Csavaros fúrószerszámok – Alapismeretek
Overview A screw-type downhole drilling tool is a volumetric, downhole power tool that uses drilling fluid (mud) as its power source, converting hydraulic energy into mechanical energy. Mud pumped from the surface passes through a bypass valve into the downhole motor. A pressure differential between the motor inlet and outlet causes the rotor to rotate inside the stator. The rotor’s speed and torque are transmitted through a universal joint (flex shaft) and a drive shaft to the drill bit, enabling drilling.
Main Components A screw-type drilling assembly consists primarily of four major assemblies: the bypass valve, the mud motor, the universal joint, and the drive shaft.
Mud motor The mud motor is the primary component. Field experience and theoretical analysis indicate that, for normal and reliable operation, the pressure drop per motor stage should ideally not exceed 0.8 MPa; otherwise fluid leakage occurs, rotor speed drops rapidly, and in severe cases rotation can stop and the motor may be damaged. (One motor lead equals one stage.) The mud flow used in the field must be kept within the recommended range; flows outside that range reduce motor efficiency and increase wear. The motor’s performance parameters define the main performance of the entire drilling assembly. The motor’s theoretical output torque is proportional to the motor pressure drop, and the output rotational speed is proportional to the input mud flow. As bit load increases, rpm falls; therefore by monitoring surface pump flow and pump pressure (via the standpipe pressure gauge) the downhole torque and speed can be inferred and controlled.
Bypass valve The bypass valve is composed of a body, sleeve, valve element (core) and spring. Under pressure the valve element slides inside the sleeve, and its position changes the fluid path to provide two states: bypass (open) and closed. During run-in or tripping, the sleeve and body ports are open so mud bypasses the motor and flows into the annulus. When mud flow and pressure reach the valve’s set point, the valve element moves down and closes the bypass port; mud then flows through the motor, converting hydraulic energy to mechanical energy. If flow becomes too small or pumping stops, the spring pushes the valve element up and the valve reopens so mud again bypasses the motor.
Motor construction and behavior The motor consists of a stator and rotor. The stator is produced by bonding a rubber liner to the inner wall of a steel housing; its inner bore is a helix with defined geometry. The rotor is a hardened steel screw. Rotor and stator mesh to form helical sealed chambers by virtue of their lead differential, enabling energy conversion. Rotors may be single- or multi-lobed (single-head or multi-head). Fewer lobes produce higher speed but lower torque; more lobes produce lower speed and higher torque.
Kardáncsukló Az kardáncsukló a motor bolygómozgását (excentrikus) a hajtótengely állandó forgásává alakítja, és továbbítja a motor nyomatékát és sebességét a hajtótengelyhez és a bithez. Általában flexibilis tengelyű típusokat használnak.
Hajtótengely A hajtótengely továbbítja a forgó teljesítményt a motortól a fúrófejhez, és viselnie kell a fúrófej súlya és a formáció érintkezése által keltett axiális és radiális terheléseket is.
Működési követelmények
Fúrófolyadék-követelmények A csavaros típusú motorok hatékonyan működhetnek különféle fúrófolyadékokkal, beleértve az olaj alapú iszapot, emulziókat, víz alapú bentonit iszapot és még a viszonylag tiszta vizet is. Az iszap viszkozitásának és sűrűségének kevés közvetlen hatása van a motor teljesítményére, de közvetlenül befolyásolja a rendszernyomást. Ha az ajánlott áramlási nyomás meghaladja a szivattyú névleges nyomását, akkor az áramlást csökkenteni kell, vagy a motor és a fúrófej közötti nyomásesést mérsékelni kell. A szilárd részecskék, például a homok, felgyorsítják a csapágyak és a motor állórészének kopását, ezért a szilárdanyag-tartalmat 1% alatt kell tartani. Minden motormodellnek van egy meghatározott bemeneti áramlási tartománya, ahol a hatásfok jó; ennek a tartománynak a középpontja általában az optimális üzemi áramlás.
Iszapnyomás és szivattyúnyomás szabályozása Amikor a motor a fenéktől el van távolítva, és az áramlás állandó, a motoron fellépő nyomásesés állandó marad. Ahogy a fúrófej érintkezik az aljával, és a fúróra nehezedő súly növekszik, a keringési nyomás és a szivattyúnyomás is emelkedik. A fúró a következőket használhatja: Alsó szivattyúnyomás (fúrás közben) = Alsó keringetőszivattyú nyomása + motor terhelési nyomásesés. Az alsó keringetőszivattyú nyomása a szivattyúnyomás, amikor a motor a fenéktől el van távolítva (más néven szabad fenék- vagy keringetőszivattyú nyomás). Ez a kútmélységtől és az iszap tulajdonságaitól függően változik, így nem egy rögzített állandó. A gyakorlatban elegendő az állvány felvétele után közvetlenül mért alján kívüli nyomást használni a szabályozási számításokhoz közelítő értékként. Amikor a fenékszivattyú nyomása eléri a motor által ajánlott maximumot, a motor optimális nyomatékot ad le; a fúróra nehezedő súly további növekedése növeli a szivattyúnyomást, és ha a maximális tervezési nyomást túllépik, a motor leállhat. Ebben az esetben a fúrónak azonnal csökkentenie kell a fúróra nehezedő súlyt a belső károsodás elkerülése érdekében.
Kezelés és használat
Általános megjegyzések az első használat előtt Az alkatrészek közötti menetes csatlakozásokat gyárilag anaerob ragasztóval készítik elő és a megadott értékekre húzzák meg; az első használat előtt általában nincs szükség újbóli meghúzásra.
Felületi ellenőrzés a furatba való beépítés előtt
Emelje fel az egységet az emelőtalppal fogva, és helyezze a forgóasztalba úgy, hogy a megkerülő szelep az asztal felett legyen, és könnyen látható legyen. Szerelje fel a biztonsági csúszkákat, és távolítsa el az emelőtalpat.
Ellenőrizze a bypass szelep működését: nyomja le a szelepelemet egy fapálcával, majd engedje el; a rugónak simán vissza kell engednie az elemet. Ismételje meg 3-5 alkalommal, hogy megbizonyosodjon arról, hogy nincs-e beragadás.
A megkerülő nyílásnak a forgóasztal alatt kell lennie, majd indítsa el rövid időre a szivattyút: a megkerülő nyílásnak záródnia kell, a motornak el kell indulnia, és a hajtócsuklónak forognia kell. A szivattyú leállítása után a szelepelemnek vissza kell állnia az alaphelyzetbe, és iszapnak kell kiürülnie a megkerülő nyíláson keresztül, ami a normál működést jelzi.
A motor járatása a lyukban
Szigorúan szabályozza a haladási sebességet, hogy elkerülje a gyors süllyedést, amely a motor visszafordulását és a belső menetes csatlakozások kicsavarodását okozhatja, valamint hogy megelőzze a sérüléseket homokhidakon, burkolati talpakon vagy párkányokon való áthaladáskor.
Mély vagy magas hőmérsékletű szakaszokon, valamint nem tömörödött homokzónák áthaladásakor rendszeresen keringtessen sarat a motor hűtése, az állórész gumi védelme és a homok lerakódásának megakadályozása érdekében.
Lassítson a motor járásával, ahogy közeledik a felszínhez; a végső elhelyezés előtt keringtesse a motort, alacsony áramlással kezdve, amíg a fúróforgács vissza nem tér a felszínre, majd szükség szerint növelje az áramlást.
Ne rázd a motort az aljához, és ne hagyd, hogy az az alján nyugodjon.
Fúrás motorral
A fúrás megkezdése előtt alaposan tisztítsa meg a furat alját, és mérje meg a keringtető szivattyú nyomását a furat alján.
A fúrósúlyt fokozatosan alkalmazza a kezdetekben. Használja a fenti szivattyú-nyomás összefüggést a fúrási műveletek szabályozásához.
Ne fúrjon túl gyorsan az elején; a motor, a fúrófej és a furat alja „szoros”, és a furat nem megfelelő tisztítása a fúrófej gömbölyűdését okozhatja.
A motor nyomatéka arányos a motor nyomásesésével; a bit súlyának növelése növeli a motor terhelését, és így a motor nyomásesését és nyomatékát is.
A fúrólyuk dőlésszögének és iránypontosságának szabályozását és szabályozását segíti a sima és egyenletes behatolási sebesség, valamint a fúrószál állványa.
Kihúzás a lyukból és ellenőrzés
Öblítse át a megkerülő szelepet tiszta vízzel, és mozgassa a szelepelemet fel-le egy fapálcával, amíg megbízhatóan nem záródik.
Fogja meg a szerelvényt egy csőkulccsal, forgassa el a hajtócsuklót az óramutató járásával megegyező irányba egy lánckulccsal, miközben tiszta vizet fecskendez a bypass szelep tetején keresztül a belső tér átöblítéséhez, majd juttasson be kis mennyiségű kenőolajat (ásványolajat) a motorba.
Szabályozza a húzási sebességet, hogy elkerülje a cső elakadását vagy a motor károsodását.
Mérje meg a csapágyhézagot; ha a tengelycsapágy-hézag meghaladja a megengedett határértékeket, a motort meg kell javítani, a csapágyakat pedig ki kell cserélni. Visszatéréses vagy átdolgozott motoroknál az axiális csapágyhézagot szükség szerint be kell állítani.
Futtatás előtti felületi ellenőrzőlista (összefoglaló)
Minden házra menetrögzítőt visznek fel, kivéve az emelőalsó és a megkerülő szelep közötti csatlakozást.
Szerelje fel a csavaros bitet a megfelelő bitadapterrel. Lánckulcsot csak a hajtótengely végén használjon, és csak az óramutató járásával ellentétes irányba (felülről nézve) forgassa összeszereléskor, hogy elkerülje a belső menetek meglazulását.
Emelje fel a motort az emelőtalpnál fogva, és helyezze a forgórészbe; helyezze a megkerülő szelepet látható helyre, rögzítse csúsztatókkal, majd vegye le az emelőtalpat.
Ellenőrizze a bypass szelep tömítettségét: nyomja le a szelepelemet, és töltse fel a bypass területet felülről vízzel. Ha a szelep szoros, nem szabad jelentős vízszintcsökkenésnek lennie. Távolítsa el a rudat; a szelepelemnek rugóerő hatására ki kell ugrania, és a víznek egyenletesen kell áramolnia az oldalsó nyílásokból – ez normál állapotot jelez.
Bejáratás után helyezze a bypass szelepet úgy, hogy látható legyen a kelly/forgószelep alatt. Indítsa el az iszapszivattyút, és fokozatosan növelje az áramlást, amíg a bypass szelep bezárul. Emelje meg kissé a motort, és figyelje meg, hogy a fúrófej forog-e; zárt szelep mellett nem szabad iszapnak kijönnie a bypass szelepből. A szivattyú leállítása után ellenőrizze, hogy a bypass újra kinyílik-e, és az iszap kifolyik-e a bypass nyílásokon keresztül. Ne emelje a bypass szelepet a forgóasztal fölé, amíg a szivattyú még működik, hogy elkerülje a fúrótorony padlójának szennyeződését.
Szerelje össze a szükséges hajlított alátéteket, nem mágneses fúrógyűrűket, stabilizátorokat stb. a tervezett összeszerelésnek megfelelően.
Futás a lyukban – további útmutatás
Szabályozza az ereszkedési sebességet, hogy elkerülje a homokhidak, párkányok vagy bélésanyagok okozta károkat. Ha ilyen szakaszokkal találkozik, keringesse a sarat, és lassan tágítsa fel a lyukat, mielőtt továbblépne.
Hajlított alátétek vagy hajlított házak használata esetén a fúrófej oldala könnyebben érintkezhet a fúrólyuk falával vagy a béléscső papucsaival; rendszeresen forgassa el a szerelvényt az oldalirányú elmozdulás hatásának csökkentése érdekében.
Mély vagy magas hőmérsékletű kutak esetén szakaszos keringtetést kell végezni bejáratás közben, hogy elkerüljük a fúrólyuk eltömődését és megvédjük az állórész gumiját a hőkárosodástól.
Ha a sár nem áramlik gyorsan a bypass nyíláson keresztül süllyedés közben, lassítsa le a bejáratási sebességet, vagy időszakosan tartson szünetet, hogy a motor feltöltődjön sárral. Ne rázza, és ne állítsa a motort a fenékre.
Motor indítása a furatban
Ha a motor lent volt, emelje meg 0,3–0,4 m-rel, és indítsa el az iszapszivattyút. Jegyezze fel a nyomócső nyomását, és hasonlítsa össze a hidraulikai számításokkal. A kissé magasabb nyomás normális a fúró oldalirányú terhelése miatt.
Alaposan tisztítsa meg a furat alját, különösen az irányított kutak esetében. A felhalmozódott hulladék befolyásolja a fordulatszámot, és motoszkálást okozhat. A motor lassú forgatása (vagy 30°-40°-os lépésekben történő forgatása) közben a megfelelő keringtetés eltávolítja a fenékről származó hulladékot. Tisztítás után emelje fel a motort 0,3-0,4 m-rel, ellenőrizze és jegyezze fel a nyomásértékeket.
Hajtsa vissza az aljára, majd fokozatosan növelje a fúró súlyát; a motor nyomatéka és a nyomás is növekedni fog. A nyomásnövekedésnek meg kell felelnie a motormodellhez megadott motornyomásesés-értékeknek. Ennek az emelkedésnek a figyelése visszajelzést ad arról, hogy a motor terhelése és a fúrósúly megfelelő, valamint hogy a motor fordulatszáma stabil. Tartsa a nyomást a motor által ajánlott határértékeken belül, hogy a fúró azonnal felmérhesse a szerszám állapotát.
Ha a motor nem forog alul, és a keringési nyomás magas, akkor előfordulhat, hogy a bitfúvókák el vannak dugulva, vagy a hajtótengely beszorul.
Kikapcsolás – óvintézkedések
Kioldáskor a bypass szelep bypass (nyitott) állapotban van, és lehetővé teszi, hogy a fúrócsőben lévő fúrófolyadék a gyűrűbe áramoljon, de a motor nem tudja magától kiüríteni a folyadékot. Gyakori, hogy a fúrócső tetejét nehezebb folyadékkal elmozdítják, mielőtt a motort meghúznák, hogy biztosítsák a biztonságos elmozdulást.
Miután a motor elérte a megkerülő szelep szintjét a fúrótorony alján, távolítsa el a megkerülő alkatrészeket, és öblítse át a motort tiszta vízzel a megkerülő szelep tetején keresztül. Egy fapálcával vagy kalapácsnyelével mozgassa fel és le a szelepelemet, amíg szabadon nem mozog. Tisztítás után szerelje vissza az emelő alátétet, és húzza ki a motort.
Ha van lehetőség helyszíni édesvizes mosásra, akkor tárolás előtt alaposan öblítse át a motort.
Ha tisztítóeszközök nem állnak rendelkezésre, rögzítse a motorházat a fúrótorony padlójához, szorítsa meg, és forgassa el a hajtótengely nagyobbik végét (azt a véget, amely a fúrófejhez csatlakozik) egy hidraulikus fogóval az óramutató járásával megegyező irányban (ugyanabba az irányba, mint a fúrás forgása). Ez kikényszeríti a sár kiürülését a motor lezárt kamráiból, és segít megvédeni a motort a korróziótól. Ez a gyakorlat különösen fontos télen, hogy megakadályozza a motorban maradt sár megfagyását, mielőtt a motort újra beindítanák.
