מחקר על תיקון חוטי כלי קידוח על מחרטות CNC
Jan 16, 2024
כלי קידוח נפט נתונים לכוחות מורכבים ולעומסים כבדים בתהליך הקידוח, והחוטים המחוברים אליהם חשופים לבלאי ועיוות. אם לא יתוקן בזמן, זה יכול בקלות להוביל לתאונות כשל בכלי הקידוח כגון ניתוק וניקוב. בשל תכונות המתיחה והפיתול המצוינות של צינורות כלי קידוח ומחיר הקנייה הגבוה שלהם, על מנת לשפר את חיי השירות של כלי קידוח ולחסוך בעלויות, בדרך כלל מתקנים הברגות של כלי הקידוח ולא חותכים.
1. שיטות כלליות לתיקון הברגה של כלי קידוח נפט
כלי קידוח נפט הם בדרך כלל חוטים מחודדים (איור 1). בעת תיקון חוטים, ① חתוך אורך מסוים L של פני הקצה בהתבסס על בלאי החוט; ② חתוך את רוחב L של משטח המדרגה בהתאם, ועיבוד קו המתאר של קוטר החתך למשטח חרוטי העונה על דרישות הגודל; ③ עבד את כל החוט לאורך מסלול הספירלה המקורי כדי לעמוד במידות בציור. אחרי בלאי כזה
הברגה תוקן לחדש ולאחר בדיקה הוחזר כלי הקידוח לשימוש.
1. שיטות כלליות לתיקון הברגה של כלי קידוח נפט
כלי קידוח נפט הם בדרך כלל חוטים מחודדים (איור 1). בעת תיקון חוטים, ① חתוך אורך מסוים L של פני הקצה בהתבסס על בלאי החוט; ② חתוך את רוחב L של משטח המדרגה בהתאם, ועיבוד קו המתאר של קוטר החתך למשטח חרוטי העונה על דרישות הגודל; ③ עבד את כל החוט לאורך מסלול הספירלה המקורי כדי לעמוד במידות בציור. אחרי בלאי כזה
הברגה תוקן לחדש ולאחר בדיקה הוחזר כלי הקידוח לשימוש.
איור 1 תיקון חוט
כיום, רוב תיקוני ההברגה לכלי קידוח נפט מתבצעים באמצעות מחרטות צינורות רגילות. בשל השפעת נסיון העבודה של מפעילים והדיוק של מחרטות, מידותיהם של חלקים שונים של החוט, כגון התחדדות, צורת שן ושיפוע, חשופים לשגיאות; הסובלנות הממדית המקומית של כמה חוטים מיוחדים היא בטווח של 0.2 מ"מ, דבר שקשה לשלוט בו באופן ידני ומשפיע על יעילות העיבוד. בינתיים, המפעיל
התכופפות להפעלת המחרטה במשך זמן רב עלולה לגרום בקלות לעייפות המותניים ולהשפיע על הבריאות הגופנית.
2. העיקרון של עיבוד חוטים על מחרטות
תנועת הסיבוב של חומר העבודה המונע על ידי ציר המחרטה היא התנועה העיקרית, בעוד שתנועת הכלי היא תנועת ההזנה. עיבוד הברגים במחרטת הברגה רגילה של צינורות מסתמך על העברת כוח על ידי גלגל שינוי, שמניע את הבורג להסתובב ולאחר מכן מניע את לוח התמיכה הגדול לנוע בהתאם לגובה המותאם. המיקום הצירי של לוחית התמיכה הקטנה להזזת קצה הכלי מותאם כדי להשיג יישור הכלי, ובכך להשלים את סיבוב החוט. הם מושגים באמצעות שידור מכאני טהור, ובתהליך של עיבוד הברגה, אם יש חיתוך, הפסקת חשמל, מהירות משתנה או תיקון הברגות ישנות, זה יכול להיות קל יחסית להשיג יישור ועיבוד מחדש של הכלים.
לא משנה איזה סוג של חוט מחרטת CNC מסובבת, התנועה הראשית ותנועת ההזנה חייבות לשמור על קשר ספציפי, כלומר עליה להשיג במדויק סיבוב אחד של חלק העבודה וגובה אחד של תנועת הכלי. ניתן לכוונן את מהירות הציר באמצעות תוכנית, אך מיקום הזווית בדרך כלל בלתי נשלט. כדי להשיג את הפונקציה של חיתוך חוטים, יש צורך להשתמש במקודד פוטואלקטרי ולחבר אותו לציר בשידור של 1:1. כאשר הציר מסתובב, המקודד מסתובב באופן סינכרוני ושולח סדרה של אותות פולסים למערכת ה-CNC. מערכת ה-CNC בוחרת מנוע בקרת זווית ספציפית כדי להתחיל בהזנה בהתבסס על אות סיבוב הציר שזוהה, ומשיגה את היחס הפרופורציונלי הנדרש עבור סיבוב חוטים.
3. תיקון חוט מחרטת CNC
לפני כל הזנת חוט על מחרטת ה-CNC, מערכת ה-CNC סורקת את דופק האפס של המקודד הפוטואלקטרי, ומתחילה להזין כשהוא מגיע. אחרת, הוא נמצא במצב המתנה. זה מבטיח שהמסלול הספירלי של כל סיבוב הזנה זהה, ומונע התרחשות של השחלה אקראית.
עם זאת, בעת תיקון ההברגה הישן של כלי הקידוח, ישנה בעיה של יישור מיקום ההתחלה של הברגה עם הכלי. בשל ההבדל האפשרי בין הדופק האפס של המקודד הפוטואלקטרי לבין מיקום ההתחלה של ההברגה לתיקון, כאשר הציר מסתובב והכלי מבצע תנועת הזנת סיבוב פתיל לפי פקודת G92 (או G32), זה לא יתאים עם המסלול הספירלי של החוט לתיקון, וכתוצאה מכך נזק לחוט המקורי או אפילו חיתוך. לכן, בעת תיקון החוט, יש צורך תחילה לאתר ולאחר מכן לסובבו. מיקום הוא להשתמש בדופק נקודת האפס כהתייחסות וליישר את מיקום ההתחלה של החוט לתיקון עם הכלי המתאים. לאחר המיקום, הכלי יכול לנוע לאורך המסלול הספירלי של החוט לתיקון, ולהשיג תיקון חוט. לכן, המפתח לתיקון חוט הוא מיקום.
השיטה של מחקר זה היא לסמן את פעימת האפס על פני השטח סביב הצ'אק כדי לקבוע את נקודת ההתחלה של סיבוב החוט, ולהשתמש בתוכנית מאקרו כדי לאתר את מיקום הכלי: ① בעת יישור הכלי, תחילה הזיז את הצ'אק וסובב אותו למיקום המסומן. בשלב זה, מיקום הציר הוא המיקום של אות הדופק האפס. על ידי הפעלת תוכנית המאקרו בשלב אחד, הזז את קצה הכלי מעל מיקום מסוים של החוט לתיקון; ② בחר מחולל דופק ביד כדי להזיז את קצה הכלי לחריץ ספירלי באמצע החוט, להקטין את ההגדלה ולכוון עדין את ערכי X ו-Z של קצה הכלי. שים לב לקצה הכלי ולחריץ הספירלי עד שהם עולים בקנה אחד. בשלב זה, שימו לב במיוחד למיקום קצה הכלי, אחרת קל לרסק את בלוק הכלי; ③ בחר את התוכנית להפעלה בצעד בודד, וקרא את משתנה המערכת מס' 5002 של מידע המיקום של ציר Z של קצה הכלי דרך המשתנה המשותף מס' 505, כלומר, # 505=# 5002, כדי להשלים פעולת יישור הכלי; ④ הפעל שלב אחר שלב את תוכנית המאקרו כדי להזיז את קצה הכלי למיקום N פסים הרחק מההברגה לתיקון. בנקודה זו (החל מ-X, החל מ-Z), זוהי נקודת ההתחלה. לאחר מכן, ציין את ערך R באמצעות ביטוי משתנה והשתמש בהוראות חיתוך מחזור ההברגה G92 כדי להשלים את עיבוד ההברגה. ⑤ במהלך השימוש בכלי קידוח, לפעמים פרופיל החוט נשחק באופן משמעותי. גם אם הכלי מיושר, במהלך פעולת פקודת חיתוך מחזור ההברגה G92, ייתכן שקצה הכלי אינו מיושר לחלוטין עם הקו הספירלי של ההברגה לתיקון (כלי אופסט). בשלב זה, ניתן להקצות ערך של משתנה מס' 5 כדי לכוונן עדין את ערך ה-Z של קצה הכלי בכיוון החיובי או השלילי (איור 2), כדי להשיג את המטרה של יישור קו הספירלי של החוט לתיקון .
כיום, רוב תיקוני ההברגה לכלי קידוח נפט מתבצעים באמצעות מחרטות צינורות רגילות. בשל השפעת נסיון העבודה של מפעילים והדיוק של מחרטות, מידותיהם של חלקים שונים של החוט, כגון התחדדות, צורת שן ושיפוע, חשופים לשגיאות; הסובלנות הממדית המקומית של כמה חוטים מיוחדים היא בטווח של 0.2 מ"מ, דבר שקשה לשלוט בו באופן ידני ומשפיע על יעילות העיבוד. בינתיים, המפעיל
התכופפות להפעלת המחרטה במשך זמן רב עלולה לגרום בקלות לעייפות המותניים ולהשפיע על הבריאות הגופנית.
2. העיקרון של עיבוד חוטים על מחרטות
תנועת הסיבוב של חומר העבודה המונע על ידי ציר המחרטה היא התנועה העיקרית, בעוד שתנועת הכלי היא תנועת ההזנה. עיבוד הברגים במחרטת הברגה רגילה של צינורות מסתמך על העברת כוח על ידי גלגל שינוי, שמניע את הבורג להסתובב ולאחר מכן מניע את לוח התמיכה הגדול לנוע בהתאם לגובה המותאם. המיקום הצירי של לוחית התמיכה הקטנה להזזת קצה הכלי מותאם כדי להשיג יישור הכלי, ובכך להשלים את סיבוב החוט. הם מושגים באמצעות שידור מכאני טהור, ובתהליך של עיבוד הברגה, אם יש חיתוך, הפסקת חשמל, מהירות משתנה או תיקון הברגות ישנות, זה יכול להיות קל יחסית להשיג יישור ועיבוד מחדש של הכלים.
לא משנה איזה סוג של חוט מחרטת CNC מסובבת, התנועה הראשית ותנועת ההזנה חייבות לשמור על קשר ספציפי, כלומר עליה להשיג במדויק סיבוב אחד של חלק העבודה וגובה אחד של תנועת הכלי. ניתן לכוונן את מהירות הציר באמצעות תוכנית, אך מיקום הזווית בדרך כלל בלתי נשלט. כדי להשיג את הפונקציה של חיתוך חוטים, יש צורך להשתמש במקודד פוטואלקטרי ולחבר אותו לציר בשידור של 1:1. כאשר הציר מסתובב, המקודד מסתובב באופן סינכרוני ושולח סדרה של אותות פולסים למערכת ה-CNC. מערכת ה-CNC בוחרת מנוע בקרת זווית ספציפית כדי להתחיל בהזנה בהתבסס על אות סיבוב הציר שזוהה, ומשיגה את היחס הפרופורציונלי הנדרש עבור סיבוב חוטים.
3. תיקון חוט מחרטת CNC
לפני כל הזנת חוט על מחרטת ה-CNC, מערכת ה-CNC סורקת את דופק האפס של המקודד הפוטואלקטרי, ומתחילה להזין כשהוא מגיע. אחרת, הוא נמצא במצב המתנה. זה מבטיח שהמסלול הספירלי של כל סיבוב הזנה זהה, ומונע התרחשות של השחלה אקראית.
עם זאת, בעת תיקון ההברגה הישן של כלי הקידוח, ישנה בעיה של יישור מיקום ההתחלה של הברגה עם הכלי. בשל ההבדל האפשרי בין הדופק האפס של המקודד הפוטואלקטרי לבין מיקום ההתחלה של ההברגה לתיקון, כאשר הציר מסתובב והכלי מבצע תנועת הזנת סיבוב פתיל לפי פקודת G92 (או G32), זה לא יתאים עם המסלול הספירלי של החוט לתיקון, וכתוצאה מכך נזק לחוט המקורי או אפילו חיתוך. לכן, בעת תיקון החוט, יש צורך תחילה לאתר ולאחר מכן לסובבו. מיקום הוא להשתמש בדופק נקודת האפס כהתייחסות וליישר את מיקום ההתחלה של החוט לתיקון עם הכלי המתאים. לאחר המיקום, הכלי יכול לנוע לאורך המסלול הספירלי של החוט לתיקון, ולהשיג תיקון חוט. לכן, המפתח לתיקון חוט הוא מיקום.
השיטה של מחקר זה היא לסמן את פעימת האפס על פני השטח סביב הצ'אק כדי לקבוע את נקודת ההתחלה של סיבוב החוט, ולהשתמש בתוכנית מאקרו כדי לאתר את מיקום הכלי: ① בעת יישור הכלי, תחילה הזיז את הצ'אק וסובב אותו למיקום המסומן. בשלב זה, מיקום הציר הוא המיקום של אות הדופק האפס. על ידי הפעלת תוכנית המאקרו בשלב אחד, הזז את קצה הכלי מעל מיקום מסוים של החוט לתיקון; ② בחר מחולל דופק ביד כדי להזיז את קצה הכלי לחריץ ספירלי באמצע החוט, להקטין את ההגדלה ולכוון עדין את ערכי X ו-Z של קצה הכלי. שים לב לקצה הכלי ולחריץ הספירלי עד שהם עולים בקנה אחד. בשלב זה, שימו לב במיוחד למיקום קצה הכלי, אחרת קל לרסק את בלוק הכלי; ③ בחר את התוכנית להפעלה בצעד בודד, וקרא את משתנה המערכת מס' 5002 של מידע המיקום של ציר Z של קצה הכלי דרך המשתנה המשותף מס' 505, כלומר, # 505=# 5002, כדי להשלים פעולת יישור הכלי; ④ הפעל שלב אחר שלב את תוכנית המאקרו כדי להזיז את קצה הכלי למיקום N פסים הרחק מההברגה לתיקון. בנקודה זו (החל מ-X, החל מ-Z), זוהי נקודת ההתחלה. לאחר מכן, ציין את ערך R באמצעות ביטוי משתנה והשתמש בהוראות חיתוך מחזור ההברגה G92 כדי להשלים את עיבוד ההברגה. ⑤ במהלך השימוש בכלי קידוח, לפעמים פרופיל החוט נשחק באופן משמעותי. גם אם הכלי מיושר, במהלך פעולת פקודת חיתוך מחזור ההברגה G92, ייתכן שקצה הכלי אינו מיושר לחלוטין עם הקו הספירלי של ההברגה לתיקון (כלי אופסט). בשלב זה, ניתן להקצות ערך של משתנה מס' 5 כדי לכוונן עדין את ערך ה-Z של קצה הכלי בכיוון החיובי או השלילי (איור 2), כדי להשיג את המטרה של יישור קו הספירלי של החוט לתיקון .
איור 2 פרמטרים של התאמת קצה הסכין
ניקח כדוגמה את תוכנית החוטים החיצוניים של NC50.
(1) קטע תוכנית 1, פעולת יישור הכלים:
בהוראת מחזור חיתוך החוט G92 (איור 3), הפרמטרים X ו-Z מייצגים את ערכי הקואורדינטות של נקודת הסיום של כל כלי חיתוך, R מייצג את ההבדל ברדיוס בין נקודת ההתחלה והסיום של חיתוך המשטח החרוט, ו-F מייצג את גובה הברגה (גובה הברגה NC50 הוא 6.35 מ"מ). הפעל את הביטוי המשתנה Z [# 505+# 5+63.5] כדי להזיז את כלי היצירה למיקום במרחק של 10 צלעות מהחריץ הספירלי של הכלי, שהיא נקודת ההתחלה. נכון לעכשיו, אין מידע זמין כדי לקבוע את המרחק המדויק של קטע התאוצה של הכלי כאשר מחרטת CNC מבצעת הוראות G32 או G92. לכן, המרחק בין נקודת ההתחלה לפנים הקצה של החוט לתיקון (כלומר N פסים) תלוי בהרגלי הפעולה. לאחר מכן הקצה את הפרמטר R לביטוי המשתנה # 4=[# 3- # 505- # 5-56.5]/12, הפעל את הוראת חיתוך מחזור החוט G92 והשלם עיבוד תיקון החוטים.
איור 3 הוראות חיתוך מחזור חוטים G92
4. מסקנה
בתחום תחזוקת חוטי כלי הקידוח, טכנולוגיית אוטומציה המיוצגת על ידי מכונת CNC היא כיוון הפיתוח העתידי. לשיטה שהוצגה במאמר זה יש עלויות יישום נמוכות ואינה דורשת שינויים מיוחדים במחרטות CNC. במקביל, השימוש במחרטות CNC לתיקון חוטי כלי קידוח שיפר את איכות תחזוקת כלי הקידוח. לאחר תיקון הברגה, הגודל יציב, מפחית את עוצמת העבודה של המפעילים, ומספק אמצעי טכני חדש לתחזוקת חוט כלי קידוח שמן.
