Peralatan Pengeboran Lubang Bawah Tanah Tipe Sekrup — Pengetahuan Dasar
Gambaran Umum Alat pengeboran lubang bor tipe sekrup adalah alat bertenaga volumetrik di dalam lubang bor yang menggunakan fluida pengeboran (lumpur) sebagai sumber tenaganya, mengubah energi hidrolik menjadi energi mekanik. Lumpur yang dipompa dari permukaan melewati katup bypass ke motor di dalam lubang bor. Perbedaan tekanan antara saluran masuk dan keluar motor menyebabkan rotor berputar di dalam stator. Kecepatan dan torsi rotor ditransmisikan melalui sambungan universal (poros fleksibel) dan poros penggerak ke mata bor, sehingga memungkinkan pengeboran.
Komponen Utama Rakitan pengeboran tipe sekrup terutama terdiri dari empat rakitan utama: katup bypass, motor lumpur, sambungan universal, dan poros penggerak.
Motor lumpur adalah komponen utama. Pengalaman lapangan dan analisis teoretis menunjukkan bahwa, untuk operasi normal dan andal, penurunan tekanan per tahap motor idealnya tidak boleh melebihi 0,8 MPa; jika tidak, kebocoran fluida akan terjadi, kecepatan rotor turun dengan cepat, dan dalam kasus yang parah, putaran dapat berhenti dan motor dapat rusak. (Satu kabel motor sama dengan satu tahap.) Aliran lumpur yang digunakan di lapangan harus dijaga dalam kisaran yang direkomendasikan; aliran di luar kisaran tersebut mengurangi efisiensi motor dan meningkatkan keausan. Parameter kinerja motor menentukan kinerja utama dari seluruh rakitan pengeboran. Torsi keluaran teoretis motor sebanding dengan penurunan tekanan motor, dan kecepatan putaran keluaran sebanding dengan aliran lumpur masukan. Saat beban mata bor meningkat, rpm turun; oleh karena itu, dengan memantau aliran pompa permukaan dan tekanan pompa (melalui pengukur tekanan pipa tegak), torsi dan kecepatan di bawah permukaan dapat disimpulkan dan dikendalikan.
Katup Bypass Katup bypass terdiri dari badan, selongsong, elemen katup (inti), dan pegas. Di bawah tekanan, elemen katup bergeser di dalam selongsong, dan posisinya mengubah jalur fluida untuk memberikan dua keadaan: bypass (terbuka) dan tertutup. Selama pengoperasian awal atau pemompaan, lubang selongsong dan badan terbuka sehingga lumpur melewati motor dan mengalir ke ruang annulus. Ketika aliran dan tekanan lumpur mencapai titik setelan katup, elemen katup bergerak ke bawah dan menutup lubang bypass; lumpur kemudian mengalir melalui motor, mengubah energi hidrolik menjadi energi mekanik. Jika aliran menjadi terlalu kecil atau pemompaan berhenti, pegas mendorong elemen katup ke atas dan katup terbuka kembali sehingga lumpur kembali melewati motor.
Konstruksi dan perilaku motor Motor terdiri dari stator dan rotor. Stator dibuat dengan merekatkan lapisan karet ke dinding bagian dalam rumah baja; lubang bagian dalamnya berbentuk spiral dengan geometri tertentu. Rotor adalah sekrup baja yang dikeraskan. Rotor dan stator saling terkait membentuk ruang tertutup spiral karena perbedaan panjang lilitannya, sehingga memungkinkan konversi energi. Rotor dapat berupa satu atau banyak lobus (kepala tunggal atau kepala ganda). Lobus yang lebih sedikit menghasilkan kecepatan lebih tinggi tetapi torsi lebih rendah; lobus yang lebih banyak menghasilkan kecepatan lebih rendah dan torsi lebih tinggi.
Sambungan universal Sambungan universal mengubah gerakan planet (eksentrik) motor menjadi rotasi stabil poros penggerak dan mentransmisikan torsi dan kecepatan motor ke poros penggerak dan mata bor. Jenis poros fleksibel umumnya digunakan.
Poros penggerak Poros penggerak mentransmisikan daya putar dari motor ke mata bor dan juga harus menahan beban aksial dan radial yang dihasilkan oleh berat pada mata bor dan kontak dengan formasi.
Persyaratan Operasional
Persyaratan fluida pengeboran. Motor tipe sekrup dapat beroperasi secara efektif dengan berbagai fluida pengeboran, termasuk lumpur berbasis minyak, emulsi, lumpur bentonit berbasis air, dan bahkan air yang relatif bersih. Viskositas dan densitas lumpur memiliki sedikit pengaruh langsung pada kinerja motor tetapi secara langsung memengaruhi tekanan sistem. Jika tekanan pada aliran yang direkomendasikan melebihi tekanan nominal pompa, aliran harus dikurangi atau penurunan tekanan di seluruh motor dan mata bor harus diturunkan. Partikel padat seperti pasir mempercepat keausan pada bantalan dan stator motor, sehingga kandungan padatan harus dijaga di bawah 1%. Setiap model motor memiliki rentang aliran input tertentu di mana efisiensi baik; titik tengah rentang tersebut umumnya merupakan aliran operasi optimal.
Kontrol tekanan lumpur dan tekanan pompa. Ketika motor tidak menyentuh dasar sumur dan aliran konstan, penurunan tekanan di seluruh motor tetap konstan. Saat mata bor menyentuh dasar dan beban pada mata bor meningkat, tekanan sirkulasi dan tekanan pompa naik. Pengebor dapat menggunakan rumus: Tekanan pompa di dasar sumur (saat pengeboran) = Tekanan pompa sirkulasi di luar dasar sumur + penurunan tekanan beban motor. Tekanan pompa sirkulasi di luar dasar sumur adalah tekanan pompa saat motor tidak menyentuh dasar sumur (juga disebut tekanan pompa bebas di luar dasar sumur atau tekanan pompa sirkulasi). Tekanan ini bervariasi tergantung kedalaman sumur dan sifat lumpur, sehingga bukan merupakan konstanta tetap. Dalam praktiknya, cukup menggunakan tekanan di luar dasar sumur yang diukur tepat setelah mata bor diangkat sebagai nilai perkiraan untuk perhitungan kontrol. Ketika tekanan pompa di dasar sumur mencapai maksimum yang direkomendasikan motor, motor menghasilkan torsi optimalnya; peningkatan beban pada mata bor selanjutnya akan meningkatkan tekanan pompa dan, jika tekanan desain maksimum terlampaui, motor dapat macet. Dalam hal ini, pengebor harus segera mengurangi beban pada mata bor untuk mencegah kerusakan internal.
Penanganan dan Penggunaan
Catatan umum sebelum penggunaan pertama: Sambungan berulir antar komponen disiapkan di pabrik dengan perekat anaerobik dan dikencangkan sesuai nilai yang ditentukan; pengencangan ulang sebelum penggunaan pertama biasanya tidak diperlukan.
Inspeksi permukaan sebelum memasukkan alat ke dalam lubang.
Angkat rakitan menggunakan sub-rakitan pengangkat dan letakkan di atas meja putar sehingga katup bypass berada di atas meja dan mudah diamati. Pasang selip pengaman dan lepaskan sub-rakitan pengangkat.
Periksa pengoperasian katup bypass: tekan elemen katup ke bawah dengan tongkat kayu dan lepaskan; pegas harus mengembalikan elemen dengan lancar. Ulangi 3–5 kali untuk memastikan tidak ada kemacetan.
Dengan lubang bypass di bawah meja putar, nyalakan pompa sebentar: lubang bypass harus tertutup, motor harus menyala, dan sambungan penggerak harus berputar. Setelah pompa berhenti, elemen katup harus kembali ke posisi semula dan lumpur harus keluar melalui lubang bypass, yang menunjukkan fungsi normal.
Menjalankan motor di dalam lubang
Kendalikan kecepatan putaran secara ketat untuk menghindari penurunan mendadak yang dapat menyebabkan motor berbalik arah dan melepaskan sambungan berulir internal, serta untuk mencegah kerusakan saat melewati jembatan pasir, sepatu selubung, atau tepian.
Di bagian yang dalam atau bersuhu tinggi, dan saat melewati zona pasir yang tidak terkonsolidasi, secara berkala alirkan lumpur untuk mendinginkan motor, melindungi karet stator, dan mencegah penumpukan pasir.
Kurangi kecepatan putaran saat motor mendekati dasar; lakukan sirkulasi sebelum penempatan akhir, mulai dengan aliran rendah hingga serpihan pengeboran kembali ke permukaan, lalu tingkatkan aliran sesuai kebutuhan.
Jangan membanting motor ke dasar atau membiarkannya diam di dasar.
Pengeboran dengan motor
Bersihkan dasar lubang secara menyeluruh dan ukur tekanan pompa sirkulasi di luar dasar lubang sebelum memulai pengeboran.
Terapkan beban pengeboran secara bertahap di awal. Gunakan hubungan tekanan pompa di atas untuk mengontrol operasi pengeboran.
Jangan mengebor terlalu cepat di awal; motor, mata bor, dan dasar lubang masih "sempit" dan pembersihan lubang yang tidak memadai dapat menyebabkan penggumpalan mata bor.
Torsi motor berbanding lurus dengan penurunan tekanan motor; peningkatan beban pada mata bor meningkatkan beban motor dan dengan demikian meningkatkan penurunan tekanan motor dan torsi.
Laju penetrasi yang halus dan seragam serta susunan rangkaian bor membantu menjaga kontrol kemiringan lubang bor dan akurasi arah.
Menarik keluar dari lubang dan melakukan inspeksi
Bilas katup bypass dengan air bersih dan gerakkan elemen katup ke atas dan ke bawah dengan tongkat kayu sampai tertutup dengan rapat.
Pegang rakitan tersebut dengan kunci pipa, putar sambungan penggerak searah jarum jam dengan kunci rantai sambil menyuntikkan air bersih melalui bagian atas katup bypass untuk membilas bagian dalamnya, lalu masukkan sedikit oli pelumas (oli mineral) ke dalam motor.
Kendalikan kecepatan penarikan untuk menghindari pipa tersangkut atau kerusakan pada motor.
Ukur celah bantalan; jika celah bantalan poros melebihi batas yang diizinkan, motor harus diperbaiki dan bantalan diganti. Pada motor yang menjalani perbaikan ulang atau pengerjaan ulang, celah bantalan aksial harus disesuaikan sesuai kebutuhan.
Daftar periksa permukaan sebelum pengoperasian (ringkasan)
Senyawa pengunci ulir diaplikasikan ke semua rumah kecuali sambungan katup sub-pengangkat ke katup bypass.
Pasang mata bor tipe ulir menggunakan adaptor mata bor yang tepat. Gunakan kunci rantai hanya pada ujung poros penggerak dan putar hanya berlawanan arah jarum jam (dilihat dari atas) saat memasang untuk menghindari kelonggaran ulir bagian dalam.
Angkat motor menggunakan penyangga pengangkat dan letakkan di dudukan putar; posisikan katup bypass di tempat yang mudah terlihat, kencangkan dengan klem, dan lepaskan penyangga pengangkat.
Periksa penyegelan katup bypass: tekan elemen katup ke bawah dan isi area bypass dengan air dari atas. Jika katup rapat, seharusnya tidak ada penurunan permukaan air yang signifikan. Lepaskan tongkat; elemen katup akan terangkat karena gaya pegas dan air akan mengalir merata dari lubang samping — ini menunjukkan kondisi normal.
Setelah melakukan pengoperasian awal, posisikan katup bypass di tempat yang terlihat di bawah kelly/rotary. Hidupkan pompa lumpur dan secara bertahap tingkatkan aliran hingga katup bypass tertutup. Angkat motor sedikit dan amati apakah mata bor berputar; dengan katup tertutup seharusnya tidak ada lumpur yang keluar dari bypass. Setelah mematikan pompa, pastikan bypass terbuka kembali dan lumpur keluar melalui lubang bypass. Jangan mengangkat katup bypass di atas meja putar saat pompa masih beroperasi untuk menghindari kontaminasi lantai rig.
Rakit semua sub-bagian bengkok yang diperlukan, kerah bor non-magnetik, penstabil, dll., sesuai dengan perakitan yang dirancang.
Berlari di dalam lubang — panduan tambahan
Kendalikan laju penurunan untuk menghindari kerusakan akibat jembatan pasir, tepian, atau sepatu casing. Jika bagian-bagian tersebut ditemui, sirkulasikan lumpur dan perlahan-lahan perlebar lubang sebelum melanjutkan.
Jika sub atau housing yang bengkok digunakan, sisi mata bor mungkin lebih mudah bersentuhan dengan dinding lubang bor atau sepatu casing; putar rakitan secara berkala untuk mengurangi efek pergeseran ke samping.
Untuk sumur yang dalam atau bersuhu tinggi, lakukan sirkulasi intermiten saat memulai pengeboran untuk mencegah penyumbatan mata bor dan melindungi karet stator dari kerusakan akibat panas.
Jika lumpur tidak mengalir dengan cepat melalui lubang bypass selama penurunan, kurangi kecepatan masuk atau berhenti secara berkala untuk mengisi motor dengan lumpur. Jangan menghentakkan atau meletakkan motor di dasar.
Menyalakan motor di dalam lubang
Jika motor berada di dasar, angkat motor setinggi 0,3–0,4 m dan nyalakan pompa lumpur. Catat tekanan pipa tegak dan bandingkan dengan perhitungan hidrolik. Tekanan yang sedikit lebih tinggi adalah normal karena adanya beban samping pada mata bor.
Bersihkan dasar lubang secara menyeluruh, terutama pada sumur miring. Serpihan batuan yang menumpuk memengaruhi putaran per menit (rpm) dan dapat menyebabkan belokan tajam. Sirkulasi yang tepat sambil memutar motor secara perlahan (atau memutar secara bertahap 30°–40° setiap kali) akan membersihkan serpihan batuan di dasar lubang. Setelah dibersihkan, naikkan motor 0,3–0,4 m, periksa dan catat nilai tekanan.
Masuk kembali ke dasar lubang, secara bertahap tingkatkan beban pada mata bor; torsi motor akan meningkat dan tekanan pipa tegak akan bertambah. Peningkatan tekanan pipa tegak harus sesuai dengan nilai penurunan tekanan motor yang ditentukan untuk model motor tersebut. Memantau peningkatan ini memberikan umpan balik bahwa beban motor dan berat pengeboran sudah tepat dan kecepatan motor stabil. Jaga tekanan pipa tegak dalam batas yang direkomendasikan untuk motor agar operator dapat segera mengevaluasi kondisi alat.
Jika motor tidak berada di dasar pengeboran dan tekanan sirkulasi tinggi, nosel mata bor mungkin tersumbat atau poros penggerak mungkin macet.
Berhalusinasi — tindakan pencegahan
Saat motor ditarik keluar, katup bypass berada dalam keadaan bypass (terbuka) dan memungkinkan fluida pengeboran di dalam rangkaian pipa bor mengalir ke ruang annulus, tetapi motor tidak dapat membuang fluida dengan sendirinya. Biasanya, bagian atas rangkaian pipa bor dikosongkan dengan fluida yang lebih kental sebelum motor ditarik keluar untuk memastikan pembuangan yang aman.
Setelah motor mencapai level katup bypass di dasar anjungan, lepaskan komponen bypass dan bilas motor dengan air bersih dari bagian atas katup bypass. Gunakan tongkat kayu atau gagang palu untuk menggerakkan elemen katup ke atas dan ke bawah hingga bergerak bebas. Setelah dibersihkan, pasang kembali sub pengangkat dan tarik motor keluar.
Jika tersedia fasilitas pencucian air bersih di lokasi, bilas motor secara menyeluruh sebelum disimpan.
Jika fasilitas pembersihan tidak tersedia, amankan badan motor di lantai rig, jepit dan putar ujung besar poros penggerak (ujung yang terhubung ke mata bor) dengan tang hidrolik, putar searah jarum jam (arah yang sama dengan putaran pengeboran di dalam lubang). Ini memaksa lumpur dari ruang tertutup motor untuk dikeluarkan dan membantu melindungi motor dari korosi. Praktik ini sangat penting di musim dingin untuk mencegah sisa lumpur di dalam motor membeku sebelum motor dijalankan kembali.
