CABLUL DE FORAJ

Cablul de foraj

Cablul de foraj sau de manevra este o constructie din fire metalice rasucite elicoidal care preia doar efortul de intindere avand flexibilitate ridicata. Cablurile sunt de mai multe feluri: plate sau rotunde (in foraj se folosesc doar cabluri rotunde). Cablurile se folosesc in mai multe scopuri:

la manevra: cablul de manevra sau de foraj;

la efectuarea operatiilor de lacarit: cablul de lacarit;

pentru ancorarea turlei sau mastului: cablul de ancora;

pentru rabaterea turlei: cablul pentru prastie;

la efectuarea operatiilor de carotaj exista cablul de carotaj, in interiorul carora sunt amplasati conductori electrici.

Cablurile pot fi: simple, duble (folosite la foraj) sau triple. Sarmele de cablu se infasoara in toroane (sau vita de cablu sau cablu simplu) si, la randul lor, toroanele se infasoara realizand cablul dublu. Toronul este rea-lizat din straturi de sarme care pot fi:

de acelasi diametru la fire;

de diametre diferite in straturi sau constructie compound.

Cablul de constructie cu diametre diferite ale sarmelor poate fi in mai multe variante (figura 1):

cablul FILLER - cu fire subtiri in-tercalate intre straturi;

cablul SEALE sau SIL - straturi cu diametre diferite;

cablul WARRINGTON - in cadrul aceluiasi strat sarmele au diametre diferite.

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6 X 19, adica 6 toroane cu 19 fire in fiecare toron, asezate in 3 straturi, ce reprezinta: sarma cen-trala sau inima cablului formata de un singur fir, stratul de rezistenta format din 9 fire si stratul de flexibilitatea format tot din 9 fire.

Geometria unui toron Seale se stabileste in functie de diametrul sarmelor din stratul exterior sau de rezistenta . Diametrul sarmelor din stratul de flexibilitatea este si diametrul inimii este: .

Inima cablului poate fi:

organica (din canepa imbibata cu ulei);

metalica (aceasta inima pastreaza forma cablului);

din sarme rasucite elicoidal.

Observatie: Cablul de foraj este rotund, dublu si compound.

Cablarea reprezinta modalitatea de rasucire atat a firelor in toron cat si a toroanelor intre ele. Exista cablarea paralela (atat firele cat si toroanele sunt rasucite in acelasi sens: spre stanga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ). La cablarea in cruce firele sunt rasucite intr-un sens opus rasucirii toroanelor (exista cablarea SZ - firele sunt rasucite spre stanga, iar toroanele spre dreapta - si cablarea ZS). Cablarea in cruce asigura sta-bilitate la tendinta de desrasucire.

2.3.Sarcini de rupere

Sarcina de rupere teoretica se defineste de relatia:

.  (2)

Sarcina de rupere reala este mai mica decat cea teoretica din cauza neomogenitatiilor materialului firelor.

Se defineste coeficientul de scadere a sarcinii care arata cu cat scade capacitatea reala a cablului fata de cea teoretica:

. (3)

Pentru fiecare tip de cablu este standardizata sarcina totala de rupere in functie de care se va alege tipul de cablu, respectand conditia:

.  (4)

2.4.Modulul de elasticitate al cablului

Datorita rasucirii sarmelor in cablu, modulul de elasticitate a cablu-lui, difera de modulul de elasticitate al materialului sarmelor:

,  (5)

unde reprezinta modulul de elasticitate al cablului, - coeficient de proportionalitate, care pentru cablu Seale are valoarea 0,9 si - modulul de elasticitate al materialului sarmelor.

Constanta elastica a unui cablu se defineste in functie de modulul de elasticitate al cablului:

,  (6)

unde este lungimea cablului.

Forta elastica va fi: ( fiind alungirea cablului).

Observatie:

Alungirea initiala de este neelastica considerandu-se defor-matie permanenta si, ca urmare, nu se ia in considerare.

3.Alegerea cablului de foraj

Solicitarile la care este supus cablul de foraj sunt: tractiune si incovoiere.

Tractiune

Tensiunea care apare in cablul de foraj este:

,  (7)

unde F este sarcina din cablu, iar A_n - aria neta a cablului de foraj (aceasta este functie de tipul constructiv al cablului folosit). La cablul Seale 6X19, aria neta este:

. (8)

Incovoiere

Sub unghiul cablul are fibra interioara comprimata iar cea exterioara alungita (figura 3); alungirea este si, ca urmare, ten-siunea din cablu va fi:

. (9)

Din figura 3 se poate determina alungirea pe care o rea-lizeaza trecerea cablului peste rola astfel:

, (10)

R este raza masurata pana la diametrul mediu de trecere a cablului peste rola si d - diametrul cablului.

Ca urmare, tensiunea totala care apare in cablu este data de relatia Rouleaux-Bach:

.  (11)

La cablul de foraj se accepta coeficienti de siguranta acoperitori si se pun conditii privind diametrul rolelor (sa fie suficient de mare) astfel incat sa se limiteze solicitarea la incovoiere. In aceste conditii se face doar calcu-lul la tractiune (pentru ca solicitarea la incovoiere este mica si este inglo-bata in coeficienti de siguranta acoperitori).

Pentru cablul de manevra conditia care se pune pentru diametrul rolelor este:

.  (12)

In aceste conditii cablul se alege astfel incat sarcina de rupere totala sa fie:

.  (13)

In relatiile (13) apar: forta normala din capatul activ al cablului, coeficientul de siguranta ce corespunde acestei sarcini; forta maxima din capatul activ al cablului si coeficientul de siguranta ce corespunde acestei sarcini.

Se calculeaza valoarea sarcinii de rupere totala cu relatiile (13) si cu valoarea maxima dintre acestea se face alegerea cablului. In tabelul 2. sunt prezentate caracteristicile cablurilor de foraj romanesti.

6.Metoda de exploatare rationala a cablului

Pentru prezentarea acestei metode (elaborata de ing. I. Costin) se considera mecanismul macara-geamblac in cele doua pozitii extreme: cu macaraua ridicata si coborata. In figura 8 s-a notat cu lungimea spa-tiului de siguranta asigurata de limitatorul de cursa. Aceasta distanta nu este depasita de macaraua in ridicare pentru a evita ciocnirea macaralei de geamblac.

Punctul A de pe ramura 1 a cablului este acel punct care la ridicarea macaralei de la pozitia inferioara la cea superioara ajunge in B. Deci, acest punct face numarul maxim de inflexiuni, trecand peste toate rolele. Ca lungime de cablu distanta cand macaraua se afla la pozitia inferioara este egala cu distanta cand macaraua se afla la pozitia superioara. Conform figuri 8 rezulta:

.  (39)

Deci distanta de la punctul care nu lucreaza, la punctul care este cel mai solicitat la inflexiuni este:

. (40)

Diagrama de dependenta dintre numarul de inflexiuni si pozitia unui punct pe cablu este prezentata in figura 9.

Pornind de la aceste observatii, exploatarea rationala a cablului se face in urmatoarele patru etape:

1. exploatarea in pozitia initiala de functionare;
2. tragerea cablului catre toba moarta din rezerva de pe toba de manevra cu lungimea (relatia (40) si exploatarea in continuare in aceasta pozitie (punctul cu numar maxim de inflexiuni se aduce in , la zero inflexiuni);

3. intoarcerea cablului astfel incat capatul activ sa devina capatul mort si exploatarea in continuare;
4. tragerea cablului intors cu lungimea catre toba moarta si exploa-tarea in continuare.

Numarul de inflexiuni pentru fiecare dintre aceste etape este prezen-tat in figura 10, in functie de pozitia a punctului pe cablu (cele patru etape de exploatare a cablului corespund figurii 10).

8.3.Constructia geamblacurilor

Componenta geamblacului de foraj este pusa in evidenta de figura 8.8. Elementele principale ale acestuia sunt: rolele, axul geamblacului si rulmentii. Axul se realizeaza din otel Cr-Ni sau Cr-Mo. Fiecarei role a geamblacului trebuie sa i se asigure un regim de ungere, ca urmare, axul este gaurit, iar ungerea rulmentilor se va face cu ungatoare cu bila.

Rulmentii pot fi de diverse tipuri: cu role cilindrice lungi cu sau fara inel exterior (rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu); cu role cilindrice scurte; cu role conice pe doua randuri. Rulmentii se construiesc cu joc radial marit, pentru ca trebuie realizata strangerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului.