4.ALAT ZA BUŠENJE

U alat za bušenje spadaju: radna šipka, bušaće šipke, teške šipke i dlijeto koje se nalazi na dnu bušotine. Stalno povećanje snage potrebne za pogon bušaće dizalice, stola i isplačnih crpki stvara nužnost primjene elemenata alata za bušenje sa savršenijom konstrukcijom i od boljih vrsta čelika koji se odlikuju visokim pokazateljima izdržljivosti (čvrstoće). Najmanje izdržljiva karika alata za bušenje su bušaće šipke, koje su kod stalnog bušenja uzrok za 60 % havarija uslijed otkidanja na navojnim spojevima. Kolonu alata za bušenje možemo smatrati za dugu elastičnu osovinu, koja za vrijeme bušenja preuzima razna opterećenja, koja se mijenjaju kako po veličini, tako i smjeru. Kolona bušaćeg alata izložena je rastezanju, torziji, savijanju i u donjem dijelu stiskanju. Osim funkcije predavanja dlijetu obrtnog momenta, alat za bušenje ima za zadatak dovođenje isplake na dno bušotine u obliku tečnosti ili plina. Kod turbinskog bušenja, kolona alata iskorištena je prije svega za protok isplake kroz turbinu, kao i za preuzimanje reakcije obrtnog momenta osovine turbobušilice. Za spajanje pojedinih elemenata kolone alata za bušenje primjenjuju se spojnice, a za povećanje krutosti kolone teških šipki primjenjuju se stabilizatori.

4.1. RADNA ŠIPKA, BUŠAĆE I TEŠKE ŠIPKE

Potrebno osno opterećenje dlijeta kod rotacijskog bušenja postiže se na više načina. Na slici 4-1 pokazana je shema alatki s centraliziranim teškim šipkama neposredno iznad dlijeta zbog postizanja nužnog osnog opterećenja i okomitosti bušotine.

Slika 4-1: Alatke za rotacijsku metodu bušenja uz ispiranje isplakom ili ispuhavanje komprimiranim zrakom

1 – dlijeto, 2 – stabilizer, 3 – prelaz, 4 – teška šipka, 5 – stabilizer, 6 – prelaz, 7 – bušaća šipka,8 – prelaz.

Rotacija dlijeta se postiže na više načina, od kojih je rotacijski stol s četvrtastom radnom šipkom ( kelly-rigs ) vrlo raširen postupak rotacijskog bušenja (slika 4-2).Ovdje radna šipka prenosi okretni momenat iz rotacijskog stola na dlijeto preko bušaćih i teških šipki. Kod brojnih drugih tipova bušaćih postrojenja, radna ( gornja ) šipka ne razlikuje se od ostalih bušaćih šipki, zahvaćena je u odgovarajući mehanizam u bušaćoj glavi. Ovdje gornja šipka preuzima i prenosi okretni moment na ostale bušaće alatke.

Slika 4-2: Rotacijski stol, a) izgled stola, b) presjek stola sa oznakama glavnih dimenzija, c) detalj

rotacijskog stola, 1-bušaća šipka, 2-klin, 3-uložak

Bušaće i teške šipke prenose rotaciju na dlijeto i provode isplaku radi čišćenja dna bušotine. Zbog ovako značajnih funkcija ovih alatki u procesu bušenja propisane su i normirane dimenzije bušaćih alatki i njihovih spojnica, kvaliteta materijala izrade te način rukovanja i njihovo održavanje.

4.1.1. RADNA ŠIPKA

Radna šipka prenosi snagu, odnosno zakretni moment s rotacionog stola na bušaće šipke i provodi isplaku od isplačne glave do bušaćih šipki. Radi bržeg dizanja i spuštanja alatki i veće iskorištenosti postrojenja za rotacijsko bušenje naručuje se veća visina tornja i duža radna šipka. Radna šipka mora biti dulja od prosječne duljine bušaćih šipki za visinu rotacijskog stola iznad ušća bušotine. Dulja radna šipka je osjetljiva na savijanje i druge deformacije pa je treba pažljivo transportirati u posebno načinjenoj cijevi odgovarajućeg promjera i duljine. Pri operaciji manevrisanja pribora, radna šipka se odlaže u kosu rupu, zacijevljenu jednom specijalnom cijevi, kako ne bi došlo do oštećenja ili iskrivljenja. Radna šipka, bušaće šipke i teške šipke spajaju se međusobno standardnim specijalnim spojnicama s krupnim navojima, narezanim na konusu, kako bi postupak navrtanja i odvrtanja alatki tekao što brže, a manevri s alatkama uzimali kraće vrijeme. Djelotvornost ovih postupaka direktno utječe na mehaničku brzinu bušenja.

4.1.2. BUŠAĆE ŠIPKE

Bušaće šipke prenose zakretni moment i provode svježu isplaku od radne šipke do teških šipki u smjeru dlijeta na dnu bušotine. Prema API standardu, bušaće šipke se izrađuju u više duljina i nominalnih, odnosno vanjskih promjera. U priručniku za duboka bušenja daju tablicu s dimenzijama za sve upotebljive standarde bušaćih šipki s odgovarajućim spojnicama, uključujući duljine, promjere, mase po dužinskom metru, vrste čelika, debljine stijenki, ojačanja krajeva za pričvršćivanje spojnice sitnim navojima ili zavarivanjem i druge karakteristične vrijednosti.

Na slici 4-3 pokazan je jedan praktičan izvlakač za rukovanje bušaćim alatkama Craelius standarda za manja bušaća postrojenja.

Slika 4-3: Izvlakač1-vješalica, 2-osigurač matice, 3-matica, 4-ležaj, 5-vijak, 6-tijelo, 7-prelaz za spajanje sa alatkama

Na slici 4-4a prikazana je teška šipka, slikama 4-4b, 4-4c, 4-4d i 4-4e prikazani su prijelazi. Na slici 4-4f shematizirana je spojnica bušaćih alatki API 5A specifikacija za bušenje u većim dubinama s oznakama glavnih dimenzija.

Slika 4-4: Alatke API specifikacija, a – Teška šipka, b- prijelaz s dva čepa ( muški/muški)

c- kolčak/čep ( ženski/muški ), d- kolčak/kolčak ( ženski/ženski), f- oznake dimenzija specijalnih spojnica alatki API specifikacija

Energija pogonskih strojeva, koju bušaće šipke prenose na dlijeto za razrušavanje stijene na dnu bušotine, veoma je značajna funkcija ovih alatki. Izbor odgovarajućih bušaćih alatki, njihovo ispravno korištenje i održavanje važne su inženjerske zadaće radi djelotvornosti i sigurnosti izrade bušotina. Glavni naponi u nizu bušaćih šipki nastaju zbog aksijalnog (osnog) i torzionog opterećenja. Verificiranje graničnih opterećenja može se provesti pomoću odgovarajuće jednadžbe iz verificiranih priručnika za bušenje.

Najveće osno opterećenje do granice elastičnosti alatki:

π Gm = —— ( D2 – d2 ) σd (4-1) 4

Aksijalno opterećenje uzrokuje prvenstveno masa alatki, koja se umanjuje za vrijednost uzgona dlijeta alatki uronjenih u isplaku. Dodatna aksijalna naprezanja se javljaju pri ugradnji zaštitnih cijevi i specijalnih uređaja koji se predviđaju ugrađivanjem na bušačim alatkama te pri raznovrsnim havarijama u bušotini. Torziona opterećenja alatki rezultat su prijenosa momenta rotacije od rotacionog stola ili bušaće glave na površini na bušaće dlijeto na dnu bušotine. Pored redovnih momenata rotacije alatki, ne smije se zaboraviti procjena vrijednosti iznenadnih pojava dodatnih dinamičkih sila i mogućih vibracija koje se u određenim okolnostima mogu pojaviti. Bušaće šipke se izrađuju i ispituju tačno prema specifikacijama koje propisuju čvrstoću na kombinirano osno i torzijsko opterećenje, dozvoljeni momenat za navijanje spojnica, dopušteno opterećenje vanjskog ( muškog ) i unutarnjeg (ženskog) navoja spojnice. Veće kompanije za bušenje imaju posebne stručne službe za uskladištavanje i održavanje bušaćih alatki štiteći ih od deformacije i korozije. Ispravno rukovanje ovim i drugim bušaćim alatkama smanjuju rizik od havarija pri njihovom korištenju u bušotinama.

4.1.2.1. SMJERNICE ZA KORIŠTENJE BUŠAĆIH ŠIPKI

Bušaće šipke mogu biti međusobno spojene u pasove, a zatim u kolone, pomoću dvodijelnih navojnih spojnica koje se sastoje od dva dijela, koji se navrnu na krajeve bušaćih šipki. Za vrijeme rada u koloni bušaćih šipki se pojavljuju rastezajuća naprezanja ( nastala od vlastite mase, mase teških šipki i dlijeta), torzijska naprezanja porijeklom od prijenosa obrtnog momenta od stola do dlijeta, kao i naprezanja na savijanje. Ponekad u donjem dijelu kolone bušaćih šipki pojavljuju se naprezanja na tlak čija veličina ovisi od osnog tlaka vršenog na dlijeto masom bušaćih šipki. Pojavljivanje promjenljivih opterećenja u općem sastavu sila koje djeluje na kolonu bušaćeg alata (bez razmatranja njihovih apsolutnih vrijednosti u poređenju sa statičkim opterećenjem) ukazuje na mogućnost nastanka pojave zamora materijala cijevi. Otkidanja bušaćih šipki uslijed zamora materijala prouzrokovana su ne samo veličinom promjenljivih opterećenja, karakterom rasporeda naprezanja, kao i njihovom promjenom u vremenu, nego ovise također od konstrukcije, dimenzija i tehnologije pravljenja bušaćih šipki. Glavni uzrok nedovoljnoj čvrstoći bušaćih šipki u cjelini i u mjestu navojnih spojeva su niske vrijednosti čvrstoće na zamor materijala cijevi, koje ne odgovaraju u punoj mjeri zahtjevima tehnologije izrade dubokih bušotina. Čelici raznih marki i vrsta, upotrebljavani kao materijal (za bušaće šipke), imaju slijedeća glavna negativna svojstva:

– nedovoljnu čvrstoću na zamor,– nisku antikorozionu otpornost,– složenu tehnologiju toplinske obrade kao i povišenu osjetljivost na neznatno odstupanje od

tehnologije plastično-termičke obrade, koja se izražava znatnim smanjenjem mehaničkih svojstava, uglavnom čvrstoće na savijanje i rada korištenog za lomljenje uzoraka čelika u poprečnom presjeku uzorka.

Osim toga, kod velikih dubina bušotine specifična masa čelika izaziva veliko naprezanje prouzrokovano vlastitom masom kolone cijevi. Vrijednosti tih naprezanja približavaju se kritičnim. Razlikuju se tri najčešće susretana karakteristična otkidanja bušaćih šipki:

– otkidanja vezana za nastanak mikropukotina unutar kristalne rešetke metala, izazvana zamorom materijala u dijelu cijevi sa navojem,

– otkidanje u drugim dijelovima (cjelini) cijevi uslijed zamora materijala i– otkidanja izazvana prekomjernim momentom uvijanja.U bušaćim šipkama sa navrnutim dvodijelnim navojnim spojnicama sa oštrim konturama

navoja najčešće se pojavljuju otkidanja prvog tipa. Ona se javljaju uslijed započinjanja u metalu navojnog dijela cijevi sitnih pukotina, pri pomaku tokarskog noža, kao i uslijed koncentracije naprezanja oko brazde navoja. U tim slučajevima vrlo intenzivno uništavanju podliježu elementi bušaćih šipki, koji se dodiruju sa krutim dijelovima navojnog spoja. Otkidanje bušaćih šipki trećeg tipa prouzrokovana su torzijom kolone cijevi, koje se opaža onda kada na kolonu bušaćeg alata djeluje obrtni momenat veći od onog koji mogu prenijeti bušaće šipke. To se pojavljuje u slučaju kad su uslijed dugotrajne upotrebe bušaće šipke prekomjerno istrošene.

4.1.2.2. ČVRSTOĆA BUŠAĆIH ŠIPKI Većina otkidanja bušaćih šipki prouzrokovana je za vrijeme njihovog obrtanja, ili pri podizanju kolone bušaćeg alata odmah nakon bušenja.Otkidanja bušaćih šipki sa navojima, prouzrokovana zamorom materijala, nastaju kao rezultat narastanja kvarova, koji se nisu mogli ispoljiti (pokazati) sve do momenta nastajanja pukotine na savijanje u posljednjoj fazi prekida rada alata. Ako su naprezanja na savijanje dovoljno velika, relativno manji broj ciklusa obrtaja kolone je dovoljan da bi se značajnije smanjilo vrijeme rada bušaćih šipki. To se pojavljuje u dubokim bušotinama, u zoni nagle promjene pravca osi bušotine. Čvrstoća bušaćeg alata u bušotinama otklonjenim od okomice je manja za oko 25 do 75 % nego okomitim bušotinama. Glavni uzroci otkidanja bušaćih šipki su:

1. Vršenje osnog tlaka bušaćim šipkama, neovisno od tlaka u teškim šipkama. U tom slučaju povećano trošenje bušaćih šipki prouzrokovano je intenzivnim trenjem cijevi o stijenku bušotine, promjenljivim naprezanjima u navojnim spojevima, kao i krivljenjem cijevi, koje tada imaju tendenciju ka jednostranom trošenju ( habanju );

2. Promjena momenta uvijanja izazvana udarima pri naglim prihvatanjima kolone bušaćeg alata, ili naglim oslobođanjem od napetosti, koje pojave uzrokuju otkidanje cijevi uslijed zamora materijala. Veličina udara (pri istovremenom uvrtanju) koji prozrokuju otkidanje ovisi od mnogo faktora: tipa dvodijelne navojne spojnice i konstrukcije bušaćih šipki, tipa, promjera i ravnomjernosti spuštanja bušaćeg alata, od broja obrtaja i pojave uklinjenja dlijeta za vrijeme bušenja, kao i od fizičko-mehaničkih svojstava stijena;

3. Savijanje kolone bušaćih šipki izazvano je obrtnim momentom, uzdužnim stiskajućim silama, poprečnim centrifugalnim silama, koje nastaju uslijed obrtaja kolone bušaćeg alata i pulzacijom tlaka isplake. Pod utjecajem tih sila os kolone bušaćih šipki prima oblik “gvintlinije” (navojne linije). Za vrijeme izrade bušotine opterećenja mijenjaju svoju veličinu i izazivaju u koloni cijevi uzdužne i poprečne talase, čiji razvoj se pojavljuje ovisno od učestalosti savijanja elastičnog sustava i od učestalosti djelovanja spoljašnjih sila. U slučaju periodičnog djelovanjaa na bušaće šipke spoljašnjihih sila, čija je učestalost ovisna od broja okretaja dlijeta, može se poklapati sa periodom vlastitih talasanja kolone cijevi. Tada nastupa pojava rezonancije, koju je lako ukloniti promjenom broja okretaja dlijeta na viš ili na manje;

4. Korozija bušaćih šipki je jedan od glavnih, malo poznatih, uzroka čestim havarijama. Intenzitet korozije ovisi od obrade površine cijevi (npr. hrapavost mikropukotina, risova, valjanja čelika), a ti defekti su centri jake korozije. U slučaju njihovog neuklanjanja sa nove bušaće šipke, dubina korozije biće trostruko veća nego u slučaju ako se ne ukloni, npr. pjeskarenjem. Korozija cijevi jače se razvija u kontaktu sa isplakom koja je obrađena

agresivnim reagensima (sol, kreč, soda, kiselina), pri čemu ogromnu ulogu igra veličina primjesa koje ulaze u isplaku za vrijeme bušenja u obliku kamene soli, gipsa i anhidrita. Havarije nastaju najčešće kao rezultat korozije i zamora materijala.

5. Oštećenja bušaćih šipki nastala uslijed nepravilnog postupanja s njima za vrijeme rada. U njih spadaju poprečni zarezi i pukotine nastale od klinova i oštrih mašinskih ključeva, oštećenja navojnih spojeva i ispiranja isplakom.

Pri proračunu naprezanja koja se pojavljuju u koloni bušaćih šipki uzimaju se u obzir slijedeća naprezanja pri normalnom procesu bušenja:

– istezanje, prouzrokovano vlastitom masom kolone bušaćeg alata,– naprezanje na savijanje, koje pulzira između maksimalnih pozitivnih i negativnih

vrijednosti, a nastaje pri odstupanju (otklonu) osi bušotine od okomice, ili pri bušenju krivim bušaćim šipkama,

– promjene torzionog naprezanja nastale od momenta uvijanja koji obrtni stol predaje dlijetu.

Statičko naprezanje na istezanje i promjenljivo naprezanje na savijanje, koje djeluje u smjeru osi bušaćeg alata, mogu biti razmatrani skupa kao promjene normalnog naprezanja. Može se uzeti da se kolona bušaćeg alata opterećena na istezanje, savijanje i torziju nalazi u dvoosnom stanju naprezanja nastalom iz promijenjenih normalnih i tangencijalnih naprezanja. Na taj način određena zamjenjujuća naprezanja mogu biti uzeta za proračun, ako ne nadvisuju određeno vrijeme rada materijala pri promjenjivim opterećenjima i njegovu granicu čvrstoće za zamor. Za granicu čvrstoće zamora smatra se maksimalno odstupanje od određene srednje vrijednosti naprezanja koje se pojavljuje pri promjenljivom, cikličnom, ili često ponavljanom opterećenju, koje materijal može izdržati beskonačno dugo bez uništenja strukture i nastanka plastičnih deformacija. To naprezanje oscilira između maksimalnih i minimalnih vrijednosti oko srednjeg naprezanja. 4.1.2.3.VRIJEME KORIŠTENJA BUŠAĆIH ŠIPKI

Najčešći uzroci otkidanja bušaćih šipki su oštećenja koja se pojavljuju na jednom od posljednjih navojaka navoja čepa, cijevi, na odsječku nepokrivenom navojem dvodijelne navojne spojnice. Za izbjegavanje pojave otkidanja cijevi radi zamora materijala primjenjuju se razni načini. Najstariji način je obvariranje navojnih spojeva cijevi sa dvodijelnom navojnom spojnicom. Za ojačanje navojnog spoja mnoge firme primjenjuju navrtanje dvodijelnih navojnih spojnica na vruće. Za to se upotrebljavaju specijalne dvodijelne navojne spojnice, čije su dodirne površine, slično kao kod bušaćih šipki, precizno obrađene. Primjena tog načina kod standardnih spojeva cijevi sa dvodijelnim navojnim spojnicama ne daje pozitivan efekat. U bušačkoj praksi upotrebljavane su, također, bušaće šipke bez dvodijelnih navojnih spojnica, za koje se alatni navoj nareže neposredno na cijevi. Takva konstrukcija eliminira uvrtanje bušaćih šipki na posljednjem navojku navoja, pa ipak ne dozvoljava primjenu dvodijelnih navojnih spojnica od bolje vrste materijala. Spajanje bušaćih šipki sa dvodijelnim navojnim spojnicama može biti izvršeno također procesa elektrovarenjem. S tom cilju dvije čelne površine dvodijelne navojne spojnice i cijevi učvrste su u elektroaparatu za varenje i griju se pri protoku struje sa velikom jakosti do određene temperature, a zatim se vari pri kontaktnom tlaku. Zadebljanja na šavu (varu) otklanjaju se unutar cijevi uz upotrebu specijalnog uređaja, iskorištavajući plastična svojstva materijala cijevi nakon varenja. Vanjska zadebljanja skidaju se na strugu. Čvrstoća materijala vara nakon termičke obrade je viša nego u cjelini cijevi. Radi smanjenja oštećenja bušaćih šipki sa navojem može se težiti ka ograničenju broja navoja nepokrivenih navojnim spojem po navrtanju dvodijelne navojne spojnice, kao i primijeniti obradu

površina cijevi pjeskarenjem. Uvođenjem u industrijsku praksu navojnih spojeva za bušaće šipke, povećava se nekoliko puta njihova čvrstoća na zamor. Za vrijeme korištenja bušaćeg alata treba paziti na pravolinijnost bušaćih šipki i nastojati upotrebljavati dobro izmjerene cijevi i teške šipke radi izbjegavanja ekscentričnosti pri njihovom obrtanju. Apsolutno treba izbjegavati postizanje osne sile bušaćim šipkama. Uvrtanje navojnih spojeva dvodijelnih navojnih spojnica treba vršiti kontroliranim obrtnim momentom. Mašinski ključevi moraju biti snabdjeveni dinamometrom. Za smanjenje mogućih havarija bušaćih šipki i dvodijelnih navojnih spojnica neophodna je primjena tehničke kontrole u željezarama i u cijevno-alatnim skladištima. Uputna je također tekuća kontrola ultrazvučnom metodom, probom na tlaak uz uporabu vode, vaganjem, kao i provjerom dimenzija. Radi smanjenja štetnog utjecaja korozionog djelovanja isplake na čvrstoću na zamor bušaćih šipki preporučuje se uvođenje u isplaku odgovarajuće količine hromata ili drugih inhibitora, kao i reagenasa za kontrolu pH. Vrijednost pH treba znatno povećati. Učinkovita metoda borbe sa korozijom može biti pokrivanje cijevi vodonepropusnim plastičnim masama. U SAD se za pokrivanje bušaćih šipki i zaštitnih cijevi rabe epoksidne i fenolove smole. Takve cijevi ne korodiraju, imaju visoku otpornost na habanje i izdržavaju povećana stiskajuća i rastezajuća opterećanja.

4.1.3. TEŠKE ŠIPKE

Teške šipke se nalaze u nizu bušaćih alatki između bušaćih šipki i dlijeta (slika 4-1). Omogućavaju koncentriranu masu na kraćoj duljini za nužno osno opterećenje na dlijeto. Tako se izbjegavaju tlačna opterećenja u nizu bušaćih šipki pri izradi dubokih bušotina. Vanjski promjer teških šipki treba biti što bliži promjeru bušotine, a unutarnji čim manji. Time se postiže veća krutost i potrebna čvrstoća te izbjegava izvijanje i vibracije teških šipki pri datim tlačnim naprezanjima. Prilikom bušenja bušotina većeg promjera ne raspolaže se teškim šipkama dovoljno velikog promjera zbog njihove visoke cijene. U tim se okolnostima preporučuje korištenje stabilizatora na slijedeći način:

– prvog između dlijeta i prve teške šipke,– drugog između prve i druge teške šipke, – treći stabilizator može biti ugrađen između druge i treće ili pak između treće i četvrte teške

šipke. Korištenje stabilizera posebno je preporučljivo kod izrade dubljih bušotina. Tako ih bušači naftnih bušotina redovno koriste. Nulta linija aksijalnih opterećenja u bušaćim alatkama treba biti na visini od dvije trećine do najviše tri četvrtine mase teških šipki, računato od dlijeta. Tako bi jedna trećina do jedna četvrtina mase teških šipki (gornja) bila opterećena na vlak, dok 2/3 do 3/4 mase teških šipki (donje) opterećuje dlijeto. Bušač treba pratiti, bilježiti i regulirati položaj nulte linije tijekom bušenja koristeći indikator težine. Standardni API navoji mogu se narezivati na tijelo teške šipke i u manjim bolje opremljenim radionicama. Posebno se mora paziti na pripremu alata (šablona) za ispravno narezivanje, kako bi se postigla ujednačenost naprezanja i izbjegla povećana naprezanja u presjecima najmanje čvrstoće muškog ili ženskog dijela spojnice.

4.1.4. PRELAZI

Prelazi, za razliku od spojnice upotrebljuju se za spajanje dviju različitih alatki u nizu, tj. alatki koje imaju različite standardne tipove navoja, ili različite promjere (slika 4-1). Obično se

upotrebljuju pri spajanju dlijeta i teške šipke, teške isplake i stabilizera, teške šipke i teške šipke, teške šipke i bušaće šipke, bušaće šipke i radne šipke te radne šipke i isplačne glave. Različite oblike i dimenzije prelaznih komada proizvođači daju u svojim publikacijama s ilustriranim tabelarnim podacima. Dobro opremljena radionica s pouzdanim radnicima može narezivati navoje prelaznih komada bez većih teškoća.

4.2. DLIJETA ZA BUŠENJE

Na osnovu funkcije koju obavljaju, dlijeta su jedan od najvažniji pribora na garnituri za rotacijsko bušenje. Pravilnim izborom i rabljenjem dlijeta osigurava se brza, sigurna i ekonomična izrada bušotine. Razrušavanje stijena ostvaruje se rezanjem, odlamanjem, drobljenjem ili struganjem, a krhotine se pomoću isplake iznose iz bušotine na površinu.

Po načinu razaranja stijena, dlijeta dijelimo na: o lopatičasta, o konusna, o dijamantska i o polikristalna.

Lopatičasta dlijeta razaraju stijenu rezanjem i odlamanjem. Predviđena su zabušenje u mekim i srednje tvrdim stijenama. Izrađuju se sa dvije oštrice (tzv. riblji rep),

zatim, sa tri ili četiri radne oštrice. Na slici 4-5 pokazano je trolopatasto dlijeto sa ojačanim radnim plohama.

Slika 4-5: Trolopatasto dlijeto sa ojačanim radnim plohama

Konusna dlijeta razrušavaju stijenu rezanjem, odlamanjem i kidanjem. Bez obzira na složenost konstrukcije i tehnologije izrade, konusna dlijeta imaju dosta široku primjenu i uglavnom se koriste za bušenje dubokih bušotina.

Postoje slijedeći tipovi konusnih dlijeta: o jednokonusna, o dvokonusna dlijeta, namijenjena za bušenje u mekim formacijama, o trokonusna, primjenjuju se za bušenje od mekih do najtvrđih stijena.

Zubi mogu biti urezani u tijelo konusa kada se ta dlijeta nazivaju «zupčasta trokonusna dlijeta» (slika 4-6 a) ili sa usađenim umetcima od legure karbid volframa koja se nazivaju «bradavičasta trokonusna dlijeta» (slika 4-6 b) i

o četverokonusna dlijeta, uglavnom se koriste za bušenje bušotina velikog promjera.

Slika 4-6: Varijante konstrukcije trokonusnih dlijeta u odnosu na obilježja zuba ugrađenih na površini konusa

a) zupčasto trokonusno dlijeto sa urezanim zubima, za bušenje u mekim i srednje tvrdim stijenama;

b) bradavičasto trokonusno dlijeto sa utisnutim zubima legure volfram karbida

Dijamantska dlijeta razrušavanje stijena vrše rezanjem i struganjem. Imaju veliku primjenu, posebno kod izrade dubokih bušotina u tvrdim, kompaktnim homogenim stijenama. I pored toga što su dijamanti jako tvrdi, oni su osjetljivi na udare zbog čega se ne primjenjuju za bušenje u tvrdim stijenama sa kavernama i pukotinama.

Slika 4-7: Dijamantsko dlijeto

Polikristalna dlijeta predstavljaju novu modifikaciju lopatičastih dlijeta perastog tipa, koja osiguravaju razaranje stijena rezanjem, zbog čega je njihova primjena ograničena za bušenje samo u mekšim sredinama. Polikristalna dlijeta na svojoj radnoj površini imaju ugrađene zupce od sintetičkih dijamanata, te su zbog toga jeftiniji u odnosu na dijamantska dlijeta, a imaju visoku otpornost na trošenje u odnosu na lopatičasta dlijeta (slike 4-8 i 4-9).

Slika 4-8: Polikristalno dlijeto (ISM) ruske proizvodnje

Slika 4-9: Polikristalno dlijeto (PDC) američke proizvodnje

4.2.1. POTROŠNJA ( HABANJE ) KONUSNIH DLIJETA

U praksi je utvrđeno da je vrijeme rada konusnih dlijeta na dnu bušotine ograničeno istrošenošću jednog ili nekoliko konstrukcijskih elemenata dlijeta, a posebno:- zuba žrvnja, koji se istroše do takvog stanja da prestaju rezati i drobiti stijenu na dnu bušotine,- vanjske kalibrirajuće površine zuba krajnjih vijenaca žrvnjeva u takvom stupnju da se pri

daljnjem dubljenju znatno smanjuje promjer bušotine,- ležajnih trkaćih staza i kotrljajućih elemenata, koje se krše ili pucaju, a kao rezultat toga

žrvnjevi se utiru i zaklinjuju,- ležajeva, koji također podliježu habanju uslijed abrazivnog djelovanja stalnih čestica koje se

nalaze u isplaci, što dovodi do preranog uništavanja valjčića i kuglica, čak do njihovog ostavljanja u bušotini.

Otpornost na habanje ležajeva i zuba dlijeta, kao i njihova izdržljivost na povećane osne tlakove, u znatnom stupnju ovisi od kvalitete i vrste čelika rabljenog za izradu elemenata dlijeta, termičke obrade čelika, kao i od načina površinskog otvrdnjavanja.

Najmanju radnu dob imaju ležajevi dlijeta. Za povećanje otpornosti ležajeva konusnih dlijeta neophodno je pravilno izborati vrstu čelika za žrvnjeve, čepove, šape dlijeta i kotrljajuće elemente ležajeva. Vrijeme rada ležajeva dlijeta ovisi od geometrijskog oblika trkaće staze ležaja termičke obrade pojedinih dijelova, kao i od kvaliteta isplake, veličine osnog tlaka i broja obrtaja dlijeta.

Vrijeme rada ležajeva određuje se ukupnim brojem obtaja žrvnjeva sve do potpunog istrošenja ležaja, uz stalne vrijednosti preostalih pokazatelja bušenja. Utvrđeno je u praksi da se trošenje ležajeva ne pojavljuje, ako se u vrijeme bušenja postupno i ravnomjerno opterećuju sve potporni elementi žrvnjeva.Rad ležajeva dlijeta kod bušenja u tvrdim stijenama znatno se poboljša, ako se između dlijeta i kolone teških šipki smjesti amortizacijski uređaj za spriječavanje vibracija kolone bušaćeg alata.

Intenzitet habanja ležajeva dlijeta povećava se u slučaju korozionog djelovanja isplake. Vrlo često uzrok preranog istrošenja ležajeva žrvanjskih dlijeta može biti oštećenje ili smanjenje dimenzije valjčića. Mala otpornost valjčića snižava u principu učinak primjene legiranih čelika velike izdržljivosti (čvrstoće) za preostale elemente dlijeta (žrvnjeve, šape).Snimanjem stanja valjčića u ležajevima žrvanjskih dlijeta nakon njihovog rada, uočeni su slijedeći oblici istrošenosti:

– istrošenost površine valjčića uzduž, što vodi do formiranja zarubljene kupe u obliku metka,– lokalno ljuštenje vanjskog sloja,– istrošenost valjčića u središnjem dijelu sa stvaranjem karakterističnog sedla,– smicanje ivica valjčića (uglavnom pod kutom 45 stupnjeva) kao i pucanje valjčića ili

ljuštenje uzduž i poprijeko presjeka,– izduženje valjčića usljed kotrljanja pod velikim opterećenjem.

Na osnovu rezultata dobivenim detaljnim istraživanjem i analizom uzroka istrošenosti valjčića istaknut je zaključak da za određivanje pogodnosti čelika za proizvodnju valjčića, osim definiranja tvrdoće površine, treba takođe uzeti u obzir otpornost čelika na pojedina i ciklična dinamička opterećenja, otpornost na abraziju, kao i čvrstoću na statička opterećenja i plastične deformacije.

Na vrijema rada zuba konusnih dlijeta veliki utjecaj ima kvaliteta strukture spojnog sloja zuba. Pri spajanju površine zuba treba očuvati dobra svojstva legure (volframa), kao i postići dobro cementiran sloj legure sa osnovom zuba, koja mora suzbijati drobljenje zrna volframa i biti otporna na abrazivno habanje u uvjetima ciklično-udarnih opterećenja.

Provedena praktična opažanja u korištenju žrvanjskih dlijeta su pokazala da se za vrijeme rada najprije ljušti spojeni sloj, poslije čega započinje habanje zuba. Kao rezultat ispitivanja strukture čelika spajanog volframom različite veličine zrna konstatirano je da glavni faktor koji ima utjecaj na kvalitetu strukture je stupanj topljivosti volframa u osnovi čelika.

U mjeri povećanja stupnja razdrobljenja zrna volframa, mikrostrukture, osnova spajanog sloja je manje jednorodna, smanjuju se dimenzije volframa i stvara se vrlo krhak spojni sloj. Za spajanje zuba primjena volframa sa većom i jednorodnom veličinom zrna povećava otpornost spojnog sloja na habanje. To omogućava povećanje provrta dlijetom i postizanje više srednje mehaničke brzine bušenja. Kod primjene zrna volframa sa većim promjerom, zahtijevana debljina spajanja postiže se, primjerice, već po stavljanju jednog sloja zrna, a kod sitnih zrna volframa neophodno je stavljanje 2 do 3 sloja, što vodi ka neravnomjernosti presjeka i promjeni debljine napojnog sloja. Kao rezultat navedenog izobličava se geometrija zuba žrvnjeva, što dovodi do smanjenja srednje mehaničke brzine bušenja.

4.2.2. SMJERNICE KORIŠTENJA DLIJETA

Praktična iskustva pokazuju da učinkovitost rada dlijeta ovisi također od konstrukcije i načina montaže kolone bušaćeg alata, a naročito od vrste i dimenzija teških šipki. Vrijednosti osnog tlaka na dlijeto, krutost teških šipki, raspored mase, stabilizacija bušaćeg alata i vibraciona obilježja rada teških šipki utječu kako na učinkovitostost dlijeta, tako i na stabilnost njegovog rada na dnu bušotine.

Postizanje dobrih rezultata kod bušenja konusnim dlijetima ovise od fizičko-mehaničkih svojstava stijena, kvalitete i pokazatelja isplake, kao i veličine hidrostatičkog tlaka isplake na dno bušotine. Primjena za bušenje emulzionih isplaka na naftnoj osnovi, ili dodavanje normalnim glinenim isplakama praškastog grafita, poboljšava ravnomjernost regulacije tlaka na dlijeto i do minimuma smanjenja pojave stvaranja obljepljivanja dlijeta i alata iskopinom, nastalom pri bušenju glinasto-škriljastih stijena.

Pri bušenju emulzionom isplakom u muljevima i škriljcima, podmazivajući učinak nafte ili ulja pogoduje porastu brzine bušenja, produljava vrijeme rada ležajeva dlijeta i sprečava stvaranje u prstenastom prostoru čepova od izbušene stijene.

Najučinkovitije bušenje stijena žrvanjskim dlijetima postiže se pri čišćenju dna bušotine plinskom ili zračnom isplakom, nešto manje kod bušenja vodom, a najmanje kod bušenja teškim glinastim isplakama.

Na brzinu bušenja negativno utječe porast viskoziteta isplake, sadržaj krute faze i povećanje u isplaci količine koloidnih čestica. Vrijednosti mehaničke brzine bušenja ovise također od tipa dlijeta koje je upotrijebljeno za bušenje dane stijene.

Tablica 4-1: Preporuke i smjernice rabljenja žrvanjskih dlijeta

Stanje dlijeta po napredovanju Mogući uzroci habanja dlijeta Preporuke za poboljšanje dlijetaPrekomjerno habanje

ležaja dlijetaPrevelik broj okretaja dlijeta

Prekomjerni osni pritisak na dlijetoZnatan postotni sadržaj pijeska

u isplaciNije izmjerena kolona teških šipki

Neodgovarajući tip dlijeta

Smanjiti broj obrtaja dlijetaSmanjiti vrijeme rada dlijetaSmanjiti osni tlaak na dlijetoSmanjiti zapješčenje isplake

Primijeniti izmjerene teške šipkePrimijeniti odgovarajuće dlijeto

Prekomjerno drobljenje zubi na

vijencima žrvnjeva

Neodgovarajući tip dlijetaNeodgovarajuće novo dlijeto

Prekomjerni osnitlaak na dlijeto

Primijeniti dlijeto sa manjomrazmakom zubi predviđeno

za bušenje vrlo tvrdih stijenaPrimijeniti pravilniju i

odgovarajuću metodu uvodnog dlijeta

Smanjiti osni tlak na dlijetoNejednako habanje zubi na

pojedinim vijencima žrvnja

Neodgovarajući tip dlijeta

Neodgovarajuća metodanovog dlijeta koja izaziva

lomljenje zubi

Primijeniti drugi tip dlijetakoje će imati veće ali ravnomjernije

habanje zubi na svim vijencimaPrimijeniti pravilnu metodu

uvodnog dlijeta kod započinjanjabušenja

Prekomjerno habanje zubi žrvnjeva

Prevelik broj okretaja dlijetaNeodgovarajući tip dlijetaPrimjena dlijeta sa zubima

neopremljenim sa tvrdim legurama

Smanjiti broj okretaja dlijetaPrimijeniti dlijeto sa manjom

razmjerom zubiPrimijeniti dlijeto sa zubimaspajanim tvrdim legurama

Prekomjerno habanje vrhova zubi žrvnja

Dvostruko napajanjezubi žrvnjeva tvrdim leguramaNedovoljan osni tlak na dlijeto

Primijeniti dlijeta sajednostranim napajanjem

zubi tvrdim leguramaPovećati osni tlak

na dlijetoNagnječenje zubi žrvnja Preveliki osni tlakovi na dlijeto

Pretvrde stijene za primijenjenitip dlijeta

Smanjiti vrijeme rada dlijetaPrimijeniti dlijeta sa manjomrazmjerom zubi predviđena

za bušenje vrlo tvrdih stijenaPranje zubi dlijeta sa gornjim

ispiranjemPrevelika brzina istjecanjaisplake iz isplačnih otvora

Veliki postotni sadržajpijeska u isplaci

Smanjiti protjecaj isplakeSmanjiti zapješčenje isplake,primijeniti dlijeta diznog tipa

Znatna pohabanost zubi od strane

stijenki bušotine

Neodgovarajući tip dlijetaPredugo vrijeme rada dlijeta

na dnu bušotine

Primijeniti dlijeta sadebljim slojem napajanja vanjske

strtane žrvnjevaSkratiti vrijeme rada dlijeta

na dnu bušotineZaklanjanje žrvnjeva

prouzrokovano stvaranjem obljepljenja

iskopinom

Preveliki osni tlakNeodgovarajući tip dlijeta

Nedovoljna brzina protjecajaisplake na dnu bušotine

Primijeniti niže vrijednostiosnih pritisaka

Primijeniti dlijeto sa većomrazmjerom zubi na vrlo meke stijene

Povećati protjecaj isplake

Ako stijena ima veliku čvrstoću na gnječenje, ali nije abrazivna, za izbjegavanje čestih lomljenja i drobljenja zuba treba primjenjivati dlijeta bez spajanja tvrdim legurama.Ako je stijena abrazivna i ima veliku čvrstoću na gnječenje, to će spajanje žrvnjeva tvrdim legurama znatno smanjiti habanje zuba i povrćati vrijeme rada dlijeta.

Zubi žrvnjeva dlijeta za tvrde stijene habaju se uglavnom zbog drobljenja, gnječenja i abrazije metala zuba. Pod utjecajem znatnih cikličnih asimetričnih tlakova u površinskom sloju

otvrdnutih (oplemenjenih) elemenata žrvnjeva, uslijed zamora materijala nastaju pukotine i risevi, koje izazivaju drobljenje i otkidanje tih slojeva. Kod tog procesa nastupa stalno abrazivno djelovanje stijene na radnoj površini elementa dlijeta.

Neotvrdnuti zubi žrvnjeva, koji nemaju spajan ili cementiran i okaljen sloj, podliježu plastičnoj deformaciji stiskanju i abrazivnom habanju. Tom okolnošću ( osim čvrstoće ležajeva) uvjetovan je osni tlak na dlijeto pri bušenju tvrdih i vrlo tvrdih stijena. Istrošenost (habanje) zuba dlijeta češće se opaža kod površinskog bušenja stijena. Zbog tog razloga porast osnog pritiska na dlijeto ne mora prouzrokovati povećano habanje radne površine dlijeta, ako se pri porastu osnog tlaka karakter bušenja stijene promjenio sa zamornog na obujamsko.Na osnovu podataka dobivenih u praksi i iz literature moguće je sastaviti preporuke i smjernice korištenja žrvanjskih dlijeta pokazane u tablici 4-1.

Praktična iskustva pokazuju da efektivnost procesa bušenja stijene žrvanjskim dlijetima ovisi ne samo od apsolutne veličine snage dovedene do dlijeta, nego i od odnosa obrtnog momenta M na dlijetu (određenim uglavnom veličinom osnog tlaka na dlijeto) prema broju okretaja dlijeta n.

Iskorištenje potpune snage dovedene na dlijeto kod visokih vrijednosti M/n označava da bušenje treba biti nastavljeno pri velikim osnim tlakovima i manjem broju okretaja. To dovodi do povećanja učinkovitostii bušenja stijena i poboljšanja tehno-ekonomskih pokazatelja rada dlijeta.

Kod stalne snage na dlijetu, mehanička brzina bušenja smanjuje se s porastom broja okretaja dlijeta, jer u tom slučaju proizilazi potreba za istovremenim sniženjem vrijednosti osnog tlaka.

Jednako udubljenje zuba u dno bušotine za jedan okretaj dlijeta zahtijeva različite snage na dlijetu ovisno od omjera M/n. Što je veći taj omjer, tim je manja zahtjevna snaga na dlijetu. Da bi se ispunio taj uvjet, treba primijeniti promjere teških šipki bliske promjeru dlijeta.

Na velikim dubinama bušenja žrvanjska dlijeta pokazuju manju učinkovitost rada s obzirom na mali provrt dlijetom.Zbog toga se u praksi sve češće uvode dijamantska dlijeta.

4.2.3. TEHNOLOGIJA BUŠENJA DIJAMANTSKIM DLIJETIMA

Firma Christensen preporučuje izbor tipova dijamantskih dlijeta u ovisnosti od vrste, litologije i mehaničkih osobina bušenih stijena.Pri tome se uzima u obzir tip žrvanjskog dlijeta i postignuti provrt. Efektivnost primjene dijamantskih dlijeta ovisi, između ostalog, i od sljedećih faktora:

– tehničkog stanja i karakteristika kompleksa bušilice,– stpupnja očišćenja dna bušotine od metalnih dijelova,– izbor tipa dlijeta i pokazatelja tehnologije bušenja, prikladno fizičko-mehaničkim

osobinama stijene,– kvalitete bušaće isplake,– postizanih vrijednosti srednje mehaničke brzine bušenja i provrta i– količine istrošenih karata dijamanata.Dijamantska dlijeta se ne upotrebljavaju za bušenje u ispucalim, mekim, slabo zbijenim i

plastičnim stijenama, slično kao i u vrlo tvrdim i abrazivnim kvarcitnim pješčarima. Na ekonomiku bušenja dijamantskim dlijetima veliki utjecaj ima tehnologija bušenja kao i

racionalno iskorištenje sposobnosti rada dlijeta. S obzirom na dobivanje natrag dijamanata, racionalno habanje dlijeta mora iznositi od 30 do 40

%, što je uvjetovano visokom cijenom dijamanata i relativno malim troškovima proizvodnje novog dlijeta. Stupanj istrošenosti dlijeta za vrijeme njegovog korištenja određuje se smanjenjem brzine bušenja.

Veliki značaj za korištenje dijamantskih dlijeta ima održavanje stalnog (određene vrijednosti) osnog tlaka, pooštreni zahtjevi spuštanja dlijeta stalnom brzinom, što se može najlakše postići korištenjem pri bušenju automatskih regulatora spuštanja alata.

Principi pravilnog bušenja dijamantskim dlijetima zahtijevaju tijesno povezivanje vrijednosti osnog tlaka sa protjecajem isplake.Firma Christensen preporučuje optimalne vrijednosti osnog tlaka i količine isplake ovisno od promjera dijamantskog alata. Naročito se zahtjeva količina i kvaliteta isplake i određuje se dozvoljeno zapješčenje.

Suviše veliko zapješčenje i veliki protjecaj isplake prouzrokuje erozijsko djelovanje na matrici, što dovodi do preranog trošenja i otkrivanja dijamanata.Pri suviše malom protjecaju isplake uzrokuje slabo je odvođenje topline, što izaziva oksidaciju ili grafitizaciju dijamanata.

Kao rezultat labaratorijskih i praktičnih istraživanja utvrđeno je da je mehanička brzina bušenja proporcionalna osnom tlaku samo u slučaju dobrog čišćenja dna bušotine, što je uvjetovano pokazateljima isplake kao i njenim protjecajem. Pojava zašljemovanja dna bušotine izbušenom iskopinom u velikoj mjeri može biti uklonjena pravilnim izborom odgovarajuće konstrukcije isplačnih kanala dijamantskih dlijeta

Kod izrade bušotina dijamantskim dlijetima iskustveno je utvrđeno da je okretni moment, potreban za okretanje dlijeta, razmjeranan osnom tlaku i smanjuje se kod stalnog osnog tlaka u mjeri porasta broja okretaja dlijeta.

Okretni moment potreban za okretaje dijamantskog dlijeta je trostruko viši nego za žrvanjsko dlijeto.Ta okolnost kod stolnog bušenja nema posebnog značaja, jer do dlijeta dolazi samo dio okretnog momenta kakav je doveden do kolone alata.

Na mehaničku brzinu bušenja dijamantskim dlijetima u velikom stupnju utječe hidrostatički tlak isplake. Zbog toga je cjelishodna primjena isplake sa što je moguće nižom gustinom. Dobri rezultati se postižu kod primjene vode kao isplake.Kod bušenja dijamantskim dlijetima važno je praćenje tlaka isplačnih crpki. Nagli porast tlaka svjedoči o obljepljenju dlijeta izbušenim materijalom. Stalan, tekući rast tlaka u isplačnim crpkama svjedoči o postupnom trošenju radne površine dlijeta. Mali porast tlaka opaža se pri dodiru dlijeta sa dnom bušotine. Pad tlaka u crpki svjedoči o smanjivanju koeficijenta korisnog djelovanja isplačnih crpki ili o gubljenju isplake kroz navojne spojeve isplačnih cijevi.

Učinkovitost dijamantskog bušenja ovisi također od pravilnog izbora vrste dijamanata kao i od njihovog oblika. Mehanizam rada pojedinih dijamanata svodi se na razdrobljavanje ili rezanje stijene na dnu bušotine i eventualno na kombinaciju te dvije aktivnosti.

Pored toga što je tehnološki proces obrade dijamanata malo opisan u literaturi, poznato je da se prva etapa obrade dijamanata temelji na zaobljenju njihovih ivica, a sljedeća na poliranju njihove površine. Obrađeni dijamanti, upotrijebljeni za proizvodnju dlijeta, povećavaju efikasnost rada zbog smanjenja trenja u stijeni. Pri njihovom radu oslobađa se manja količina topline, a time se izbjegava pregrijavanje dijamanata, koje prouzrokuje njihovo prerano trošenje.

Kod korištenja dlijeta smanjeno habanje dijamanata povećava mogućnost njihovog ponovnog korištenja, što znatno utječe na sniženje troškova korištenja dijamantskih dlijeta.Posljednjh godina, kao rezultat laboratorijskih ispitivanja i opažanja habanja pri bušenju, firme koje proizvode dijamantska dlijeta promijenile su oblik i geometriju isplačnih kanala kao i poboljšale kvalitetu materijala matrica radi postizanja iskorištenja na dnu bušotine i u kanalima dijamantskih dlijeta hidrauličke snage isplake.

Znatno veća primjena dijamantskijh dlijeta rezultat je kako velike raznovrsnosti tipova tih dlijeta, tako i ekonomskih učinaka. Izrađujući dijamantskim dlijetima bušotine u tvrdim i jednorodnim stijenama, koje zaliježu na većim dubinama, postiže se niža jedinična cijena bušotine nego kod primjene žrvanjskih dlijeta. Konusna dlijeta se proizvode serijski od normaliziranih elemenata. Ona se odlikuju relativno manjim brojem tipova i konstrukcija prilagođenih za bušenje u različitim geološkim uvjetima. Zato se svako dijamantsko dlijeto izrađuje ručno, što dozvoljava svaki put njegovo prilagođavanje konkretnim uvjetima bušenja putem izabiranja odgovarajućih veličina i oblika dijamanata, kao i različitost načina njihovog razmještaja.

Konstrukciju dijamantskog dlijeta možemo promijeniti također putem promjene oblika i promjera, broja i konfiguracije isplačnih kanala, kao i putem izbora odgovarajuće hidromehaničke karakteristike.

Slika 4-10: Dijamantska dlijeta proizvodnja firme Christensen

a)za srednje tvrde stijene, b) za vrlo tvrde stijene sa velikom površinom dodira sa dnom bušotine c) za tvrde stijene

Dijamantska dlijeta, namijenjena za duboka bušenja, opremljena su velikim brojem malih dijamanata, koji se sastoje od tvrdih legura na osnovi volframa.

Trup dlijeta se namjesti u grafitnu kalup presu i stavi u peć. Spajanje praška provodi se pod tlakom. Završna obrada radne površine kao i formiranje isplačnih kanala vrši se na tokarskom stroju. Sastav tvrde legure, broj, veličina kao i način razmještaja dijamanata bira se u zavisnosti od fizičko-mehaničkih svojstava stijene koja će se bušiti.

Za bušenje tvrdih stijena primjenjuju se vrlo sitni dijamanti, a za stijene srednje tvrdoće krupniji dijamanti (slika 4-10a). Ovisno od stupnja abrazivnosti stijene primjenjuju se dijamantska dlijeta koja imaju normalnu i povećanu visinu bočne površine koja kalibrira stijenke bušotine ( slika 4-10b).

4.2.3.1.VRSTE DIJAMANATA

Za ocjenu pogodnosti bušaćih dijamantskih alata primjenjuju se slijedeći pokazatelji rada: vrsta i količina dijamanata, tip matrice i stupanj otkrivenosti dijamanata, geometrijski oblik i razmještaj isplačnih kanala, kao i vrsta materijala matrice.

Za proizvodnju bušaćih alata primjenjivani su dijamanti vrste “borts”, “ballas”, “kongo carbonado” kao i sintetički dijamanti.

Dijamanti vrste “borts”, koji imaju kuglast oblik i porijeklom su iz zapadne Afrike, potisnuli su ranije primjenjivane “carbonado” dijamante (s obzirom na nisku cijenu) i sada su najrasprostranjeniji kao tehnički dijamanti. Za opremanje matrica dijamantskih dlijeta i kruna namijenjenih za bušenje u srednje tvrdim stijenama primjenjuju se jeftiniji dijamanti vrste “kongo”.

Dijamanti “carbonado”, podrijetlom iz Brazila, su sitnozrnasti, porozni, stvaraju gomile kristala obojenih mrkom, mrkocrnom ili crnom bojom. Obojenje potječe od bezobličnog grafita i spornih primjesa. Tim dijamantima opreme se površine dlijeta i jezgrenih kruna, koje su najviše izložene habanju. Za dijamantske bušaće alate u vrlo tvrdim, teško bušivim stijenama, primjenjuje se dijamanti sa trgovačkim imenom “premium”.

Tablica 4-2: Usporedba fizičko-mehaničkih pokazatelja dijamanata sa drugim materijalima

Sadržaj Dijamant Korund Volfram ČelikTvrdoća prema skali

Knoopa 6.300. 2.000. 1.300. 300Otpornost na habanje

90.000. 1.000. 900 10Čvrstoća na tlak

(Ncm-2) 879.000. - 562.000. 196.000.Abrazivnost 1,1 0,2 0,2 0,0

Dijamanti su osjetljivi na djelovanje temperature.Na temperaturi od 500 do 800 stupnjeva Celzija dijamanti oksidiraju, a na temperaturi oko 1450 stupnjeva Celzija nastupa pojava grafitizacije.

Dijamanti uz relativno malu otpornost na udar karakteriziraju se velikom tvrdoćom i otpornošću na abraziju ( tablica 4-2).

4.3. JEZGRENE KRUNE I APARATI ZA JEZGROVANJE

Stijenske krhotine nastale pri bušenju stijene dlijetima su uzorci stijene, pa ipak, s obzirom na njihove male dimenzije, mogu dati samo ograničene podatke o probušenim stijenama. Dio stijena za vrijeme njihovog razdrobljavanja prelazi u isplaku (glinovito-škriljaste stijene) ili ostaju razdrobljene na vrlo sitne čestice i zrna.

Podaci dobiveni iz uzoraka izbušenih krhotina stijena mogu biti izobličeni s obzirom na kašnjenje njihovog iznošenja na površinu pomoću isplake, ili prodiranju u uzorke stijenskih krhotina iz naleglih slojeva zbog mehaničkog djelovanja bušaćeg alata (kolone) na stijenke bušotine.

Slika 4-11: Kruna

a)jezgrena žrvanjska kruna,b)dijamantska jezgrena kruna proizvodnje firme Christensen.

Neophodnost dobivanja strukturalno nenarušenih uzoraka stijena dovela je do razvoja tehnologije jezgrovanja stijena za vrijeme izrade bušotine.

Dobivanje jezgra iz probušene stijene dozvoljava utvrđivanje fizičko-mehaničkih svojstava stijena, određivanje njihovog mineraloškog i petrografskog sastava, faune, flore, tektonike, kuta pada slojeva, propustljivosti, poroznosti i stupnja zasićenja stijena pojedinim ležišnim tekućinama.

Za dobivanje jezgra pri izradi dubokih bušotina primjenjuju se aparati za jezgrovanje i jezgrene krune raznih vrsta i tipova. Proces obušivanja stupića stijene vrši se uz uporabu jezgrene krune, a jezgreni aparat osigurava smještaj jezgra i njegovu zaštitu od uništavanja ili ispiranja isplakom.

Konstrukcija kruna i jezgrenih aparata je posljednjih godina prošla niz modifikacija i konstrukcijskih poboljšanja. One su težile poboljšanju dobivanja jezgra naročito iz krhkih ispucalih i slabo vezanih stijena kao i povećanju brzine jezgrovanja.

4.3.1. KRUNA ZA JEZGROVANJE

Sada se kod izrade dubokih bušotina primjenjuju dva osnovna tipa jezgrenih kruna:– žrvanjske (slika 4-11a) – dijamantske (slika 4-11b)

prilagođene za bušenje uz potrebu dvostrukih aparata za jezgrovanje.Unutrašnja jezgrena cijev kod jezgrenih aparata za bušenje žrvanjskim i dijamantskim krunama je na ležajevim ( slika 4-12a ).

Slika 4-12: Jezgreni aparatia)dvostruki sa jezgrenom cijevi na ležajevima, proizvodnje firme Christensen,

b)spušteni kroz alat, proizvodnje firme Trauzl.

Radi skraćivanja vremena za operacije spuštanja i izvlačenja bušaćeg alata, vrlo često se kod izrade dubokih bušotina primjenjuju jezgreni aparati sa spuštenom jezgrenom cijevi unutar bušačeg alata ( slika 4-12b ). Prvi jezgreni aparati tog tipa su primjenjeni za plitka bušenja uz upotrebu žrvanjskih i krilastih kruna (slika 4-12a). Sada se metoda jezgrovanja kroz bušaći alat uvodi također za dijamantska bušenja. Tome pogoduje relativo dobra učinkovitost postignuta dijamantskim krunama.

Dijamantske krune se najčešće primjenjuju kod geološko-istražnih bušenja. Za uzimanje jezgra u raznim stijenama, npr.mekim škriljcima, krečnjacima, pješčarima, dolomitima i kvarcitima, krune se razlikuju po konstrukciji, promjeru, dimenzijama dijamanta kao i njihovim razmještajem kako na prstenu rezanja, tako i na vanjskoj i unutrašnjoj površini koje kalibriraju jezgro i stijenke bušotine. Krune za jezgrovanje razlikuju se također po konstrukciji isplačnih kanala ( slika 4-13b ).

Za učinkovitost bušenja dijamantskim jezgrenim krunama važan značaj ima ravnomjernost spuštanja bušaćeg alata, broj okretaja stola, hidrostatički tlak, kao i osna sila, protjecaj i kvaliteta isplake, sadržaj krute faze i pijeska.

Slika 4-13: Kruna za jezgrovanjea)klinasta kruna, b)dijamantska kruna sa rasterećivajućim okomitim isplačnim otvorima

Za bušenje jezgrenim dijamantskim krunama može se upotrijebiti glinena isplaka na naftnoj osnovi, emulziona isplaka koju treba dobro očistiti od pijeska. Dodatak barita u isplaku ne utječe, u principu, na efektivnost dijamantskog bušenja.

Kod bušenja novom krunom, ili poslije dodavanja pojedine isplačne cijevi, pri dolasku krunom do dna bušotine, treba smanjiti broj obrtaja stola. Po prerađivanju dna bušotine i prilagođavanju njegove konfiguracije obliku čelne površine krune povećava se kako broj obrtaja, tako i osni tlak. Pokazatelji protjecaja isplake biraju se u ovisnosti od mehaničke brzine bušenja.

Za učinkvittost rada kruna uputno je da na dnu bušotine ne bude odlomaka metala i komadića čelika. Prije spuštanja krune dno bušotine treba brižljivo očistiti od metala. Pri spuštanju i izvlačenju bušaćeg alata treba primijeniti gumene uređaje za brisanje isplačnih cijevi.

Pažnju pri bušenju jezgrenim dijamantskim krunama treba posvetiti stabilizaciji kolone bušaćeg alata i aparata za jezgrovanje.

Za vrijeme izvlačenja bušaćeg alata treba kontrolirati stanje istrošenosti stabilizatora. U slučaju gubitka njihovog promjera treba ih zamijeniti sa novim.

Poteškoće pri jezgrovanju vezane su za nedobivanje jezgra ili dobivanje u malom postotku. Mogu biti prouzrokovane tehničkim uzrocima, i kompliciranim geološkim uvjetima. U tehničke

uzroke možemo ubrojati: nepoštivanje principa tehnologije jezgrovanja ili prekomjerno istrošenje kruna ili jezgrenih aparata, neodgovarajuća konstrukcija jezgrenih aparata, loš izbor podataka tehnologije bušenja ili premala krutost donjeg dijela kolone bušačeg alata.

Slika 4-14: Savijanje jezgrene cijevi

a)Shema savijanja jezgrene cijevi kod početka bušenja u pilot- bušotini;b)Smještaj jezgrene krune kod savijene jezgrene cijevi u bušotini većeg promjera

Uzimanje jezgra i njegovo izvlačenje na površinu u velikom stupnju ovisi od konstrukcije dvostruke jezgrene cijevi, a prije svega od polažaja neokrećuće jezgrene cijevi. Utvrđeno je da se pri obrtu unutrašnje jezgrene cijevi okretni moment prenosi na jezgro, a kao rezultat toga jezgro se mrvi ili zaklinjuje u jezgrenom aparatu.Okretajima unutrašnje jezgrene cijevi pogoduju sljedeći faktori:

– prekomjeran viskozitet i strukturalna izdržljivost isplake u prstenastom prostoru između unutrašnje i vanjske cijevi jezgrenog aparata,

– povećano trenje u ležajevima podvješene jezgrene cijevi,– mala stabilnost unutrašnje cijevi i– savijanje vanjske cijevi pod utjecajem osnog tlaka na krunu.

Prva tri faktora odigravaju drugorazrednu ulogu, dok savijanje vanjske jezgre cijevi izaziva pogoršanje uvjeta jezgrovanja.

Istraživanja i opažanja su pokazala da na kvalitetu jezgra utječe prije svega savijanje cijevi u blizini krune za jezgrovanje.Pri savijanju kolone jezgrenog aparata pojavljuje se dodir unutrašnje stijenke cijevi sa jezgrenom cijevi ( slika 4-14a). Nastajuće trenje je uzrok okretanju unutrašnje jezgrene cijevi. Sila trenja može biti toliko velika da se jezgrena cijev okreće brzinom bliskom brzini vanjske cijevi. U tom slučaju biće veća mogućnost drobljenja i zaklinjenja jezgra u cijevi.

Druga nepogodna okolnost kod savijenosti jezgrenog aparata je neravnomjerno trošenje jezgrene krune. Ako se savijeni jezgreni aparat dodiruje sa stijenkom bušotine, cijeli osni tlak prenosi se samo na dio radne površine krune (slika 4-14b).

Da bi se poboljšalo dobivanje jezgra i produžilo vrijeme rada krune, treba osigurati okomit i stabilan položaj jezgrenog aparata, što se može postići raznim metodama.

Slika 4-15: Jezgreni aparati sa kvadratno-spiralnom i električnom jezgrenom cijevi

a)jezgreni aparat sa kvadratno – spiralnom cijevi vanjskom i stabilizatorom u bušotini većeg promjera:

1-stabilizator, 2- okrugla teška šipka, 3- kvadratno- spiralna jezgrena cijev, 4- stijenka bušotine.

b)dvostruka jezgrena cijev sa elastičnom jezgrenom cijevi1 – kruna, 2- jezgro, 3- gumena jezgrena cijev.

Najčešće se u koloni jezgrenog aparata smiještaju stabilizatori. Prvi na visini 2,5 do 3,7 m od jezgrene krune i zatim na svakom spoju vanjske jezgrene cijevi. Ta prosta metoda stabilizacije donjeg dijela kolone isprobana je u praksi.

Postignut je porast mehaničke brzine bušenja, kao i povećanje provrta krunom, što je utjecalo na smanjenje opće cijene jezgrovanja. Jedina greška ove metode je veliki broj stabilizatora, što komplicira spuštanje i izvlačenje bušaćeg alata.

Druga metoda povećanja krutosti donjeg dijela kolone bušaćeg alata može biti primjena dvostrukih jezgrenih cijevi sa debelostijenskom vanjskom cijevi, koja se može suprostaviti savijanju kod povećanih osnih sila na krunu.

Jezgrene cijevi sa debelom stijenkom mogu biti primijenjene u kombinaciji s proširivačima i sa stabilizatorom smještenim neposredno iznad jezgrenog aparata. Sada se sve češće primjenjuju specijalni jezgreni aparati koji imaju donju vanjsku jezgrenu cijev obrazovanu u obliku kvadratno-spiralnog sektora cijevi ( slika 4-15). Te su cijevi oblikom slične teškim šipkama sa kvadratnim presjekom, koje se primjenjuju pri bušenju žrvanjskim dlijetima.

Primjer nestabilnog smještaja jezgrenog aparata može biti bušenje jezgrenim aparatom manjeg promjera u bušotini sa većim promjerom. Takvi nenormalni uvjeti jezgrovanja mogu se također pojaviti u tvrdim, ispucalim slojevima, gdje se često opaža zaklinjenje jezgra u jezgrenoj cijevi.Kod te vrste poteškoća koje se pojavljuju pri jezgrovanju mogu biti preporučeni slijedeći načini stabilizacije jezgrenih aparata:- postavljanje između normalne jezgrene cijevi i krune kvadratno-spiralne vanjske cijevi sa promjerom manjim za oko 2,5 mm od promjera krune,- stabilizacija gornjeg dijela jezgrene cijevi putem smiještanja između jezgrene cijevi i teške šipke stabilizatora sa punim promjerom, gotovo jednakom promjeru bušotine,- postavljanje jezgrene cijevi sa debelom stijenkom između gornjeg normalnog i donjeg kvadratno-spiralnog stabilizatora.

Geološki uzroci koji otežavaju dobivanje jezgra mogu biti: slabo vezane krhke stijene, stijene sa malom čvrstoćom, veliki pad slojeva, ili promjena tvrdoće stijene.

Zbog stalnog usavršavanja konstrukcije jezgrenih cijevi i jezgrenih kruna dijamantskog tipa sada su manje poteškoće sa dobivanjem jezgra. Za slabo vezane, krhke i ispucale stijene primjenjivani su jezgreni aparati sa elastičnom gumenom jezgrenom cijevi (slika 6.24b). Sada konstrukcije jezgrenih aparata za dijamantska bušenja dozvoljavaju postizanje sa jednim napredovanjem i više metara jezgra. U tim uvjetima poboljšava se učinkovitostost primjene dijamantskih kruna, osobito na većim dubinama. Radi sniženja troškova korištenja jezgrenih dijamantskih kruna ograničava se vrijeme rada, tako da stupanj istrošenosti dijamanata ne prekorači 30%.

4.4. OSNOVNI DIJELOVI POSTROJENJA ZA ROTACIJSKO BUŠENJE

Rotacijska metoda bušenja je postupak koji se najčešće primjenjuje (u 90% slučajeva) kod izrade dubokih bušotina.

Najvažnija prednost ovog vida bušenja u odnosu na druge metode sastoji se u tome što može osigurati dobivanje nenarušenih uzoraka stijena - jezgara cijelim profilom bušotine, što je najpouzdaniji postupak za geološku analizu. Metoda rotacijskog bušenja osigurava bušenje praktično u svim pravcima i uglovima pada kako sa površine terena tako i iz jamskih prostorija.

Izrada bušotina primjenom rotacijskog bušenja sastoji se u mehaničkom razaranju stijena uslijed djelovanja rada površine krune (ako se vrši jezgrovanje) ili dlijeta (bušenje zadanim promjerom kanala bušotine) na stjensku masu na dnu bušotine.

Razaranje stijena može da bude:o volumensko razaranje stijena,o površinski utjecaj na stijenu io utjecaj na zamaranje stijene

Volumensko razaranje stijena nastaje u uvjetima kada je osovinski tlak, koji tlači krunu ili dlijeto na dnu bušotine, veći od tvrdoće stijene na utiskivanje.U ovom slučaju zupci krune će se utiskivati u stijenu i istu razarati do neke dubine.Ova metoda predstavlja najučinkovitiji način mehaničkog razaranja stijena.Površinski utjecaj na stijenu izvodi se u uvjetima kada je tlak na krunu manji od tvrdoće stijene, tj. kada se zupci krune ne utiskuju u stijenu.Ovaj način razaranja stijena nije učinkovit, učinak je neznatan a habanje krune ubrzano.Utjecaj na zamaranje stijena ostvaruje se u istim uvjetima kao i površinsko razaranje stijena. Stalnim obnavljanjem tlaka na krunu, u stijeni, na dnu bušotine, nastaju prsline uslijed čega se tvrdoća stijena smanjuje, pa se povremeno stvaraju uvjeti za volumensko razaranje stijena.

Rotacija bušećeg alata može se ostvariti:

o rotacijskim stolom (rotary),o dubinskim motorima io suvremenim pogonskim sustavima sa isplačnom glavom.

Osnovni dijelovi stroja za rotacijsko bušenje su:

o toranj sa postoljem,o sustav koturača,o kuka,o uže za bušenje,o dizalica,o isplačna glava,o crpka za isplaku,o alatke za bušenje,o pomoćni uređaji za rukovanje alatkama io zaštitne cijevi.

4.4.1. TORANJ SA POSTOLJEM

Toranj sa postoljem predstavlja najvažniji dio bušaće garniture, a uloga mu je da omogući manevriranje, tj. spuštanje i izvlačenje iz bušotina bušaćeg pribora, različitih vrsta cijevi, uređaja za ispitivanje slojeva itd.

Danas, se uglavnom koristi čelična konstrukcija tornja, koja se montira na svom postolju po točno utvrđenim pravilima. U praksi se primjenjuju tri vrste tornjeva:

o stabilni tornjevi,o preklopni tornjevi io teleskopski tornjevi.

Stabilni tornjevi – Na slici 4-16 pokazan je stabilni toranj sa četiri oslonca. Sastavljen je od četiri noseća potporna stupa – noge (1) koji su povezani ramovima (2). Krutost konstrukcije tornja ostvaruje se dijagonalnim kracima (3). Na gornjem dijelu tornja postavljena je druga bina (4) na koju je montirana nepokretna koturača, a na određenoj visini postavljen je prva bina (5) na koju se naslanjaju sekcije bušaćih šipki. Cijelom dužinom tornja postavljene su ljestve (6) koje služe radnicima za pregled i servisiranje tornja.

Slika 4-16: Stabilni toranj sa četiri oslonca

Preklopni tornjevi – Mnogo širu primjenu imaju preklopni čelični tornjevi sa dvije noge, tzv. A – tornjevi. Jedan takav toranj pokazan je na slici 4-17.Preklopni tornjevi se transportiraju rastavljeni u 5 do 6 sekcija. Za razliku od stabilnih, preklopni tornjevi se montiraju na zemlji u vodoravnom položaju (slika 4-18), tako da se sekcije međusobno povežu, a zatim pomoću dizalice usprave.

Slika 4-17: Toranj sa dva oslonca ankerisan čeličnim užadima

Slika 4-18: Shematski prikaz podizanja tornja sa tornja sa dva oslonca iz ležećeg položaja

1-sigurnosno uže, 2-poluga za podizanje tornja 3-podupirač tornja, 4-uže za podizanje tornja, 5- toranj

Teleskopski tornjevi – Najčešće se montiraju na kamionima tako da pogonski motor, bušaća dizalica i toranj čine jednu cjelinu. Toranj se sastoji od nekoliko sekcija koje se mogu uvući jedna u drugu. Uspravljanje tornja vrši se pomoću hidrauličkog teleskopa, a zatim se sekcija po sekcija izvlači dok se ne izvuče cijela dužina. Montaža i demontaža je brza i jednostavna, ali u slučaju oštećenja opravke su dosta skupe.

4.4.2. KOTURAČE

Pri bušenju dubokih bušotina, uslijed spuštanja i izvlačenja bušaćeg pribora, na kuki nastaju opterećenja i do 7.000 kN. Da bi se tako velika opterećenja smanjila, upotrebljavaju se nepokretne i pokretne koturače čija je zadaća da rastereti opterećenje dizalice i užeta, odnosno da umjesto 7.000 kN uže i dizalica nosi od 350 do 420 kN.

Nepokretna koturača – Sastavljena je od serije koturova usporedno postavljenih na jednoj zajedničkoj osovini, a mogu da se kreću neovisno jedan od drugog. Nepokretna koturača pričvršćena je na vrhu tornja, a na nju je, pomoću strukova užeta, obješena pokretna koturača.Na slici 4-19 pokazana je konstrukcija nepokretne koturače montirana u metalnom ramu na kome je pričvršćena osovina sa sedam koturova, pri čemu je svaki kotur montiran na kugličnim ležajevima.

Pokretna koturača – Sastavljena je također od serije koturova postavljenih na zajedničkoj osovini, a zaštićeni su metalnim kućištem (slika 4-20).

Slika 4-19: Nepokretna koturača Slika 4-20: Pokretna koturača

1. metalni ram;2. koturovi;3. pomoćni koturovi;4. osovina;5. navoj za

pričvršćivanje;6. mazalica;

1. element za vješanje kuke;

2. držač elementa;3. osovina zglobnog

sistema;4. bočne strane;5. osovina;6. kotur;7. ležajevi;8. otvori za prolaz

strukova užeta;9. metalni zaštitni oklop.

Slika 4-21: Shematski prikaz sistema koturača1-kuka, 2- pokretna koturača, 3- nepokretna koturača,

4-toranj, 5- strukovi užeta u sistemu koturača,6-mrtvi kraj užeta, 7- radni kraj užeta.

4.4.3. KUKA

Kuka služi za izvlačenje i spuštanje kolone bušaćeg pribora u kanal bušotine, kao i za vješanje isplačne glave i elevatora. Izrađuje se od specijalnog čelika da bi izdržala i maksimalna opterećenja koja prelaze i preko 7.000 kN.

Slika 4-22: Kuka

Slika 4-23: Blok kuke1- kućište, 2-cijev, 3-aksijalni ležaj, 4-opruga,

5-kuka, 6-usta kuke, 7-zatvarač, 8-ključ,9-pero,10-uređaj za vješanje kuke,

11-otvori za vješanje elevatora,12-zatvarač, 13-zglobna veza kuke sa cijevi, 14-klin.

4.4.4. BUŠAĆE UŽE

Bušaće uže predstavlja neodvojiv dio sistema koturača. Jednim krajem je pričvršćeno za bubanj dizalice, ide preko kotura pokretne i fiksne koturače, a drugim krajem je pričvršćeno u postolju tornja.

U središnjem dijelu užeta je srž, koja može biti od različitih vrsta biljnih ili mineralnih vlakana, metalna ili plastična. Oko srži užeta namotano je šest pramenova (slika 4-24). Svaki pramen je izrađen od određenog broja čeličnih žica, najčešće 19.

U ovisnosti od rasporeda i promjera žica, u pramenu postoji više tipova pletenja od kojih su najčešće tri u uporabi:

o Warington pletenje: srednja žica pramena istog je promjera kao i žice kojim je obavijena, dok su ostale žice različitog promjera,

o Seal pletenje: srednja žica pramena je obavijena žicama manjeg promjera koje su opet obavijene žicama većeg ili istog promjera i

o Filler pletenje: središnja žica je obavijena žicama istog promjera kao i vanjske žice. Između redova žica, u šupljine, umetnute su žice malog promjera.

Slika 4-24: Presjek užeta sa šest pramenova

Slika 4-25: Različite vrste pramenova

4.4.5. DIZALICA

Dizalica predstavlja osnovni dio u sistemu za podizanje i spuštanje bušaćeg pribora, a predviđena je za izvođenje slijedećih operacija:

o reguliranje brzine podizanja i spuštanja kuke,o zaustavljanje kretanja kuke u tornju,o spuštanje i podizanje kolona bušećeg pribora i spuštanje sekcija zaštitnih cijevi,o prijenos rotacije rotacijskog stola,o odvrtanje i navrtanje bušaćih šipki i zaštitnih cijevi,o podizanje i pomjeranje različitih tereta u procesu montaže i demontaže uređaja i dr.

Potrebnu energiju za ostvarivanje ovih operacija dizalica dobiva od jednog ili više dizel ili elektro motora.

4.4.6. ISPLAČNA GLAVA

Isplačna glava smještena je u tornju, gdje visi na kuki, koja je povezana sa užetom preko sustava koturača (slika 4-26). Isplačna glava ima višestruku ulogu:

o omogućava rotaciju bušaćeg pribora, jer je svojim donjim sklopom povezana sa radnom šipkom,

o nosi cjelokupni teret bušaćih alatki,o omogućava da isplaka koja dolazi iz isplačnog crijeva uđe u unutrašnjost kolone bušaćih

šipki i dr.

Slika 4-26: Položaj isplačne glave u tornju1- isplačna glava, 2- isplačno crijevo, 3-radna šipka, 4-isplačna cijev,

5-pokretna koturača, 6-pod, 7-rotacioni sto.

Slika 4-27: Opći izgled isplačne glave model ''Ideco''

4.4.7. CRPKA ZA ISPLAKU

Isplačna crpka usisava pripremljenu isplaku iz usisnog spremnika i potiskuje je kroz cijev pod tlakom, okomitu cijev i isplačno crijevo u isplačnu glavu, i dalje kroz radnu šipku u kolonu bušaćeg pribora do dlijeta. Kroz mlaznice dlijeta, isplaka prolazi povećanom brzinom i tlakom, što omogućava učinkovito čišćenja dna bušotine i dlijeta od nabušenih čestica stijena. Isplaka koja je obavila svoju ulogu, dospijeva do usta bušotine gdje se usmjerava iz izlivne cijevi na vibracijska sita i dalje na sustave za prečišćavanje i obradu.Sustav optoka isplake pokazan je na slici 4-28.

Slika 4-28: Sustav za cirkulaciju isplake1-isplačna crpka, 2-usisni spremnik,3-usisna cijev,

4-okomita potisna cijev, 5-isplačno crijevo,6-isplačna glava,7-radna šipka, 8-kolona bušaćih šipki, 9-dlijeto,

10-izlivna cijev,11-vibracijsko sito,12- taložni spremnik, 13-degazator,14-desanderi,15-desilteri, 16-centrifuga, 17-lijevak.

4.4.8. POMOĆNI UREĐAJI ZA RUKOVANJE ALATKAMA

U pomoćne uređaje za rukovanje alatkama spadaju: elevatori, stremenovi, specijalni sigurnosni vijenci, klinovi i viseća kliješta.ElevatorElevatori su posebni alati koji se rabe za izvlačenje i spuštanje bušaćih ili teških šipki i ugradnju zaštitnih cijevi(slika 4-29). Bušaće i teške šipke, hvataju se elevatorom ispod spojnice i vješaju pomoću stremenova za kuku na tornju.

Postoji više vrsta različitih konstrukcija elevatora, u ovisnosti od tipa bušaćeg pribora koji je u uporabi pri bušenju u danim uvjetima.

Slika 4-29: Univerzalni elevator

StremenoviStremenovi služe za vješanje elevatora o kuku, a izrađuju se od jednog komada

visokokvalitetnog čelika u različitim konstrukcijama (slika 4-30).

Slika 4-30: Stremenovia) dvokraki stremen; b) jednokraki stremen i

c) jednokraki stremen sa kratkom gornjom petljom.

Specijalni sigurnosni vijenci

Specijalni sigurnosni vijenac rabi se kod izvlačenja i spuštanja bušaćih i teških šipki, kao i svih cijevi koje se ne mogu obuhvatiti elevatorom(slika 4-31).Vijenac je sastavljen od potrebnog broja segmenata koji se međusobno spajaju zglobovima. Svaki segment, tijekom pritezanja obuhvata odgovarajući dio vanjske površine šipke ili cijevi, tako da se stegnuta cijev ili šipka u dobro zategnutom vijencu može sigurno izvlačiti, spuštati ili prenositi.

Slika 4-31: Specijalni sigurnosni vijenacKlinovi

Klinovi su posebni elementi bušaće opreme, izrađeni su od termički obrađene čelične legure, međusobno povezani zglobovima, kako bi se u izradi bušotine ravnomjerno prenosila opterećenja na obuhvatnu površinu bušaće cijevi, koje se centriraju u rotacijskom stolu.Postoji više različitih konstrukcija klinova, pa se odabiru najpovoljniji tipovi na temelju predviđenih potreba (slika 4-32).

Slika 4-32: Različite konstrukcije klinova

a) dugački klinovi; b) višesegmentni klinovi za teške šipke;c) klinovi za ugradnju uvodnih kolona.

Viseća kliješta

Viseća kliješta kod rotacijske metode bušenja rabe se za navrtanje i odvrtanje bušećih alatki i zaštitnih cijevi. Ovisno od promjera bušaćeg pribora i zaštitnih kolona proizvode se različiti tipovi visećih kliješta. Danas u praksi, najčešće se primjenjuju kliješta pokazana na slici 4-33 koja se mogu koristiti za zavrtanje i odvrtanje bušaćih i teških šipki, kao i zaštitnih cijevi promjera do 0.34 m.

Slika 4-33: Shema visećih kliješta

4.4.9. ZAŠTITNE CIJEVI

Zaštitne cijevi imaju oblik izduženog cilindra, na čijim krajevima se nalaze konusni navoji. Danas se u praksi, za duboko bušenje, uglavnom rabe zaštitne cijevi proizvedene po API standardima obilježene monogramima Američkog Petrolejskog Instituta. Monogram obavezuje proizvođača i kontrolora da proizvod zadovoljava API standarde.

Zaštitne cijevi ugrađene u bušotinu imaju nekoliko važnih uloga, kako za vrijeme bušenje tako i u tijeku proizvodnje. Uloga zaštitnih cijevi je slijedeća:

o odvajanje i izoliranje različitih slojeva zasićenih fluidima, da bi se smanjili problemi tijekom bušenja ili povećala proizvodnja tijekom eksploatacije,

o uspostavljanje stabilnih hidrodinamičkih uvjeta u bušotini,

o osiguranje prolaza alata i opreme kroz ugrađenu kolonu zaštitnih cijevi, u cilju nastavka bušenja, i osiguranja operacija ispitivanja i osvajanja bušotine,

o ugradnju sigurnosnih uređaja na ulazu u bušotinu u cilju sprečavanja nekontrolirane erupcije bušotinskih fluida,

o uspostavljanje projektiranog režima eksploatacije itd.

Prema namjeni i dubini ugradnje u bušotinu, razlikuju se slijedeći tipovi kolona zaštitnih cijevi:o uvodna kolona,o površinska kolona,o tehnička kolona,o izgubljena kolona i o eksploatacijska kolona.

Na slici 4-34 pokazani su tipični načini zacjevljenja dubokih bušotina na istraživanju i eksploataciji nafte, gasa, čvrstih mineralnih sirovina, pitke vode i dr.

Slika 4-34: Primjeri konstrukcije zaštitnih cijevia)u uvjetima formacija sa normalnim pornim tlakovima

b) i c) u uvjetima formacija sa povišenim pornim tlakovima

Uvodna kolona predstavlja prvu zaštitnu cijev koja se ugrađuje u bušotinu na dubini od nekoliko desetina metara. Ima za cilj da:

o zaštiti kanal bušotine od zarušavanja pripovršinskih rastresitih slojeva, o osigura normalan optok isplake na izlazu iz bušotine i o osigura projektirani pravac bušenja.

Površinska kolona zaštitnih cijevi ugrađuje se u bušotinu da:o prekrije vodonosne pijeskove,o spriječi obrušavanje iz gornjih rastresitih slojeva,

o spriječi gubitak isplake,o osigura ugradnju sigurnosnih uređaja na ušću bušotine io nosi opterećenje svih ostalih tipova zaštitnih cijevi.

Peta zaštitnih cijevi ugrađuje se u nepropusne naslage stijena i ova kolona se obavezno cementira do površine.

Tehnička kolona ima ulogu da: o prekrije zone sa gubicima isplake, o izolira bušotinu od formacija u kojima se očekuje povišeni porni tlak, o osigura kanal bušotine od bubrenja i obrušavanja io omogući dostizanje konačne dubine bušotine.

Dubina ugradnje tehničke kolone ovisi od pornih tlakova i tlaka frakturiranja naslaga stijena dulj kanala bušotine. Kod ležišta kamene soli, ova kolona se uvijek ugrađuje za visinu stropne police u sloj soli. Izgubljena kolona zaštitnih cijevi kao dio tehničke kolone prekriva dio kanala bušotine i pri tome se niz zaštitnih cijevi ne proteže do ušća bušotine. Izgubljena kolona postavlja se pomoću vješalica unutar prethodno ugrađene tehničke kolone sa preklopom od 90 do 150 m duljine. Ovaj tip zaštitnih cijevi uglavnom se ugrađuje u bušotinu gdje postoje velike razlike u promjeni pornih tlakova i tlaka frakturiranja naslaga stijena. U takvim slučajevima, izgubljena kolona zamjenjuje cijeli niz zaštitnih cijevi, što znatno snižava cijenu koštanja bušotine, jer se smanjuje utrošak čelika.

Eksploatacijska kolona zaštitnih cijevi ugrađuje se u bušotinu kroz produktivne serije. Osnovna funkcija ovog tipa zaštitnih cijevi je zaštita produktivnih slojeva u slučaju propuštanja, tj. oštećenja tubinga u fazi proizvodnje, zatim da osigura izravnu vezu između proizvodnog fluida i ulaza u bušotinu, kao i zamjenu proizvodne opreme u tijeku eksploatacijskog vijeka bušotine.Kod eksploatacije ležišta kamene soli metodama kontroliranog otapanja, radi potrebe kontrole razvoja komore po visini, rabe se dvije eksploatacijske kolone.

4.4.9.1. STANDARDIZACIJA ZAŠTITNIH CIJEVI I SPOJNICA

Za zaštitne cijevi API je standardizirao slijedeće:

o duljinu cijevi,o kvalitetu čelika,o spoljašnji promjer,o debljinu zida cijevi – masu io spojnice.

Po duljini zaštitne cijevi su klasificirane u tri skupine (tablica 4-3).

Tablica 4-3: Duljina zaštitnih cijevi po API standardu

Skupina zaštitnih cijevi Duljina zaštitnih cijevi (m)I 4,9 – 7,6II 7,6 – 10,4III 10,4 i više

Kvaliteta čelika određuje osnovna mehanička svojstva zaštitnih cijevi, a dodavanjem primjesa i termičkom obradom poboljšavaju se primarna mehanička i kemijska svojstva. Prema API standardu kvaliteta zaštitnih cijevi označava se sa «Grad».

«Grad» klasificira kolone zaštitnih cijevi prema minimalnoj granici elastičnosti, te tako za razne vrste čelika imamo slijedeće «gradove», dane u tablici 4-4.

Tablica 4-4: Kvaliteta čelika za izradu cijevi po API standardu

kvaliteta čelikagranica elastičnosti minimalna granica kidanja

δ min δ max δ k

bar Psi Psi bar Psi barH – 40 2759 40 000 - - 60 000 4138J – 55 3793 55 000 80 000 5517 75 000 5172K – 55 3793 55 000 80 000 5517 95 000 6552C – 75 5172 75 000 90 000 6207 95 000 6552L – 80 5517 80 000 95 000 6552 95 000 6552N – 80 5517 80 000 110 000 5786 100 000 6897C – 95 6551 95 000 110 000 7586 105 000 7241P – 110 7586 110 000 140 000 9655 125 000 8621Q – 125 8621 125 000 155 000 10 690 135 000 9310V – 150 10 345 150 000 - - 160 000 11 034

Spoljašnji promjer – Nominalni promjer zaštitnih cijevi je spoljašnji promjer. Promjenom debljine zida mijenja se isključivo unutrašnji promjer. Prema API standardu, zaštitne cijevi izrađuju se u slijedećim veličinama vanjskih promjera (tablica 4-5).

Tablica 4-5: Dimenzije spoljašnji promjera zaštitnih cijevi po API standardu

Spoljašnji promjeri zaštitnih cijevi po API standardumm inč mm inč mm inč

114.3 41/2 127.0 5 139.7 51/2

168.3 65/8 177.8 7 193.7 75/8

219.1 85/8 244.5 95/8 273.0 103/4

298.4 113/4 339.7 133/8 406.4 16473.1 185/8 508.0 20

Debljina zida zaštitnih cijevi – Ako su zaštitne cijevi izrađene od čelika iste kvalitete i imaju iste vanjske pomjere, njihova otpornost na naprezanje ovise od debljine zida cijevi. Također, od debljine zida ovisi i masa cijevi izražena u (daN/m).

Spojnice služe za međusobno povezivanje zaštitnih cijevi koje na krajevima imaju unutrašnje konusne navoje. Prema API standardu, spojnice se izrađuju od iste marke čelika kao i zaštitne cijevi.

Po API standardu postoji četiri tipa navoja i spojnica zaštitnih cijevi:

o kratki okrugli navoji i spojnice, koje se označavaju sa: STC ili K/O;o dugi okrugli navoji i spojnice, obilježavaju se sa: LTC ili D/O;o «Buttres» navoji i spojnice, označavaju se sa: BCSG ili Batres io «Ekstremeline» navoji i spojnice, označeni kao: XCSG.

4.4.10. OPREMA ZA ROTARY BUŠENJE

Rotary bušenje je još uvijek jedan od najrasprostranjenijih sistema bušenja, dok se primjena dubinskih motora, uglavnom ograničava na bušenje usmjerenih i vodoravnih bušotina.

Kod rotary sistema bušenja izrada kanala bušotine ostvaruje se dlijetom pod djelovanjem aksijalnih (okomitih) sila uslijed osovinskog tlaka na dlijeto i tangencijalnih sila (vodoravnih) uslijed rotacije dlijeta.

Rotaciju dlijeta ostvaruje bušaći pribor koga na površini pokreće rotacijski stol, a osovinski tlak nastaje masom bušaćeg pribora iznad dlijeta, tj. teškim šipkama.Optokom isplake kroz bušaći alat i mlaznice dlijeta, krhotine se iznose kroz međuprostor kanala bušotine i bušaćeg alata na površinu. Opća shema postrojenja rotary bušilice pokazana je na slici 4-35.

Slika 4-35: Shema rotary bušilice

Toranj (1) se montira na svom postolju (2). Rotacijski stol (3) postavlja se u visini poda (4). Kroz rotacijski stol koji dobiva pogon od motora (5), prolazi radna šipka (6) koja je donjim dijelom povezana za bušaće šipke (7) koje su međusobno povezane u slijedu preko spojnica (8). Radna šipka je gornjim dijelom povezana sa isplačnom glavom (9). Kuka (10) može da se pokreće dolje-gore zahvaljujući pokretnoj koturači (11) koja je bušaćim užetom (12) obješena na nepokretnu koturaču (13) pričvršćena u visini druge bine (14) na vrhu tornja. Radni kraj užeta namotava se na bubanj dizalice (15) koji dobiva pogon od motora.

Neprekidan optok isplake osigurava crpka (16) koja usisava isplaku iz usisnog spremnika (17) i potiskuje je kroz isplačnu cijev (18), isplačno crijevo (19) i isplačnu glavu kroz bušaće i teške šipke do dna bušotine, a zatim se prstenastim prostorom između stjenke bušotine i kolone bušaćeg pribora vraća na površinu.

Isplaka na izlazu iz bušotine prolazi kroz vibracijsko sito (20) i dalje kroz sisteme za prečišćavanje dolazi ponovno u usisni spremnik.

U visini prve bine (21) postavljen je most na koji se naslanjaju šipke koje se izvlače iz bušotine radi zamjene dlijeta (22). Neposredno iznad dlijeta postavljaju se teške šipke (23).Na ulazu u bušotinu postavlja se preventer (24) koji se po potrebi aktivira koomey uređajem (25).

4.4.10.1. MOTORI ZA ROTARY BUŠENJE

U ovisnosti od raspoložive energije za pogon motora, kod savremenih bušaćih garnitura primjenjuju se slijedeće tehničke konstrukcije motora:

o motori sa unutrašnjim sagorijevanjem,o elektromotori io dizel-elektromotori.

Motori sa unutarnjim sagorijevanjem, imaju dosta široku primjenu kod suvremenih bušaćih postrojenja, koji za pogon koriste teška tečna goriva (naftu). Motori koji rade na lakim tekućim gorivima (benzin i kerozin) ne koriste se u bušenju jer nisu ekonomični.Najširu primjenu motora sa unutarnjim sagorijevanjem imaju dizel motori. Prednost ovih motora su visok koeficijent korisnog djelovanja, mala potrošnja goriva i vode za hlađenje, te mala masa na jedinicu snage.

Elektromotori, pored toga što su veoma povoljni, ekonomični i sigurni pri radu, nemaju široku primjenu kod rotary bušenja.Postoje slijedeći tipovi elektromotora:

o asinhroni motori trofazne naizmjenične struje,o sinhroni motori trofazne naizmjenične struje io motri jednosmjerne struje sa različitim shemama povezivanja.

Dizel-elektromotori, ova konstrukcija motora ima svoj vlastiti pogon. Sastoje se iz dizel motora, generatora naizmjenične ili jednosmjerne struje i elektromotora jednosmjerne struje.Ovaj oblik pogonskog sistama ima dosta široku primjenu kod bušaćih postrojenja za bušenje na moru.

4.4.10.2. DUBINSKI POGONSKI SISTEM

Izrada bušotina primjenom klasičnih rotacijskih bušaćih postrojenja zahtjeva relativno veliki utrošak snage pogonskih motora zbog rotacije cjelokupne kolone bušećeg pribora, koja je često dugačka i nekoliko hiljada metara. Isto tako, sa povećanjem dubine bušotine, smanjuje se brzina bušenja. Zbog toga se u praksi dubokog bušenja sve više primjenjuju hidrauličke bušilice (hidroburi) i električne bušilice (elektroburi).

Dubinski pogonski motori nalaze se neposredno iznad dlijeta, tj. snaga motora se direktno prenosi na dlijeto bez rotacije kolona bušaćeg pribora. Na taj način se znatno smanjuje utrošak energije i abrazivno habanje kolone bušaćeg pribora, a povećava se i brzina bušenja i postiže se mogućnost usmjeravanja kanala bušotine.

U hidrauličke turbinske bušilice spadaju:o turbinski motori io vijčani motori.

Turbinski motori

Predstavljaju hidrauličke dubinske motore sastavljene pod većeg broja, 100 – 150 pa i više identičnih stupnjeva turbina. Svaki stupanj turbine (slika 4-36) sastoji se iz statora i rotora.

Uvođenjem višestupanjskih turbina stvorena je mogućnost povećanja snage turbine i reguliranja okretaja rotora, promjenom brzine protjecanja isplake.

Rad turbinskog motora ostvaruje se na slijedeći način: Isplaka iz isplačne crpke, kroz kolonu bušaćeg pribora, dolazi pod visokim tlakom na prvi stupanj lopatice statora, mijenja pravac kretanja i usmjerava se na lopaticu rotora. Mlaz isplake poslije prvog stupnja, naizmjenično prolazi kroz drugi stupanj, treći, i dalje, što uvjetuje pojavu reaktivnih sila A i B.

Sila A stvara okretni moment na vratilu turbinskog motora, a sila B stvara reaktivni moment, koji se prenosi na bušaću kolonu preko bloka turbinskog motora. Isplaka zatim kroz rotor na vratilu rotora prolazi kroz mlaznice dlijeta čisti dno bušotine i kroz prstenasti prostor se vraća na površinu.

Slika 4-36: Elementi jednog stupnja turbine1-spoljašnji obod statora, 2-lopatice statora,

3-unutrašnji obod statora, 4-unutrašnji obod rotora,5-lopatice rotora, 6-spoljašnji obod rotora

Dubinski vijčani motori

Dubinske vijčane bušilice spadaju u grupu dubinskih bušilica koje hidrauličku energiju optoka isplake, pomoću spiralnog statora i rotora, pretvaraju u mehaničku energiju.

Prve izvedbe ovog tipa pogonskog sistema započete su 60–tih godina u SAD–u. Na osnovu podataka firme «Dyana dril» do danas su izvedena 3 tipa vijčanih motora i 11 podtipova.Najveći prečnik bušilice «Dyana drill» je 244 mm, a najmanji 44 mm.

Konstrukcija jedne takve bušilice Dyana drill prikazana je na slici 4-37.

Slika 4-37: Konstrukcija dubinske hidrauličke bušilice Dyana drill1-mimoprotjecajni (prelivni) ventil, 2-trostupanjski motor, 3-prenosno vreteno, 4-univerzalna

spojnica, 5-vratilo, 6-gornji aksijalni ležaj, 7-radijalni ležaj, 8-donji aksijalni ležaj, 9-prelaz na dlijeto

4.4.10.3. ELEKTRIČNE BUŠILICE – ELEKTROBURI

Elektrobur je dubinski bušaći stroj sa potapajućim elektromotorom, predviđen za bušenje dubokih istražnih i eksploatacionih bušotina nafte, plina, termalnih voda i krutih mineralnih sirovina.

Glavni pogonski element električne bušilice je cilindrični asinhroni elektromotor do koga se električna energija sa površine prenosi kablom kroz unutrašnjost bušaćih alatki. Elektromotor mora biti zaptiven da isplaka, koja je često kemijski aktivna ne bi prodrla u elektromotor. Zbog toga je kućište elektrobušilice zaptiveno, a unutrašnjost se puni uljem radi bolje zabrtvljenosti, hlađenja, podmazivanja i protutlaka.

Električna bušilica sastoji se iz elektromotora i vretena. Duljina elektrobura je 12 do 16 m, spoljašnji promjer 164 do 290 mm.

4.4.10.4. SUVREMENI POGONSKI SISTEM SA ISPLAČNOM GLAVOM

Značajan napredak u procesu rotacijskog bušenja predstavlja uvođenje pogonskog sistema sa isplačnom glavom ( top driving drilling system). Osnovna prednost ovog pogonskog sustava u procesu rotacijskog bušenja predstavlja povećanja ekonomičnosti koja se ogleda u slijedećem:

o Uvođenjem pogonskog sustava sa isplačnom glavom odstranjuje se rotacijski stol i radna šipka. Na ovaj način, bez prekida procesa bušenja, može se izbušiti 27 m kanala bušotine (pas od tri bušaće šipke po 9 metara) u odnosu na klasično bušenje kada se svakih 9 m, tj. duljinu jedne kolone, zaustavlja proces izrade i dodaje nova bušaća šipka.

o Izvlačenje i spuštanje bušaćeg pribora iz bušotine osigurava se uz rotaciju bušaćeg pribora i optok isplake, što u sustavu sa rotacijskim stolom nije moguće. Na ovaj način znatno se smanjuje mogućnost zaglava, naročito u intervalima gdje je kanal bušotine sužen.

o U procesu bušenja koso usmjerenih i vodoravnih bušotina smanjen je broj neophodnih kontrolnih mjerenja zenitnog ugla i azimuta.

o Za siguran rad na tornju, u pogonski sustav sa isplačnom glavom ugrađen je preventer za brzo reagiranje u slučajevima dotoka slojnog fluida u kanal bušotine tako da bušač za manje od 60 sekundi može da postavi prihvatne klinove, uspostavi vezu sa bušaćim šipkama i otpočne sa gušenjem dotoka.

Shematska konstrukcija pogonskog sustava sa isplačnom glavom pokazana je na slici 4-38.

a) b)

Slika 4-38: Shematski prikaz pogonskog sustava sa isplačnom glavom (a) i snimak pogonskog sustava sa isplačnom glavom (b)