Moduri comune de defecțiune ale burghielor PDC și analiza cauzelor
Prezentare generală O sapă de foraj minieră PDC (diamant policristalin compact) este alcătuită din corpul sapei, freze PDC și carbură de protecție a calibrului. Atât frezele PDC, cât și carbura de protecție a calibrului sunt lipite de corpul sapei. În timpul forajului, cuplul și forța de apăsare sunt transmise de la instalație prin garnitura de foraj către sapă; fragmentarea rocilor este efectuată de frezele PDC, în timp ce carbura de protecție a calibrului protejează corpul sapei în jurul circumferinței sale pentru a încetini uzura. Deoarece starea de solicitare la fața sapei este foarte complexă, mai mulți factori - condițiile de formare, procedura de foraj și selecția echipamentului, abilitățile operatorului și controlul calității sapei în sine - pot afecta performanța și pot produce diverse moduri de defecțiune. Pe baza studiilor de teren și a analizei sistematice a sapelor defecte, următoarele sunt rezumate principalele tipuri de defecțiuni și cauzele acestora.
I. Defecțiuni ale frezelor PDC Frezele PDC sunt elementele principale de fragmentare a rocilor din sapă și se pot defecta în mai multe moduri:
Uzură normală Uzura normală este pierderea de material așteptată în urma tăierii prelungite a rocilor. Apare ca o uzură abrazivă treptată a mesei diamantate și a substratului din carbură cimentată. Suprafața uzată este netedă, fără fisuri sau exfolieri evidente și este considerată uzură acceptabilă la sfârșitul duratei de viață.
Pierderea frezei (desprindere completă) Pierderea frezei se referă la separarea completă a frezei de corpul burghiului, lăsând buzunarul de lipire gol și provocând defectarea burghiului.
Cauze principale
Deteriorare termică la fața burghiului (ardere): Găurirea uscată sau pasajele de apă blocate ale burghiului împiedică răcirea adecvată în timpul tăierii la viteză mare, crescând rapid temperaturile la fața burghiului. Dacă temperatura depășește pragul de topire sau degradare al materialului de lipire, îmbinarea prin lipire se rupe și freza cade.
Controlul inadecvat al procesului de lipire: Pre-curățarea deficitară, îmbinările de lipire reci sau poroase, degazarea necorespunzătoare sau tratamentul termic/timpul de înmuiere post-lipire insuficient pot reduce rezistența îmbinării și pot duce la desprinderea frezei.
Contramăsuri
Partea de producție: aplicați un control strict al procesului de lipire - asigurați suprafețe curate, racorduri de lipire adecvate și un tratament termic post-lipire consecvent pentru a produce îmbinări robuste.
Pe teren: se recomandă forarea umedă cu apă curată și se evită forarea uscată; înainte de a executa găuri lungi sau de a adăuga țevi de foraj, se verifică curgerea de retur la nivelul gulerului și se verifică dacă pasajele de apă din sapă sunt neobstrucționate pentru a preveni pierderile de răcire.
Ciobirea/ruperea mesei de diamant Ciobirea este o defecțiune de înaltă frecvență în care masa de diamant se exfoliază sau se fracturează; în cazuri grave, masa de diamant și substratul de carbură se desprind împreună, provocând pierderea imediată a capacității de așchiere.
Cauze principale
Tenacitate sau aderență insuficientă a frezei: frezele cu rezistență scăzută la impact sau cu o legătură slabă între masa diamantată și substratul de carbură sunt predispuse la ciobire sub sarcini de șoc.
Parametri de găurire nepotriviți: avansul/forța de apăsare excesivă face ca frezele să suporte sarcini care depășesc limitele lor de rezistență.
Condiții dure de formare: formațiuni foarte dure și fragmentate impun sarcini de impact mari care depășesc rezistența la impact a frezei.
Proiectarea necorespunzătoare a frezei: nerespectarea principiului „formație mai dură → unghi de tăiere/degajare mai mare” poate duce la o geometrie prea agresivă a frezelor pentru formațiuni dure, crescând stresul și favorizând așchierea.
Obstrucții externe: întâlnirea cu ancore, șuruburi de ancorare sau armături în gaură poate produce șocuri bruște care așchiază frezele.
Contramăsuri
Urmați recomandările producătorului pentru parametrii de funcționare și setați avansul și rotația pentru a corespunde durității formațiunii.
Selectați freze și geometria burghiului potrivite cu formațiunea: creșteți unghiul de tăiere/degajare în formațiuni mai dure pentru a reduce agresivitatea atacului și a reduce sarcinile de impact.
Folosiți freze cu o rezistență mai mare la impact sau modificați forma exterioară a mesei diamantate (de exemplu, profilele convexe/curbate oferă adesea o rezistență mai bună la impact decât mesele plate în condiții de fabricație comparabile).
Planificați traiectoriile găurilor pentru a evita obstacolele cunoscute, cum ar fi șuruburile de foraj sau ancorele.
Delaminarea dintre masa diamantată și substrat Delaminarea este separarea mesei diamantate de substratul din carbură cimentată, ducând la pierderea integrității frezei.
Cauze principale
Tensiuni interfaciale reziduale mari și nepotrivire a coeficienților de dilatare termică dintre masa diamantată și substratul de carbură. Căldura generată de tăiere și răcirea rapidă din fluidul de spălare produc tensiuni termice; combinate cu tensiunile reziduale din fabricație și sarcinile de impact aplicate, acestea pot provoca exfolierea mesei diamantate.
Contramăsuri
În procesul de fabricație, alegeți materiale de lipire/brazare compatibile și parametri de proces pentru a minimiza tensiunile reziduale. Optimizați procedurile de sinterizare/brazare pentru a ameliora sau compensa stresul interfacial.
Îmbunătățiți interblocarea mecanică prin reproiectarea geometriei interfeței substratului (de exemplu, interfețe în trepte sau cu cheie) pentru a spori rezistența lipirii și stabilitatea structurală.
II. Defecțiuni ale corpului burghiului Defecțiunile corpului burghiului se manifestă de obicei prin fracturi ale lamei (aripii de calibru). Aceste defecțiuni apar în principal în corpurile burghielor cu matrice (sinterizate); burghiele cu corp de oțel, datorită tenacității mai mari a materialului, sunt mai puțin predispuse la ruperea lamei.
Cauze principale
Practici necorespunzătoare de confecționare/demontare: coroanele matriceale sunt adesea formate prin metalurgie a pulberilor într-o singură etapă de sinterizare. Deși rezistente la uzură, materialele matriceale sunt mai puțin ductile. Lovirea lamelor în timpul confecționării sau demontării coroanei (de exemplu, lovirea cu ciocanul a lamelor) poate fractura ușor aripioarele.
Control slab al sinterizării: sinterizarea incompletă sau punctele „reci” în care pulberea metalică nu s-a consolidat complet produc zone slabe sau incluziuni în matrice, reducând rezistența structurală și făcând probabilă fracturarea lamei în timpul utilizării.
Contramăsuri
Operațional: standardizați procedurile de strângere și îndepărtare. Folosiți unelte adecvate (chei, clești de ridicare sau dispozitive de extracție) pentru a manipula burghiele și evitați lovirea directă a lamelor.
Calitatea producției: aplicați un control strict al procesului de sinterizare și efectuați teste regulate ale materiei prime din pulberea metalică pentru a asigura calitatea pulberii și consolidarea completă, prevenind incluziunile nesinterizate și zonele slabe.
Observație finală Prevenirea și atenuarea eficientă a defecțiunilor burghiului PDC necesită un control coordonat în ceea ce privește proiectarea, fabricația, parametrii de găurire și operațiunile la fața locului. Adaptarea designului burghiului și a selecției frezei la condițiile de formare, menținerea unui control riguros al calității brazării și sinterizării, asigurarea răcirii și spălării corespunzătoare în timpul găuririi și respectarea procedurilor standardizate de manipulare vor reduce semnificativ ratele de defecțiune și vor prelungi durata de viață a burghiului.
