Ruperea tijei de foraj: cauze principale și măsuri practice de prevenire
Ruperea prăjinii de foraj este una dintre cele mai costisitoare defecțiuni în forajul de rocă. O prăjină spartă irosește consumabile, întrerupe producția, poate lăsa sculele blocate în gaură și poate deteriora cuplajele, adaptoarele tijei sau chiar foreza de rocă în sine. De asemenea, împiedică sistemul de foraj să atingă durata de viață completă a sapei.
Majoritatea defecțiunilor prăjinilor de foraj nu sunt întâmplătoare. Ele rezultă din oboseală, coroziune, probleme de tratament termic, defecte de material, conexiuni slabe sau practici de operare incorecte. Înțelegerea acestor mecanisme de defecțiune ajută echipele de foraj să prevină defecțiunile și să reducă costul per metru forat.
Oboseala este principala cauză a defecțiunii tijei de foraj
Tijele de foraj sunt expuse la unde de impact repetate, rotație, forță de alimentare, îndoire și vibrații. Deși tensiunea maximă în timpul fiecărui ciclu poate fi sub rezistența statică la tracțiune a oțelului, mii de cicluri repetate pot iniția și dezvolta o fisură de oboseală.
Fisurile de oboseală încep de obicei în puncte slabe, cum ar fi:
Zgârieturi superficiale sau urme de prelucrare.
Înțepați rădăcinile și umerii.
Gropi de coroziune.
Defecte interne sau de suprafață ale oțelului.
Schimbări bruște de geometrie.
Zone cu duritate scăzută sau tranziție slabă la tratament termic.
La început, aceste fisuri pot fi prea mici pentru a fi vizibile. Pe măsură ce forează în continuare, acestea cresc până când secțiunea transversală intactă rămasă nu mai poate suporta sarcina aplicată. Apoi, tija se rupe brusc.
O fractură de oboseală are adesea două regiuni distincte. O secțiune poate părea netedă, lustruită sau fin texturată, deoarece s-a dezvoltat treptat sub încărcări repetate. Zona finală de fractură este de obicei mai rugoasă și mai proaspătă, arătând unde metalul rămas a cedat din cauza supraîncărcării.
Oboseala prin coroziune accelerează deteriorarea
Spălarea cu apă, apele subterane, aditivii de foraj și apa de mină contaminată pot agrava daunele cauzate de oboseală. Coroziunea poate ataca suprafața oțelului și poate forma gropi, care acționează ca concentratori de tensiuni. Odată ce o fisură începe într-o zonă corodată, impactul repetat îi poate accelera creșterea.
De aceea, prăjinile de foraj trebuie protejate în timpul depozitării și inspectate după utilizare în medii umede sau corozive. Practicile bune de spălare ajută la îndepărtarea particulelor abrazive fine, dar operatorii ar trebui să evite, de asemenea, să lase prăjinile expuse la umiditate, noroi sau reziduuri chimice pentru perioade lungi de timp.
Oboseala prin coroziune este deosebit de importantă în apropierea filetelor și a găurilor interne de spălare, unde pot rămâne umezeală și resturi după găurire.
Tratamentul termic poate crea zone vulnerabile
Tratamentul termic este necesar pentru a obține o duritate, rezistență și tenacitate adecvate. Cu toate acestea, încălzirea sau răcirea necorespunzătoare poate crea variații locale ale proprietăților. Zonele de tranziție dintre zonele încălzite și cele neîncălzite pot avea o duritate mai mică sau o rezistență la oboseală redusă.
O tijă de foraj are nevoie de proprietăți echilibrate. Duritatea excesivă poate crește fragilitatea, în timp ce duritatea insuficientă poate reduce rezistența la uzură și rezistența. Scopul nu este pur și simplu cea mai mare duritate posibilă. Este vorba de un profil de duritate controlat care să susțină rezistența la impact, durata de viață la oboseală și durabilitatea filetului.
Producătorii ar trebui să controleze temperatura de forjare, durata de încălzire, călirea și revenirea. Aceste procese ar trebui să producă tranziții line ale proprietăților, mai degrabă decât zone abrupte de slăbiciune în apropierea tijei, filetului sau a regiunilor afectate termic.
Calitatea oțelului și starea suprafeței contează
Calitatea oțelului original de foraj are un efect direct asupra duratei de viață. Incluziunile, straturile decarburate, defectele de laminare, îmbinările superficiale și discontinuitățile interne pot deveni toate locuri de inițiere a fisurilor.
Un oțel bun pentru burghiu ar trebui să aibă:
Compoziția aliajului adecvată pentru aplicație.
Proprietăți mecanice consistente.
Oțel curat cu incluziuni controlate.
Microstructură uniformă după laminare și tratament termic.
Poziția precisă a găurii goale și grosimea peretelui.
Suprafețe exterioare netede, fără defecte.
Fabricarea tijelor de foraj trebuie să controleze, de asemenea, liniaritatea, precizia filetului și finisajul suprafeței. Un mic defect de suprafață într-o zonă puternic solicitată poate avea un efect mult mai mare asupra rezistenței la oboseală decât sugerează dimensiunea sa.
Condițiile de funcționare pot scurta durata de viață a tijei
Chiar și oțelul de burghiu premium se poate deteriora devreme dacă este utilizat în condiții nefavorabile. Nealinierea dintre burghiu, grinda de alimentare și gaură creează solicitări de încovoiere. Forța de alimentare excesivă poate supraîncărca burghiul și tija. Avansul insuficient poate provoca sărituri și un transfer slab al impactului.
Conexiunile filetate trebuie să fie curate, lubrifiate atunci când sunt specificate și complet fixate. Cuplajele uzate sau filetele deteriorate trebuie înlocuite înainte de a deteriora o tijă nouă. Combinarea sistemelor filetate incompatibile sau forțarea conexiunilor nealiniate poate duce la defectarea rădăcinii filetului.
Spălarea ar trebui să îndepărteze eficient deșeurile. Spălarea necorespunzătoare poate crește frecarea, poate cauza blocarea burghiului și poate expune tija la cupluri și solicitări de îndoire inutile.
Măsuri practice de prevenire
Un program de întreținere eficient al prăjinilor de foraj combină selecția materialelor, controlul fabricației și practica corectă pe teren.
Selectați oțelul de foraj și geometria tijei de foraj care corespund puterii de foraj, diametrului găurii și condițiilor rocii.
Utilizați tije, cuplaje și adaptoare de tijă cu filete și dimensiuni compatibile.
Inspectați tijele în mod regulat pentru fisuri, coroziune, rectiliniere, uzură a filetului și deteriorare a suprafeței.
Îndepărtați componentele deteriorate sau puternic uzate înainte ca acestea să cedeze în timpul funcționării.
Mențineți alinierea corectă a burghiului, presiunea de alimentare, rotația și spălarea.
Depozitați oțelul de găurit într-un loc curat și uscat și protejați-l de coroziune.
Păstrați evidența defecțiunilor în funcție de locație, tipul de tijă, formațiunea de rocă și condițiile de funcționare.
Înregistrările de defecțiuni sunt deosebit de utile. Dacă tijele se rup în mod repetat la aceeași distanță de un filet, umăr sau coadă, operațiunea își poate concentra investigația asupra geometriei specifice, zonei de tratament termic sau practicii de găurire.
Concentrați-vă pe costul pe metru, nu pe prețul de achiziție
Cea mai ieftină prăjină de foraj nu este întotdeauna alegerea cu costuri reduse. O prăjină care se rupe prematur poate cauza pierderi de timp de foraj, blocarea sculelor, abandonarea găurilor și lucrări de recuperare costisitoare. Un sistem de prăjini fiabil îmbunătățește consistența penetrării, protejează alte componente și reduce costul total al forajului.
Prin controlul calității oțelului, al tratamentului termic, al expunerii la coroziune, al stării filetului și al tehnicii de operare, minele și contractorii pot reduce semnificativ ruperea prăjinilor de foraj și pot îmbunătăți fiabilitatea generală a forajului în rocă.
