Unelte de foraj în gaură cu șurub — Cunoștințe de bază
Prezentare generală O unealtă de foraj de tip șurub este o unealtă electrică volumetrică, de foraj, care utilizează fluidul de foraj (noroiul) ca sursă de alimentare, transformând energia hidraulică în energie mecanică. Noroiul pompat de la suprafață trece printr-o supapă de bypass în motorul de foraj. O diferență de presiune dintre intrarea și ieșirea motorului determină rotirea rotorului în interiorul statorului. Viteza și cuplul rotorului sunt transmise printr-o articulație universală (arbore flexibil) și un arbore de antrenare către burghiu, permițând forajul.
Componente principale Un ansamblu de foraj de tip șurub constă în principal din patru ansambluri majore: supapa de bypass, motorul de noroi, articulația universală și arborele de transmisie.
Motor pentru noroi Motorul pentru noroi este componenta principală. Experiența pe teren și analiza teoretică indică faptul că, pentru o funcționare normală și fiabilă, căderea de presiune per etapă a motorului nu ar trebui să depășească, în mod ideal, 0,8 MPa; în caz contrar, apar scurgeri de fluid, viteza rotorului scade rapid, iar în cazuri grave, rotația se poate opri, iar motorul se poate deteriora. (Un fir al motorului este egal cu o etapă.) Debitul de noroi utilizat pe teren trebuie menținut în intervalul recomandat; debitele în afara acestui interval reduc eficiența motorului și cresc uzura. Parametrii de performanță ai motorului definesc performanța principală a întregului ansamblu de foraj. Cuplul teoretic de ieșire al motorului este proporțional cu căderea de presiune a motorului, iar viteza de rotație la ieșire este proporțională cu debitul de noroi de intrare. Pe măsură ce sarcina burghiului crește, turația scad; prin urmare, prin monitorizarea debitului pompei de suprafață și a presiunii pompei (prin intermediul manometrului de la coloana vertebrală), cuplul și viteza din gaură pot fi deduse și controlate.
Supapă de bypass Supapa de bypass este compusă dintr-un corp, manșon, element de supapă (miez) și arc. Sub presiune, elementul supapei alunecă în interiorul manșonului, iar poziția sa modifică traseul fluidului pentru a oferi două stări: bypass (deschis) și închis. În timpul rulării sau declanșării, orificiile manșonului și corpului sunt deschise, astfel încât noroiul ocolește motorul și curge în spațiul inelar. Când debitul și presiunea noroiului ating punctul de referință al supapei, elementul supapei se mișcă în jos și închide orificiul de bypass; noroiul curge apoi prin motor, transformând energia hidraulică în energie mecanică. Dacă debitul devine prea mic sau pomparea se oprește, arcul împinge elementul supapei în sus și supapa se redeschide, astfel încât noroiul ocolește din nou motorul.
Construcția și comportamentul motorului Motorul este alcătuit dintr-un stator și un rotor. Statorul este produs prin lipirea unei căptușeli de cauciuc pe peretele interior al unei carcase de oțel; alezajul său interior este o elicoidă cu geometrie definită. Rotorul este un șurub din oțel călit. Rotorul și statorul se angrenează pentru a forma camere elicoidale etanșe datorită diferențialului lor de avans, permițând conversia energiei. Rotoarele pot fi cu unul sau mai mulți lobi (cu un singur cap sau cu mai mulți capeți). Mai puțini lobi produc o viteză mai mare, dar un cuplu mai mic; mai mulți lobi produc o viteză mai mică și un cuplu mai mare.
Articulație universală Articulația universală transformă mișcarea planetară (excentrică) a motorului într-o rotație constantă a arborelui de antrenare și transmite cuplul și viteza motorului către arborele de antrenare și bie. Tipurile cu arbore flexibil sunt utilizate în mod obișnuit.
Arborele de acționare Arborele de acționare transmite puterea rotativă de la motor la sapă și trebuie să suporte, de asemenea, sarcini axiale și radiale generate de greutatea pe sapă și contactul formațiunii.
Cerințe operaționale
Cerințe privind fluidele de foraj Motoarele cu șurub pot funcționa eficient cu o varietate de fluide de foraj, inclusiv nămoluri pe bază de ulei, emulsii, nămoluri bentonite pe bază de apă și chiar apă relativ curată. Vâscozitatea și densitatea nămolului au un efect direct redus asupra performanței motorului, dar afectează direct presiunile sistemului. Dacă presiunea la un debit recomandat depășește presiunea nominală a pompei, debitul trebuie redus sau căderea de presiune pe motor și pe sapă trebuie redusă. Particulele solide, cum ar fi nisipul, accelerează uzura rulmenților și a statorului motorului, așa că conținutul de solide trebuie menținut sub 1%. Fiecare model de motor are un interval specificat de debit de intrare în care eficiența este bună; punctul de mijloc al acestui interval este, în general, debitul optim de funcționare.
Controlul presiunii noroiului și al presiunii pompei Când motorul este în poziție verticală și debitul este constant, căderea de presiune pe motor rămâne constantă. Pe măsură ce sapa intră în contact cu fundul și greutatea pe sapă crește, presiunea de circulație și presiunea pompei cresc. Fororul poate utiliza: Presiunea pompei în poziție verticală (în timpul forajului) = presiunea pompei de circulație în poziție verticală + căderea de presiune a sarcinii motorului. Presiunea pompei de circulație în poziție verticală este presiunea pompei atunci când motorul este în poziție verticală (numită și presiunea pompei de circulație sau presiunea liberă în poziție verticală). Aceasta variază în funcție de adâncimea sondei și de proprietățile noroiului, deci nu este o constantă fixă. În practică, este suficient să se utilizeze presiunea în poziție verticală măsurată imediat după ridicarea unui suport ca valoare aproximativă pentru calculele de control. Când presiunea pompei în poziție verticală atinge valoarea maximă recomandată de motor, motorul produce cuplul optim; creșterile ulterioare ale greutății pe sapă vor crește presiunea pompei și, dacă se depășește presiunea maximă de proiectare, motorul se poate opri. În acest caz, fororul trebuie să reducă imediat greutatea pe sapă pentru a preveni deteriorarea internă.
Manipulare și utilizare
Note generale înainte de prima utilizare Conexiunile filetate dintre componente sunt pregătite din fabrică cu adeziv anaerob și strânse la valorile specificate; strângerea din nou înainte de prima utilizare nu este în mod normal necesară.
Inspecția suprafeței înainte de a fi introdusă în gaură
Ridicați ansamblul ținând de suportul de ridicare și așezați-l în masa rotativă astfel încât supapa de bypass să fie amplasată deasupra mesei și ușor de observat. Instalați elementele de siguranță și scoateți suportul de ridicare.
Verificați funcționarea supapei de bypass: apăsați elementul supapei în jos cu un băț de lemn și eliberați-l; arcul ar trebui să readucă elementul ușor. Repetați de 3-5 ori pentru a confirma că nu există blocare.
Cu orificiul de bypass sub masa rotativă, porniți pompa pentru scurt timp: orificiul de bypass ar trebui să se închidă, motorul ar trebui să pornească și articulația de acționare ar trebui să se rotească. După oprirea pompei, elementul supapei ar trebui să se reseteze și noroiul ar trebui să se scurgă prin orificiul de bypass, indicând o funcționare normală.
Pornirea motorului în gaură
Controlați cu strictețe viteza de rulare pentru a evita coborârea rapidă care ar putea determina motorul să inverseze mișcarea și să deșurubeze conexiunile filetate interne și pentru a preveni deteriorarea la trecerea prin punți de nisip, saboți de carcasă sau cornișe.
În secțiunile adânci sau cu temperaturi ridicate și la trecerea prin zone nisipoase neconsolidate, circulați periodic noroi pentru a răci motorul, a proteja cauciucul statorului și a preveni tasarea nisipului.
Încetiniți funcționarea pe măsură ce motorul se apropie de fund; circulați înainte de amplasarea finală, începând cu un debit redus până când deșeurile de foraj revin la suprafață, apoi creșteți debitul după cum este necesar.
Nu împingeți motorul cu dificultate în fund și nu îl lăsați să stea nemișcat pe fund.
Găurire cu motorul
Curățați temeinic fundul găurii și măsurați presiunea pompei de circulație de la fund înainte de a începe forajul.
Aplicați treptat greutatea de foraj la început. Folosiți relația pompă-presiune de mai sus pentru a controla operațiunile de foraj.
Nu găuriți prea repede la început; motorul, burghiul și fundul găurii sunt „strânse”, iar curățarea inadecvată a găurii poate cauza aglomerarea burghiului.
Cuplul motorului este proporțional cu căderea de presiune a motorului; creșterea greutății pe bie crește sarcina motorului și, prin urmare, căderea de presiune a motorului și cuplul.
Rata de penetrare lină și uniformă și suporturile garniturii de foraj ajută la menținerea controlului înclinației găurii de foraj și a preciziei direcționale.
Scoaterea din gaură și inspecția
Clătiți supapa de bypass cu apă curată și mișcați elementul supapei în sus și în jos cu un băț de lemn până când se închide în mod sigur.
Prindeți ansamblul cu o cheie pentru țevi, rotiți articulația de antrenare în sensul acelor de ceasornic cu o cheie cu lanț în timp ce injectați apă curată prin partea superioară a supapei de bypass pentru a clăti interiorul, apoi introduceți o cantitate mică de ulei lubrifiant (ulei mineral) în motor.
Controlați viteza de tragere pentru a evita blocarea țevii sau deteriorarea motorului.
Măsurați jocul rulmentului; dacă jocul rulmentului arborelui depășește limitele admise, motorul trebuie reparat, iar rulmenții trebuie înlocuiți. La motoarele cu reintroducere sau reparații, jocul axial al rulmentului trebuie ajustat după cum este necesar.
Listă de verificare a suprafeței înainte de rulare (rezumat)
Compusul de blocare a filetelor se aplică pe toate carcasele, cu excepția conexiunii dintre subvalva de ridicare și valva de bypass.
Instalați bitul cu filet folosind adaptorul corect pentru biți. Folosiți o cheie de lanț doar pe capătul arborelui de acționare și rotiți-l doar în sens invers acelor de ceasornic (văzut de sus) la reasamblare pentru a evita slăbirea filetelor interne.
Ridicați motorul de suportul de ridicare și așezați-l în poziția rotativă; poziționați supapa de bypass într-un loc vizibil, fixați-o cu cleme și scoateți suportul de ridicare.
Verificați etanșarea supapei de bypass: apăsați elementul supapei în jos și umpleți zona de bypass cu apă de sus. Dacă supapa este etanșă, nu ar trebui să existe o scădere semnificativă a nivelului apei. Scoateți tija; elementul supapei ar trebui să se ridice sub forța arcului, iar apa ar trebui să curgă uniform din orificiile laterale - aceasta indică o stare normală.
După rodaj, poziționați supapa de bypass într-un loc vizibil sub bara rotativă/pompa de foraj. Porniți pompa de noroi și creșteți treptat debitul până când supapa de bypass se închide. Ridicați ușor motorul și observați dacă sapa se rotește; cu supapa închisă, nu ar trebui să iasă noroi din bypass. După oprirea pompei, confirmați că bypass-ul se redeschide și că noroiul se descarcă prin orificiile de bypass. Nu ridicați supapa de bypass deasupra mesei rotative în timp ce pompa funcționează încă pentru a evita contaminarea podelei platformei.
Asamblați orice subansambluri îndoite, coliere de foraj nemagnetice, stabilizatoare etc. necesare, conform ansamblului proiectat.
A alerga în groapă — îndrumări suplimentare
Controlați viteza de coborâre pentru a evita deteriorarea cauzată de poduri de nisip, cornișe sau saboți de tubaj. Dacă întâlniți astfel de secțiuni, circulați noroiul și alezați încet gaura înainte de a continua.
Dacă se utilizează subansamble sau carcase îndoite, partea cu sapa poate intra mai ușor în contact cu peretele găurii de sondă sau cu saboții de tubaj; rotiți periodic ansamblul pentru a reduce efectele de deviere.
Pentru puțuri adânci sau cu temperaturi ridicate, efectuați circulație intermitentă în timpul funcționării pentru a preveni colmatarea sapei și pentru a proteja cauciucul statorului de deteriorarea termică.
Dacă noroiul nu curge rapid prin orificiul de bypass în timpul coborârii, încetiniți viteza de rodaj sau faceți pauze periodice pentru a umple motorul cu noroi. Nu zdruncinați și nu așezați motorul pe fund.
Pornirea motorului în gaură
Dacă motorul a fost în poziție verticală, ridicați-l cu 0,3–0,4 m și porniți pompa de noroi. Înregistrați presiunea din conducta verticală și comparați-o cu calculele hidraulice. Presiunile puțin mai mari sunt normale din cauza încărcării laterale a sapei.
Curățați temeinic fundul găurii, în special în puțurile direcționale. Detritul acumulat afectează turația și poate provoca o rotație oblică. O circulație adecvată în timp ce rotiți motorul lent (sau rotiți incremental cu 30°–40° odată) va curăța detritul de la fund. După curățare, ridicați motorul cu 0,3–0,4 m, verificați și înregistrați valorile presiunii.
Reintrați în partea de jos, creșteți treptat greutatea pe sapă; cuplul motorului va crește, iar presiunea în conducta verticală va crește. Creșterea presiunii în conducta verticală trebuie să corespundă valorilor de cădere de presiune a motorului specificate pentru modelul motorului. Monitorizarea acestei creșteri oferă feedback că sarcina motorului și greutatea de foraj sunt adecvate și că turația motorului este stabilă. Mențineți presiunile în conducta verticală în limitele recomandate ale motorului, astfel încât forajerul să poată evalua prompt starea sculei.
Dacă motorul este dezactivat și presiunea de circulație este mare, duzele burghiului pot fi înfundate sau arborele de acționare poate fi blocat.
Declanșarea – precauții
În timpul declanșării, supapa de bypass este în stare de bypass (deschisă) și permite fluidului de foraj din garnitura de foraj să curgă în spațiul inelar, dar motorul nu poate evacua fluidul singur. Este obișnuit să se deplaseze partea superioară a garniturii de foraj cu fluid mai greu înainte de a trage motorul pentru a asigura o deplasare în siguranță.
După ce motorul atinge nivelul supapei de bypass de la podeaua platformei, scoateți componentele de bypass și clătiți motorul cu apă curată din partea superioară a supapei de bypass. Folosiți un băț de lemn sau un mâner de ciocan pentru a mișca elementul supapei în sus și în jos până când se mișcă liber. După curățare, reatașați suportul de ridicare și trageți motorul afară.
Dacă este disponibilă spălarea cu apă dulce la fața locului, clătiți bine motorul înainte de depozitare.
Dacă nu sunt disponibile facilități de curățare, fixați corpul motorului la podeaua platformei de foraj, prindeți și rotiți capătul mare al arborelui de antrenare (capătul care se conectează la sapă) cu un clește hidraulic, rotindu-l în sensul acelor de ceasornic (aceeași direcție ca și rotația în gaură). Acest lucru forțează expulzarea noroiului din camerele etanșe ale motorului și ajută la protejarea motorului de coroziune. Această practică este deosebit de importantă iarna pentru a preveni înghețarea noroiului rezidual din interiorul motorului înainte ca acesta să fie pornit din nou.
