آشنایی با سیستم بالابر Hoisting System

سیستم بالابر، ساقه حفاری (Drill Stem) را درون چاه بالا و پایین برده و همچنین رشته جداری (Casing String) را در داخل چاه پایین می­برد. سیستم بالا کشیدن از زیر ساختار و شالوده (Substructure)، دکل حفاری (Derrick)، وینچ اصلی (Drawworks) که بعضی اوقات Hoist نامیده می­شود، بلوک تاج (Crown Block)، بلوک انتقال (Traveling Block) قلاب (Hook) و کابل حفاری (Wire Rope) تشکیل شده است. در مقاله آشنایی با سیستم بالابر Hoisting system همراه با دریلینگ استور باشید.

زیرساختار The Substructure

بنیان یا زیرساختار، وظیفه تحمل وزن دکل حفاری (Derrick)، میز چرخنده (Rotary Table) و تمام بار ساقه­ی حفاری وقتی که ساقه درون چاه معلق است یا بصورت ایستاده در دکل قرار دارد را بر عهده دارد. همچنین زیرساختار وظیفه تحمل وزن رشته جداری (Casing String) را هنگامی که جداره در حال وارد شدن به چاه می­باشد بر عهده دارد. همچنین ارتفاع و بلندی زیرساخت، می­بایست فضای کافی جهت نصب شیرهای فوران­گیر (BOP) را تأمین نماید. سطح کف دکل (Rig Floor) همچنین محل نصب وینچ اصلی (Drawworks)، صفحه کنترل حفاری، اتاق کار حفار و سایر تجهیزات می­باشد.

رده­ بندی بار دکل­ها Derrick load Rating

رده­بندی دکل­ها (Derricks) براساس میزان بار عمودی که می­توانند حمل کنند و سرعت بادی که در برابر وزیدن آن از اطراف می­تواند تحمل کنند انجام می­شود.

مقدار و مجموع ظرفیت تحمل بار دکل (Derrick) ممکن است بین 250000 تا 1500000 پوند (110 الی 660 تن) یا بیشتر تغییر نماید. یک دکل (Derrick) عادی می­تواند در برابر بادهایی با سرعت 100 الی 130 مایل در ساعت (160 الی 210 کیلومتر در ساعت) با قفسه­ های پر از لوله و بدون نیاز به سیم­های متصل به قلاب­های متصل به زمین مقاومت نماید.

ارتفاع دکل Derrick Height

ارتفاع یک دکل (Derrick) در حجم و ظرفیت تحمل بار آن تأثیر ندارد اما ارتفاع، طول قسمتی از ساقه حفاری که خدمه (Crew) می­توانند در چاه وارد کنند را محدود می­کند. دکل­ها (Derricks) به طور عادی دارای ارتفاع 135 تا 145 فوت (41 تا 44 متر) می­باشند. بلوک تاج (Crown Block) باید در ارتفاع کافی در بالای دکل باشد. این ارتفاع اجازه گردآوری و انبار کردن موقتی ساقه حفاری (Drilling Stand) در هنگام بیرون کشیدن از چاه به منظور تعویض مته یا دلایل دیگر را می­دهد.

ارتفاع دکل Derrick Height

وینچ اصلی که بعضی اوقات به آن بالابر (hoist) گفته می­شود، در اصل یک استوانه بزرگ است که کابل حفاری را به داخل یا خارج می­پیچاند و ساقه حفاری و مته را بالا یا پایین می­برد. از تجهیزات مخصوص بکاربرده شده روی وینچ­ها CatHeadها هستند که برای سرهم کردن (Make Up) و از هم جدا کردن (Break Out) لوله­ ها بکار می­روند. وینچ اصلی (Drawworks)ها شامل یک استوانه دوار به شکل یک قرقره بسیار بزرگ که کابل حفاری (Drilling Line) به دور آن پیچیده شده است، می­باشند. هنگامی که وینچ اصلی (Drawworks) در حال کارکردن هستند، طبلک یا قرقره می­چرخد و بسته به جهت دوران آن، با پیچاندن کابل حفاری بلوک انتقال را بالا می­برد یا با آزاد کردن کابل بلوک را پایین می­آورد. ساقه­ی حفاری به بلوک انتقال (Traveling Block) متصل شده و بنابراین با آن بالا یا پایین می­رود.

طبلک فرعی و کت شافت The Catshaft and Catheads

Catshaft یک محور متصل شده بین وینچ اصلی و طبلک فرعی است و انتقال دهنده قدرت از وینچ اصلی به طبلک فرعی (Cathead) می­باشد. حفاران برای سرهم بندی رشته حفاری از طبلک فرعی (Cathead) مخصوص سرهم­بندی استفاده می­نمایند که در سمت حفاری کننده منجنیق قرار دارد. یک زنجیر متصل به انبر مخصوص (Tong) به دور قرقره مخصوص (Cathead Spool) پیچانده می­شود و توسط یک کارگر، انبر به دور لوله سفت می­گردد و با چرخیدن محور Cathead و کشیده شدن زنجیر، اتصال لوله ­ها محکم و سفت می­گردد. Cathead مخصوص جداسازی (Break out) درست در موقعیت مقابل Cathead سرهم بندی (Make Up) قرار دارد و بصورتی که در بالا توضیح داده شد لوله­ ها را از هم جدا می­کند.

سیستم ترمز The Brake System

سیستم ترمز وینچ اصلی به حفاران توانایی کنترل حرکت هزاران پوند لوله حفاری یا جداره را می­دهد. روی اکثر دکل­ها دو سیستم ترمز وجود دارد. یکی ترمز اصلی که بصورت مکانیکی است و می­تواند بار را کاملاً متوقف نماید. هنگامی که آن ترمز خلاص می­باشد، قرقره وینچ اصلی کابل حفاری را برای پایین آوردن بلوک انتقال آزاد می­کند. سیستم دوم ترمز کمکی بصورت هیدرولیکی یا هیدروماتیک است و می­تواند سرعت پایین روی بلوک انتقال را کنترل کند، اگرچه نمی­تواند بلوک را بطور کامل متوقف کند. ترمز کمکی مقداری از مونتوم تولید شده توسط یک بار سنگین را جذب می­کند که این کار به ترمز اصلی اجازه می­دهد تا مؤثرتر و با کارآیی بیشتری عمل نماید.

سیستم انتقال The Transmission System

سیستم انتقال قدرت وینچ اصلی به حفار امکان انتخاب یک بازه­ی گسترده از سرعت بالا کشیدن لوله را می­دهد. قرقره­ی روی وینچ اصلی می­تواند حداقل 4 و معمولاً به اندازه 8 سرعت مختلف را داشته باشد.

بلوک­ها و کابل­های حفاری The Blocks and Drilling Line

بلوک تاج (Crown Block)، بلوک انتقال (Traveling Block) و کابل حفاری بار مربوط به لوله را در دکل، چه زمان پایین فرستادن لوله در چاه یا بیرون کشیدن لوله از چاه، تحمل می­کنند. بلوک انتقال به وسیله­ی کابل حفاری (Wire Rope) از بلوک تاج معلق می­باشد. در طول مدت حفاری، باری که بلوک­ها و کابل حفاری باید تحمل کنند شامل قلاب (Hook)، مفصل گردان (Swivel) یا محرک فوقانی (Top Drive)، لوله ­های چهارپر (Kelly)، لوله­ی حفاری وزنه ­های حفاری و مته­ی متصل شده به انتهای وزنه­ های حفاری می­باشد. در زمان سیمانکاری دیواره­ی چاه، یک رشته از لوله مخصوص که به آن جداره (Casing) گفته می­شود باید در داخل چاه پایین فرستاده شود و سیمانکاری صورت گیرد. رشته جداری معمولاً بار سنگین­تر از لوله­ی حفاری و وزنه­ ها را به سیستم اعمال می­نماید. بلوک­ها باید برای تحمل بارهای سنگین، قوی باشند و اصطکاک نیز باید تا حد ممکن در بلوک­ها حذف شود. بنابراین بسیار مهم است که یاتاقان­ها بخوبی ساخته و بطور مناسب روغنکاری و روانکاری شوند.

در برخی از دکل­های حفاری برای ایمنی بیشتر از یک سیستم بالابر هوائی (Air Hoist) برای بالا کشیدن بارهای سبک استفاده می­گردد.

بلوک تاج The Crown Block

بلوک تاج یک مجموعه ثابت از پولی­های بزرگ یا قرقره­ های شیاردار (Sheave) است که در بالای دکل نصب شده است (شکل 11). وظیفه بلوک تاج، انتقال وزن رشته حفاری از وینچ اصلی توسط کابل حفاری به دکل می­باشد. قطر قرقره و چرخ شیارداری که کابل حفاری از دور آن عبور کرده معمولاً 5 فوت (5/1 متر) یا بیشتر می­باشد و قطر پین­هایی که چرخ شیاردار روی آن می­چرخد ممکن است 1 فوت و یا بیشتر باشد.

بلوک انتقال The Traveling Block

کابل حفاری بلوک انتقال (Traveling Block) را از بلوک تاج (Crow Block)، آویزان می­کند. برخلاف بلوک تاج، بلوک انتقال در دکل حفاری ثابت نبوده و بهمراه لوله­ ها و بلوک رشته حفاری به بالا و پائین حرکت می­نماید و همانند بلوک تاج، بلوک انتقال هم دارای چندین چرخ و قرقره­ی شیاردار می­باشد. (شکل 12) متعلقات و ملحقات بلوک انتقال شامل یک فنر برای عمل کردن به عنوان جاذب شوک و یک قلاب بزرگ که تجهیزات آویزان کردن رشته­ی حفاری به آن متصل شده است، می­باشد. قلاب روی بلوک انتقال می­تواند به یک میله­ی فولادی استوانه­ای که به آن Bail (شبیه به دسته­ی یک سطل است) گفته می­شود، متصل گردد. دو bail دیگر که معمولاً به آن­ها Links یا اتصالات گفته می­شود بالابرها (Elevators) را به قلاب متصل می­کنند (شکل 13) بالابرها یک مجموعه از گیره ­ها (Clamps) هستند که کمک چرخان­ها (Rotary Helpers) آن­ها را روی لوله­ های حفاری محکم چفت می­کنند برای آن که حفاران بتوانند لوله ­های رشته حفاری را به داخل چاه بفرستند و یا از داخل چاه بیرون بکشند.

کابل حفاری Drilling Line

کابل حفاری، از بهم بافتن چندین رشته سیم فولادی طبق شکل 14 ساخته می­شود. کابل حفاری به طور خاص برای بلند کردن بارهای سنگین موجود روی سکو (Rig) طراحی شده است.

انداختن کابل در قرقره­ ها String Up

کابل حفاری ممکن است در دکل بصورت پیچیده شده روی یک قرقره آماده باشد. بنابراین می­بایست آنرا در قرقره ­های بلوک­ها انداخت. عملیات انداختن کابل در قرقره ­ها (String Up) به صورت زیر می­باشد:

گرفتن سر کابل و رد کردن سر آن از روی پولی بلوک تاج و سپس رد کردن از روی پولی اول بلوک انتقال که روی کف دکل درون یک گهواره­ی ثابت نگهداشته شده است. پس از عبور سیم از روی بلوک انتقال مجدداً کابل را بالا برده و از یکی دیگر از چرخ­های شیاردار بلوک تاج عبور می­دهند. این کار متناوباً انجام می­شود تا زمانی که کابل­ها به اندازه­ای که تحمل وزن مورد نظر را داشته باشند از روی پولی­ها عبور نمایند. تعداد چرخ­های شیاردار روی بلوک تاج همیشه یکی بیشتر از تعداد چرخ­ها روی بلوک انتقال می­باشد. یک کابل کشی 10 کابله به 6 چرخ شیاردار روی بلوک تاج و 5 پولی روی بلوک انتقال نیاز دارد. چرخ اضافی روی بلوک تاجد مربوط به کابل مرده یا Dead Line می­باشد. میزان کابل مصرفی به عمق چاه و وزن لوله ­ها بستگی خواهد داشت. بعد از آنکه کابل حفاری برای آخرین بار از روی بلوک تاج گذشت، کارگران سر سیم را بطرف وینچ اصلی می­کشند و در داخل قرقره آن بار محکم می­کنند. سپس وینچ اصلی را روشن کرده و چندین دور آن را می­گردانند. به آن بخش از کابل که بین بلوک تاج و قرقره­ی کابل قرار دارد و در داخل یک مهار (Anchor) محکم شده کابل مرده (Dead Line) گفته می­شود. در انتها با جمع کردن کابل توسط وینچ اصلی، بلوک انتقال از روی زمین بلند شده و در ارتفاع مورد نظر قرار می­گیرد.

نگهداری Maintenance

بدلیل اینکه کابل­های حفاری به طور مداوم در داخل چرخ­های شیاردار حرکت می­کنند باید به طور مستمر و مکرر مورد بازرسی قرار گیرند. معیار سایش در واحد تن، مایل یا مگاژول اندازه­گیری می­شود. وقتی که کابل بالابر (120 تن) بار را به اندازه­ی 1 مایل یا KM6/1 حرکت می­دهد، کابل به اندازه­ی 1 تن مایل Ton – Mile (مگاژول Mega Joule) سائیده می­شود. برای حرکت دادن کابل سائیده شده، ابتدا بلوک انتقال را در داخل دکل آویزان می­کنند بطوری که نتواند حرکت نماید و یا بلوک را روی کف در وضعیت ایستاده نگه می­دارند. در همان حال، کابل حفاری را از وسط چرخ­های شیاردار بدون حرکت دادن بلوک انتقال، حرکت می­دهند. سپس بست­های روی مهار کابل مرده را شل و لق می­کنند. (شکل 15) حفاران منجنیق را روشن کرده و طول مورد نیاز کابل حفاری را از وسط بست و مهار کابل مرده عبور داده و دور قرقره­ی وینچ اصلی می­پیچانند و به مقدار کافی کابل را از بست مهاری عبور می­دهند تا اطمینان حاصل شود که نقاط سائیده شده روی کابل از روی قرقره ­ها جمع شده­اند. در انتها، خدمه بست­ها و گیره ­های مهار کابل مرده را مجدداً سفت و محکم می­کنند و بلوک انتقال را از قیود آزاد می­کنند. و به وضعیت کاری عادی باز می­گردانند.