привода и вибрацию, сам подбирает оптимальный угол. Пока сыровато, но направление перспективное.

Еще интересное наблюдение: многие заказчики просят совместить регулировку угла с возможностью бурения с промывкой. Технически сложно, но уже есть наработки по комбинированным системам - возможно, в следующем поколении реализуем.

Главное - не гнаться за модными 'умными' решениями, а делать то, что реально работает в полевых условиях. Наш сайт jitbit.ru регулярно пополняется именно такими практическими наработками - без лишней теории, только то, что проверено на буровых площадках.