سیستم بالابری (Hoisting System)

تجهیزات سیستم بالابری به سه بخش عمده تقسیم بندی می شوند :

– دکل و زیر سازه (Derrick and Substructure)

– نخ و قرقره (Block and Tockle System)

– موتور یا گردونه حفاری (Drawworks)

در دکل های استاندارد یا خود فراز، جعبه قرقره متحرک (Travelling Block)، جعبه قرقره تاج (Crown Block) و کابل حفاری ( Drilling Line سه جزئی هستند که کار آنها تحمل بار لوله ها موقع راندن یا بیرون کشیدن آنها از چاه می باشد. در طول عملیات حفاری این بار شامل وزن قلاب، هرزگرد، کلی، لوله های حفاری، لوله های وزنه و مته متصل به پایین لوله های وزنه می باشد. در طول عملیات سیمان کاری، رشته ای از لوله های مخصوص که اغلب از لوله های حفاری و لوله های وزنه سنگین تر هستند، باید در چاه رانده و سیمان گردند.

Drilling Line

Travelling Block

Crown Block

جعبه قرقره ها و کابل حفاری باید بسیار مستحکم بوده تا بتوانند وزن های زیاد را تحمل کنند همچنان که این موضوع در مورد غالب قسمت های هر دستگاه حفاری صدق می کند. باید تا حد ممکن از اصطکاک در جعبه قرقره ها کاسته شود در حالی که استحکام مورد نیاز حفظ گردد. بنابراین، انتخاب یاتاقان های خوب و روغن کاری صحیح این یاتاقان ها ، بسیار مهم می باشد. کابل حفاری معمولا از طناب سیمی که قطر آن عموما بین ۱/۸ تا ۱/۲ -۱ اینچ تغییر می کند ساخته شده است. طناب سیمی از رشته های فولادی ساخته شده و وسیله نسبتا پیچیده ای است. همان طور که سازندگان تأکید دارند کابل حفاری خود یک ماشین است، از این نظر که احتیاج به روغن کاری دارد، زیرا در اثر حرکت مداوم و خمیده شدن کابل روی قرقره های شیاردار درون جعبه قرقره ها، تار و پود و کلاف های کابل حفاری به هم ساییده می شوند. از آنجا که کابل حفاری زود مستهلک می شود می تواند نقش قابل ملاحظه ای در افزایش مخارج هر دستگاه حفاری داشته باشد.

Wire rope

اگرچه طناب سیمی (کابل حفاری) شباهت زیادی به کابل های دیگر دارد، ولی آن را مخصوص بارهای سنگین دستگاه حفاری، طراحی کرده اند. به منظور حداکثر صرفه جویی در کابل مورد استفاده در دستگاه حفاری کابل انتخابی باید با بار مورد نیاز و طراحی قرقره های شیار دار درون جعبه قرقره متحرک و جعبه قرقره تاج که کابل از آنها می گذرد، متناسب باشد.

کار انجام شده توسط کابل حفاری را می توان از رابطه زیر محاسبه کرد:

البته، وقتی دکل در حال تراشیدن دیواره چاه (Wall Reaming) یا بیرون کشیدن کلی جهت افزودن لوله های حفاری باشد، کار انجام شده توسط کابل حفاری از رابطه ذیل محاسبه می گردد:

T1: مقدار تن – مایل به ازای یک بار داخل و خارج شدن از چاه در عمق اولیه

T2: مقدار تن – مایل به ازای یک بار داخل و خارج شدن از چاه در عمق نهایی

کابل باید مرتبا بازدید گردد تا از وضعیت آن اطمینان حاصل شود. گاهی باید کابل حفاری را جابه جا کرد به عبارت دیگر آن را سر (Slip) داد زیرا، بر اثر استفاده ، فرسوده می شود. در روش های بریدن کابل باید مقدار استفاده یا کار انجام شده به وسیله کابل در نظر گرفته شود. فرسودگی هر قسمتی از کایل حفاری با توجه به وزن اعمال شده و جابه جایی آن تعیین می گردد.

طناب سیمی روی یک قرقره بزرگ پیچیده شده و به سر چاه آورده می شود و برای آنکه به عنوان کابل حفاری شروع به کار کند، باید کابل کشی (String Up) و برپا شود. برای برپا کردن کابل حفاری اولین کار، بلند کردن سر آن از قرقره ذخیره و بردن به بالای دکل هایی که چندین قرقره (Pulley) نصب شده، می باشد.

مجموعه بزرگ قرقره ها وجعبه قرقره تاج را قرقره های شیاردار (Sheave) می نامند. کابل حفاری را از روی یکی از قرقره های شیاردار عبور داده و تا سکوی دستگاه حفاری پایین می آورند. کابل باید از مجموعه بزرگ دیگری از قرقره های شیاردار که جعبه قرقره متحرک نامیده می شود گذرانده شود. لذا، انتهای کابل را از روی یکی از قرقره های جعبه قرقره متحرک گذرانده و مجددا آن را تا جعبه قرقره تاج بالا می برند.

Sheave

در آنجا کابل را از روی یکی دیگر از قرقره های شیاردار گذرانده و به پایین برمی گردانند و از یکی از قرقره های شیاردار جعبه قرقره متحرک می گذرانند. این عمل تا جایی که تعداد صحیح کابل ها بگذرند ادامه می یابد.

کابل کشی دکل های خود فراز ، معمولا در حالت خوابیده دکل انجام می شود. البته، تعداد کابل فقط یکی است ولی از آنجا که کابل حفاری چندین دفعه از جعبه قرقره متحرک و جعبه قرقره تاج گذشته است اثر چندین کابل را دارد. تعداد کابل های گذرانده شده بستگی به باری دارد که به دکل آویزان خواهد شد. هر چه وزن بیشتر باشد کابل های بیشتری لازم است و برعکس.

بعد از گذراندن آخرین کابل از جعبه قرقره تاج، سر آن را تا سکوی دستگاه حفاری پایین آورده و به درام گردونه متصل می کنند، سپس کابل را چندین دور به دور آن می پیچند.

آن قسمت از کابل حفاری که از گردونه به جعبه قرقره تاج می رود کابل سریع یا متحرک (Fast Line) نامیده می شود زیرا، به محض حرکت جعبه قرقره متحرک به بالا یا پایین، کابل نیز حرکت می کند. انتهای کابل که از جعبه قرقره تاج به قرقره ذخیره (Storage Reel) وصل می شود، مهار می گردد. این قسمت را کابل ثابت (Dead Line) می نامند، زیرا، پس از مهار حرکت نمی کند. زیر دستگاه حفاری وسیله ای نصب شده که لنگر کابل ثابت (Dead Line Anchor) است و کابل ثابت به وسیله بستی محکم مهار می شود.

Fast Line – Dead Line

گردونه حفاری (Drawworks): گردونه حفاری که قلب سیستم بالابری نام گرفته، یکی از وسایل سنگین و حیاتی برج است که برای بالا و پایین بردن لوله های برج حفاری، راندن لوله های جداری، کنترل نمودن لوله های حفاری و نیروی دکل به کار می رود. وسایلی که جهت انتقال و کنترل نیرو به کار می روند (چرخ دنده های زنجیرها و قرقره ها در این قسمت قرار دارند. گردونه شامل محور قرقره زنجیر (Cat Head) می باشد، نوعی محور که از درون گردونه گذشته و در هر یک از دو سر آن یک درام گردان (که ماسوره قرقره زنجیر نامیده می شود) و یک قرقره زنجیر مخصوص قرار دارد. چندین محور، کلاچ و زنجیر و دنده تغییر سرعت و جهت را آسان می کند. کابل حفاری به دور درام گردان (Revolving Drum) می پیچد.

cathead

Drawworks

استوانه یا درام بالابر (Hoisting Drum): گردونه حفاری با انتقال نیرو از ژنراتور به این استوانه، هنگام لوله بالا و لوله پایین و کشیدن رشته حفاری در هنگام گیر لوله ها (Pipe Stucking) نقش مهمی را بر عهده دارد. کابل متحرک (Fast Line) روی شیارهایی که درون این استوانه تعبیه شده اند قرار می گیرد. موقعی که گردونه درگیر است استوانه یا درام می چرخد و بسته به جهت و چرخش آن، یا کابل حفاری را جمع کرده که باعث بالا رفتن جعبه قرقره متحرک می شود یا کابل را شل کرده که باعث پایین رفتن آن می گردد.

یکی از قسمت های مهم گردونه، سیستم ترمز آن می باشد که حفار را قادر می سازد به راحتی هزاران پوند لوله حفاری یا لوله جداری را کنترل کند. در اغلب دستگاه های حفاری حداقل دو سیستم ترمز وجود دارد. نیروی لازم جهت ترمز سیستم بالابری هنگام راندن رشته حفاری، جداری، آستری و غیره بر عهده گردونه می باشد.

Hoisting system break

یکی از ترمزها مکانیکی بوده و قادر به توقف کامل بار می باشد. ترمز دیگر، هیدرولیکی یا برقی است و سرعت پایین رفتن جعبه قرقره متحرک را کنترل می کند، در عین حال که قادر به توقف کامل آن نیست.

متداول ترین ترمز کمکی (Auxiliary Brake)، علاوه بر ترمز مکانیکی و در خود ساخته گردونه، ترمز هیدرولیکی یا آبی (Hydraulic or Hydromatic Brake) می باشد.

قسمت ضروری گردونه، سیستم تغییر سرعت یا سیستم انتقال (Transmission System) می باشد که اجازه استفاده از سرعت های مختلف را موقع بالا آوردن لوله ها به حفار می دهد. به این لحاظ درام گردان حداقل چهار الی هشت سرعت دارد. یکی از قسمت های مهم دیگر گردونه، محور قرقره و زنجیر مخصوص آن می باشد. قرقره زنجیر بند (Make Up Cat Head) یا راست گردونه که در طرف حفار قرار دارد برای بستن و سفت کردن لوله ها به کار می رود. دیگری که روی گردونه در قسمت مخالف حفار قرار دارد قرقره زنجیر چرخ یا قرقره زنجیر باز کن (Break Out Cathead) می باشد که برای باز کردن لوله ها بعد از بیرون کشیدن آنها از چاه استفاده می گردد. به هر کدام از قرقره ها، یک ماسوره از طرف زنجیرها متصل می باشد که با پیچاندن طناب قرقره زنجیر (Cat Line) به دور آن، می توان برای بلند کردن و جابه جا کردن بارهای نسبتا سبک مانند آوردن لوله حفاری از راهرو به سکو استفاده کرد.

در خیلی از دستگاه های حفاری، یک بالابر هوایی برای جابه جا کردن بارهای سبک به کار می رود. وجود قرقره زنجیرها در دستگاه حفاری دورانی برای عملیات ضروری می باشد، ولی اگر استفاده از آنها توأم با دقت و هوشیاری نباشد، مرگ بار می باشند.

جعبه قرقره ثابت (Crown Block): قرقره ای که در سر برج قرار دارد و کابل ها و سیم های مقاوم از آن به جعبه قرقره متحرک (Travelling Block) و از آن به گردونه حفاری (Drawworks) امتداد دارد و محل اتصال قلاب (Hook)، کابل ثابت (Dead Line) و کابل متحرک (Fast line) است.

جعبه قرقره متحرک (Travelling Block): جعبه قرقره متحرک که توسط طناب ضخیم و قوی که اصطلاح کابل حفاری (Drilling Line) اطلاق می شود از یک طرف به گردونه حفاری و از طرف دیگر به قرقره ثابت یا قرقره تاج (Crown Block) متصل است و داخل و خارج کردن ابزار و لوله ها در چاه را به عهده دارد.

قلاب (Hook): وسیله ای به شکل قلاب، که بین جعبه قرقره متحرک (Travelling Block) و بالابر (Elevator) قرار دارد و تجهیزات مورد نیاز برای آویزان کردن رشته حفاری به آن وصل می گردد. قلاب را می توان به یک میله استوانه ای فولادی که دسته (Ball) نامیده می شود و هرزگرد را نگه می دارد، وصل کرد. علاوه بر دسته هرزگرد دو دسته دیگر هستند که برای اتصال گیره های بالابر به قلاب استفاده می شوند. گیره بالابر (Elevator) در لوله های حفاری قفل شده تا حفار بتواند رشته حفاری را از چاه بیرون آورده یا پایین ببرد.