Skruvborrverktyg för nederhål — Grundläggande kunskaper
Översikt Ett skruvborrverktyg är ett volumetriskt elverktyg för borrning i borrhålet som använder borrvätska (slam) som kraftkälla och omvandlar hydraulisk energi till mekanisk energi. Slam som pumpas från ytan passerar genom en bypassventil in i borrhålsmotorn. En tryckskillnad mellan motorns inlopp och utlopp får rotorn att rotera inuti statorn. Rotorns hastighet och vridmoment överförs via en universalkoppling (flexaxel) och en drivaxel till borrkronan, vilket möjliggör borrning.
Huvudkomponenter En skruvborrenhet består huvudsakligen av fyra huvudenheter: bypassventilen, borrmotorn, universalkopplingen och drivaxeln.
Slammotor Slammotorn är den primära komponenten. Fälterfarenhet och teoretisk analys visar att tryckfallet per motorsteg helst inte bör överstiga 0,8 MPa för normal och tillförlitlig drift; annars uppstår vätskeläckage, rotorhastigheten sjunker snabbt och i allvarliga fall kan rotationen stoppas och motorn skadas. (En motorledning är lika med ett steg.) Slamflödet som används i fält måste hållas inom det rekommenderade intervallet; flöden utanför det intervallet minskar motoreffektiviteten och ökar slitaget. Motorns prestandaparametrar definierar huvudprestanda för hela borraggregatet. Motorns teoretiska utgångsmoment är proportionellt mot motorns tryckfall, och utgångsrotationshastigheten är proportionell mot det ingående slamflödet. När borrkronans belastning ökar sjunker varvtalet; därför kan man genom att övervaka ytpumpens flöde och pumptryck (via standrörets tryckmätare) härleda och kontrollera vridmomentet och hastigheten nere i borrhålet.
Bypassventil Bypassventilen består av ett hus, en hylsa, ett ventilelement (kärna) och en fjäder. Under tryck glider ventilelementet in i hylsan, och dess position ändrar vätskebanan för att ge två tillstånd: bypass (öppen) och stängd. Under inkörning eller utlösning är hylsans och husets portar öppna så att slam passerar förbi motorn och flödar in i ringen. När slamflödet och trycket når ventilens börvärde, rör sig ventilelementet nedåt och stänger bypassporten; slam flödar sedan genom motorn och omvandlar hydraulisk energi till mekanisk energi. Om flödet blir för litet eller pumpningen stannar, trycker fjädern upp ventilelementet och ventilen öppnas igen så att slam återigen passerar förbi motorn.
Motorkonstruktion och beteende Motorn består av en stator och en rotor. Statorn tillverkas genom att limma ett gummibelägg till innerväggen av ett stålhölje; dess innerborrning är en spiral med definierad geometri. Rotorn är en härdad stålskruv. Rotor och stator samverkar för att bilda spiralformade, tätade kammare tack vare sin differentialinställning, vilket möjliggör energiomvandling. Rotorer kan vara en- eller flerlobade (enkel- eller flerhuvudiga). Färre lober ger högre hastighet men lägre vridmoment; fler lober ger lägre hastighet och högre vridmoment.
Universalkoppling Universalkopplingen omvandlar motorns planetrörelse (excentrisk rörelse) till en jämn rotation av drivaxeln och överför motorns vridmoment och hastighet till drivaxeln och borret. Flexibla axlar används ofta.
Drivaxel Drivaxeln överför rotationskraft från motorn till borrkronan och måste även bära axiella och radiella belastningar som genereras av vikt på borrkronan och formationskontakt.
Driftskrav
Krav på borrvätskor Skruvmotorer kan fungera effektivt med en mängd olika borrvätskor, inklusive oljebaserade slam, emulsioner, vattenbaserade bentonitslam och till och med relativt rent vatten. Slammets viskositet och densitet har liten direkt effekt på motorns prestanda men påverkar direkt systemtrycket. Om trycket vid ett rekommenderat flöde överstiger pumpens nominella tryck bör flödet minskas eller tryckfallet över motorn och borren sänkas. Fasta partiklar som sand accelererar slitage på lager och motorns stator, så fastämneshalten måste hållas under 1 %. Varje motormodell har ett specificerat inflödesområde där verkningsgraden är god; mittpunkten för det området är i allmänhet det optimala driftsflödet.
Slamtryck och pumptrycksreglering När motorn är utanför botten och flödet är konstant, förblir tryckfallet över motorn konstant. När borrkronan kommer i kontakt med botten och vikten på borrkronan ökar, ökar cirkulationstrycket och pumptrycket. Borraren kan använda: Pumptryck på botten (under borrning) = Cirkulationspumptryck utanför botten + tryckfall i motorbelastning. Cirkulationspumptrycket utanför botten är pumptrycket när motorn är utanför botten (även kallat fritt-från-botten eller cirkulationspumptryck). Det varierar med brunnsdjup och slamegenskaper, så det är inte en fast konstant. I praktiken räcker det att använda trycket utanför botten som mäts strax efter att ett stativ har plockats upp som ett ungefärligt värde för kontrollberäkningar. När pumptrycket på botten når motorns rekommenderade maximum producerar motorn sitt optimala vridmoment; ytterligare ökningar av vikten på borrkronan kommer att höja pumptrycket och om det maximala konstruktionstrycket överskrids kan motorn stanna. I så fall måste borraren omedelbart minska vikten på borrkronan för att förhindra interna skador.
Hantering och användning
Allmänna anmärkningar före första användningen Gängade anslutningar mellan komponenter är fabriksförberedda med anaerobt lim och åtdragna till angivna värden; efteråtdragning före första användningen krävs normalt inte.
Ytinspektion före borrning i hål
Lyft upp enheten i lyftdelen och placera den i rotationsbordet så att bypassventilen är placerad ovanför bordet och lätt synlig. Montera säkerhetsskenorna och ta bort lyftdelen.
Kontrollera bypassventilens funktion: tryck ner ventilelementet med en träpinne och släpp; fjädern ska återföra elementet smidigt. Upprepa 3–5 gånger för att bekräfta att det inte fastnar.
Med bypass-porten under rotationsbordet, starta pumpen kort: bypass-porten ska stängas, motorn ska starta och drivleden ska rotera. Efter att pumpen har stoppats ska ventilelementet återställas och slam ska tömmas ut genom bypass-porten, vilket indikerar normal funktion.
Köra motorn i hålet
Kontrollera körhastigheten noggrant för att undvika snabb nedstigning som kan få motorn att reversera och skruva loss invändiga gängade anslutningar, och för att förhindra skador vid passage genom sandbroar, foderrör eller avsatser.
I djupa eller högtemperatursektioner, och vid passering av okonsoliderade sandzoner, cirkulera regelbundet lera för att kyla motorn, skydda statorgummit och förhindra sandpackning.
Sakta ner gången när motorn närmar sig botten; cirkulera före den slutliga placeringen, börja med lågt flöde tills borrkaxet återvänder till ytan, öka sedan flödet vid behov.
Stöt inte motorn mot botten och låt den inte stå stilla på botten.
Borrning med motorn
Rengör hålets botten noggrant och mät cirkulationspumpens tryck utanför botten innan borrning påbörjas.
Applicera borrvikten gradvis i början. Använd pump-tryck-förhållandet ovan för att styra borrningen.
Borra inte för fort i början; motorn, borret och hålets botten är "täta" och otillräcklig rengöring av hålet kan orsaka att borret klumpar sig.
Motormomentet är proportionellt mot motortryckfallet; ökande vikt på borren ökar motorbelastningen och därmed motortryckfallet och vridmomentet.
Jämn och jämn penetrationshastighet och borrsträngsstänger bidrar till att bibehålla kontroll över borrhålets lutning och riktningsnoggrannhet.
Utdragning ur hålet och inspektion
Spola bypassventilen med rent vatten och arbeta ventilelementet upp och ner med en träpinne tills det stänger tillförlitligt.
Greppa aggregatet med en rörtång, vrid drivleden medurs med en kedjenyckel medan du sprutar in rent vatten genom toppen av bypassventilen för att spola insidan och tillsätt sedan en liten mängd smörjolja (mineralolja) i motorn.
Kontrollera draghastigheten för att undvika att röret fastnar eller att motorn skadas.
Mät lagerspelet; om axellagrets spel överstiger tillåtna gränser måste motorn repareras och lagren bytas ut. I återinträdes- eller workover-motorer bör axiallagrets spel justeras efter behov.
Checklista för ytbehandling före körning (sammanfattning)
Gänglåsningsmedel appliceras på alla hus utom anslutningen mellan lyftande underventil och bypassventil.
Montera skruvbitsen med rätt bitsadapter. Använd endast en kedjenyckel på drivaxeländen och rotera endast moturs (sett uppifrån) vid montering för att undvika att de inre gängorna lossnar.
Lyft motorn i lyftanslutningen och placera den i rotorn; placera bypassventilen där den kan ses, säkra med glidskenor och ta bort lyftanslutningen.
Kontrollera bypassventilens tätning: tryck ned ventilelementet och fyll bypassområdet med vatten uppifrån. Om ventilen är tät bör vattennivån inte sjunka nämnvärt. Ta bort spaken; ventilelementet ska skjuta upp under fjäderkraft och vatten ska rinna jämnt från sidoportarna – detta indikerar normalt tillstånd.
Efter inkörning, placera bypassventilen där den är synlig under rotationsröret. Starta slampumpen och öka gradvis flödet tills bypassventilen stängs. Höj motorn något och observera om borren roterar; med ventilen stängd ska det inte finnas någon slam som kommer ut ur bypass-röret. Efter att pumpen har stoppats, bekräfta att bypass-röret öppnas igen och att slam släpps ut genom bypass-portarna. Höj inte bypassventilen ovanför rotationsbordet medan pumpen fortfarande är igång för att undvika att kontaminera rigggolvet.
Montera alla nödvändiga böjda understycken, icke-magnetiska borrhylsor, stabilisatorer etc. enligt den planerade monteringen.
Löpning i hålet – ytterligare vägledning
Kontrollera nedstigningshastigheten för att undvika skador från sandbroar, avsatser eller foderskor. Om sådana sektioner påträffas, cirkulera leran och röj långsamt upp hålet innan du fortsätter.
Om böjda anslutningsrör eller böjda höljen används kan borrkronans sida lättare komma i kontakt med borrhålsväggen eller foderrörsskorna; rotera enheten regelbundet för att minska sidospårningseffekter.
För djupa brunnar eller brunnar med hög temperatur, utför intermittent cirkulation under inkörning för att förhindra att borrkronan igensätts och för att skydda statorgummit från värmeskador.
Om lera inte flödar snabbt genom bypassporten under nedstigningen, sänk inkörningshastigheten eller gör en paus regelbundet för att fylla motorn med lera. Stöt inte eller placera motorn på botten.
Starta motorn i hålet
Om motorn har varit på botten, höj den 0,3–0,4 m och starta slampumpen. Registrera trycket i stigröret och jämför det med hydrauliska beräkningar. Något högre tryck är normalt på grund av sidobelastning av borrkronan.
Rengör hålets botten noggrant, särskilt i riktade brunnar. Ansamlat borrkax påverkar varvtalet och kan orsaka dogleg. Korrekt cirkulation medan motorn roteras långsamt (eller roteras stegvis 30°–40° åt gången) kommer att rengöra bottenborrkaxet. Efter rengöring, höj motorn 0,3–0,4 m, kontrollera och registrera tryckvärdena.
Återgå till botten, öka gradvis vikten på borren; motormomentet kommer att öka och stigrörstrycket kommer att öka. Ökningen av stigrörstrycket bör motsvara de motortryckfallsvärden som anges för motormodellen. Övervakning av denna ökning ger feedback om att motorbelastningen och borrvikten är lämpliga och att motorhastigheten är stabil. Håll stigrörstrycket inom motorns rekommenderade gränser så att borraren snabbt kan utvärdera verktygets skick.
Om motorn är ur funktion och cirkulationstrycket är högt kan borrmunstyckena vara igensatta eller drivaxeln ha fastnat.
Att snubbla ut – försiktighetsåtgärder
När bypassventilen löser ut är den i bypass-läge (öppet) och låter borrvätska i borrsträngen flöda in i ringen, men motorn kan inte själv tömma ut vätska. Det är vanligt att förskjuta toppen av borrsträngen med tyngre vätska innan motorn drar ut för att säkerställa säker förskjutning.
När motorn når bypassventilnivån på rigggolvet, ta bort bypasskomponenterna och spola motorn med rent vatten från bypassventilens ovansida. Använd en träpinne eller hammarskaft för att arbeta ventilelementet upp och ner tills det rör sig fritt. Efter rengöring, sätt tillbaka lyftanslutningen och dra ut motorn.
Om det finns tillgång till färskvattentvätt på plats, spola motorn noggrant före förvaring.
Om det inte finns rengöringsmöjligheter, säkra motorhuset vid rigggolvet, kläm fast och vrid den stora änden av drivaxeln (den ände som ansluter till borrkronan) med en hydraulisk tång och rotera den medurs (samma riktning som borrningens rotation nere i hålet). Detta tvingar ut lera från motorns slutna kammare och hjälper till att skydda motorn från korrosion. Denna praxis är särskilt viktig på vintern för att förhindra att kvarvarande lera inuti motorn fryser innan motorn körs igen.
