เครื่องมือเจาะหลุมแบบเกลียว — ความรู้พื้นฐาน
ภาพรวม เครื่องมือเจาะหลุมแบบเกลียวเป็นเครื่องมือเจาะหลุมแบบปริมาตรที่ใช้ของเหลวในการเจาะ (โคลน) เป็นแหล่งพลังงาน โดยแปลงพลังงานไฮดรอลิกเป็นพลังงานกล โคลนที่สูบจากผิวดินจะไหลผ่านวาล์วบายพาสเข้าไปในมอเตอร์ใต้ดิน ความแตกต่างของความดันระหว่างทางเข้าและทางออกของมอเตอร์ทำให้โรเตอร์หมุนภายในสเตเตอร์ ความเร็วและแรงบิดของโรเตอร์จะถูกส่งผ่านข้อต่ออเนกประสงค์ (เพลาอ่อน) และเพลาขับไปยังดอกสว่าน ทำให้สามารถเจาะได้
ส่วนประกอบหลัก ชุดเจาะแบบเกลียวประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสี่ส่วน ได้แก่ วาล์วบายพาส มอเตอร์โคลน ข้อต่ออเนกประสงค์ และเพลาขับ
มอเตอร์โคลน มอเตอร์โคลนเป็นส่วนประกอบหลัก ประสบการณ์ภาคสนามและการวิเคราะห์ทางทฤษฎีบ่งชี้ว่า เพื่อการทำงานปกติและเชื่อถือได้ แรงดันตกคร่อมต่อขั้นมอเตอร์ไม่ควรเกิน 0.8 เมกะปาสคาล มิฉะนั้นจะเกิดการรั่วไหลของของเหลว ความเร็วรอบของโรเตอร์จะลดลงอย่างรวดเร็ว และในกรณีร้ายแรง การหมุนอาจหยุดลงและมอเตอร์อาจเสียหายได้ (หนึ่งสายไฟมอเตอร์เท่ากับหนึ่งขั้น) อัตราการไหลของโคลนที่ใช้ในภาคสนามต้องอยู่ในช่วงที่แนะนำ อัตราการไหลที่อยู่นอกช่วงนั้นจะลดประสิทธิภาพของมอเตอร์และเพิ่มการสึกหรอ พารามิเตอร์ประสิทธิภาพของมอเตอร์กำหนดประสิทธิภาพหลักของชุดประกอบการเจาะทั้งหมด แรงบิดเอาต์พุตทางทฤษฎีของมอเตอร์เป็นสัดส่วนกับแรงดันตกคร่อมของมอเตอร์ และความเร็วรอบเอาต์พุตเป็นสัดส่วนกับอัตราการไหลของโคลนขาเข้า เมื่อภาระของดอกสว่านเพิ่มขึ้น ความเร็วรอบจะลดลง ดังนั้นโดยการตรวจสอบการไหลของปั๊มบนพื้นผิวและแรงดันของปั๊ม (ผ่านมาตรวัดแรงดันในท่อตั้ง) สามารถอนุมานและควบคุมแรงบิดและความเร็วรอบใต้ดินได้
วาล์วบายพาส วาล์วบายพาสประกอบด้วยตัววาล์ว ปลอก วาล์วแกน และสปริง ภายใต้แรงดัน วาล์วแกนจะเลื่อนอยู่ภายในปลอก และตำแหน่งของมันจะเปลี่ยนเส้นทางการไหลของของเหลว ทำให้เกิดสองสถานะ คือ บายพาส (เปิด) และปิด ในระหว่างการทำงานหรือการหยุดทำงาน ช่องของปลอกและตัววาล์วจะเปิดอยู่ ทำให้โคลนไหลผ่านมอเตอร์และเข้าไปในช่องว่างระหว่างท่อ เมื่อการไหลของโคลนและแรงดันถึงจุดที่วาล์วกำหนด วาล์วแกนจะเคลื่อนลงและปิดช่องบายพาส จากนั้นโคลนจะไหลผ่านมอเตอร์ เปลี่ยนพลังงานไฮดรอลิกเป็นพลังงานกล หากการไหลน้อยลงเกินไปหรือการสูบน้ำหยุดลง สปริงจะดันวาล์วแกนขึ้น และวาล์วจะเปิดอีกครั้ง ทำให้โคลนไหลผ่านมอเตอร์อีกครั้ง
โครงสร้างและการทำงานของมอเตอร์ มอเตอร์ประกอบด้วยสเตเตอร์และโรเตอร์ สเตเตอร์ผลิตโดยการเชื่อมแผ่นยางเข้ากับผนังด้านในของตัวเรือนเหล็ก รูด้านในเป็นเกลียวที่มีรูปทรงเรขาคณิตที่กำหนดไว้ โรเตอร์เป็นสกรูเหล็กกล้าชุบแข็ง โรเตอร์และสเตเตอร์ขบกันเพื่อสร้างห้องปิดผนึกรูปเกลียวโดยอาศัยความแตกต่างของระยะนำ ทำให้เกิดการแปลงพลังงาน โรเตอร์อาจมีกลีบเดียวหรือหลายกลีบ (หัวเดียวหรือหลายหัว) จำนวนกลีบน้อยจะให้ความเร็วสูงกว่าแต่แรงบิดต่ำกว่า จำนวนกลีบมากจะให้ความเร็วต่ำกว่าและแรงบิดสูงกว่า
ข้อต่ออเนกประสงค์ (สากล ร่วมกัน) ทำหน้าที่แปลงการเคลื่อนที่แบบเฟืองดาวเคราะห์ (แบบเยื้องศูนย์) ของมอเตอร์ให้เป็นการหมุนที่คงที่ของเพลาขับ และส่งแรงบิดและความเร็วของมอเตอร์ไปยังเพลาขับและดอกสว่าน โดยทั่วไปจะใช้แบบเพลาอ่อน (ยืดหยุ่นได้-เพลา)
เพลาขับ เพลาขับทำหน้าที่ส่งกำลังหมุนจากมอเตอร์ไปยังดอกสว่าน และต้องรับแรงตามแนวแกนและแนวรัศมีที่เกิดจากน้ำหนักของดอกสว่านและการสัมผัสกับชั้นหินด้วย
ข้อกำหนดการใช้งาน
ข้อกำหนดเกี่ยวกับของเหลวสำหรับการเจาะ มอเตอร์แบบสกรูสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพกับของเหลวสำหรับการเจาะหลากหลายชนิด รวมถึงโคลนที่มีส่วนผสมของน้ำมัน อิมัลชัน โคลนเบนโทไนต์ที่มีส่วนผสมของน้ำ และแม้แต่น้ำที่ค่อนข้างสะอาด ความหนืดและความหนาแน่นของโคลนมีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของมอเตอร์เพียงเล็กน้อย แต่มีผลโดยตรงต่อแรงดันในระบบ หากแรงดันที่อัตราการไหลที่แนะนำเกินกว่าแรงดันที่กำหนดของปั๊ม ควรลดอัตราการไหลหรือลดแรงดันตกคร่อมมอเตอร์และหัวเจาะ อนุภาคของแข็ง เช่น ทราย จะเร่งการสึกหรอของแบริ่งและสเตเตอร์ของมอเตอร์ ดังนั้นปริมาณของแข็งต้องต่ำกว่า 1% มอเตอร์แต่ละรุ่นมีช่วงอัตราการไหลเข้าที่กำหนดไว้ซึ่งมีประสิทธิภาพดี โดยทั่วไปแล้วจุดกึ่งกลางของช่วงนั้นคืออัตราการไหลที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการทำงาน
การควบคุมแรงดันโคลนและแรงดันปั๊ม เมื่อมอเตอร์อยู่เหนือพื้นบ่อและอัตราการไหลคงที่ แรงดันตกคร่อมมอเตอร์จะคงที่เช่นกัน เมื่อหัวเจาะสัมผัสพื้นบ่อและน้ำหนักที่กดหัวเจาะเพิ่มขึ้น แรงดันหมุนเวียนและแรงดันปั๊มก็จะสูงขึ้น ผู้เจาะสามารถใช้สูตร: แรงดันปั๊มขณะเจาะ (ขณะอยู่ที่พื้นบ่อ) = แรงดันปั๊มหมุนเวียนขณะอยู่เหนือพื้นบ่อ + แรงดันตกคร่อมของมอเตอร์ แรงดันปั๊มหมุนเวียนขณะอยู่เหนือพื้นบ่อ คือ แรงดันปั๊มเมื่อมอเตอร์อยู่เหนือพื้นบ่อ (เรียกอีกอย่างว่า แรงดันปั๊มขณะอยู่นอกพื้นบ่อ หรือ แรงดันปั๊มหมุนเวียน) ซึ่งจะแปรผันตามความลึกของบ่อและคุณสมบัติของโคลน ดังนั้นจึงไม่ใช่ค่าคงที่ ในทางปฏิบัติ การใช้แรงดันขณะอยู่เหนือพื้นบ่อที่วัดได้ทันทีหลังจากยกแท่นเจาะขึ้นก็เพียงพอแล้วสำหรับการคำนวณควบคุม เมื่อแรงดันปั๊มขณะอยู่ที่พื้นบ่อถึงค่าสูงสุดที่แนะนำสำหรับมอเตอร์ มอเตอร์จะสร้างแรงบิดที่เหมาะสมที่สุด การเพิ่มน้ำหนักที่กดหัวเจาะต่อไปจะทำให้แรงดันปั๊มสูงขึ้น และหากเกินแรงดันสูงสุดที่ออกแบบไว้ มอเตอร์อาจหยุดทำงานได้ ในกรณีนั้น ผู้เจาะต้องลดน้ำหนักที่กดหัวเจาะลงทันทีเพื่อป้องกันความเสียหายภายใน
การจัดการและการใช้งาน
หมายเหตุทั่วไปก่อนใช้งานครั้งแรก การเชื่อมต่อแบบเกลียวระหว่างชิ้นส่วนต่างๆ ได้รับการเตรียมจากโรงงานด้วยกาวไร้อากาศและขันแน่นตามค่าที่กำหนดแล้ว โดยปกติไม่จำเป็นต้องขันให้แน่นอีกครั้งก่อนใช้งานครั้งแรก
ตรวจสอบพื้นผิวก่อนทำการขุดเจาะ
ยกชุดประกอบขึ้นโดยใช้ตัวยก และวางลงบนแท่นหมุน โดยให้วาล์วบายพาสอยู่เหนือแท่นและสามารถมองเห็นได้ง่าย ติดตั้งตัวล็อคเพื่อความปลอดภัย และถอดตัวยกออก
ตรวจสอบการทำงานของวาล์วบายพาส: ใช้ไม้กดส่วนประกอบของวาล์วลงแล้วปล่อย สปริงควรดันส่วนประกอบกลับอย่างราบรื่น ทำซ้ำ 3-5 ครั้งเพื่อยืนยันว่าไม่มีการติดขัด
โดยให้ช่องบายพาสอยู่ด้านล่างของแท่นหมุน แล้วสตาร์ทปั๊มครู่หนึ่ง: ช่องบายพาสควรปิด มอเตอร์ควรเริ่มทำงาน และข้อต่อขับควรหมุน หลังจากหยุดปั๊มแล้ว วาล์วควรกลับสู่ตำแหน่งเดิม และโคลนควรไหลออกทางช่องบายพาส ซึ่งแสดงว่าปั๊มทำงานปกติ
การเดินมอเตอร์ในรู
ควบคุมความเร็วในการทำงานอย่างเคร่งครัดเพื่อหลีกเลี่ยงการลงอย่างรวดเร็วที่อาจทำให้มอเตอร์หมุนย้อนกลับและทำให้ข้อต่อเกลียวภายในหลวม และเพื่อป้องกันความเสียหายเมื่อผ่านสะพานทราย ปลอกท่อ หรือหินผา
ในบริเวณที่มีความลึกมากหรืออุณหภูมิสูง และเมื่อผ่านบริเวณที่มีทรายไม่แข็งตัว ควรหมุนเวียนโคลนเป็นระยะเพื่อระบายความร้อนให้กับมอเตอร์ ป้องกันยางสเตเตอร์ และป้องกันการอุดตันของทราย
ลดความเร็วของมอเตอร์เมื่อใกล้ถึงก้นบ่อ หมุนเวียนน้ำก่อนการวางชิ้นงานขั้นสุดท้าย โดยเริ่มจากอัตราการไหลต่ำจนกว่าเศษวัสดุจากการเจาะจะกลับขึ้นสู่ผิวดิน จากนั้นจึงเพิ่มอัตราการไหลตามความจำเป็น
อย่ากระแทกมอเตอร์ลงกับพื้นอย่างแรง หรือปล่อยให้มอเตอร์วางนิ่งอยู่ที่พื้น
การเจาะด้วยมอเตอร์
ทำความสะอาดก้นหลุมให้สะอาดหมดจด และวัดแรงดันของปั๊มหมุนเวียนน้ำที่อยู่นอกก้นหลุมก่อนเริ่มการเจาะ
ค่อยๆ เพิ่มน้ำหนักการเจาะทีละน้อยในช่วงเริ่มต้น ใช้ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันปั๊มที่กล่าวไว้ข้างต้นเพื่อควบคุมการเจาะ
อย่าเจาะเร็วเกินไปในช่วงแรก เพราะมอเตอร์ ดอกสว่าน และก้นรูยัง "แน่น" และการทำความสะอาดรูไม่เพียงพออาจทำให้ดอกสว่านอุดตันได้
แรงบิดของมอเตอร์แปรผันตรงกับแรงดันตกคร่อมของมอเตอร์ กล่าวคือ การเพิ่มน้ำหนักบนดอกสว่านจะเพิ่มภาระของมอเตอร์ ส่งผลให้แรงดันตกคร่อมและแรงบิดของมอเตอร์เพิ่มขึ้นตามไปด้วย
อัตราการเจาะที่ราบเรียบและสม่ำเสมอ รวมถึงความยาวของชุดเจาะที่คงที่ ช่วยรักษาการควบคุมความเอียงของหลุมเจาะและความแม่นยำในการกำหนดทิศทาง
ดึงออกจากหลุมและตรวจสอบ
ล้างวาล์วบายพาสด้วยน้ำสะอาด และใช้ไม้เขี่ยชิ้นส่วนวาล์วขึ้นลงจนกว่าจะปิดสนิท
ใช้ประแจท่อจับชุดประกอบไว้ หมุนข้อต่อขับตามเข็มนาฬิกาด้วยประแจโซ่พร้อมกับฉีดน้ำสะอาดเข้าไปทางด้านบนของวาล์วบายพาสเพื่อล้างภายใน จากนั้นเติมน้ำมันหล่อลื่น (น้ำมันแร่) ปริมาณเล็กน้อยเข้าไปในมอเตอร์
ควบคุมความเร็วในการดึงเพื่อป้องกันท่อติดหรือมอเตอร์เสียหาย
ตรวจสอบระยะห่างของแบริ่ง หากระยะห่างของแบริ่งเพลาเกินขีดจำกัดที่อนุญาต มอเตอร์จะต้องได้รับการซ่อมแซมและเปลี่ยนแบริ่งใหม่ ในมอเตอร์ที่ใช้ในการกลับเข้าสู่ชั้นใต้ดินหรือการทำงานซ่อมบำรุง ควรปรับระยะห่างของแบริ่งตามแนวแกนตามความจำเป็น
รายการตรวจสอบพื้นผิวก่อนการใช้งาน (สรุป)
มีการใช้สารล็อคเกลียวกับตัวเรือนทั้งหมด ยกเว้นจุดเชื่อมต่อระหว่างตัวยกกับวาล์วบายพาส
ติดตั้งดอกไขควงแบบเกลียวโดยใช้อะแดปเตอร์ดอกไขควงที่ถูกต้อง ใช้ประแจโซ่เฉพาะที่ปลายเพลาขับ และหมุนทวนเข็มนาฬิกาเท่านั้น (เมื่อมองจากด้านบน) ขณะประกอบ เพื่อป้องกันไม่ให้เกลียวภายในหลวม
ยกมอเตอร์ขึ้นโดยใช้ตัวยึดสำหรับยก แล้ววางลงในแท่นหมุน วางวาล์วบายพาสในตำแหน่งที่สามารถมองเห็นได้ ยึดด้วยสายรัด แล้วถอดตัวยึดสำหรับยกออก
ตรวจสอบการปิดผนึกของวาล์วบายพาส: กดชิ้นส่วนวาล์วลงและเติมน้ำลงในบริเวณบายพาสจากด้านบน หากวาล์วแน่นสนิท ระดับน้ำไม่ควรลดลงอย่างเห็นได้ชัด ดึงแท่งออก ชิ้นส่วนวาล์วควรเด้งขึ้นด้วยแรงสปริงและน้ำควรไหลออกมาจากช่องด้านข้างอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งแสดงว่าอยู่ในสภาพปกติ
หลังจากเริ่มเดินเครื่องแล้ว ให้วางวาล์วบายพาสในตำแหน่งที่มองเห็นได้ใต้แท่นหมุน/แกนหมุน เริ่มเดินเครื่องปั๊มโคลนและค่อยๆ เพิ่มอัตราการไหลจนกระทั่งวาล์วบายพาสปิด ยกมอเตอร์ขึ้นเล็กน้อยและสังเกตว่าดอกสว่านหมุนหรือไม่ เมื่อวาล์วปิดแล้ว จะต้องไม่มีโคลนไหลออกจากบายพาส หลังจากหยุดปั๊มแล้ว ให้ตรวจสอบว่าบายพาสเปิดอีกครั้งและโคลนไหลออกทางช่องบายพาส อย่ายกวาล์วบายพาสขึ้นเหนือแท่นหมุนในขณะที่ปั๊มยังทำงานอยู่ เพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนพื้นแท่นขุดเจาะ
ประกอบชิ้นส่วนต่างๆ ที่จำเป็น เช่น ชิ้นส่วนโค้งงอ ปลอกสว่านที่ไม่ใช่แม่เหล็ก ตัวยึด ฯลฯ ตามแบบการประกอบที่ออกแบบไว้
การวิ่งในหลุม — คำแนะนำเพิ่มเติม
ควบคุมอัตราการลงลึกเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายจากสะพานทราย แนวหิน หรือปลายท่อกรุ หากพบส่วนดังกล่าว ให้หมุนเวียนโคลนและค่อยๆ ขยายรูให้กว้างขึ้นก่อนดำเนินการต่อ
หากใช้ตัวรองดอกสว่านหรือตัวเรือนที่งอ ด้านดอกสว่านอาจสัมผัสกับผนังหลุมเจาะหรือปลายท่อได้ง่ายขึ้น ควรหมุนชุดประกอบเป็นระยะเพื่อลดผลกระทบจากการเบี่ยงเบนทิศทาง
สำหรับบ่อลึกหรือบ่อที่มีอุณหภูมิสูง ควรทำการหมุนเวียนน้ำเป็นระยะๆ ในระหว่างการขุดเจาะ เพื่อป้องกันการอุดตันของหัวเจาะและเพื่อปกป้องยางของสเตเตอร์จากความเสียหายจากความร้อน
หากโคลนไม่ไหลผ่านช่องบายพาสอย่างรวดเร็วขณะลงน้ำ ให้ลดความเร็วในการลงน้ำหรือหยุดพักเป็นระยะเพื่อเติมโคลนเข้าไปในมอเตอร์ อย่ากระแทกหรือวางมอเตอร์ลงบนพื้นอย่างแรง
การสตาร์ทมอเตอร์ในรู
หากมอเตอร์อยู่ก้นบ่อ ให้ยกขึ้น 0.3–0.4 เมตร แล้วเริ่มเดินเครื่องสูบโคลน บันทึกแรงดันในท่อส่งน้ำและเปรียบเทียบกับผลการคำนวณทางไฮดรอลิก แรงดันที่สูงขึ้นเล็กน้อยถือเป็นเรื่องปกติเนื่องจากแรงกระทำด้านข้างของหัวเจาะ
ทำความสะอาดก้นหลุมให้ทั่วถึง โดยเฉพาะในหลุมเจาะแบบมีทิศทาง เศษหินที่สะสมอยู่จะส่งผลต่อรอบการหมุนและอาจทำให้เกิดการเบี่ยงเบน การหมุนเวียนที่เหมาะสมในขณะที่หมุนมอเตอร์ช้าๆ (หรือหมุนทีละ 30°–40°) จะช่วยทำความสะอาดเศษหินที่ก้นหลุม หลังจากทำความสะอาดแล้ว ให้ยกมอเตอร์ขึ้น 0.3–0.4 เมตร ตรวจสอบและบันทึกค่าความดัน
กลับลงไปที่ก้นหลุม ค่อยๆ เพิ่มน้ำหนักบนหัวเจาะ แรงบิดของมอเตอร์จะเพิ่มขึ้นและแรงดันในท่อส่งน้ำจะเพิ่มขึ้น การเพิ่มขึ้นของแรงดันในท่อส่งน้ำควรสอดคล้องกับค่าแรงดันตกคร่อมของมอเตอร์ที่ระบุไว้สำหรับมอเตอร์รุ่นนั้น การตรวจสอบการเพิ่มขึ้นนี้จะให้ข้อมูลย้อนกลับว่าภาระของมอเตอร์และน้ำหนักในการเจาะเหมาะสม และความเร็วของมอเตอร์คงที่ รักษาแรงดันในท่อส่งน้ำให้อยู่ภายในขีดจำกัดที่แนะนำของมอเตอร์ เพื่อให้ผู้เจาะสามารถประเมินสภาพของเครื่องมือได้อย่างทันท่วงที
หากมอเตอร์ไม่ได้อยู่ด้านล่างสุดและแรงดันหมุนเวียนสูง หัวฉีดดอกสว่านอาจอุดตันหรือเพลาขับอาจติดขัดได้
อาการหลอนประสาท — ข้อควรระวัง
ในระหว่างการดึงท่อเจาะขึ้น วาล์วบายพาสจะอยู่ในสถานะบายพาส (เปิด) และอนุญาตให้ของเหลวในท่อเจาะไหลเข้าไปในช่องว่างระหว่างท่อ แต่ตัวมอเตอร์ไม่สามารถปล่อยของเหลวออกมาได้เอง โดยทั่วไปแล้วจะต้องเติมของเหลวที่มีความหนาแน่นสูงกว่าลงไปในส่วนบนของท่อเจาะก่อนที่จะดึงมอเตอร์ขึ้น เพื่อให้แน่ใจว่าการแทนที่ของเหลวเป็นไปอย่างปลอดภัย
หลังจากมอเตอร์เคลื่อนลงมาถึงระดับวาล์วบายพาสที่พื้นแท่นขุดเจาะแล้ว ให้ถอดชิ้นส่วนบายพาสออก และล้างมอเตอร์ด้วยน้ำสะอาดจากด้านบนของวาล์วบายพาส ใช้ไม้หรือด้ามค้อนขยับชิ้นส่วนวาล์วขึ้นลงจนกว่าจะเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ หลังจากทำความสะอาดแล้ว ให้ประกอบส่วนยกกลับเข้าที่ และดึงมอเตอร์ออกมา
หากมีบริการล้างด้วยน้ำจืดในสถานที่ ให้ล้างมอเตอร์ให้สะอาดหมดจดก่อนจัดเก็บ
หากไม่มีอุปกรณ์ทำความสะอาด ให้ยึดตัวมอเตอร์ไว้ที่พื้นแท่นขุดเจาะ ใช้คีมไฮดรอลิกหนีบและหมุนปลายด้านใหญ่ของเพลาขับ (ปลายที่เชื่อมต่อกับดอกสว่าน) ตามเข็มนาฬิกา (ทิศทางเดียวกับการหมุนของสว่านในหลุมเจาะ) การทำเช่นนี้จะบังคับให้โคลนออกจากห้องปิดผนึกของมอเตอร์และช่วยป้องกันมอเตอร์จากการกัดกร่อน วิธีการนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในฤดูหนาวเพื่อป้องกันไม่ให้โคลนที่ตกค้างอยู่ภายในมอเตอร์แข็งตัวก่อนที่จะใช้งานมอเตอร์อีกครั้ง
