أدوات الحفر اللولبية في الآبار السفلية - المعرفة الأساسية
نظرة عامة: أداة الحفر اللولبية هي أداة حفر تعمل بالطاقة داخل البئر، وتستخدم سائل الحفر (الطين) كمصدر للطاقة، حيث تحول الطاقة الهيدروليكية إلى طاقة ميكانيكية. يمر الطين المضخ من السطح عبر صمام جانبي إلى محرك الحفر. ويؤدي فرق الضغط بين مدخل ومخرج المحرك إلى دوران الدوار داخل الجزء الثابت. تُنقل سرعة الدوار وعزمه عبر وصلة عالمية (عمود مرن) وعمود إدارة إلى رأس الحفر، مما يُمكّن عملية الحفر.
المكونات الرئيسية: تتكون مجموعة الحفر من النوع اللولبي بشكل أساسي من أربع مجموعات رئيسية: صمام التجاوز، ومحرك الطين، والمفصل العالمي، وعمود الدوران.
محرك الطين: يُعد محرك الطين المكون الأساسي. تشير الخبرة الميدانية والتحليلات النظرية إلى أنه لضمان التشغيل الطبيعي والموثوق، يجب ألا يتجاوز انخفاض الضغط لكل مرحلة من مراحل المحرك 0.8 ميجا باسكال؛ وإلا سيحدث تسرب للسائل، وستنخفض سرعة الدوران بسرعة، وفي الحالات الشديدة قد يتوقف الدوران ويتلف المحرك. (يمثل سلك المحرك الواحد مرحلة واحدة). يجب الحفاظ على تدفق الطين المستخدم في الحقل ضمن النطاق الموصى به؛ فالتدفقات خارج هذا النطاق تقلل من كفاءة المحرك وتزيد من تآكله. تحدد معايير أداء المحرك الأداء الرئيسي لمجموعة الحفر بأكملها. يتناسب عزم الدوران النظري الناتج للمحرك طرديًا مع انخفاض ضغط المحرك، وتتناسب سرعة الدوران الناتجة طرديًا مع تدفق الطين الداخل. مع زيادة حمل المثقاب، تنخفض سرعة الدوران؛ لذلك، من خلال مراقبة تدفق المضخة السطحية وضغطها (عبر مقياس ضغط أنبوب الحفر)، يمكن استنتاج عزم الدوران والسرعة في قاع البئر والتحكم بهما.
صمام التجاوز: يتكون صمام التجاوز من جسم، وغلاف، وعنصر صمام (قلب)، ونابض. تحت الضغط، ينزلق عنصر الصمام داخل الغلاف، ويغير موضعه مسار السائل لتوفير حالتين: التجاوز (مفتوح) والإغلاق. أثناء التشغيل التجريبي أو الإيقاف، تكون منافذ الغلاف والجسم مفتوحة، مما يسمح للطين بتجاوز المحرك والتدفق إلى الفراغ الحلقي. عندما يصل تدفق الطين وضغطه إلى نقطة ضبط الصمام، يتحرك عنصر الصمام لأسفل ويغلق منفذ التجاوز؛ ثم يتدفق الطين عبر المحرك، محولًا الطاقة الهيدروليكية إلى طاقة ميكانيكية. إذا أصبح التدفق ضئيلاً جدًا أو توقف الضخ، يدفع النابض عنصر الصمام لأعلى، فيُعاد فتح الصمام، مما يسمح للطين بتجاوز المحرك مرة أخرى.
بنية المحرك وسلوكه: يتكون المحرك من جزء ثابت (ستاتور) وجزء دوار (روتور). يُصنع الجزء الثابت عن طريق لصق بطانة مطاطية بالجدار الداخلي لغلاف فولاذي؛ ويكون تجويفه الداخلي حلزونيًا ذو هندسة محددة. أما الجزء الدوار فهو عبارة عن برغي فولاذي مُقسّى. يتشابك الجزء الدوار والجزء الثابت لتشكيل حجرات حلزونية محكمة الإغلاق بفضل فرق التباعد بينهما، مما يُتيح تحويل الطاقة. قد يكون الجزء الدوار أحادي الفصوص أو متعدد الفصوص (أحادي الرأس أو متعدد الرؤوس). ينتج عن عدد أقل من الفصوص سرعة أعلى ولكن عزم دوران أقل؛ بينما ينتج عن عدد أكبر من الفصوص سرعة أقل وعزم دوران أعلى.
المفصل العالمي: يحوّل المفصل العالمي الحركة الكوكبية (اللامركزية) للمحرك إلى دوران ثابت لعمود الدوران، وينقل عزم دوران المحرك وسرعته إلى عمود الدوران والريشة. وتُستخدم عادةً أنواع الأعمدة المرنة.
عمود الدوران: ينقل عمود الدوران الطاقة الدورانية من المحرك إلى رأس الحفر، ويجب أن يتحمل أيضًا الأحمال المحورية والشعاعية الناتجة عن الوزن على رأس الحفر والتلامس مع التكوين.
متطلبات التشغيل
متطلبات سائل الحفر: يمكن لمحركات الحفر اللولبية العمل بكفاءة مع مجموعة متنوعة من سوائل الحفر، بما في ذلك الطين الزيتي، والمستحلبات، وطين البنتونيت المائي، وحتى الماء النظيف نسبيًا. لا تؤثر لزوجة الطين وكثافته بشكل مباشر على أداء المحرك، ولكنهما تؤثران بشكل مباشر على ضغوط النظام. إذا تجاوز الضغط عند معدل التدفق الموصى به ضغط التشغيل المقنن للمضخة، فيجب تقليل معدل التدفق أو خفض فرق الضغط عبر المحرك وريشة الحفر. تعمل الجسيمات الصلبة، مثل الرمل، على تسريع تآكل المحامل وجزء المحرك الثابت، لذا يجب الحفاظ على نسبة المواد الصلبة أقل من 1%. لكل طراز محرك نطاق تدفق إدخال محدد تكون فيه الكفاءة جيدة؛ وعادةً ما تكون نقطة المنتصف لهذا النطاق هي معدل التدفق الأمثل للتشغيل.
التحكم في ضغط الطين وضغط المضخة: عندما يكون المحرك بعيدًا عن قاع البئر ويكون التدفق ثابتًا، يظل انخفاض الضغط عبر المحرك ثابتًا. ومع ملامسة رأس الحفر لقاع البئر وزيادة الوزن عليه، يرتفع كل من ضغط الدوران وضغط المضخة. يمكن للحفار استخدام المعادلة التالية: ضغط المضخة عند قاع البئر (أثناء الحفر) = ضغط دوران المضخة عند قاع البئر + انخفاض ضغط حمل المحرك. ضغط دوران المضخة عند قاع البئر هو الضغط الذي تضخه المضخة عندما يكون المحرك بعيدًا عن قاع البئر (ويُسمى أيضًا ضغط المضخة الحر أو ضغط دوران المضخة). يتغير هذا الضغط بتغير عمق البئر وخصائص الطين، لذا فهو ليس قيمة ثابتة. عمليًا، يكفي استخدام ضغط قاع البئر المقاس مباشرة بعد رفع رأس الحفر كقيمة تقريبية لحسابات التحكم. عندما يصل ضغط المضخة عند قاع البئر إلى الحد الأقصى الموصى به للمحرك، ينتج المحرك عزم الدوران الأمثل؛ أي زيادة إضافية في الوزن على رأس الحفر سترفع ضغط المضخة، وإذا تم تجاوز الحد الأقصى لضغط التصميم، فقد يتوقف المحرك عن العمل. في هذه الحالة، يجب على الحفار تقليل الوزن على رأس الحفر فورًا لمنع حدوث تلف داخلي.
التعامل والاستخدام
ملاحظات عامة قبل الاستخدام الأول: يتم تجهيز الوصلات الملولبة بين المكونات في المصنع بمادة لاصقة لاهوائية ويتم ربطها بعزم دوران محدد؛ ولا يلزم عادةً إعادة ربطها قبل الاستخدام الأول.
فحص السطح قبل بدء عملية الحفر
ارفع المجموعة باستخدام الرافعة الفرعية وضعها في الطاولة الدوارة بحيث يكون صمام التجاوز فوق الطاولة ليسهل رؤيته. ركّب أغطية الأمان وأزل الرافعة الفرعية.
تحقق من عمل صمام التحويل: اضغط على عنصر الصمام لأسفل باستخدام عصا خشبية ثم حرره؛ يجب أن يعيد الزنبرك العنصر بسلاسة. كرر ذلك من 3 إلى 5 مرات للتأكد من عدم وجود أي عائق.
مع وجود منفذ التجاوز أسفل الطاولة الدوارة، شغّل المضخة لفترة وجيزة: يجب أن يُغلق منفذ التجاوز، ويبدأ المحرك بالدوران، وتدور وصلة القيادة. بعد إيقاف المضخة، يجب أن يعود عنصر الصمام إلى وضعه الأصلي، وأن يخرج الطين عبر منفذ التجاوز، مما يدل على عملها بشكل طبيعي.
تشغيل المحرك في الحفرة
يجب التحكم بدقة في سرعة التشغيل لتجنب الهبوط السريع الذي قد يتسبب في عكس اتجاه المحرك وفك الوصلات الملولبة الداخلية، ولمنع حدوث أضرار عند المرور عبر الجسور الرملية أو أحذية التغليف أو الحواف.
في الأجزاء العميقة أو ذات درجات الحرارة العالية، وعند المرور بمناطق رملية غير متماسكة، قم بتدوير الطين بشكل دوري لتبريد المحرك، وحماية مطاط الجزء الثابت، ومنع تراكم الرمال.
قم بإبطاء التشغيل مع اقتراب المحرك من القاع؛ قم بالتدوير قبل الوضع النهائي، بدءًا بتدفق منخفض حتى تعود نواتج الحفر إلى السطح، ثم قم بزيادة التدفق حسب الحاجة.
لا تقم بصدم المحرك في القاع أو تركه ثابتاً في القاع.
الحفر بالمحرك
قم بتنظيف قاع الحفرة جيداً وقم بقياس ضغط مضخة الدوران من خارج القاع قبل البدء في الحفر.
قم بتطبيق وزن الحفر تدريجياً في البداية. استخدم علاقة ضغط المضخة المذكورة أعلاه للتحكم في عمليات الحفر.
لا تقم بالحفر بسرعة كبيرة في البداية؛ فالمحرك والريشة وقاع الثقب "محكم" وقد يؤدي عدم كفاية تنظيف الثقب إلى تراكم الكرات على الريشة.
عزم دوران المحرك يتناسب طرديًا مع انخفاض ضغط المحرك؛ زيادة الوزن على المثقاب تزيد من حمل المحرك وبالتالي انخفاض ضغط المحرك وعزم الدوران.
يساعد معدل الاختراق السلس والموحد ومجموعات سلسلة الحفر في الحفاظ على التحكم في ميل البئر ودقة الاتجاه.
سحبها من الحفرة وفحصها
قم بشطف صمام التجاوز بالماء النظيف وحرك عنصر الصمام لأعلى ولأسفل باستخدام عصا خشبية حتى يغلق بشكل موثوق.
أمسك المجموعة بمفتاح ربط الأنابيب، وقم بتدوير مفصل القيادة في اتجاه عقارب الساعة باستخدام مفتاح ربط السلسلة أثناء حقن الماء النظيف من خلال الجزء العلوي من صمام التجاوز لتنظيف الجزء الداخلي، ثم أدخل كمية صغيرة من زيت التشحيم (الزيت المعدني) في المحرك.
تحكم في سرعة السحب لتجنب انحشار الأنابيب أو تلف المحرك.
قم بقياس خلوص المحامل؛ إذا تجاوز خلوص محامل العمود الحدود المسموح بها، فيجب إصلاح المحرك واستبدال المحامل. في محركات إعادة الدخول أو الصيانة، يجب ضبط خلوص المحامل المحورية حسب الحاجة.
قائمة التحقق من سطح الطريق قبل التشغيل (ملخص)
يتم وضع مركب تثبيت الخيوط على جميع الهياكل باستثناء وصلة صمام الرفع الفرعي إلى صمام التجاوز.
قم بتركيب رأس المفك اللولبي باستخدام محول الرأس المناسب. استخدم مفتاح ربط السلسلة فقط على طرف عمود الدوران وقم بالتدوير عكس اتجاه عقارب الساعة فقط (عند النظر من الأعلى) عند التركيب لتجنب فك الخيوط الداخلية.
ارفع المحرك بواسطة الرفع الفرعي وضعه في الدوار؛ ضع صمام التجاوز في مكان يمكن ملاحظته، وثبته بالمشابك، ثم أزل الرفع الفرعي.
تحقق من إحكام صمام التحويل: اضغط على عنصر الصمام للأسفل واملأ منطقة التحويل بالماء من الأعلى. إذا كان الصمام محكمًا، فلن ينخفض مستوى الماء بشكل ملحوظ. أزل العصا؛ يجب أن يرتفع عنصر الصمام بفعل قوة الزنبرك، ويجب أن يتدفق الماء بسلاسة من المنافذ الجانبية - وهذا يدل على أنه يعمل بشكل طبيعي.
بعد بدء التشغيل، ضع صمام التحويل في مكان مرئي أسفل جهاز الحفر الدوار. شغّل مضخة الطين وزد التدفق تدريجيًا حتى يُغلق صمام التحويل. ارفع المحرك قليلًا ولاحظ ما إذا كان رأس الحفر يدور؛ مع إغلاق الصمام، يجب ألا يخرج أي طين من التحويل. بعد إيقاف المضخة، تأكد من إعادة فتح التحويل وخروج الطين من خلال منافذ التحويل. لا ترفع صمام التحويل فوق طاولة الحفر الدوارة أثناء تشغيل المضخة لتجنب تلوث أرضية جهاز الحفر.
قم بتجميع أي أجزاء فرعية منحنية مطلوبة، وأطواق حفر غير مغناطيسية، ومثبتات، وما إلى ذلك، وفقًا للتجميع المصمم.
الجري في الحفرة - إرشادات إضافية
تحكم في سرعة النزول لتجنب التلف الناتج عن الجسور الرملية أو الحواف أو أنابيب التغليف. في حال مواجهة مثل هذه الأجزاء، قم بتدوير الطين وتوسيع الحفرة ببطء قبل المتابعة.
في حالة استخدام وصلات فرعية منحنية أو أغلفة منحنية، قد يلامس جانب المثقاب جدار البئر أو أحذية التغليف بسهولة أكبر؛ قم بتدوير المجموعة بشكل دوري لتقليل تأثيرات التتبع الجانبي.
بالنسبة للآبار العميقة أو ذات درجات الحرارة العالية، قم بإجراء دوران متقطع أثناء التشغيل لمنع انسداد المثقاب وحماية المطاط الثابت من التلف الناتج عن الحرارة.
إذا لم يتدفق الطين بسرعة عبر منفذ التجاوز أثناء الهبوط، فقم بإبطاء سرعة التشغيل أو توقف بشكل دوري لملء المحرك بالطين. تجنب هز المحرك أو وضعه على القاع.
تشغيل المحرك في الفتحة
إذا كان المحرك في القاع، ارفعه بمقدار 0.3-0.4 متر وشغّل مضخة الطين. سجّل ضغط أنبوب التغذية وقارنه بالحسابات الهيدروليكية. من الطبيعي أن تكون الضغوط أعلى قليلاً بسبب التحميل الجانبي على رأس الحفر.
نظّف قاع البئر جيدًا، خاصةً في الآبار الموجهة. تؤثر الرواسب المتراكمة على سرعة دوران المحرك وقد تتسبب في انحرافه. سيؤدي الدوران الجيد أثناء تدوير المحرك ببطء (أو تدويره تدريجيًا بمقدار 30-40 درجة في كل مرة) إلى تنظيف الرواسب من القاع. بعد التنظيف، ارفع المحرك بمقدار 0.3-0.4 متر، ثم تحقق من قيم الضغط وسجلها.
أعد الدخول إلى قاع البئر، وزِد الوزن على المثقاب تدريجيًا؛ سيزداد عزم دوران المحرك وضغط أنبوب الحفر. يجب أن تتوافق الزيادة في ضغط أنبوب الحفر مع قيم انخفاض ضغط المحرك المحددة لطراز المحرك. توفر مراقبة هذه الزيادة مؤشرًا على أن حمل المحرك ووزن الحفر مناسبان وأن سرعة المحرك مستقرة. حافظ على ضغط أنبوب الحفر ضمن الحدود الموصى بها للمحرك حتى يتمكن الحفار من تقييم حالة الأداة على الفور.
إذا كان المحرك بعيدًا عن القاع وكان ضغط الدوران مرتفعًا، فقد تكون فوهات الحفر مسدودة أو قد يكون عمود الدوران عالقًا.
الاحتياطات اللازمة عند التعرض لحادثة ذهول
أثناء عملية سحب المحرك، يكون صمام التجاوز في وضع التجاوز (مفتوحًا) ويسمح لسائل الحفر في سلسلة الحفر بالتدفق إلى الفراغ الحلقي، لكن المحرك لا يستطيع تصريف السائل تلقائيًا. ومن الشائع إزاحة الجزء العلوي من سلسلة الحفر بسائل أثقل قبل سحب المحرك لضمان إزاحة آمنة.
بعد وصول المحرك إلى مستوى صمام التحويل في منصة الحفر، قم بإزالة مكونات التحويل واشطف المحرك بالماء النظيف من أعلى صمام التحويل. استخدم عصا خشبية أو مقبض مطرقة لتحريك عنصر الصمام لأعلى ولأسفل حتى يتحرك بحرية. بعد التنظيف، أعد تركيب الوصلة الرافعة واسحب المحرك للخارج.
إذا كانت خدمة غسيل المياه العذبة متوفرة في الموقع، فقم بشطف المحرك جيداً قبل التخزين.
في حال عدم توفر مرافق التنظيف، ثبّت جسم المحرك على أرضية جهاز الحفر، ثم استخدم كماشة هيدروليكية لتثبيت الطرف الكبير لعمود الدوران (الطرف المتصل بالريشة) وتدويره باتجاه عقارب الساعة (نفس اتجاه دوران الحفر في قاع البئر). يؤدي ذلك إلى طرد الطين من حجرات المحرك المغلقة، مما يساعد على حماية المحرك من التآكل. تُعد هذه الممارسة بالغة الأهمية، خاصةً في فصل الشتاء، لمنع تجمد الطين المتبقي داخل المحرك قبل إعادة تشغيله.
