Pyörivä porausmenetelmä

Kääntöpöydän käyttö pyörivässä porausprosessissa

Rullataltta, kun se on asennettu pyörivään pöytäjärjestelmään

Pyörivä poraus menetelmä on menetelmä, jota käytetään maaperäkairauksen ja käytetään pääasiassa pystysuoraa tai hieman kalteva syväkairausta varten raakaöljyn , maakaasun tai geotermisen poraus . Pyörivän porausprosessin pääpiirre on pyörivä poraputki. Vaikka pyörivää pöytäkäyttöä ja klassista pyramidin muotoista tornia (laitetta) käytettiin pitkään 1900-luvulla, ja suuri osa työstä oli tehtävä manuaalisesti, nykyaikaiset järjestelmät toimivat usein mastojen kanssa, poratankoa käytetään jonka teho pyörivä pää ja työ on erittäin koneistettu.

Klassisen pyörivän pöydän käyttölaitteen osat

Pyörivä porausprosessi kehitettiin ja kehitettiin ensisijaisesti Yhdysvalloissa, joten monia englanninkielisiä termejä käytetään kääntämättä saksaksi. Saksan kielellä on myös omat tekniset terminsä tai tekniset termit kaivostoiminnasta, jotka on ensin selitettävä yksittäisten porausprosessien ymmärtämiseksi.

• Jos tangot ruuvataan yhteen tai vetokuppiin tai talttaan, ruuviliitäntä on kiristettävä suurella momentilla . Tätä kutsutaan vastalaskuksi. Tämä momentti on vapautettava uudelleen, kun sitä irrotetaan. Tätä kutsutaan rikkomiseksi. Klassisessa pyörimisprosessissa suuri vääntömomentti kohdistetaan pyöröpihteillä, joita kutsutaan myös konepihteiksi.
• Jos poranterää on vaihdettava, koko sauva on vedettävä Kellystä tai poratangosta (tästä nimi Kelly-porausprosessi ) pyörivässä pyörivässä päässä taltalle ja asetettava sitten takaisin . Tätä prosessia kutsutaan edestakaiseksi matkalle. Kun vedetään poratankoa, huuhtelupää vaihdetaan hissiin , tarttujaan, joka tarttuu tangon päähän. Erittäin mekanisoidussa prosessissa, jossa on teho-pyöröpää, hissi käännetään yleensä hydraulisesti pyörivän pään eteen.
• Siirto: Edestakaisen matkan aikana kaikkia tankoja ei ole irrotettu korkeammissa porauslaitteissa, vaan ne sijoitetaan useiden tankojen ryhmiin (poratornin korkeudesta riippuen kaksi tankoa kaksoistelineelle, kolme sauvaa korkeammalle kolmelle jalustalle) sormialustassa. Tällaista yhdistystä kutsutaan junaksi. Yksittäisiä junia ei voi pysäköidä, parhaimmillaan yksittäisiä tylsiä tankoja.
• Jos porajonoa on täydennettävä toisella tangolla, sitä kutsutaan uudelleensijoittamiseksi.

Derrickin piirustus

1. Säiliö tai lampi porausnesteelle
2. Tärisevä seulanpuristin ja keskipakoerottimet Desilter and Desander '. Tässä pistokkaat, ts. Porattu kallio, erotetaan porausnesteestä.
3. Kastepumppujen imuputki
4. Kastelupumppu
5. Derrick-käyttö (enimmäkseen dieselmoottorit)
6. Huuhtelupumpun ja tyhjennysputken välistä korkeapaineista letkua kutsutaan värähteleväksi letkuksi, koska se voi osua tai täristä voimakkaasti pumpun painehuippujen vuoksi.
7. Hissi päävetona
8. Standpipe
9. Letku huuhtelupäähän, Kelly-letku, Kelly-housut
10. Goose Neck , putki kyynärpää sillä huuhteluletku, joka tunnetaan myös taivutettavalla
11. Kloben- matkustuslohko . Lohko on hissin hihnapyöräjärjestelmän pohjaosa.
12. Köyden porauslinjalla hissi
13. Tornirullalaakeri Crown Block . Tornirullalaakeri on nostimen hihnapyöräjärjestelmän ylin lohko.
14. Derrick itse
15. Apinataso, puomialusta tai riippuva alusta Monkey Board : Tässä vaiheessa näyttelijä irrottaa junat hissistä edestakaisen matkan aikana ja sijoittaa ne sormialustalle, joka on suoraan kytketty apinatasoon.
16. Poraputken telineen junat (porausputkista)
17. Junien varaston alaosa, yleensä puusta, jotta junien säikeet eivät vahingoitu.
18. Huuhtelupää
19. Kelly , vetotanko. Kelly on prismainen putki, jossa on neliö, kuusikulmainen tai kahdeksankulmainen pohja. Kellyn ylä- ja alaosassa ovat kartiomaiset kierteet, jotka ovat tavallisia poraputkelle.
20. Levysoitin. Levysoitin tai porauspöytä on yksinkertaistettuna vaakasuora pyöreä levy, jossa on keskireikä, joka sijaitsi työtasolla alussa, nykyaikaisemmissa järjestelmissä on upotettu työtasolle ja jonka läpi poratangot vedetään sisään . Kääntöpöytää ohjaa suuri kuulalaakeri, ja se asetetaan pyörimään derrick-käytöllä. Siinä on reikiä kuljettajan nastoille, mikä kääntää sitten Kellyä.
21. Työtaso tai pöytä
22. Kellonipan huuhteluputki
23. ja 24. reikäohjauslaitteen puhalluksen esto (BOP)

25. Poraa tangot

26. Poranterä

27. Putkiston pää

28. Porausnesteen paluulinja

Ei esitetty tässä, levysoittimen vieressä on putki, joka kulkee hieman kulmassa maahan, jossa seuraavaa poratankoa pidetään tangon, hiirenreiän, jatkamiseksi. Joillakin laitoksilla on toinen varastoputki, johon Kelly voidaan sijoittaa, jota kutsutaan sitten Ratholeiksi.

Derrickillä on muita tärkeitä laitteita, joita ei näytetä:

• Nostimen lisäksi tornissa on ylimääräisiä ketjunostimia tai köydenostimia apuvinsseinä , ns. Ilmavinsseinä . Kun vaakasuora kaapeli vedetään tai vuotaa apinavaiheelle, kaksi lavamiehet tuovat kaulukset sormialustalle. Pihdit ja muut raskaat työkalut riippuvat omissa ilmavinsseissään. Yksittäiset poratangot vedetään ilmavinssillä catwalkin vaakasuorasta tankotilasta luiskan (putkiramppi) yli oven läpi ja sijoitetaan hiiren reikään.

• Pöydällä on Absetzkeile (alushousut), jolla porajonoa tuetaan, jotta ne eivät putoa takaisin reikään, kun se vedetään porausreiästä. Kun tylsää tankoa siirretään uudelleen, käytetään käsipiiloa, edestakaisen matkan aikana on myös automaattisia kiiloja, jotka jäävät levysoittimen reikään matkan aikana, joten niitä ei tarvitse nostaa uudestaan ​​ja uudestaan.

• Pyöröpihdeillä tangot kiristetään (lukitaan) ja vapautetaan toisistaan ​​(rikkoutuvat), kun ne on kierretty yhteen. Alun perin putket ruuvattiin ketjulla ja lukittiin sitten pihdeillä.Myöhemmin tässä menetelmässä käytettiin mekaanisia apuvälineitä putkien kääntämiseen, kehrääjät, kuten z. B. spinnerhawk ja Kelly- kehrä Kelly-baariin , ja ei täysin vaaraton työ spinner-ketjun kanssa rajoittui poikkeustapauksiin. Alussa pihtiä käytettiin lihasvoimalla, myöhemmin vastavoima tai murtuminen kohdistui vuotoihin ja nykyään enimmäkseen hydraulisesti käytetyillä köysi- tai ketjunostimilla, joita kutsutaan kissanpäiksi (kateadeiksi). Työn etenemisen myötä hydrauliset pihdit esiteltiin ensin. Lopuksi Iron Roughneckin kiekkoa ja pihtejä kutsuttiin myös nimellä Hydraulic Roughneck, hydraulinen katkaisija / laskuri.

Prosessit ja tekninen kehitys

Mitä suurempi syvyys porakaivoon ajetaan, sitä suurempi tekninen ponnistus. Karkeasti voidaan sanoa, että syvyyden kasvaessa on aloitettava suurempi reiän halkaisija. Joten on ymmärrettävää, että poraussauvoja voitaisiin edelleen torjua ja rikkoa käsin ketjuputkiavaimella vuodesta 1901 lähtien ensimmäisissä porausreikissä, mutta nykyään koneella varustetut laitteet vastatoimintaa ja murtamista varten, kuten raskaat pihdit, joita käytetään kissan kautta on käytettävä päitä, hydraulisia putkipihtejä tai rautaa.

Normaalin poratangon pituus on noin 9 m. Jos koko poratanko on vedettävä taltan käytön jälkeen, se tarkoittaa, että keskisyvällä noin 2000 metrin syvyisellä reiällä on jo vedetty 222 tankoa , rikki, irrotettu, pysäköity, on ruuvattu yhteen ja vastattava. Roughneckiksi kutsuttujen työntekijöiden työ työtasolla ja Derrick Maniksi kutsutun työntekijän apinatasolla ei ole työturvallisuuden kannalta vaaraton, raskaita osia on siirrettävä, yksi toimii suojaamattomien osien läheisyydessä. liikkua suurilla voimilla ja energialla, joskus huimaavilla korkeuksilla, ja varsinkin kun on kyse poraustöistä, aika on rahaa. Lisäksi syvä reikä voi aiheuttaa helposti syttyviä kaasuja ja nesteitä. Rotary-prosessin tekninen kehitys liittyi siis lähinnä pyrkimyksiin tehdä työstä nopeampi ja turvallisempi ja päästä toimeen mahdollisimman vähän henkilöstöä käyttäen. Riippumatta ominaisuuksien porattavan kiven kautta, tarvittava aika ruuvaamalla ja torjua tai rikkomisesta ja kiertämällä tangon sekä nopeutta nostin määrää matkan nopeuden (suunnilleen sama kuin Englanti termejä matkan nopeutta tai laukeamisnopeus ) ja on tärkeä syvän kaivon kustannustekijä. Jos tangon tai säikeen vetämiseen tai sijoittamiseen on määritetty 2 minuutin aika, 30 säiettä voidaan sijoittaa uudelleen tunnissa. Englanninkielisessä maailmassa laukaisunopeus on 30 seisonnia tunnissa (30 junaa tunnissa). Saksalaiset valmistajat ilmoittavat matkanopeuden metreinä tunnissa. Junan pituus sisältyy myös tähän. Tämä derrickin suorituskykymitta osoittaa, että sen suorituskyky riippuu muun muassa sen korkeudesta, koska mitä korkeampi derrick, sitä pidempiä junia voi pysäköidä. Öljynporauslautat luokitellaan muun muassa junien pituuden mukaan:

• Yksittäinen vastaa putkea, tämä vastaa 30 jalkaa tai 9 metriä
• Tupla vastaa kahta putkea, tämä vastaa 60 metriä tai 18 metriä
• Triple vastaa kolmea putkea, tämä on 90 jalkaa tai 27 m

Oli myös yksittäisiä ilmoituksia järjestelmistä, joissa oli neljä putkipituista junaa.

Yhden laukaisunopeus olisi 270 m / h laukaisunopeudella 30 junaa tunnissa. Tupla-auton ajonopeus on 540 m / h samalla laukaisunopeudella ja kolminkertainen saavuttaa jopa 810 m / h. Vertailun vuoksi nykyaikaisen järjestelmän suorituskyky: Streicher ilmoittaa VDD 370: nsa suorituskyvyn yhdellä mastolla, jonka ajonopeus on jopa 400 m / h. Tämä saattaa tuntua suhteellisen hitaalta, sillä hyvin koulutettujen karkeakaularyhmä voi laajentaa junan kolminkertaiseksi vajaassa 2 minuutissa, mutta on otettava huomioon, että modernit, erittäin mekanisoidut järjestelmät tulevat toimeen huomattavasti vähemmän henkilökuntaa.

Porata

Rullakruunun sivu- ja etunäkymä poraushalkaisijalle 17,5 tuumaa (= 445 mm)

Kun alun perin käytettiin vain ns. Kalanmiekka-taltteja, jotka aiheuttivat erittäin suuren vääntöjännityksen poratangolle (pultattu putkijono), käytetään nykyään rullataltoja tai kruunutaltoja. Telarullissa on yleensä kolme hammastettua kapenevaa telaa, jotka on järjestetty kulmassa toisiinsa nähden. Kun poranterä on asetettu pyörimään, kartiomaiset rullat pyörivät porausreiän pohjalta ja murskaavat prosessissa porattavan kiven. Hard rockia varten on rullataltat, joiden hampaat on nastoitettu kovametallitapeilla . Myös PDC-taltteja (ilman liikkuvia osia), joissa on keinotimantteja , leikkauskeramiikkaa tai kovametallia , erityisesti kovakiven kanssa .

Keskikokoinen syväporauslaite jatkokaivoon noin 2000 m syvässä öljyvarastossa. Poraa ohjaa ylempi käyttölaite derrickin hihnapyörän lohkossa. Derrickin ympärillä on järjestelmiä pääasiassa huuhtelunesteen syöttämistä ja valmistamista varten.

Murskattu kallio poistetaan jatkuvasti huuhtelunesteellä, joka syötetään poraputken läpi ja poistuu kärjestä ja saavuttaa maan pinnan porausreiän ja poraputken välisessä rengasmaisessa tilassa. Porausnesteeseen koostuu pääasiassa vedestä ja savi jauhe, johon on lisätty baryyttia jauhe , joka johtuu sen suuri tiheys lisää vakavuutta paine nesteessä siinä määrin, että se stabiloi suojaamattomalla porausreiän ja kiviainesta, joka on murskattu poran bitti voidaan kuljettaa maan pinnalle. Lisäksi huuhteluneste yhdessä voimakkaiden huuhtelupumppujen kanssa mahdollistaa porausominaisuuksien merkittävän parantamisen, koska neste tulee ulos poranterän suuttimista yli 100 metrin sekunnin nopeudella ja vaikuttaa siten merkittävästi poistoon of Rock. Savihuuhtelulla on myös ominaisuus, että sen viskositeetti vaihtelee virtausnopeuden ( tiksotropian ) mukaan. Jos huuhtelupumput epäonnistuvat, huuhtelu loppuu ja muuttuu geelimäiseksi tietyn ajan kuluttua. Tämä estää renkaassa olevat pistokkaat uppoamasta reiän pohjan suuntaan ja estää siten terän juuttumisen.

Huuhteluneste, joka on saavutettu huipulle, puhdistetaan kivimateriaalista, joka on tuotu värähtelevien seulojen (liuska ravistin) ja keskipakoiserottimien (desander ja desilter) avulla ja voidaan siten - lisäyshäviöiden täydentämisen jälkeen - käyttää uudestaan ​​ja uudestaan.

Pyörimisprosessissa poranterä pyörii poraputken avulla.

Hyvin syvien tai suunnattujen reikien kohdalla ei yleensä käytetä pyöröporausmenetelmää, vaan poraturbiinia (tai maanalaista poramoottoria), joka sijaitsee suoraan poranterän yläpuolella. Tällöin poratanko ei pyöri, vaan palvelee vain kärjen etenemistä ja huuhtelunesteen syöttämistä, joka myös käyttää turbiinia.

Klassisessa pyörivässä porausprosessissa porausnauhaa pyöritettiin tavallisesti ns. Kääntöpöydän avulla porauslautan työtasolla. Poratangon yläpään muodostaa neliö-, kuusikulmainen tai kahdeksankulmainen ohjaustanko (Kelly), joka siirtää pyörivän liikkeen kääntöpöydästä sauvaan kuljettajan välityksellä, joka on kytketty levysoittimeen tappien avulla, ja johon huuhteluneste toimitetaan myös.
Nykypäivän porauslautat on varustettu yleensä voiman pyörivällä päällä (engl. Top Drive ), jolloin vetotanko eliminoidaan ja siten poran merkkijonon jatkuvasti tarvittava jatke yksinkertaistaa uudelleensijoittamista.

Seuranta

Kuten jo mainittiin, poraputki koostuu yleensä 30 jalan osista (johtuen porausmenetelmän alkuperästä Yhdysvalloista ; noin 9 m). Jokaisen 9 metrin porauksen jälkeen koko poranaru nostetaan ensin nostimella, hihnapyöräjärjestelmällä , jota varten derrick rakennetaan, niin että koko käyttösauva ja hyvä 1 m ylhäältä poratangosta ulkonevat porakaivosta. Poran kieli varmistetaan sitten putoamista vastaan ​​kiiloilla kääntöpöydässä laipan kärjen alapuolella vetotankoon, ja vetotanko rikkoutuu ja irrotetaan. Vetotanko ruuvataan sitten kiinni ja lukitaan sauvaelementillä, joka on käytettävissä hiirenreiän kääntöpöydän vieressä. Sitten vetotanko uudella tankoelementillä ruuvataan takaisin poratankoon ja lukitaan, tankoa nostetaan, kunnes käden kiilat ovat vapaat, sitten kiilat poistetaan ja koko putkijono lasketaan alas, kunnes taltta on tarvittavalla paineella kuolee Saavutti ainoan. Porataan vielä 9 metriä. Kuvattu muutosprosessi kestää 1,5–4 minuuttia.
Poraputken rikkominen tai vastakkainen kääntöpöydällä on liian vaarallista ja siksi kielletty. Kierrätystä rikkoutumisen jälkeen käytetään useimmiten kääntöpöytää, alempaa putkea pyöritetään. Uuden putken kiinnittämiseksi ylempi putki on käännettävä. Aikaisemmin tämä tehtiin osittain käsin pienillä putken halkaisijoilla, myöhemmin selkärangan ketjulla, jolloin sormet, käsi tai käsivarsi voitiin helposti puristaa tai kääriä putkea vasten, jos niitä käsiteltiin väärin. Siksi tämä on sallittua vain poikkeustapauksissa. Kauluksia kiristettiin toisinaan ketjuputken avaimella, mikä oli aikaa vievää. Ajan myötä virtalähteet näyttivät mahdollistavan ylemmän tangon pyörimisen, joka tunnetaan nimellä kehräilijät, kuten Kelly-kehruulaite ja spinnerhawk. Nykyaikaisissa järjestelmissä on edellä kuvattu rauta-kaula, jossa on pihdit ja kiekko, joka tarvitsee vain nostaa ruuvitankoon asti ja suorittaa sitten käyttövipujen ohjaama pihtityö.

Meno-paluu matka

Kuluneen tai viallisen poranterän vaihtamiseksi koko tanko on vedettävä ulos jo poratusta reikästä. Tämä tehdään yleensä junissa, joissa on 2 - 4 tankoelementtiä, toisin sanoen derrickin korkeudesta riippuen 2 - 4 tankoelementtiä pysyy ruuvattuina. Poran narun täydellistä vetämistä ja uudelleen asettamista kutsutaan edestakaiseksi matkalle . Saksan porakielessä, jota ei juuri käytetä nykyään, tätä kiinniottoprosessia, taltan vaihtamista ja sisäänpääsyä kutsuttiin taltamarssiksi .

historia

Jo vuonna 1844 britti Robert Beart rekisteröi porausmenetelmää koskevan patentin, joka vastaa pitkälti nykyaikaista pyörivää syväporausmenetelmää. Pyörivällä taltalla kaavittu kallio poistetaan jatkuvasti huuhtelunesteellä, joka pumpataan alas poratangon läpi ja joka nousee taltasta. Korkeat tekniset vaatimukset (suuren voiman siirtäminen liikkuvaan poratankoon, huuhtelunesteen jatkuva syöttö jatkuvasti pyörivään putkeen, tarve säätää poranterään vaikuttavaa kuormitusta) estivät konseptin toteutuksen pitkään. Jopa suurimman osan ongelmien ratkaisemisen jälkeen kiertomenetelmän katsottiin olevan liian altis vikaantumiselle ja siten huonompi kuin vasaraporaustapa ensimmäisen maailmansodan jälkeen .

Rotary-menetelmän ensimmäinen kuuluisa sovellus oli poraus Spindletop-kukkulalla lähellä Beaumontia, Texas , joka kohtasi korkeapaineöljyä 10. tammikuuta 1901 347 metrin syvyydessä. Seurauksena oli valtava purkaus, jonka seurauksena noin 100 000 tynnyriä raakaöljyä heitettiin hallitsemattomasti kaivosta ja poistettiin muodostuneesta öljyjärvestä. Yhtäkkiä Yhdysvaltain öljyntuotanto oli kolminkertaistunut.

Yleisesti tunnettu Spindletop intoilija tai Lucas intoilija (kun reikä johtavien geologit Anthony Lucas - nimeltään - natiivi Antonio Luchich) tunnettu tapahtuma oli Texasissa maaöljyn puomi pysyviä vaikutuksia talouteen ja Yhdysvaltojen paeta.

kirjallisuus

• G. Robello Samuel: Johdanto pyöröporaukseen . (Porausteknologiasarja; Segmentti 1) Petroleum Extension Service, Jatkuvan ja innovatiivisen koulutuksen osasto, Texasin yliopisto, Austin, Austin, TX, 2014, ISBN 978-0-88698-259-1 .
• Heinrich-Otto Buja: Syvä-, matala-, maalämpö- ja vaakaporaustekniikan käsikirja: poraustekniikka perusteisiin ja sovelluksiin. Vieweg + Teubner, Wiesbaden 2011, ISBN 978-3-8348-1278-0 , erityisesti sivut 367-372, 394-407.
• Ödön Alliquander: Moderni pyörivä poraus. 2., täysin tarkistettu. ja exp. Toim., Saksalainen kustantaja perustoimialalle, Leipzig 1968.
• Springer, FP: Syvän porausmenetelmän historiasta oppikirjojen ja erikoiskirjojen näkökulmasta , Erdoel-Erdgas-Kohlen ( ISSN  0179-3187 ) Vuosikerta 125, H. 7/8 (2009), s. 308-314.