ابزارهای حفاری درون چاهی پیچی - دانش پایه
مرور کلی ابزار حفاری درون چاهی پیچی، یک ابزار قدرتی درون چاهی حجمی است که از سیال حفاری (گل) به عنوان منبع انرژی خود استفاده میکند و انرژی هیدرولیکی را به انرژی مکانیکی تبدیل میکند. گل پمپ شده از سطح از طریق یک شیر بایپس به موتور درون چاهی وارد میشود. اختلاف فشار بین ورودی و خروجی موتور باعث چرخش روتور در داخل استاتور میشود. سرعت و گشتاور روتور از طریق یک مفصل یونیورسال (شفت فلکس) و یک شفت محرک به مته منتقل میشود و حفاری را امکانپذیر میسازد.
اجزای اصلی یک مجموعه حفاری پیچی عمدتاً از چهار مجموعه اصلی تشکیل شده است: شیر بای پس، موتور گل، مفصل یونیورسال و محور محرک.
موتور گل حفاری موتور گل حفاری جزء اصلی است. تجربیات میدانی و تحلیلهای نظری نشان میدهد که برای عملکرد عادی و قابل اعتماد، افت فشار در هر مرحله موتور در حالت ایدهآل نباید از 0.8 مگاپاسکال تجاوز کند. در غیر این صورت، نشت سیال رخ میدهد، سرعت روتور به سرعت کاهش مییابد و در موارد شدید، چرخش میتواند متوقف شود و موتور ممکن است آسیب ببیند. (یک لید موتور معادل یک مرحله است.) جریان گل مورد استفاده در میدان باید در محدوده توصیه شده نگه داشته شود. جریانهای خارج از این محدوده، راندمان موتور را کاهش داده و سایش را افزایش میدهند. پارامترهای عملکرد موتور، عملکرد اصلی کل مجموعه حفاری را تعریف میکنند. گشتاور خروجی نظری موتور متناسب با افت فشار موتور و سرعت چرخش خروجی متناسب با جریان گل ورودی است. با افزایش بار مته، دور در دقیقه کاهش مییابد. بنابراین با نظارت بر جریان پمپ سطحی و فشار پمپ (از طریق فشارسنج لوله ایستاده)، گشتاور و سرعت پایین چاه را میتوان استنباط و کنترل کرد.
شیر بایپس شیر بایپس از یک بدنه، غلاف، عنصر شیر (هسته) و فنر تشکیل شده است. تحت فشار، عنصر شیر در داخل غلاف میلغزد و موقعیت آن مسیر سیال را تغییر میدهد تا دو حالت را فراهم کند: بایپس (باز) و بسته. در هنگام کار یا قطع، دریچههای غلاف و بدنه باز هستند، بنابراین گل از موتور عبور میکند و به داخل حلقه جریان مییابد. هنگامی که جریان گل و فشار به نقطه تنظیم شیر میرسد، عنصر شیر به پایین حرکت میکند و دریچه بایپس را میبندد. سپس گل از طریق موتور جریان مییابد و انرژی هیدرولیکی را به انرژی مکانیکی تبدیل میکند. اگر جریان خیلی کم شود یا پمپاژ متوقف شود، فنر عنصر شیر را به بالا فشار میدهد و شیر دوباره باز میشود، بنابراین گل دوباره از موتور عبور میکند.
ساختار و رفتار موتور موتور از یک استاتور و روتور تشکیل شده است. استاتور با اتصال یک آستر لاستیکی به دیواره داخلی یک محفظه فولادی ساخته میشود؛ سوراخ داخلی آن به صورت مارپیچ با هندسه مشخص است. روتور یک پیچ فولادی سخت شده است. روتور و استاتور به دلیل دیفرانسیل سربی خود، محفظههای آببندی شده مارپیچی را تشکیل میدهند که تبدیل انرژی را ممکن میسازد. روتورها ممکن است تک یا چند لوب (تک سر یا چند سر) باشند. لوبهای کمتر سرعت بالاتر اما گشتاور پایینتری تولید میکنند؛ لوبهای بیشتر سرعت پایینتر و گشتاور بالاتر تولید میکنند.
مفصل یونیورسال مفصل یونیورسال حرکت سیارهای (خارج از مرکز) موتور را به چرخش پایدار شفت محرک تبدیل میکند و گشتاور و سرعت موتور را به شفت محرک و مته منتقل میکند. معمولاً از انواع شفت انعطافپذیر استفاده میشود.
شفت محرک شفت محرک، نیروی چرخشی را از موتور به مته منتقل میکند و همچنین باید بارهای محوری و شعاعی ایجاد شده توسط وزن روی مته و تماس سازند را تحمل کند.
الزامات عملیاتی
الزامات سیال حفاری موتورهای اسکرو میتوانند با انواع سیالات حفاری، از جمله گلهای پایه روغنی، امولسیونها، گلهای بنتونیت پایه آب و حتی آب نسبتاً تمیز، به طور مؤثر کار کنند. ویسکوزیته و چگالی گل تأثیر مستقیم کمی بر عملکرد موتور دارند، اما مستقیماً بر فشارهای سیستم تأثیر میگذارند. اگر فشار در جریان توصیه شده از فشار نامی پمپ بیشتر شود، جریان باید کاهش یابد یا افت فشار در موتور و مته باید کاهش یابد. ذرات جامد مانند شن و ماسه، سایش یاتاقانها و استاتور موتور را تسریع میکنند، بنابراین میزان مواد جامد باید کمتر از 1٪ نگه داشته شود. هر مدل موتور دارای محدوده جریان ورودی مشخصی است که در آن راندمان خوب است. نقطه میانی آن محدوده معمولاً جریان عملیاتی بهینه است.
فشار گل و کنترل فشار پمپ وقتی موتور خارج از کف است و جریان ثابت است، افت فشار در موتور ثابت میماند. با تماس مته با کف و افزایش وزن روی مته، فشار گردشی و فشار پمپ افزایش مییابد. حفار میتواند از موارد زیر استفاده کند: فشار پمپ روی کف (هنگام حفاری) = فشار پمپ گردشی خارج از کف + افت فشار بار موتور. فشار پمپ گردشی خارج از کف، فشار پمپ است وقتی موتور خارج از کف است (همچنین فشار پمپ آزاد از کف یا گردشی نامیده میشود). این فشار با عمق چاه و خواص گل تغییر میکند، بنابراین یک مقدار ثابت نیست. در عمل، کافی است از فشار خارج از کف که درست پس از برداشتن پایه اندازهگیری میشود، به عنوان یک مقدار تقریبی برای محاسبات کنترل استفاده شود. وقتی فشار پمپ روی کف به حداکثر توصیه شده موتور میرسد، موتور گشتاور بهینه خود را تولید میکند. افزایش بیشتر وزن روی مته، فشار پمپ را افزایش میدهد و اگر از حداکثر فشار طراحی تجاوز شود، موتور ممکن است از کار بیفتد. در این صورت، حفار باید فوراً وزن روی مته را کاهش دهد تا از آسیب داخلی جلوگیری شود.
جابجایی و استفاده
نکات عمومی قبل از اولین استفاده اتصالات رزوهدار بین اجزا در کارخانه با چسب بیهوازی آماده شده و تا مقادیر مشخصشده گشتاوردهی میشوند؛ معمولاً قبل از اولین استفاده نیازی به گشتاوردهی مجدد نیست.
بازرسی سطح قبل از اجرا در سوراخ
مجموعه را با استفاده از قطعه بالابر بلند کنید و آن را روی میز دوار قرار دهید تا شیر بای پس در بالای میز قرار گیرد و به راحتی قابل مشاهده باشد. اتصالات ایمنی را نصب کرده و قطعه بالابر را بردارید.
عملکرد شیر بای پس را بررسی کنید: المنت شیر را با یک چوب فشار داده و رها کنید؛ فنر باید المنت را به نرمی برگرداند. 3 تا 5 بار تکرار کنید تا مطمئن شوید که هیچ چسبندگی وجود ندارد.
در حالی که دریچه بایپس زیر میز دوار قرار دارد، پمپ را برای مدت کوتاهی روشن کنید: دریچه بایپس باید بسته شود، موتور باید روشن شود و مفصل محرک باید بچرخد. پس از توقف پمپ، المنت شیر باید ریست شود و گل و لای باید از طریق دریچه بایپس تخلیه شود که نشاندهنده عملکرد طبیعی پمپ است.
راه اندازی موتور در سوراخ
سرعت حرکت را به شدت کنترل کنید تا از پایین آمدن سریع که میتواند باعث معکوس شدن موتور و باز شدن اتصالات رزوه داخلی شود، جلوگیری شود و از آسیب دیدن هنگام عبور از پلهای شنی، کفشکهای محفظه یا لبهها جلوگیری شود.
در مقاطع عمیق یا با دمای بالا، و هنگام عبور از مناطق شنی غیر متراکم، به صورت دورهای گل را برای خنک کردن موتور، محافظت از لاستیک استاتور و جلوگیری از انباشتگی شن، به گردش درآورید.
با نزدیک شدن موتور به کف چاه، سرعت حرکت را کم کنید؛ قبل از قرار دادن نهایی، با جریان کم شروع کنید تا خردههای حفاری به سطح زمین برگردند، سپس در صورت نیاز جریان را افزایش دهید.
موتور را به کف دستگاه فشار ندهید و اجازه ندهید که به صورت ثابت روی کف دستگاه قرار گیرد.
سوراخکاری با موتور
قبل از شروع حفاری، کف چاه را کاملاً تمیز کرده و فشار پمپ گردش آب خارج از کف را اندازهگیری کنید.
در ابتدا وزن حفاری را به تدریج اعمال کنید. از رابطه پمپ-فشار بالا برای کنترل عملیات حفاری استفاده کنید.
در ابتدا خیلی سریع مته کاری نکنید؛ موتور، مته و ته سوراخ "سفت" هستند و تمیز کردن ناکافی سوراخ میتواند باعث گلوله شدن مته شود.
گشتاور موتور متناسب با افت فشار موتور است؛ افزایش وزن روی مته، بار موتور و در نتیجه افت فشار و گشتاور موتور را افزایش میدهد.
نرخ نفوذ یکنواخت و روان و همچنین پایههای رشته حفاری به حفظ کنترل شیب گمانه و دقت جهتگیری کمک میکند.
بیرون کشیدن از سوراخ و بازرسی
شیر بای پس را با آب تمیز بشویید و المنت شیر را با یک چوب چوبی بالا و پایین ببرید تا به طور مطمئن بسته شود.
مجموعه را با آچار لوله بگیرید، مفصل محرک را با آچار زنجیری در جهت عقربههای ساعت بچرخانید و همزمان آب تمیز را از بالای شیر بایپس برای شستشوی داخل موتور تزریق کنید، سپس مقدار کمی روغن روانکننده (روغن معدنی) را داخل موتور بریزید.
سرعت کشیدن را کنترل کنید تا از گیر کردن لوله یا آسیب به موتور جلوگیری شود.
لقی یاتاقان را اندازه بگیرید؛ اگر لقی یاتاقان شفت از حد مجاز بیشتر باشد، موتور باید تعمیر و یاتاقانها تعویض شوند. در موتورهای ورودی مجدد یا تعمیر، لقی یاتاقان محوری باید در صورت نیاز تنظیم شود.
چک لیست سطح قبل از اجرا (خلاصه)
ترکیب قفل رزوه برای همه محفظهها به جز اتصال شیر فرعی بالابر به شیر بایپس اعمال میشود.
مته پیچگوشتی را با استفاده از آداپتور مته مناسب نصب کنید. فقط از آچار زنجیری در انتهای محور محرک استفاده کنید و هنگام تنظیم، فقط در خلاف جهت عقربههای ساعت (از بالا مشاهده شود) بچرخانید تا از شل شدن رزوههای داخلی جلوگیری شود.
موتور را با استفاده از قطعه بالابر بلند کنید و آن را در محفظه چرخشی قرار دهید؛ شیر بای پس را در جایی که قابل مشاهده باشد قرار دهید، با گیرهها محکم کنید و قطعه بالابر را بردارید.
آببندی شیر بایپس را بررسی کنید: المنت شیر را به پایین فشار دهید و ناحیه بایپس را از بالا با آب پر کنید. اگر شیر سفت باشد، نباید افت قابل توجهی در سطح آب وجود داشته باشد. دسته را بردارید؛ المنت شیر باید تحت نیروی فنر بالا بیاید و آب باید به طور یکنواخت از دریچههای کناری جریان یابد - این نشان دهنده وضعیت عادی است.
پس از روشن کردن، شیر بای پس را در جایی که زیر کلی/روتاری قابل مشاهده است قرار دهید. پمپ گل را روشن کنید و به تدریج جریان را افزایش دهید تا شیر بای پس بسته شود. موتور را کمی بالا ببرید و مشاهده کنید که آیا مته میچرخد یا خیر؛ با بسته بودن شیر، نباید گلی از بای پس خارج شود. پس از متوقف کردن پمپ، مطمئن شوید که بای پس دوباره باز میشود و گل از طریق دریچههای بای پس تخلیه میشود. در حالی که پمپ هنوز در حال کار است، شیر بای پس را بالاتر از میز دوار قرار ندهید تا از آلودگی کف دکل جلوگیری شود.
طبق طراحی انجام شده، هرگونه زیرسازی خمشی، حلقههای مته غیرمغناطیسی، تثبیتکنندهها و غیره مورد نیاز را مونتاژ کنید.
دویدن در چاله — راهنماییهای بیشتر
سرعت پایین رفتن را کنترل کنید تا از آسیب پلهای شنی، لبهها یا کفشکهای پوششی جلوگیری شود. در صورت مواجهه با چنین بخشهایی، گل را به گردش درآورید و قبل از ادامه کار، به آرامی سوراخ را باز کنید.
اگر از محفظههای خمیده یا خمشده استفاده شود، ممکن است سمت مته راحتتر با دیواره چاه یا کفشکهای پوششی تماس پیدا کند؛ برای کاهش اثرات جانبی، مجموعه را بهطور دورهای بچرخانید.
برای چاههای عمیق یا با دمای بالا، هنگام کار، گردش متناوب انجام دهید تا از گرفتگی مته جلوگیری شود و لاستیک استاتور از آسیب حرارتی محافظت شود.
اگر در حین پایین آمدن، گل و لای به سرعت از دریچه کنارگذر جریان پیدا نمیکند، سرعت حرکت را کم کنید یا به طور دورهای مکث کنید تا موتور با گل پر شود. موتور را تکان ندهید یا روی کف قرار ندهید.
روشن کردن موتور در سوراخ
اگر موتور در پایین قرار داشته است، آن را 0.3 تا 0.4 متر بالا بیاورید و پمپ گل را روشن کنید. فشار لوله ایستاده را ثبت کنید و آن را با محاسبات هیدرولیکی مقایسه کنید. فشارهای کمی بالاتر به دلیل بارگذاری جانبی مته طبیعی هستند.
کف چاه را به طور کامل تمیز کنید، به خصوص در چاههای جهتدار. خردههای انباشته شده بر سرعت چرخش تأثیر میگذارند و ممکن است باعث ایجاد پدیدهی گیر کردن تیغهها شوند. گردش مناسب در حین چرخش آهسته موتور (یا چرخش تدریجی 30 تا 40 درجه در هر بار) خردههای کف را تمیز میکند. پس از تمیز کردن، موتور را 0.3 تا 0.4 متر بالا ببرید، مقادیر فشار را بررسی و ثبت کنید.
دوباره وارد پایین شوید، به تدریج وزن روی مته را افزایش دهید؛ گشتاور موتور افزایش مییابد و فشار لوله قائم افزایش مییابد. افزایش فشار لوله قائم باید مطابق با مقادیر افت فشار موتور مشخص شده برای مدل موتور باشد. نظارت بر این افزایش، بازخوردی را ارائه میدهد که نشان میدهد بار موتور و وزن حفاری مناسب هستند و سرعت موتور پایدار است. فشار لوله قائم را در محدوده توصیه شده موتور نگه دارید تا حفار بتواند به سرعت وضعیت ابزار را ارزیابی کند.
اگر موتور از پایین حرکت نکند و فشار گردش خون بالا باشد، ممکن است نازلهای مته مسدود شده باشند یا محور محرک گیر کرده باشد.
بیرون افتادن از خانه - اقدامات احتیاطی
در هنگام قطع، شیر بایپس در حالت بایپس (باز) قرار دارد و به سیال حفاری موجود در رشته حفاری اجازه میدهد تا به داخل فضای حلقوی جریان یابد، اما موتور نمیتواند به تنهایی سیال را تخلیه کند. معمولاً قبل از کشیدن موتور، قسمت بالای رشته حفاری را با سیال سنگینتر جایگزین میکنند تا جابجایی ایمن تضمین شود.
پس از اینکه موتور به سطح شیر بای پس در کف دکل رسید، قطعات بای پس را جدا کرده و موتور را با آب تمیز از بالای شیر بای پس بشویید. از یک چوب چوبی یا دسته چکش برای بالا و پایین بردن عنصر شیر استفاده کنید تا آزادانه حرکت کند. پس از تمیز کردن، ساب بالابر را دوباره وصل کنید و موتور را بیرون بکشید.
اگر امکان شستشوی موتور با آب شیرین در محل وجود دارد، قبل از انبار کردن، موتور را کاملاً بشویید.
اگر امکانات تمیز کردن در دسترس نیست، بدنه موتور را در کف دکل محکم کنید، انتهای بزرگ محور محرک (انتهایی که به مته متصل میشود) را با یک انبر هیدرولیک ببندید و بچرخانید، آن را در جهت عقربههای ساعت بچرخانید (همان جهت چرخش حفاری درون چاهی). این کار باعث میشود گل و لای از محفظههای آببندی شده موتور خارج شود و به محافظت از موتور در برابر خوردگی کمک میکند. این عمل به ویژه در زمستان برای جلوگیری از یخ زدن گل و لای باقی مانده در داخل موتور قبل از راهاندازی مجدد موتور بسیار مهم است.
