Ferramentas de perfuração de fundo de poço do tipo parafuso — Conhecimentos básicos
Visão geral: Uma ferramenta de perfuração de fundo de poço do tipo parafuso é uma ferramenta volumétrica de perfuração que utiliza fluido de perfuração (lama) como fonte de energia, convertendo energia hidráulica em energia mecânica. A lama bombeada da superfície passa por uma válvula de desvio para o motor de fundo de poço. Um diferencial de pressão entre a entrada e a saída do motor faz com que o rotor gire dentro do estator. A velocidade e o torque do rotor são transmitidos por meio de uma junta universal (eixo flexível) e um eixo de acionamento para a broca, possibilitando a perfuração.
Componentes principais Um conjunto de perfuração tipo parafuso consiste principalmente em quatro conjuntos principais: a válvula de bypass, o motor de lama, a junta universal e o eixo de acionamento.
Motor de lama O motor de lama é o componente principal. A experiência em campo e a análise teórica indicam que, para uma operação normal e confiável, a queda de pressão por estágio do motor não deve, idealmente, exceder 0,8 MPa; caso contrário, ocorre vazamento de fluido, a velocidade do rotor cai rapidamente e, em casos graves, a rotação pode parar e o motor pode ser danificado. (Um cabo do motor corresponde a um estágio.) O fluxo de lama utilizado em campo deve ser mantido dentro da faixa recomendada; fluxos fora dessa faixa reduzem a eficiência do motor e aumentam o desgaste. Os parâmetros de desempenho do motor definem o desempenho principal de todo o conjunto de perfuração. O torque de saída teórico do motor é proporcional à queda de pressão do motor, e a velocidade de rotação de saída é proporcional ao fluxo de lama de entrada. À medida que a carga na broca aumenta, a rotação diminui; portanto, monitorando o fluxo da bomba de superfície e a pressão da bomba (através do manômetro da coluna de perfuração), o torque e a velocidade no fundo do poço podem ser inferidos e controlados.
Válvula de bypass A válvula de bypass é composta por um corpo, uma camisa, um elemento de válvula (núcleo) e uma mola. Sob pressão, o elemento de válvula desliza dentro da camisa, e sua posição altera o fluxo do fluido, proporcionando dois estados: bypass (aberto) e fechado. Durante a fase de amaciamento ou descida, as portas da camisa e do corpo estão abertas, permitindo que a lama contorne o motor e flua para o espaço anular. Quando o fluxo e a pressão da lama atingem o ponto de ajuste da válvula, o elemento de válvula se move para baixo e fecha a porta de bypass; a lama então flui através do motor, convertendo energia hidráulica em energia mecânica. Se o fluxo se tornar muito pequeno ou o bombeamento parar, a mola empurra o elemento de válvula para cima e a válvula se reabre, permitindo que a lama contorne o motor novamente.
Construção e funcionamento do motor: O motor consiste em um estator e um rotor. O estator é produzido pela colagem de um revestimento de borracha à parede interna de uma carcaça de aço; seu furo interno é uma hélice com geometria definida. O rotor é um parafuso de aço temperado. Rotor e estator se encaixam para formar câmaras helicoidais seladas em virtude de sua diferença de passo, permitindo a conversão de energia. Os rotores podem ser de um ou vários lóbulos (cabeça única ou múltiplas cabeças). Menos lóbulos produzem maior velocidade, mas menor torque; mais lóbulos produzem menor velocidade e maior torque.
Junta universal: A junta universal converte o movimento planetário (excêntrico) do motor em rotação constante do eixo de transmissão, transmitindo o torque e a velocidade do motor para o eixo de transmissão e a broca. Os tipos com eixo flexível são os mais comuns.
Eixo de transmissão O eixo de transmissão transmite a potência rotativa do motor para a broca e também deve suportar as cargas axiais e radiais geradas pelo peso da broca e pelo contato com a formação.
Requisitos operacionais
Requisitos do fluido de perfuração: Os motores de parafuso podem operar eficazmente com uma variedade de fluidos de perfuração, incluindo lamas à base de óleo, emulsões, lamas bentoníticas à base de água e até mesmo água relativamente limpa. A viscosidade e a densidade da lama têm pouco efeito direto no desempenho do motor, mas afetam diretamente as pressões do sistema. Se a pressão na vazão recomendada exceder a pressão nominal da bomba, a vazão deve ser reduzida ou a queda de pressão no motor e na broca deve ser diminuída. Partículas sólidas, como areia, aceleram o desgaste dos rolamentos e do estator do motor, portanto, o teor de sólidos deve ser mantido abaixo de 1%. Cada modelo de motor possui uma faixa de vazão de entrada especificada na qual a eficiência é boa; o ponto médio dessa faixa geralmente representa a vazão operacional ideal.
Controle da pressão da lama e da pressão da bomba: Quando o motor está fora do fundo e o fluxo é constante, a queda de pressão no motor permanece constante. À medida que a broca entra em contato com o fundo e o peso sobre ela aumenta, a pressão de circulação e a pressão da bomba aumentam. O perfurador pode usar a seguinte fórmula: Pressão da bomba no fundo (durante a perfuração) = Pressão da bomba de circulação fora do fundo + queda de pressão da carga do motor. A pressão da bomba de circulação fora do fundo é a pressão da bomba quando o motor está fora do fundo (também chamada de pressão da bomba livre fora do fundo ou pressão da bomba de circulação). Ela varia com a profundidade do poço e as propriedades da lama, portanto, não é uma constante fixa. Na prática, é suficiente usar a pressão fora do fundo medida logo após a instalação de uma coluna de perfuração como um valor aproximado para os cálculos de controle. Quando a pressão da bomba no fundo atinge o máximo recomendado para o motor, este produz seu torque ideal; aumentos adicionais no peso sobre a broca aumentarão a pressão da bomba e, se a pressão máxima de projeto for excedida, o motor poderá parar. Nesse caso, o perfurador deve reduzir o peso sobre a broca imediatamente para evitar danos internos.
Manuseio e uso
Notas gerais antes da primeira utilização: As conexões roscadas entre os componentes são preparadas na fábrica com adesivo anaeróbico e apertadas com o torque especificado; normalmente, não é necessário reapertar antes da primeira utilização.
Inspeção da superfície antes da perfuração do furo
Levante o conjunto pelo dispositivo de elevação e coloque-o na mesa rotativa de forma que a válvula de bypass fique acima da mesa e possa ser facilmente observada. Instale as travas de segurança e remova o dispositivo de elevação.
Verifique o funcionamento da válvula de bypass: pressione o elemento da válvula para baixo com um pedaço de madeira e solte; a mola deve retornar o elemento suavemente. Repita de 3 a 5 vezes para confirmar que não há travamento.
Com a porta de bypass abaixo da mesa rotativa, ligue a bomba brevemente: a porta de bypass deve fechar, o motor deve ligar e a junta de acionamento deve girar. Após desligar a bomba, o elemento da válvula deve retornar à posição inicial e a lama deve ser descarregada pela porta de bypass, indicando o funcionamento normal.
Funcionando o motor no buraco
Controle rigorosamente a velocidade de operação para evitar descidas rápidas que possam causar a inversão do motor e o desaparafusamento das conexões roscadas internas, e para evitar danos ao passar por pontes de areia, sapatas de revestimento ou saliências.
Em seções profundas ou de alta temperatura, e ao passar por zonas de areia não consolidada, faça circular lama periodicamente para resfriar o motor, proteger a borracha do estator e evitar o acúmulo de areia.
Diminua a velocidade de funcionamento à medida que o motor se aproxima do fundo; faça a circulação antes do ponto de colocação final, começando com um fluxo baixo até que os detritos da perfuração retornem à superfície, depois aumente o fluxo conforme necessário.
Não bata o motor com força no fundo nem o deixe parado no fundo.
Perfuração com o motor
Limpe bem o fundo do furo e meça a pressão da bomba de circulação fora do fundo antes de começar a perfuração.
Aplique o peso de perfuração gradualmente no início. Utilize a relação bomba-pressão acima para controlar as operações de perfuração.
Não perfure muito rápido no início; o motor, a broca e o fundo do furo estão "apertados" e uma limpeza inadequada do furo pode causar o acúmulo de material na broca.
O torque do motor é proporcional à queda de pressão no motor; aumentar o peso na broca aumenta a carga do motor e, consequentemente, a queda de pressão e o torque.
Uma taxa de penetração suave e uniforme, juntamente com o posicionamento correto da coluna de perfuração, ajudam a manter o controle da inclinação do furo e a precisão direcional.
Retirando do buraco e realizando a inspeção.
Lave a válvula de desvio com água limpa e movimente o elemento da válvula para cima e para baixo com um pedaço de madeira até que ela feche de forma confiável.
Segure o conjunto com uma chave de cano, gire a junta de acionamento no sentido horário com uma chave de corrente enquanto injeta água limpa pela parte superior da válvula de desvio para lavar o interior e, em seguida, introduza uma pequena quantidade de óleo lubrificante (óleo mineral) no motor.
Controle a velocidade de tração para evitar o travamento do tubo ou danos ao motor.
Meça a folga dos mancais; se a folga dos mancais do eixo exceder os limites permitidos, o motor deverá ser reparado e os mancais substituídos. Em motores de reentrada ou intervenção em poços, a folga axial dos mancais deve ser ajustada conforme necessário.
Lista de verificação da superfície antes da execução (resumo)
É aplicado composto de travamento de rosca em todas as carcaças, exceto na conexão da válvula de bypass do atuador de elevação.
Instale a ponta de parafuso usando o adaptador correto. Use uma chave de corrente apenas na extremidade do eixo de transmissão e gire somente no sentido anti-horário (visto de cima) ao apertar para evitar afrouxar as roscas internas.
Levante o motor pelo suporte de elevação e coloque-o no compartimento rotativo; posicione a válvula de bypass em um local visível, fixe-a com cunhas e remova o suporte de elevação.
Verifique a vedação da válvula de bypass: pressione o elemento da válvula para baixo e encha a área de bypass com água por cima. Se a válvula estiver bem vedada, não deve haver uma queda significativa no nível da água. Remova a vareta; o elemento da válvula deve subir devido à força da mola e a água deve fluir uniformemente pelas portas laterais — isso indica que está tudo normal.
Após o período de amaciamento, posicione a válvula de bypass de forma que fique visível abaixo da mesa rotativa. Ligue a bomba de lama e aumente gradualmente o fluxo até que a válvula de bypass feche. Levante o motor ligeiramente e observe se a broca gira; com a válvula fechada, não deve haver saída de lama pelo bypass. Após desligar a bomba, confirme se o bypass reabre e se a lama é descarregada pelas portas de bypass. Não levante a válvula de bypass acima da mesa rotativa enquanto a bomba estiver funcionando para evitar a contaminação da plataforma de perfuração.
Monte todos os componentes dobrados, colares de perfuração não magnéticos, estabilizadores, etc., necessários, de acordo com o projeto de montagem.
Correndo no buraco — orientações adicionais
Controle a velocidade de descida para evitar danos causados por pontes de areia, saliências ou sapatas de revestimento. Caso encontre tais seções, faça circular a lama e alargue o furo lentamente antes de prosseguir.
Se forem utilizados subconjuntos ou alojamentos dobrados, o lado da broca pode entrar em contato mais facilmente com a parede do poço ou com as sapatas da tubulação de revestimento; gire o conjunto periodicamente para reduzir os efeitos de desvio lateral.
Para poços profundos ou de alta temperatura, realize circulação intermitente durante a descida para evitar o entupimento da broca e proteger a borracha do estator contra danos causados pelo calor.
Se a lama não fluir rapidamente pela porta de desvio durante a descida, diminua a velocidade de amaciamento ou faça pausas periódicas para encher o motor de lama. Não sacuda o motor nem o coloque no fundo.
Partindo com o motor no furo
Se o motor estiver no fundo, levante-o 0,3–0,4 m e ligue a bomba de lama. Registre a pressão na coluna de perfuração e compare-a com os cálculos hidráulicos. Pressões ligeiramente mais altas são normais devido à carga lateral na broca.
Limpe bem o fundo do poço, especialmente em poços direcionais. O acúmulo de detritos afeta a rotação e pode causar desvios. A circulação adequada, enquanto o motor gira lentamente (ou em incrementos de 30° a 40°), removerá os detritos do fundo. Após a limpeza, levante o motor de 0,3 a 0,4 m, verifique e registre os valores de pressão.
Retorne ao fundo do poço e aumente gradualmente o peso sobre a broca; o torque do motor aumentará e a pressão na coluna de perfuração também. O aumento na pressão da coluna de perfuração deve corresponder aos valores de queda de pressão do motor especificados para o modelo do motor. Monitorar esse aumento fornece informações que indicam se a carga do motor e o peso de perfuração estão adequados e se a velocidade do motor está estável. Mantenha as pressões na coluna de perfuração dentro dos limites recomendados pelo motor para que o perfurador possa avaliar prontamente a condição da ferramenta.
Se o motor estiver fora da posição ideal e a pressão de circulação for alta, os bicos da broca podem estar entupidos ou o eixo de acionamento pode estar travado.
Viajando — precauções
Durante a operação de desmontagem do motor, a válvula de bypass está em estado aberto, permitindo que o fluido de perfuração da coluna flua para o espaço anular, mas o motor não consegue descarregar o fluido sozinho. É comum deslocar a parte superior da coluna de perfuração com um fluido mais denso antes de retirar o motor para garantir um deslocamento seguro.
Após o motor atingir o nível da válvula de bypass na plataforma de perfuração, remova os componentes do bypass e lave o motor com água limpa pela parte superior da válvula. Use um pedaço de madeira ou o cabo de um martelo para movimentar o elemento da válvula para cima e para baixo até que ele se mova livremente. Após a limpeza, reconecte o dispositivo de elevação e retire o motor.
Caso haja disponibilidade de lavagem com água doce no local, lave bem o motor antes de guardá-lo.
Caso não haja instalações de limpeza disponíveis, fixe o corpo do motor na plataforma de perfuração, prenda e gire a extremidade maior do eixo de acionamento (a extremidade que se conecta à broca) com uma chave hidráulica, girando-a no sentido horário (o mesmo sentido de rotação da perfuração no fundo do poço). Isso força a expulsão da lama das câmaras seladas do motor e ajuda a protegê-lo da corrosão. Essa prática é especialmente importante no inverno para evitar que a lama residual dentro do motor congele antes que ele seja acionado novamente.
