Буровая установка работает исправно, пока вы её не загрузите? Начните с адаптера хвостовика.
Одна из самых непонятных неисправностей на буровой площадке — это поломка буровой установки, которая свободно вращается без нагрузки, но останавливается в момент удара о породу. В воздухе бур звучит нормально. Вращение кажется плавным. Нажимаешь на курок, прижимая буровую головку к забою, и через несколько секунд — ничего. Вращение прекращается. Удар ослабевает. Долото останавливается.
В подобных ситуациях большинство операторов сразу же обращаются к гидравлической системе. И иногда они правы. Но в цепи между источником энергии и породой пять звеньев, и одно из них — переходник стойки — выходит из строя чаще, чем все остальные вместе взятые. Вот последовательность действий для выявления истинной проблемы без разборки компонентов, к которым нет необходимости прикасаться.
Принцип диагностики: следуйте за крутящим моментом.
У буровой установки, работающей без нагрузки, но глохнущей под нагрузкой, есть всего одна фундаментальная проблема: крутящий момент, который должен передаваться на буровое долото, не доходит до него. Где-то между двигателем и породой путь передачи крутящего момента прерывается, ухудшается или теряется.
Разумный диагностический подход работает снаружи внутрь — от недорогих и легко проверяемых компонентов на рабочем конце к дорогостоящим и труднодоступным компонентам внутри дрели. Логика проста: если пятиминутный внешний осмотр выявит проблему, вы сэкономите себе два часа на разборке.
Шаг первый: Проверьте переходник хвостовика.
Переходник хвостовика — иногда называемый хвостовиком, ударным стержнем или наковальней — это компонент, который физически соединяет приводной механизм дрели с буровой штангой. Он принимает вращающий момент от шлицевого привода дрели и передает его на штангу, одновременно поглощая удар поршня и преобразуя его в ударную энергию.
В условиях отсутствия нагрузки поврежденный переходник хвостовика может казаться работоспособным. Минимальное сопротивление вращению в воздухе не требует большого крутящего момента, поэтому треснувший или частично сломанный переходник будет вращаться свободно. Но в момент, когда долото входит в породу, потребность в крутящем моменте резко возрастает, и поврежденный участок переходника — обычно в месте соединения с водой — не может передавать нагрузку.
Водоотводное отверстие — наиболее уязвимое место любого переходника для хвостовика. Это отверстие, просверленное в корпусе для пропуска воды или воздуха из сверла в шток, и это отверстие создает концентрацию напряжений. Под воздействием комбинированной нагрузки, включающей кручение, удар и ускорение коррозии из-за протекающей через него воды, материал вокруг водоотводного отверстия изнашивается быстрее, чем в любом другом месте переходника.
При разрушении обычно происходит частичное излом — трещина, распространяющаяся частично по поперечному сечению. При отсутствии нагрузки остается достаточно металла для вращения стержня. Под нагрузкой трещина расширяется, оставшееся поперечное сечение не выдерживает крутящего момента, и вращение останавливается.
Снимите переходник с хвостовика и осмотрите его при хорошем освещении. Найдите трещину в месте соединения с водой — это может быть тонкая, едва заметная трещина, когда переходник холодный и не подвержен нагрузке. Очистите это место проволочной щеткой и осмотрите еще раз. Любая трещина означает, что переходник вышел из строя. Замените его, прежде чем он полностью сломается — если переходник треснет в середине скважины, буровая штанга и долото окажутся на дне без возможности их повернуть или извлечь.
Шаг второй: Проверьте шлицевой привод.
Если переходник хвостовика цел, следующим звеном в цепи является шлицевое соединение между переходником и приводным механизмом дрели — обычно это шлицевая втулка или муфта, которая соединяется с внешними шлицами переходника.
Шлицы передают крутящий момент через контактные поверхности зацепляющихся зубьев. Со временем эти поверхности изнашиваются. Характер износа предсказуем: сначала полируется ведущая сторона каждого шлицевого зуба, затем на ней образуются канавки, а затем профиль зуба скругляется. По мере увеличения зазора между наружной и внутренней шлицами адаптер может слегка поворачиваться внутри втулки до того, как зубья войдут в зацепление. Этот угловой люфт означает, что крутящий момент передается не плавно — он передается в виде серии ударов, когда шлицевые поверхности соприкасаются при каждом вращении.
Под нагрузкой сильно изношенный шлицевой вал полностью проскальзывает — зубья скользят друг по другу, а не входят в зацепление, и вращение прекращается. При отсутствии нагрузки минимальное трение может продолжать вращение, маскируя проблему до тех пор, пока долото не коснется породы.
Снимите приводную втулку и осмотрите шлицы. Если поверхности зубьев отполированы до блеска, а края закруглены, а не острые, значит, шлицы изношены. Одновременно проверьте шлицы адаптера — если изношен один, то и другой тоже, поскольку они изнашиваются парой. Замените оба адаптера одновременно, а не по одному.
Шаг третий: Проверка гидравлического давления под нагрузкой.
Если все механические компоненты от переходника хвостовика до шлицевого привода целы, проблема в гидравлической системе. Но не гадайте — измерьте.
Гидравлическая буровая установка должна показывать определенное повышение давления при входе долота в породу. Манометр вращающегося контура должен подниматься от показаний холостого хода — обычно несколько сотен фунтов на квадратный дюйм — до номинального рабочего давления в момент начала резания долота. Если давление не повышается при входе долота в породу, значит, гидравлическое масло не поступает к двигателю под необходимым давлением. Если давление резко возрастает и предохранительный клапан открывается, значит, ниже по потоку находится механическая закупорка.
Наиболее распространенные гидравлические причины, в порядке вероятности: низкий уровень масла или загрязненное масло (проверьте смотровое окошко и состояние масла — мутное или молочное масло содержит воду, темное или масло с запахом гари перегрелось), заклинивший предохранительный клапан (осторожно постучите по нему молотком с мягкой головкой, чтобы освободить заклинивший золотник) или неисправный насос (прислушайтесь к кавитационному шуму — дребезжащему или рычащему звуку от насоса, который меняет высоту тона под нагрузкой).
Четвертый этап: карданный вал и двигатель
Если все вышестоящие компоненты в порядке — переходник хвостовика, шлицы, гидравлическое давление — проблема в приводном валу или самом гидравлическом двигателе. Это внутренние компоненты, для осмотра которых требуется частичная разборка, поэтому они находятся в конце последовательности.
Карданный вал с изношенной шейкой подшипника будет вращаться ровно без нагрузки, но будет прогибаться под нагрузкой, заклинивая в корпусе и останавливая вращение. Карданный вал с поврежденным шпоночным пазом или шлицем будет передавать вращение с перебоями. Гидравлический двигатель с изношенными внутренними лопатками или поршнями будет свободно вращаться без сопротивления, но не сможет развивать крутящий момент под нагрузкой.
К тому моменту, когда вы исключите переходник хвостовика, шлицевой привод и гидравлическую систему, вы исключите 80% возможных причин. Если проблема заключается в приводном валу или двигателе, симптомы к этому моменту будут достаточно очевидны, чтобы оправдать разборку.
Пятиминутная проверка, которая охватывает большую часть этого
Перед каждой сменой снимайте переходник хвостовика и осматривайте отверстие для воды. Проведите пальцем по шлицам — полированные поверхности означают износ, острые — хорошее состояние. Проверьте смотровое окошко гидравлического масла. Три проверки — и вы выявили три наиболее распространенные причины остановки буровой установки под нагрузкой. Самое главное, если вы обнаружите треснувший переходник или изношенные шлицы во время осмотра, вы сможете устранить проблему в удобное для вас время, а не посреди скважины, когда бригада стоит без дела и немного застряла на глубине.
