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ERKUNDUNG

5. Juni 2017

Die Besonderheiten von Wireline Core Retrieval Systemen

Boart Longyear entwickelte 1958 das Wireline Core Retrieval System und war der erste Hersteller von Diamantbohrungs-Explorationsprodukten, der dieses revolutionäre System anbot. Das Genuine Q ™ Drahtseilensystem steigerte die Produktivität auf der Baustelle und machte den Bohrkern vom Bohrlochunterteil für den Bohrassistenten sicherer. 

In letzter Zeit hat Boart Longyear jedoch Verbesserungen an dem System vorgenommen, wodurch Zuverlässigkeit und Leistung erheblich gesteigert wurden.

In erster Linie erfordern Drahtleitungssysteme ein von der Stabkette völlig unabhängiges Probenaufnahmeinnenrohr, das sich am Boden der Stabkette im Außenrohr hinter dem Bohrmeißel befindet.

An der Oberseite der Innenrohranordnung ist die Kopfanordnung angebracht, die den kritischen Verriegelungsmechanismus umfasst, der erforderlich ist, um das Innenrohr zu halten, während die Kernprobe aufgenommen wird, und um das gefüllte Innenrohr für die Drahtseilentnahme freizugeben.

Eine Vorrichtung, die als Überschuss bezeichnet wird, wird an einem Drahtseil befestigt und in das Loch abgesenkt oder gepumpt, bis sie die Kopfbaugruppe einfängt, wodurch das Innenrohr mit einer Winde oder einem Hebezeug zum Bohrgerät zurückgezogen oder hochgezogen werden kann.

Vollloch-Verriegelungskupplung

Stabilisierte Verriegelungskupplung

Der Latch Seat

Um die von der Kopfbaugruppe entfalteten Klinken aufzunehmen, werden Kupplungen in den Bohrgestänge eingeführt, um eine vergrößerte innere Öffnung oder einen größeren Sitz bereitzustellen. Bei dem ursprünglichen System wurde der Verriegelungssitz durch Verbinden zweier Kupplungen gebildet. Die erste Kupplung, die mit den Bohrstangen oberhalb des Innenrohrs verbunden ist, wird als Verriegelungskupplung bezeichnet. Die als Adapterkupplung bekannte untere Kupplung passt zwischen die Verriegelungskupplung und das Außenrohr, unter dem das Innenrohr untergebracht ist, und wiederum auf die Reibschale und den Bohrmeißel. Die Endfläche des männlichen Endes der Verriegelungskupplung dient als Lastaufnahmefläche für den Verriegelungsmechanismus.

Unglücklicherweise erfordern alle schwenkbaren Klinkenmechanismen ein beträchtliches Maß an "Spiel" oder axialem Spiel im Klinkensitz, um die schwenkbare Klinkenbewegung zu ermöglichen, was zu einem Spiel des inneren Rohrs und einer schlechten Systemleistung bei schwierigem Boden führt. Tatsächlich kann ein Innenrohr mit einem Keilkern oder ein überfülltes Innenrohr ausreichend gegen den Riegelsitz gedrückt werden, so dass sich die Riegel beim Einfahren nicht drehen können. Dies führt häufig zu einem verklemmten Rohr, was möglicherweise das kostspielige Zurückziehen des Bohrgestänges erfordert.

 Bei neueren Roller Latch ™ -Systemen wird durch eine verbesserte integrierte Verriegelungskupplung das Sekundärgelenk eliminiert und eine mittig angeordnete Innennut eingebaut, die als Verriegelungssitz dient. Darüber hinaus fallen die Rollensperren weg, so dass kein axiales Spiel erforderlich ist und die Systemleistung in schwierigem Gelände verbessert wird.

In erster Linie muss der Riegelsitz der Reaktion der vollen Schublast des Bohrers standhalten, wenn der Bohrer schwieriges „blockiertes“ Gelände durchstößt. Das heißt, wenn die Kernprobe im Innenrohr vorübergehend haftet oder keilt (oder wenn das Rohr voll ist), wird der Schub im Bohrstrang (Gewicht auf dem Bohrmeißel) vollständig durch das Innenrohr, den Verriegelungsmechanismus und den Widerstand widerstehen können die Verriegelungskupplung. Der Sitz hat jedoch eine Tiefe von etwa einem Drittel der Bohrstrangdicke, was die mögliche Tragfähigkeit begrenzt.

SPITZE: Obwohl die Schläuche aus präzisen, kaltgezogenen mechanischen Schläuchen hergestellt werden, sind ihre Härte und Verschleißfestigkeit begrenzt. Kernproben mit harten, scharfen Kanten können schnell Rillen an der Innenfläche des Innenrohrs entwickeln, was wiederum zu starkem Verklemmen oder Verklemmen des Kerns führt. Die verchromten Innenrohre von Boart Longyear sind eine sehr effektive Lösung und sorgen für maximale Kernwiederherstellung und Produktivität.

Verriegelungsmechanismen und Material der Verriegelungskupplung

Die Kopfbaugruppe des ursprünglichen Q-Systems enthielt einen Verriegelungsmechanismus, bestehend aus einem Paar schwenkbarer Verriegelungen, die durch eine Drahtfederfeder ausgefahren und durch den Aufprall auf den Boden eines Schlitzes im Verriegelungsfall zurückgezogen wurden, wenn sie durch den Drahtüberzug zurückgezogen wurde .

Diese Laschen waren nun veraltet und hatten nur eine Dicke von 8 mm (5/16 Zoll), was zu einer sehr kleinen Kontaktfläche auf dem Riegelsitz führte. Dies führte zu Anpressdruck und Materialspannungen, die beim Bohren schwieriger Bodenbedingungen oft die Stärke des Riegelsitzes überstiegen. In einigen Fällen würde das Schlosssitzmaterial nachgeben und das Eindrücken der Verriegelungen in die Verriegelungskupplung ermöglichen, was zu einem verklemmten Rohr führt. Zumindest war die hohe Abnutzungsrate des Riegelsitzes ein Wartungsproblem.

Mit der patentierten Link Latch ™ -Mechanik konnte sich Boart Longyear 1998 erneut als führender Innovator für Festnetztechnologie behaupten. Diese Neuerung beseitigte praktisch "verklemmte Rohre", indem sie die mechanische Verriegelung während des Drahtseilzuges einführte und die Verriegelungen direkt in die zurückgezogene Position drehte, wohingegen herkömmliche Technologien versuchten, die Verriegelungen indirekt zu drücken, während sie die schlechte mechanische Hebelwirkung und den Eingriff mit dem Verriegelungssitz bekämpften.

Zusätzlich wurde die Riegelstärke auf 16 mm (5/8 ”) verdoppelt, wodurch der Anpressdruck und die Beanspruchungen des Riegelsitzes halbiert werden, was die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit erhöht. Für die Schwenkriegel ist jedoch ein inneres Rohrspiel erforderlich.

Mit der Einführung der Roller Latch-Technologie wurden 2012 alle Boart Longyear-Verschlusskupplungen erheblich verbessert. Wärmebehandelter legierter Stahlwerkstoff führte zu erheblichen Steigerungen der Festigkeit (40%) und der Härte (Verschleißfestigkeit). Dies führte zu einer viel größeren Schubkapazität und Zuverlässigkeit beim Durchsetzen schwieriger Bohrbedingungen, aber auch zu signifikanten Verbesserungen für andere Verriegelungskupplungsmerkmale, wie nachstehend erläutert.

SPITZE: Ursprünglich wurden Riegel mit einer tiefen Ofeneinsatzhärtung (Aufkohlung) behandelt, um die Verschleißfestigkeit zu verbessern, die sich unter schwierigen Bohrbedingungen als extrem spröde erwies und gelegentlich zu Riegelausfällen führte. Der Link Latch-Mechanismus beinhaltete eine deutliche Verbesserung der Verschleißfestigkeit und Zuverlässigkeit bei härterem und dünnerem Einsatzhärten (Nitrieren). Die Roller Latch-Technologie verwendet durchgehärtete Edelstahl-Rollen in Lagerqualität für maximale Verschleißfestigkeit und Zuverlässigkeit.

Verschlusskupplung Verschleißpads

Die Verriegelungskupplung befindet sich oben am Außenrohr und kann auch das Außenrohr stabilisieren und die Lochabweichung reduzieren. Dies wird durch den Zusatz von Verschleißkissen erreicht, die als Lagerfläche gegen das Bohrloch wirken.

Boart Longyear bietet zwei Arten von Verriegelungskupplungen an, „Ganzloch“ und „Stabilisiert“. Während beide aus dem gleichen hochwertigen Rohrmaterial aus legiertem Stahl hergestellt werden, das für Drahtseilbohrstangen verwendet wird, haben Vollloch-Verriegelungskupplungen ein übergroßes Äußeres Durchmesser mit vier gleichgroßen Wohnungen, die entlang jeder Länge kaltgezogen werden.

Während der ringförmige Bereich zwischen den Abflachungen und dem Bohrloch einen Durchgang für Bohrfluid und Schnittgut bietet, werden die übergroßen abgerundeten Abschnitte induktionsgehärtet, um harte, langlebige, abriebfeste Verschleißkissen über die Körperlänge bereitzustellen.

Vollloch-Verriegelungskupplungen funktionieren gut in kompetenten Bodenzuständen, wo das Loch gleichmäßig ist und das Schnittgut einwandfrei ist. Umgekehrt können schlechte Bodenbedingungen die Bohrleistung und die Zirkulation von Schnittgut erheblich einschränken oder übermäßige Bohrstrangdrehmoment- oder Vorschubanforderungen erzeugen.

Mit Laser bekleidete Verschleißunterlage

Mit Laser bekleidete Verschleißunterlage

Vergrößerter Ausschnitt mit Wolframkarbid in Matrix

Verschlusskupplung Verschleißpads

Die Verriegelungskupplung befindet sich oben am Außenrohr und kann auch das Außenrohr stabilisieren und die Lochabweichung reduzieren. Dies wird durch den Zusatz von Verschleißkissen erreicht, die als Lagerfläche gegen das Bohrloch wirken.

Boart Longyear bietet zwei Arten von Verriegelungskupplungen an, „Ganzloch“ und „Stabilisiert“. Während beide aus dem gleichen hochwertigen Rohrmaterial aus legiertem Stahl hergestellt werden, das für Drahtseilbohrstangen verwendet wird, haben Vollloch-Verriegelungskupplungen ein übergroßes Äußeres Durchmesser mit vier gleichgroßen Wohnungen, die entlang jeder Länge kaltgezogen werden.

Während der ringförmige Bereich zwischen den Abflachungen und dem Bohrloch einen Durchgang für Bohrfluid und Schnittgut bietet, werden die übergroßen abgerundeten Abschnitte induktionsgehärtet, um harte, langlebige, abriebfeste Verschleißkissen über die Körperlänge bereitzustellen.

Vollloch-Verriegelungskupplungen funktionieren gut in kompetenten Bodenzuständen, wo das Loch gleichmäßig ist und das Schnittgut einwandfrei ist. Umgekehrt können schlechte Bodenbedingungen die Bohrleistung und die Zirkulation von Schnittgut erheblich einschränken oder übermäßige Bohrstrangdrehmoment- oder Vorschubanforderungen erzeugen.

Schneller Pump-in ™ -Rollenverschluss ™, stabilisierter Verriegelungskupplungsabschnitt mit Riegelnut und Bremsnut

Mit Laser bekleidete Verschleißunterlage

SPITZE: Vollrohr-Außenrohre sind ebenfalls erhältlich, um die Steifigkeit und Richtungskontrolle deutlich zu erhöhen. Nur für kompetente Bodenbedingungen empfohlen.

Stabilisierte Verriegelungskupplungen (früher als "konventionelle" Ausführung bekannt) verwenden Verschleißkissen, die aus Wolframkarbid tragenden Materialien bestehen. Wolframkarbid bietet eine um Größenordnungen höhere Verschleißfestigkeit als gehärtete Stähle und bietet eine zuverlässige, langlebigere Lagerfläche als die Ausführung mit Ganzbohrungen.

Ein größerer Abstand zwischen den Verschleißstücken und im ringförmigen Bereich zwischen dem Kupplungskörper und dem Loch gewährleistet einen effizienten Durchtritt von Bohrflüssigkeiten und Schnittgut unter allen Bodenverhältnissen.

Ursprünglich wurden stabilisierte Kupplungsverschleißkissen in einem mühsamen manuellen Verfahren aufgebracht, bei dem Schweißtechniken zum Schmelzen von Schweißstäben aus Wolframkarbid in einer als "Hartverkleidung" bekannten Metallmatrix und zum Verbinden des Stangenmaterials mit dem Kupplungskörper verwendet wurden.

Es musste eine große Menge hinzugefügt werden, um zu einem flachen Verschleißkissen von angemessener Größe zurückschleifen zu können, und die sich ergebende Form war schwer zu kontrollieren, was die Durchlässigkeit für Flüssigkeit und Stecklinge beeinträchtigte. 

Außerdem war eine übermäßige Wärmemenge erforderlich, die den Stahlkörper erweicht und die Kupplung schwächt. Bei einigen Kupplungen wurde wegen des Verschleißwiderstandes auch ein fester Belag auf die Schlosssitzfläche aufgebracht. Aufgrund des manuellen Schweißvorgangs könnte dies den darunter liegenden Schlosssitz bis zu dem Punkt erweichen, an dem die Riegel bei normaler Belastung durch den Sitz ragen könnten.

Die Einführung der Roller Latch-Technologie umfasste erneut eine wesentliche Aufwertung aller stabilisierten Boart Longyear ™ -Verriegelungskupplungen. Die Laser-Cladding-Technologie ermöglicht das präzise Anbringen von Verschleißkissen, die eine wesentlich höhere Dichte an Wolframkarbid enthalten und sehr wenig Wärme enthalten.

Stabilisierte Verschleißkissen sind in einer effizienten Spiralform vorgesehen, die den Durchtritt von Bohrflüssigkeit und Schnittgut fördert. Vergleichende Verschleißtests im Labor haben eine Verbesserung um mehr als das Zehnfache gezeigt (Prüfung nach ASTM G65), was sich in der Regel mehr als verdoppelt.

Verriegelungskupplung und Zusammenbau der Kopfbaugruppe

Während Boart Longyear die Verschleißfestigkeit von Verriegelungen und Verriegelungssitzen verbessert hat, wird abrasiver Verschleiß durch ihre Wechselwirkung während normaler Bohrvorgänge verursacht.

Bei unzureichender Belastung oder Gegenkontaktreibung kann eine erhebliche relative Drehbewegung zwischen der Verriegelungskopfanordnung und dem Bohrgestänge auftreten. Dies kann zu einem schnellen Verschleiß zwischen dem Riegelsitz und den Riegeln sowie zwischen der Landeschulter der Kopfanordnung und dem Außenring des Außenrohrs führen.

SPITZE: Verschleiß zwischen der Landeschulter und dem Landungsring trägt zum Spiel des Innenrohrs bei und beeinträchtigt die Erholung des Kerns. Landeschultern und Landeringe sind umkehrbar, wodurch die Lebensdauer des Verschleißes verlängert und das Spiel minimiert werden kann.

Verriegelungskupplungen für die Link Latch-Kopfbaugruppe sind optional mit einem kleinen Antriebsschlüssel oder "Zapfen" erhältlich, der eine integrale, partielle Verlängerung der männlichen Endschulter darstellt, die neben den eingesetzten Verriegelungen vorsteht. Somit wird die Drehung des Bohrgestänges die Drehung der Kopfanordnung gemeinsam antreiben.

SPITZE: Wenn das Innenrohr in den Bohrstrang gestoßen wird und die Verriegelungen des Innenrohrs oben auf dem Zapfen landen, können sie sich nicht entfalten. Ein schneller Sprung des Bohrgestänges (dh ein kurzes scharfes Einfahren und Vorschieben), vorzugsweise in Kombination mit einer schnellen Teildrehung des Bohrgestänges, setzt das Innenrohr mit den Riegeln neben dem Zapfen wieder auf.

Umgekehrt ist der patentierte Roller Latch-Mechanismus selbsthemmend in Rotation. Wenn die Rollen zentrifugal ausgefahren werden, werden bei einer relativen Drehbewegung mit dem Bohrstrang die Rollen zwischen der Verriegelungskupplung und dem Rückzugsgehäuse geklemmt, um sicherzustellen, dass die Kopfanordnung immer mit dem Bohrstrang angetrieben wird.

Diese Selbsthemmung bewirkt eine deutliche Erhöhung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Landerings, der Landeschulter, der Verriegelungsrollen und des Verriegelungssitzes.

Bohrgestängeverbindung

Zu den Verriegelungskupplungen gehören sowohl ein Außengewinde mit Außengewinde als auch eine Gewindeverbindung mit einer Wireline für ein Bohrgestänge, um direkt an den Bohrgestängezug anzuschließen.

Das Außenrohr ist wesentlich dicker und steifer als die Bohrstangen und wird durch den Bohrmeißel, die Reibschale und die Verschleißkissen der Verriegelungskupplung stabilisiert. Umgekehrt wird der Bohrgestängestrang nur von der Formation gestützt und unterliegt aufgrund von Bohrlasten, Vibrationen und Oberwellen des Systems erheblichen dynamischen Belastungen.

Daher ist die Verriegelungskupplungsverbindung für die Leistung unter anspruchsvollen Bohrbedingungen kritisch, wobei das kürzlich verbesserte wärmebehandelte Material Festigkeit und Verschleißfestigkeit bietet.

Boart Longyears proprietäre Drahtseilbohrgestänge Q und RQ ™ verwenden konische Gewinde zum einfachen Herstellen und Brechen. Sie verfügen über technisch entwickelte Gewindeformen, eine präzise Presspassung und eine einzigartige Kombination von Wärmebehandlungen zur Maximierung der Belastungsfestigkeit und Verschleißfestigkeit.

Die Anlagen von Boart Longyear fertigen diese Präzisionsgewindeverbindungen nach strengen globalen Standards und werden von einem proprietären Master-Messsystem gesteuert.

In der gesamten Wireline-Bohrindustrie ist es durchaus bekannt, dass Sie niemals Boart Longyear-Bohrstangen, Kupplungen oder Adapter mit Produkten mischen, die von nicht lizenzierten Dritten hergestellt werden.

Bereit für einen Blick in die Ruten von Boart Longyear?

 

Dieser Artikel erschien ursprünglich in Coring Magazine.

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Chris Drenth

TREFFEN SIE DEN AUTOR Chris Drenth Chris Drenth ist seit über 23 Jahren als technischer Leiter für Leistungswerkzeuge bei Boart Longyear maßgeblich an der Entwicklung und Innovation von Mineral-Explorationsbohrstangen und Drahtseilwerkzeugen beteiligt. Er ist ein Erfinder, der in mehr als 25 Patenten genannt wurde, für die Boart Longyear Schutz gesucht hat. Als angesehener und geschätzter Mitwirkender und Innovator in der Branche ist Drenth auch dafür bekannt, junge Talente bei Boart Longyear zu fördern. Mit seinen Erfolgen in der innovativen Produktentwicklung und seiner Führungsrolle im Engineering hat Chris erfolgreich ein globales Engineering-Team entwickelt und geleitet, das sich auf Boart Longyears 'Performance Tooling'-Angebot für Explorations- und Produktionsbohrungen konzentriert. Chris hat einen Bachelor of Science in Maschinenbau mit Auszeichnung von der Queen's University erhalten und wurde kürzlich vom Mining Magazine mit dem Innovationspreis 2017 ausgezeichnet. Chris erhielt 2011 auch den "Utah Genius Award" als Top-Ten-Patentanwärter. Chris leitet derzeit die Konstruktionsteams von "Performance Tooling" in Mississauga, Ontario; Wuxi, China; und in Salt Lake City, Utah. Chris ist ein Maschinenbauingenieur mit über 20 Jahren internationaler Erfahrung im Ingenieurwesen in Bezug auf Bergbau- und Bohrausrüstung und Werkzeuge.

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