لوله حفاری کشویی - SLIDER PIP

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
چکیده:
درلوله های حفاری مورد استفاده در صنعت حفاری نفت برای اینکه عمق های بیشتری را حفاری نمایند لوله های حفاری را بصورت رزوه پشت سرهم میبندند وبه درون چاه انتقال میدهند و باچرخش لوله حفاری بوسیله موتور عمل حفاری بصورت چرخشی انجام میشود.در لوله حفاری کشویی در قسمت اتصال لوله ها به همدیگر قسمت اتصاله بصورت رزوه حذف شده ولوله ها همانند آنتن رادیو از داخل یکدیگر بصورت کشویی بیرون می آیند.وهدف ما حذف اتصال بصورت رزوه میباشد که در نتیجه این کارزمان قابل توجهی که صرف بستن لوله ها بصورت رزوه پشت سرهم درحفاری عادی صورت میگیرد حذف میشود و در زمان عملیات حفاری صرفه جویی زیادی میشود که این صرفه جویی باعث میشود که عملیات حفاری سریعتر انجام شود.


آشنایی با حفاری های متداول در جهان

روش های متداول حفاری در معادن:
حفاری درشرایط مختلف اجرایی،نیازمند روش ها وتجهیزات مختلفی است که باتوجه به کاربرد آان تعریف میگردد.انتخاب روش های حفاری مورد استفاده درمعادن از سال ها پیش انجام گرفته است ومتاسفانه بررسی دقیقوفنی روشحفاری جدیدی برای انتخاب وجایگزینی روش های قدیمی به ندرت صورت میگیرد.دستگاهای حفاری معادن روباز براساس شیوه انتقال نیروی حفاری به دودسته کلی چرخشی وضربه ای تقسیم می شوند که دستگاهای حفاری ضربه اینیز براساس واسطه انتقال نیرو و محل استقرار ضربه زن به دو دسته کلی خارجچال وچکش داخل چال تقسیم می شوند.شاید تعیین مرز مشخصی برای تفکیککاربری دقیق روش های مختلف حفاری در معادن روباز چندان عملی نباشد چراکه نتایج بدست آمده از عملیات حفاری،شرلیط زمین شناسی،ماشین الات حفاری،نیروی انسانی ماهر،ابعاد عملیلاتی پروژه ودیگر موارد تاثیرگذاردر این روند متغیر هستند.


روش­ های حفاری چکش خارج چال (Tophammer Drilling) :
در این روش ضربه زن یا چکش دستگاه حفاری در خارج از چال قرار می­گیرد و در اثر ضربات متوالی به راد انرژی را به سرمته منتقل می­کند.این روش حفاری به دلیل نرخ بالای نفوذپذیری در سنگ در شرایط مناسب زمین شناسی از کاربرد و مقبولیت فراوان برخورداراست.محدودیت­های دستگاه­های حفاری که با این روش کار می­کنند شامل محدودیت قطر حفاری(بیشترین قطر ۱۵۲ میلی­متر) می­باشد. امروزه تحقیقات گسترده­ای توسط شرکت های تولید کننده ماشین الات حفاری در جهان صورت گرفته که در این میان شرکت بین المللی اطلس کوپکو در راستای بهینه سازی فرایند انتقال انرژی موثر موج ضربه ای از چکش حفاری به سرمته است تحقیقات گسترده ای انجام دادهاست که منجر به طراحی نسل جدیدی از چکش­های حفاری با بهینه سازی طول پیستون و تجهیزبه سیستم دبل دمپینگ شده است.که نتیجه آن افزایش سرعتو نرخ حفاری و همچنین عمر مجموعه راد حفاری بوده است.

آنچه که در این روش عامل محدود کننده است قدرت ضربات چکش این دستگاه­ها به ویژه در چال­ های با قطر بیشتر از ۱۲۷ میلی متر و ژرفای چال بیش از ۶ متر است چرا که با افزایشژرفای چال تعداد رادهای حفاری بیشتری باید به یکدیگر متصل شوند که نتیجه آن افت انرژی بیشتر در این روش حفاری است.با بررسی میزان اتلاف انرژیناشی از اتصال رادهای متوالی در دستگاه­های حفاری که با این سیستم کار می­کنندمشخص شده که میزان افت انرژی ضربه ای به ازای هر کوپلینگ اضافی در حدود ۶ تا ۱۰ درصد است که این افت انرژی ناشی از تماس ناقص در کوپلینگ­های راد حفاری رخ داده است.


روش حفاری چکش داخل چال (Down The Hole):
روش حفاری ضربه زن ته چال، روش قابل اعتمادی برای حفاری در شرایط سهل تا سخت زمین شناسی به شمار میرود. در این روش انرژی ضربات به طورمستقیم به سرمته منتقل می­شود و افت انرژی در آن به این نوع دستگاه­ها شکل و ساختار چکش مانع از انحراف چال شده و پایداریبهکمترین مقدار می­رسد.

از آنجا که در این روش حفاری فضای بین دیواره چال و راد حفاری کمتر از روش چکش خارج از چال استو سرعت عبورخرده­های حفاری و فلاشینگ در چال نسبت به سایر روش­ها بیشتر خواهد بود. این روش حفاری به دلیل قرار گرفتن چکش در داخلچال کمترین میزان انحراف چال را نسبت به دیگر روش­های رایج ایجاد می­کند .از دیگر مزایای این دستگاه­ها، مناسب بودن آنها برای کاربری در شرایط نامناسب زمین شناسی و سهولت کار برای اپراتور این دستگاه­ها برای حفاری­های تولیدی در معادن برای قطرهای بیشتر از ۱۲۷است.امروزه کمتراز۲۰۰میلی متر از این دستگاه­ها استفاده می­شود. در عمل محدود کننده در اینروش مقدار حجم هوای مورد نیاز برای چکش حفاری است چرا که برای حفاری چالی به قطر حدود۲۰۰ میلی متر نیاز به کمپرسوری به ظرفیت حدود۳۰ بار است که از حجم زیاد و هزینه زیاد سوخت برخوردار است از دیگر مشکلات استفاده از این روش گران بودن چکش حفاری و احتمال گیر افتادن سر مته در چال و از دست دادن آن در شرایط نامساعد حفاری است.


روش حفاری چرخشی (Rotary Drilling):
حفاری چرخشی از روش­های متداول حفاری تولیدی در معادن بزرگروباز جهان بشمار می­آید .امروزه بیشتر دستگاه­های حفاری معادن فلزی روباز بزرگ جهان از نوع چرخشی است.اختلاف اصلی روش حفاری چرخشی با سایر، حذف ضربه به عنوان عامل حفر چال از این روش حفاریاست. دراین روش کار حفاری با برش سطح سنگ انجام می­شود و عامل تعیین کننده در این روش وزن دستگاه و مجموعه متعلقات سیستم حفاری بار روی مته به سنگ منتقل می­شود. بنابراین دستگاه­های حفاری چرخشی از وزنی به مراتب بیشتر از سایر برخوردار هستند.امروزه بیشتر حفاریتولیدی در معادن روباز جهان با قطرهای ۲۲۰تا۴۴۰ میلی مترصورت می­گیرد که در آنها از روش حفاری چرخشی استفاده می­شود. سرعت دوران در این روش بین ۵۰ تا ۱۲۰ دور در دقیقه متغیر است، و وزن بار پشت سرمته از۵/۰تا ۴ تن بر اینچ از قطر سر مته در سنگ­های نرم تا سخت متغیراست. ازمحدودیت­های مهم عملیاتی روش حفاری چرخشی،سنگین بودن مجموعه دستگاه حفاری و عدم کارایی در حفاری چال­های شیب دار است دلیل سنگین بودن وزن مجموعه دکل حفاری ایجاد می­شود. شکل زیر اجزای مختلف روش­های حفاری را نشان می­دهد:
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
اهمیت حفاری چال های بدون انحراف:
حفاری با دستگاه های چکش خارج چال به عنوان گزینه معمول در کارهایعمرانی مطرح است،هرچند که در معادن انتخاب های دیگری نیز وجود دارد، چرا که به طور معمول در معادن از چال­های با قطر ۵۱ میلی متر استفاده می­شود. محدودیت­های روش­های مرسوم و مزایای حفاری چال­های بدون انحراف شامل ابعاد بیشتر فاصله داری وبار سنگ چال، تعداد چال حفاری کمتر، صرفه جویی در زمان و هزینه ها، کاهش مصرف مواد منفجره، توزیع بهتر خرج در چال ها،کاهش لرزش زمین،کاهشFly rock ، قطعات ابعاد سنگ وکاهش هزینه آتشباری ثانویه، پله­های صاف تر، انبار کردن تعداد کمتری از راد های حفاری یدکی وکاهش زمان بازیابی راد از داخل چال سبب می شود که روش های کاراتر حفاری مورد توجه قرار گیرند.





مقایسه روش های حفاری مختلف
چرخشیچکش ته چالچکش بالاروش حفاری
<230۱۲۷تا۲۰۰>127قطرحفاری مناسب(میلی متر)
معمولیمعمولیخوبنرخ نفوذ پذیری
کمخیلی کمزیادمیزانانحراف چال
خیلی خوبمعمولیخوبظرفیت تولید(تن درشیفت)
متوسطمتوسطکممصرف سوخت(لیتربر متراژ حفاری)
خوبخوبمعمولیRadعمراقتصادی
خوبخوبخیلی خوبهزینه کم سرمایه گذاری
خوبخوبمعمولیمناسب برای شرایط زمینی سخت حفاری
خوبخوبخیلی خوبمناسب برای شرایط زمینی خوب حفاری
خوبخیلی خوبخوبسادگی برای اپراتور
خلی خوبخوبمعمولیقابلیت فلاشینگ

لوله حفاری کشویی (Slider pip)
زمینه فنی پروژه:
حفاری­های نفتی ومعدنی



مشکل فنی وبیان اهداف پروژه:
در لوله­های حفاری مورد استفاده در صنعت حفاری نفت برای اینکه عمق های بیشتری را حفاری نمایند لوله های حفاری را به صورت رزوه پشت سرهم می­بندند و به درون چاه انتقال می­دهند و با چرخش لوله حفاری بوسیله موتور عمل حفاری بصورت چرخشی انجام می­شود. در لوله حفاری کشویی در قسمت اتصال لوله­ها به همدیگر قسمت اتصاله به صورت رزوه حذف شده و لوله­ها همانند آنتن رادیو از داخل یکدیگر بصورت کشویی بیرون می­آیند .و هدف از این اختراع حذف اتصال به صورت رزوه می­باشد که در نتیجه این کار زمان قابل توجهی که صرف بستن لوله­ها به صورت رزوه پشت سرهم درحفاری عادی صورت می­گیرد حذف می­شود و در زمان عملیات حفاری صرفه جویی زیادی می­شود که این صرفه جویی باعث می­شود که عملیات حفاری سریعتر انجام شود که این عمل باعث می­شود زمان رسیدن به سوددهی سریع تر صورت گیرد.


شرح وضعیت دانش فنی پیشین:
حفاری در شرایط مختلف اجرایی نیازمند روش­ها و تجهیزات مختلفی است که باتوجه به کاربرد ان تعریف می­گردد. انتخاب روش­های حفاری مورد استفاده درمعادن از سال ها پیش انجام گرفته است و متاسفانه بررسی دقیقوفنی روشحفاری جدیدی برای انتخاب و جایگزینی روش­های قدیمی به ندرت صورت میگیرد در حفاری­های چرخشی قدیمی برای عمق­های زیاد چون طول دکل حفاری محدود می­باشد پس از لوله­های حفاری یکپارچه نمی­توانند استفاده کنند برای همین وقتی بخواهند عمق زیادی را حفاری نمایند اول یک لوله حفاری به طول ۴ یا ۸ متر به موتور چرخاننده می­بندند و موتور چرخاننده با فشار دادن و چرخاندن لوله حفاری در داخل زمین فرو میرود وچال را حفر می­کند و بدین ترتیب چالی به عمق ۴ یا ۸ متر حفر میشود برای اینکه عمق بیشتری را بتوان حفاری نمود درحالتی که لوله اول در داخل چال قرار دارد یک پین در داخل لوله فرو می­کنند (این پین باعث می­شود که در هنگام جدا شدن موتور از لوله، لوله به داخل چال سقوط نکند) بعد موتور چرخاننده را خلاف جهت سفت شدنش می­چرخانند تا باز شود ،باز که شد موتور به وسیله جرثقیل به اندازه ۴ یا ۸ متر (به اندازه یک لوله) بالا کشیده می­شود و در این حالت یک لوله بوسیله کوپلینگ (کوپلینگ وسیله­ای است که دو سر آن به طرف داخل رزوه می­باشد که دو لوله را به دیگر متصل می­کند) به ته لوله اولی که در داخل چال بوسیله پین نگه داشته شده است متصل می­کنند و بعد موتور پایین می­آید و به ته لوله دومی متصل می­شود و بعد پین را بیرون می­کشند لوله آزاد می­شود و دوباره حفاری از سر گرفته می­شود وبه این ترتیب حفاری تا عمق مورد نظر ادامه میابد و قابل ذکر می­باشد که از زمانی که لوله­های چند تکه به وجود آمده اند تا به الان روش متصل کردنشان بهم همان روش رزوه و کوپلینگ می­باشد وهیچ پیشرفتی در این زمینه چه در ایران و چه در کشورهای دیگر صورت نگرفته است.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
ارائه راه حل همراه با شرح دقیق پروژه:
این نوع لوله حفاری برگرفته شده از آنتن رادیو میباشد و طرز کار آن دقیق همانند آنتن رادیو می­باشد به طوری که با قرار دادن ۲ لوله حفاری در داخل همدیگرکار میکند.برای این لوله حفاری نیاز به دو لوله با قطر ده سانتی متر و هشت سانتی متر داریم،در داخل لوله ده سانتی متری نیاز به ۴ قطعه برای نگه داشتن لوله هشت سانتی متری داریم،۲ قطعه از این ۴ قطعه درلبه بالایی لوله۱۰سانتی متری نصب می­شود و ۲ قطعه دیگر در لبه پایینی آن نصب می شود این قطعات درشکل های زیر نمایش داده شده­اند.(اشکال زیرمربوط به لوله اول میباشد که قطرش۱۰سانتی متر است)


SLIDER-PIP-3.jpg
(برش مقطعی لوله،نمایش قطعه۱در داخل لوله۱۰سانتی متری درلبه بالایی لوله)​


SLIDER-PIP-4.jpg
(برش مقطعی لوله،نمایش قطعه ۲ درداخل لوله۱۰ سانتی متری درلبه بالای لوله در روبروی قطعه ۱)​
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
SLIDER-PIP-5.jpg(نمایش قطعه۳ در داخل لوله ۱۰سانتی متری درقسمت لبه پایینی لوله و موازی باقطعه۱)


SLIDER-PIP-6.jpg(نمایش قطعه ۴ درداخل لوله ۱۰سانتی متری در قسمت لبه پایینی لوله و موازی با قطعه ۲ و روبه­روی قطعه۳)​
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
برای اینکه لوله ۸ سانتی متری بتواند در داخل لوله۱۰سانتی متری قرار بگیرد و به صورت کشویی باز و بسته بشود باید ۲ قطعه روبروی هم در قسمت خارجی لوله نصب بکنیم که این ۲قطعه زمانی که لوله بسته است و در داخل لوله۱۰سانتی متری قرار دارد این ۲قطعه برروی قطعات ۱ و ۲ قرار میگرند و مانع از افتادن و رها شدن لوله ۸ سانتی متری از داخل لوله ۱۰سانتی متری می شوند،و برای باز کردن لوله۸سانتی متری و بیرون کشیدن آن از داخل لوله۱۰سانتی متری کافیست که لوله را در جهت عقربه­های ساعت بچرخانیم تا ۲ قطعه نصب شده برروی لوله ۸ سانتی متری از روی قطعات ۱و۲داخل لوله۱۰سانتی متری کنار بروند و به این ترتیب لوله ۸ سانتی آزاد می­شود و می­توان آنرا بیرون کشید،وقتی که لوله ۸ سانتی را بیرون کشیدیم دوباره لوله را در جهت عقربه­های ساعت می­چرخانیم که با این کار ۲ قطعه نصب شده برروی لوله ۸ سانتی به قطعات ۳ و۴ داخل لوله ۱۰سانتی گیر می­کنند و مانع از چرخیدن هرز گرد لوله ۸ سانتی می­شوند وبه این ترتیب وقتی که لوله۱۰سانتی شروع به چرخیدن می­کند باعث می­شود که لوله ۸ سانتی نیز بچرخد.البته قابل ذکر می­باشد برای اینکه در هنگام چرخاندن لوله ۱۰سانتی برای باز شدن لوله ۸ سانتی،لوله ۸ سانتی هرز نچرخد ۴ میله به صورت عمودی در داخل لوله۱۰سانتی قرار می­دهیم به این صورت که یک میله از لبه قطعه۱به لبه قطعه ۳ وصل می­کنیم و یک میله دیگر نیز از لبه لوله ۱۰سانتی (در داخل) تا لبه پایینی به صورت عمودی نصب می­کنیم البته فاصله بین میله­ها بستگی به اندازه طولی ۲ قطعه نصب شده برروی لوله ۸ سانتی دارد.(قابل ذکر می­باشد که نصب میله­ها برای قطعات ۲ و۴نیز همانند نصب میله برای قطعه ۱و۳ می­باشد.).(میله های عمودی در اشکال بالا نشان داده شده­اند).


SLIDER-PIP-7 (1).jpg

(نمایش قطعات ۱و ۲ نصب شده برروی قطر خارجی لوله ۸ سانتی متری برای قفل کردن لوله ۸ سانتی در هنگام بازوبسته شدن)


مزایای پروژه:
دراستخراج های معدنی ونفتی زمان عملیات حفاری یکی از پارامترهای مهم می­باشد زیرا هرچه حفاری سریع تر صورت بگیرد زمان رسیدن به سوددهی کمتر میشود وزودتر به سود می­رسیم.در لوله حفاری کشویی به مقوله زمان حفاری اهمیت ویژه ای داده شده است،به این صورت که در لوله­های حفاری معمولی روش متصل کردن لوله ها به همدیگر به صورت رزوه می­باشد ولی در لوله حفاری کشویی روش متصل کردن لوله­ها به همدیگر به صورت کشویی می­باشد وبه صورت آنتن رادیو از داخل همدیگر بیرون می­آیند که این امر باعث می­شود زمانی که در لوله­های معمولی صرف بستن لوله ها بصورت رزوه پشت سرهم می­شود حذف شود وبرای حفاری عمیق فقط کافی است لوله ها را همانند آنتن رادیو از داخل یکدیگر بیرون بکشیم و عملیات حفاری را ادامه بدهیم.


کاربرد:
لوله حفاری کشویی فقط برای حفاری به صورت چرخشی کاربرد دارد و چون عملیات حفاری نفت به صورت چرخشی انجام میشود پس این نوع لوله حفاری برای عملیات حفاری نفتی کاربرد دارد.



یک روش اجرایی برای بکارگیری:
بهترین روش بکارگیری لوله حفاری کشویی بصورت حفاری چرخشی می­باشد این روش به این صورت انجام می­شود که در مرحله اول موتور با چرخش خود باعث چرخش لوله می­شود وشروع به حفاری می­کند
وقتی که حفاری در مرحله اول انجام شد وچاه یاچالی به عمق۴ یا ۸ متر حفر شد (طول هرلوله ۴ یا ۸ متر) موتور به وسیله جرثقیل بالا کشیده می­شود و لوله نیز همراه آن بالا می آید وقتی که لوله بالا آمد قسمتی از لوله با قطر ۸ سانتی از داخل لوله باقطر۱۰ سانتی بیرون است که روی آن یک جای پین می­باشد پین را در داخل جای پین لوله۸سانتی فرو میکنیم تا در هنگام چرخاندن لوله ۱۰سانتی جهت آزاد کردن قفل لوله ۸سانتی مانع از چرخیدن لوله ۸ سانتی بشویم. وقتی که پین را جا گذاری کردیم موتور را در جهت عقربه های ساعت میچرخانیم تا لوله ۱۰سانتی نیز در جهت عقربه های ساعت بچرخد با این کار قفل لوله ۸سانتی آزاد می­شود وقتی که آزاد شد موتور به اندازه ۴ یا ۸ متر بالا میرود با این کار لوله ۸ سانتی از داخل لوله ۱۰سانتی بیرون کشیده می­شود وقتی که لوله بیرون کشیده شد دوباره موتور در جهت پادساعتگرد میچرخد وبدین ترتیب لوله ۸ سانتی دوباره در داخل لوله ۱۰سانتی قفل می­شود و موتور دوباره پایین می­آید و لوله­ها به داخل چاه می­روند وعملیات حفاری درباره از سر گرفته می­شود.
 

Similar threads

بالا