Vrták | Typy vrtáků

Vrtná kolona je stupňovitá dutá hřídel sestavená z vrtných trubek, na jejímž konci je hrot. na druhou stranu Vrták je speciální nástroj pro řezání hornin (hlava jádrového vrtáku, vrtací hlava) pro vrtání ropných vrtů. Po vyvrtání studny se do studny vloží vhodné pažnicové trubky, které ji utěsní. Obecně se vrtáním rozumí zničení hornin na dně (v nejnižším bodě vrtané studny) a vytažení zničené horniny na povrch. Samotná vrtná souprava je komplex mechanismů, jako je vrtná souprava, kalová čerpadla, systémy čištění bahna, generátory, obytné prostory atd.

Typy vrtáků

Až 90 % všech vrtacích operací jak v Kazachstánu, tak v zahraničí je prováděno rotačním vrtáním pomocí válečkových kuželových vrtáků. Takový bit ničí horniny metodou drcení a stříhání, když se válečková ložiska otáčejí vůči sobě navzájem. Frézy jsou vybaveny ocelovými zuby různých konfigurací. Nejběžnější jsou trikonové bity.

Frézovací bity se používají při vrtání tvrdých útvarů.

Diamantové vrtáky se používají pro rotační vrtání tvrdých hornin ve velkých hloubkách, kdy není možné zajistit potřebný přítlak vrtáku. Jejich životnost je několikanásobně vyšší než u válečkových řezaček, protože zde nejsou žádné pohyblivé části a nehrozí riziko ztráty části nástroje.

Evoluce válečkového bitu

Rotační vrtání, což je mechanický rotační proces vrtání, používá speciální nástroj pro řezání hornin (RDT), který je připevněn ke konci trubky a spolupracuje se dnem otvoru. Existují dva hlavní typy PRI: válečkový bit a diamantový bit.

Po sérii intenzivních testů vyvinul americký podnikatel a vynálezce Howard Robard Hughes starší (1869-1924) ve spolupráci s inženýrem Walterem Sharpem (1870-1912) prototyp dvoukuželového sekáče vyrobený ze dřeva. První komerčně úspěšný válečkový kuželový vrták byl patentován ve Spojených státech 10. srpna 1909. Tato událost znamenala začátek vytvoření společnosti Sharp-Hughes Tool Company, která byla následně po Sharpově smrti a prodeji jeho akcií Hughesovi staršímu jeho vdovou přejmenována na Hughes Tool Company. Vrták Hughes používal dva kuželovité ocelové válečkové kužely s frézovanými zuby.

Hughesův dvoukuželový rotační vrták, přezdívaný „požírač skály“, pronikal do středního až tvrdého kamene rychlostí desetkrát vyšší než kterýkoli předchozí nástavec. Tato inovace vedla k revoluci v těžbě ropy. Během následujících dvou desetiletí rotační vrtání s válečkovými korunkami z velké části nahradilo všechny ostatní metody vrtání na ropných polích. V roce 1933 vytvořili inženýři Hughes Tool tříkuželový rotační bit a v letech 1934 až 1951 se podíl Hughes na trhu přiblížil 100 %. Hughes Jr. se díky válečkovému udidlu svého otce stal jedním z nejbohatších mužů světa. U příležitosti 100. výročí dvoukuželového vrtáku Hughes jej Americká společnost strojních inženýrů (ASME) 10. srpna 2009 uznala za historickou památku strojního inženýrství.

Na konci první třetiny 3. století si rotační vrtání zcela podmanilo ropný průmysl. Změny v konstrukci a technologii zařízení vedly k více než desetinásobnému zvýšení rychlosti penetrace a snížení nákladů na vrtné operace, zatímco hloubka vrtů byla zvýšena na 4–4 km. Tato metoda však měla své nevýhody, včetně objemnosti vrtného nástroje: při hloubce vrtu 200 km vážila kolona vrtných trubek více než XNUMX tun a většina energie byla vynaložena na otáčení kolony, nikoli na prohloubení samotné studny. Řešení tohoto problému bylo nalezeno umístěním motoru, který otáčí vrtákem hluboko ve studni.

Prvním takovým zařízením byl turbodrill, který v roce 1922 vytvořil sovětský vědec Matvey Kapelyushnikov (1886-1959). Moderní turbodrill je vícestupňový hydromotor. Tato metoda umožňuje, aby bit byl poháněn motorem umístěným přímo nad bitem. Při tomto způsobu vrtání se neotáčí celá sestava, ale otáčí se pouze spodní část. Motor pracuje díky tlaku jílového roztoku, který je přiváděn přes vrtací potrubí. Vrtná kapalina vstřikovaná do vrtu k propláchnutí dna otáčí rotory, jejichž síla se přenáší na korunku. Později se objevily další typy ponorných motorů, například elektrické a šroubové. V současné době tvoří vrtání pomocí vrtných motorů více než 90 % práce. Samotné vrtání v tomto případě probíhá se střídavým směrovým (bez rotace celého sloupu) a rotačním režimem (s rotací sloupu). Právě tato metoda vrtání umožnila vybudovat nejen vertikální, ale i horizontální studny.

Vlastnosti válečkových bitů

Moderní válečkový bit se skládá ze tří válečků, na kterých jsou speciální zuby vyrobené ze zvláště odolných materiálů, jako je karbid wolframu. Jsou vybaveny proplachovacími zařízeními, kterými je pod vysokým tlakem přiváděna speciální vrtná kapalina. Frézy se snadno otáčejí a zuby jednoduše rozdrtí a zničí kámen.

Tvrdost horniny je jedním z klíčových faktorů, které jsou brány v úvahu při výběru vhodného vrtáku. Řezná struktura bitu se liší v závislosti na hornině. Měkčí horniny se vrtají válečkovým vrtákem se široce rozmístěnými, dlouhými, vyčnívajícími zuby. Zatímco tvrdší útvary se vrtají bity s menší roztečí a kratšími zuby. Válcové bity jsou všestranné a dokážou proříznout mnoho typů formací.

Bity jsou dále klasifikovány podle jejich vnitřních ložisek. Každý bit má tři rotující kužely a každý z nich se bude při vrtání otáčet kolem své vlastní osy. Vrtací trubka se bude otáčet ve směru hodinových ručiček a frézy se budou otáčet proti směru hodinových ručiček. Každý váleček se otáčí kolem své osy pomocí ložiska. Ložiska se opět dělí hlavně do tří typů: otevřené ložiskové bity, utěsněné ložiskové bity a čepové ložiskové bity.

Otevřené ložiskové bity poskytují snadný přístup k ložiskům a umožňují jejich rychlou výměnu v případě potřeby. Utěsněné ložiskové bity chrání ložiska před vrtnou kapalinou a dalšími vnějšími vlivy, což prodlužuje jejich životnost. Bity s čepovými ložisky se používají v aplikacích vyžadujících vysoké zatížení bitu, protože poskytují větší stabilitu a odolnost.

Všechny tyto inovace a vylepšení v technologii vrtání a designu bitů přispěly k významnému pokroku v ropném průmyslu, což umožňuje vrtat hluboké a složité vrty s vysokou účinností a spolehlivostí. To zase vedlo ke zvýšení příležitostí pro průzkum a těžbu ropy a zemního plynu, což přispělo k rozvoji globální energetické infrastruktury.

První typ může sestávat z jednoho nebo více kulových nebo válcových fréz. Ty jsou namontovány na ložiskách na nápravách sekcí. Lze použít kluzná nebo valivá ložiska nebo jejich kombinaci.

Druhým typem je kované tělo, na kterém jsou umístěny čepele. Jejich boční plochy jsou vyztuženy speciálními zuby, které zjednodušují kalibraci stěn studní. Kromě toho jsou samotné čepele také vyztuženy tvrdou slitinou – to se provádí za účelem zvýšení jejich odolnosti proti opotřebení a tím i životnosti.

Kromě hlavní klasifikace existuje mnohem více typů a podtypů bitů. Tato distribuce usnadňuje orientaci v odrůdě a zjednodušuje výběr vhodného bitu pro konkrétní situaci. Přečtěte si více o účelu, typech a rozsahu jejich aplikace dále v článku.

Účel vrtáků

Jak je uvedeno výše, vrtáky se používají k vrtání ropných, plynových, vodních nebo jiných vrtů. Ve skutečnosti tento prvek plní následující funkce:

• ničení půdy v obličeji;
• hluboké pronikání;
• vyrovnání stěn studny.

Dláta jsou široce používána v mnoha oblastech, kde je nutné provrtat půdu. Například pokud potřebujete udělat studnu nebo shromáždit informace o složení půd a vyhodnotit je. Ropný a plynárenský průmysl se bez tohoto zařízení na řezání hornin neobejde, protože právě to umožňuje nejúčinnější vrtání vrtů různých velikostí a hloubek.

Podle účelu jsou bity rozděleny do tří velkých skupin:

• pro kontinuální vrtání – destrukce v jedné rovině nebo v krocích;
• pro jádrové vrtání – destrukce po obvodu;
• speciální.

Při geologickém průzkumu se často používají typy jader, protože umožňují získat vzorky půdy.

Vrtáky a jejich klasifikace je něco, co je třeba pečlivě prostudovat. Každý typ má své vlastní vlastnosti a účel. Zejména bude zváženo:

• válečkový kužel;
• čepelový;
• diamant;
• frézování

Tyto typy se nejčastěji používají pro vrtání ropy, plynu nebo jakéhokoli jiného typu vrtů.

Válcové bity

Jeden z nejuniverzálnějších nástrojů pro řezání hornin, který je široce používán ve všech průmyslových odvětvích. Má drtící nebo drticko-střižný účinek, čímž vytváří jamku požadovaného průměru. Toto dláto je určeno pro abrazivní i neabrazivní horniny jakékoli tvrdosti.

Struktura bitu je poměrně složitá, neboť je založena na pohyblivých prvcích – ložiskách. Vzájemně svařené sekce jsou vybaveny rotačními frézami. Ten může mít kuželovitý nebo válcový tvar. Díky nim dochází k nárazu nebo nárazu-smyku.

Poslední způsob je nejúčinnější, protože kvůli prokluzování fréz je možné vytvářet další třísky.

Rozsah použití nástroje závisí na počtu fréz:

• jednokuželové – pro vrtání studní do velkých hloubek;
• dvoukužel – v geologickém průzkumu;
• trikon – ropné, plynové vrty;
• čtyřkuželový – do náročných podmínek.

Typy válečkových kuželových vrtáků nemají jasnou specializaci a v případě potřeby nic nezakazuje použití jednokuželových namísto tříkuželových.

Vše závisí na tom, jaký druh ropy nebo jiného vrtu by měl nakonec dopadnout.

Břitový bit

Z hlediska designu je takový sekáč mnohem jednodušší než válečkový bit. Ve skutečnosti je to jednoduše tělo, ke kterému je připojeno několik čepelí. Tento nástroj na řezání hornin je nejúčinnější v měkkých, uvolněných horninách. Čepelový vrták je schopen pracovat při vysokých rychlostech a za příznivých podmínek produkovat působivé výsledky vrtání. Například na jeden průjezd je více než možné ujet zhruba 1500 metrů.

Dnes jsou prezentovány následující typy čepelových vrtáků:

• jednobřité – pro cementové zátky;
• dvoučepel;
• třílaločný;
• tříbřité, brusné řezání;
• šestilaločný.

Ve výše uvedeném seznamu jsou všechny typy, kromě jednobřitých, určeny pro docela plastické a měkké horniny.

Poslední tři se používají, když je potřeba ropný nebo plynový vrt, protože mají větší průměr.

Pro prodloužení životnosti nástroje je použito vyztužení nejen samotného ostří, ale i jeho styčné hrany. To umožňuje snížit destruktivní účinek hornin a také přispívá k vytvoření hladších a rovnoměrnějších stěn studní.

Diamantové dláto

Pokud se plánuje, že vrt bude procházet řadou hornin různé tvrdosti, často se používají diamantové bity. Samotný nástroj je určen pro střední tvrdost, ale používá se i tehdy, když se tvrdé kameny střídají s měkkými. Za optimální jsou považovány středně tvrdé horniny.

K destrukci vrstev dochází v důsledku jejich oděru. Součástí bitu jsou diamantové řezné prvky, které zajišťují ničení hornin. Celkový výkon bitu přímo závisí na kvalitě a velikosti použitých diamantů.

Podle typu jejich umístění se rozlišují:

• jednovrstvé dláto;
• vícevrstvé dláto.

Kromě toho existuje klasifikace, která je založena na umístění pracovních prvků:

• radiální;
• spirála;
• vykročil.

Přes svůj poměrně působivý výkon a výhody je diamantový vrták velmi náročným nástrojem. Pokud se mu tedy při vrtání ropného vrtu dostane do cesty kovový předmět nebo prostě příliš tvrdý kámen, nástroj selže: diamantový prvek se může rozdělit nebo vypadnout z těla. Špatné proplachování však také způsobí, že bit selže nebo bude pracovat méně efektivně.

Frézovací bit

Frézovací typy vrtáků jsou ve srovnání s jinými typy nástrojů pro řezání hornin mnohem jednodušší v konstrukci a také mnohem pevnější a stabilnější. Konstrukce takového bitu je monolitické tělo. Jsou do něj zalisovány drtící prvky, které zajišťují vysokou účinnost.

Na rozdíl od svých analogů se frézovací dláto nebojí tvrdých materiálů nebo kovových prvků.

Často se například používá k proražení betonové nebo cementové zátky. Pokud z nějakého důvodu ve studni zůstane fréza, odstraní se pomocí frézovacích bitů.

Navzdory všem jeho výhodám existuje řada omezení:

• není vhodný pro viskózní plemena;
• rychlá penetrace je nemožná;
• poměrně primitivní způsob praní.

Nicméně tento nástroj na řezání hornin je prostě nepostradatelný pro vrtání ropy, plynu a jakýchkoli jiných vrtů. Takové dláto se nejčastěji používá jako pomocný prvek, ale v některých případech se používá také jako hlavní.

Vrtání studní