Conexiuni ale tijelor de foraj: conice, filetate și DTH — Ce funcționează unde și de ce

Fiecare tijă de foraj din lume are două capete, iar tipul de conexiune la acele capete este cel la care tija funcționează sau nu. Alegeți conexiunea greșită pentru aplicație și vă veți petrece turele luptând cu tije blocate, filete uzate și defecțiuni premature. Alegeți-o pe cea potrivită, iar conexiunile devin coloana vertebrală invizibilă a unui program de foraj - nu vă gândiți la ele pentru că pur și simplu funcționează.

Forajul în rocă utilizează trei mari familii de conexiuni: conexiuni conice pentru foraj pneumatic manual, conexiuni cu umăr filetat pentru foraje hidraulice jumbo și foraje de suprafață și conexiuni DTH pentru sisteme de ciocane în gaură. Fiecare are propria fizică, propriile moduri de defecțiune și propriile reguli pentru a fi realizat corect.

Conexiuni conice: geometrie simplă, potrivire exigentă

Cea mai comună conexiune în cazul găuririlor manuale cu diametru mic — gândiți-vă la burghie cu cap rotund de 22 până la 42 mm care funcționează pe burghie pneumatice cu picior de ridicare — este conexiunea conică. Burghiul are o mufă conică, tija are o coadă conică potrivită, iar cele două elemente sunt acționate împreună doar prin frecare. Fără filete, fără elemente de fixare, nimic altceva decât îmbinarea prin interferență dintre două suprafețe conice rectificate precis.

Unghiul conic este superficial — de obicei 7 grade cu unghiul inclus sau 12 grade, în funcție de standard — ceea ce înseamnă că conexiunea este autoblocantă. Forța axială a burghiului împinge conul mai strâns. Burghiul rămâne fixat deoarece forța de frecare dintre cele două suprafețe, înmulțită cu efectul de pană al unghiului superficial, depășește orice forță care încearcă să-l desprindă.

Genialitatea conexiunii conice constă în simplitatea sa. Nu există filete care să se uzeze, nu există elemente de fixare care să se defecteze, nu sunt necesare prelucrări complexe. Dezavantajul este că totul depinde de precizia potrivirii. O conicitate chiar și ușor deviată - o tijă subdimensionată din cauza uzurii, o soclu de burghiu care a fost scoasă din cerc - nu va rezista. Burghiul se desprinde în timpul găuririi, iar recuperarea unui burghiu slăbit de pe fundul unei găuri nu este o soluție rapidă pentru nimeni.

Conul trebuie curățat înainte de fiecare conectare. Praful de rocă, noroiul sau rugina de pe oricare dintre suprafețe împiedică contactul complet, iar contactul parțial înseamnă că burghiul se va slăbi. O ștergere rapidă cu o cârpă este suficientă, dar omiterea acesteia este cea mai frecventă cauză a pierderii burghielor în găurirea conică.

Când conul se uzează — și se uzează, deoarece fiecare lovitură de ciocan este o micro-alunecare între cele două suprafețe — burghiul începe să se așeze mai adânc pe tijă. În cele din urmă, burghiul atinge fundul soclului înainte ca conul să fie complet angajat. Acesta este semnalul de retragere. Continuarea utilizării unui con uzat va ovaliza soclul burghiului, iar odată ce soclul este ovalizat, nici o tijă nouă nu se va așeza corect.

Conexiuni cu filet R și filet T: Umărul face treaba

Pentru drifterele hidraulice și pneumatice cu diametru mai mare — tipul utilizat în săpături de tuneluri, foraje de stantare și foraje de producție — conexiunile filetate cu umăr sunt standardul. Cele două profile cele mai comune sunt filetul R (filet pentru cablu) și filetul T, ambele utilizând un principiu de proiectare care merită înțeles: filetul se poziționează și se strânge, dar fețele cu umăr suportă sarcina.

Într-o conexiune cu umăr proiectată corect, flancurile filetate trag știftul și carcasa împreună până când fețele inelare plate - umărul știftului și fața carcasei - intră în contact complet. Odată ce aceste fețe se ating, strângerea suplimentară comprimă fețele umărului una împotriva celeilalte, iar contactul metal-metal devine principala cale de încărcare pentru forțele de compresie și impact. Filetele transportă în principal tensiunea și cuplul.

Această separare a sarcinilor — filetul pentru tensiune, umărul pentru compresie — este motivul pentru care aceste conexiuni rezistă la găurirea percutivă. Dacă filetul ar trebui să suporte direct sarcina de impact, concentrarea tensiunii la rădăcinile filetului ar provoca fisuri prin oboseală în primele câteva sute de lovituri. Prin transferul impactului prin fețele umărului, filetul este în mare măsură protejat de cele mai puternice încărcări percutive.

Punctul critic de întreținere: fețele umărului trebuie să fie curate, plate și nedeteriorate. O crestătură sau o adâncitură pe umăr împiedică contactul complet, ceea ce înseamnă că o parte din sarcina de impact care ar trebui să treacă prin umăr trece în schimb prin filete. Aceasta este calea rapidă către o defecțiune la oboseală a filetului. Inspectați umerii de fiecare dată când conectați o tijă.

Pasul filetului contează și el. Filetele mai grosiere — mai puține filete pe inch — se așează mai repede și sunt mai puțin predispuse la încrucișarea filetului în timpul schimbărilor rapide ale tijei, dar oferă un avantaj mecanic mai mic pentru strângere. Filetele mai fine oferă o așchiere mai precisă și o forță de strângere mai mare pentru același cuplu, dar sunt mai ușor de deteriorat și mai lente de conectat. Alegerea între pasul grosier și cel fin este un compromis între viteză și precizie care depinde de aplicația specifică de găurire.

Conexiuni DTH: Unde trăiește ciocanul

Sistemele de ciocan forat în gaură folosesc o filozofie de conectare complet diferită. Tija de foraj nu doar transmite rotația și avansul - ci și canalizează aerul de înaltă presiune prin centrul său pentru a alimenta pistonul ciocanului. Iar conexiunea dintre tijă și ciocan trebuie să gestioneze toate acestea, plus forța de reacție percutivă a impactului ciocanului.

Conexiunile tijă-ciocan DTH utilizează de obicei un design cu umăr, cu față plată și o secțiune filetată scurtă. Filetele sunt grosiere și robuste, concepute pentru o strângere și o rupere rapidă pe teren, mai degrabă decât pentru cerințele de etanșare cu cuplu ridicat ale țevilor de foraj petrolier. Fața de umăr suportă sarcina de compresiune din presiunea de alimentare, în timp ce filetele gestionează tensiunea la declanșarea și cuplul în timpul rotației.

Capătul știftului — capătul filetat exterior — se află de obicei pe tijă, cu cutia în partea din spate a ciocanului. Această configurație înseamnă că filetul exterior mai vulnerabil se află pe componenta mai ieftină și mai ușor de înlocuit. Dacă filetul se deteriorează, se înlocuiește o secțiune a tijei, nu un ciocan.

Un pericol specific forajelor DTH: aerul de înaltă presiune care curge prin conexiune poate transporta particule fine de rocă care erodează suprafețele de etanșare în timp. O conexiune care etanșează perfect atunci când este nouă poate dezvolta căi de scurgere după o utilizare extinsă, iar scurgerile de aer prin conexiune înseamnă că mai puțin aer ajunge la ciocan - ceea ce înseamnă o energie de impact mai mică și o penetrare mai lentă. Verificați periodic dacă există scurgeri de aer la conexiunea tijă-ciocan, pipăind dacă există aer care iese în timp ce compresorul funcționează, dar ciocanul nu se rotește.

Ce să potrivești și de ce

Tipul de conexiune trebuie să corespundă tipului de burghiu, dimensiunii găurii și terenului. O conexiune conică este perfectă pentru lucrările manuale cu diametru mic, deoarece este rapidă, simplă și tolerantă condițiile de teren. O conexiune cu umăr filetat este necesară pentru forajul de producție cu diametru mai mare, unde sarcinile sunt mai mari, iar consecințele unui burghiu slăbit sunt mai costisitoare. O conexiune DTH este necesară ori de câte ori există un ciocan în partea de jos a găurii, deoarece conexiunea trebuie să permită trecerea aerului, precum și a forței mecanice.

Amestecarea tipurilor de conexiuni pe același șantier de foraj nu este o problemă, atâta timp cât toată lumea știe ce se potrivește cu ce. Problema începe atunci când cineva apucă o burghiu conic și încearcă să o monteze pe o tijă filetată, pentru că "it se potrivește cam așa. Dddhhh Nu se potrivește. Conexiunea este interfața dintre putere și rocă, iar dacă acea interfață nu este corectă, nimic din aval nu funcționează corect.