Ruperi ale ciocanelor DTH în condiții de rocă dură — cauzele a patru tipuri principale de falii

Ciocanele de foraj în gaură (DTH) utilizate în forajul în rocă dură sunt predispuse la o serie de defecte din cauza durității ridicate a formațiunii, a sarcinilor mari de foraj și a mediilor dure de operare. Aceste defecte afectează direct rata de penetrare, calitatea găurii și durata de viață a echipamentului. Pe baza condițiilor tipice de foraj în rocă dură, defecțiunile comune se grupează în patru categorii: performanță la impact degradată, uzură/blocare mecanică, probleme ale sistemului de îndepărtare a deșeurilor și defecțiuni ale transmisiei puterii. Următoarele explică simptomele și cauzele principale ale fiecărei categorii.

1. Degradarea performanței la impact Aceasta este una dintre cele mai frecvente defecțiuni și se manifestă ca o scădere bruscă a eficienței de rupere a rocilor: forță de impact redusă, frecvență de impact mai mică și o rocă care nu mai poate fractura eficient roca dură, ceea ce duce la încetinirea dramatică sau oprirea penetrării. Cauzele cheie includ:

1.1 Probleme de alimentare cu energie electrică

• În cazul ciocanelor pneumatice, presiunea insuficientă a compresorului (sub intervalul 0,6–1,2 MPa necesar de obicei pentru roca dură), fluxul de aer instabil sau scurgerile/blocajele din conductele de alimentare reduc presiunea disponibilă pentru acționarea pistonului.

• În cazul ciocanelor hidraulice, presiunea scăzută a pompei sau circuitele hidraulice înfundate din cauza uleiului contaminat reduc forța de acționare a ciocanului.

• Contaminanții din mediul de alimentare (umezeala sau praful din aerul comprimat; particulele metalice din uleiul hidraulic) accelerează uzura etanșărilor și reduc și mai mult eficiența mediului.

1.2 Defecțiuni interne ale fluxului sau ale supapelor

• Ciocanele de tip supapă suferă adesea uzură, deformare sau blocare a plăcii supapei, perturbând comutarea la timp a supapelor și împiedicând mișcarea alternativă de înaltă frecvență a pistonului.

• Modelele fără supape pot fi afectate de uzura sau blocarea canelurilor de curgere ale pistonului/cilindrului; acumularea de resturi întârzie inversarea curgerii, perturbă ciclul de impact și reduce drastic energia de impact.

1.3 Probleme ale interfeței piston-bit

• Impacturile de înaltă frecvență uzează fața pistonului și coada burghiului, mărind jocurile de contact și provocând pierderi de transfer de energie.

• Instalarea excentrică a burghiului sau știfturile de fixare slăbite provoacă lovituri descentrate, reducând eficiența impactului și accelerând uzura localizată.

2. Uzura mecanică, blocarea și defecțiunile structurale. Aceste probleme sunt cauze majore ale timpilor de nefuncționare. Sub impacturi repetate și cuplu de rotație, piesele mecanice se pot uza excesiv, se pot bloca sau se pot rupe. Manifestările și cauzele tipice includ:

2.1 Blocarea și uzura pistonului

• Sarcinile mari cresc frecarea dintre piston și cilindru. Lubrifierea inadecvată (de exemplu, intervalele de lubrifiere nerespectate pentru ciocanele pneumatice sau uleiul hidraulic degradat) și pătrunderea deșeurilor de rocă reduc jocurile și duc la blocarea pistonului. Funcționarea pe termen lung și de înaltă frecvență uzează, de asemenea, suprafețele pistonului și poate produce fisuri; în cazuri grave, pistonul se poate rupe.

2.2 Deteriorarea garniturii de foraj

• Garnitura de foraj transmite cuplul și susține ciocanul. Dacă rezistența materialului garniturii este insuficientă, filetul este slăbit sau are loc o deviere a găurii, garnitura poate experimenta momente de încovoiere suplimentare care provoacă flambaj, deformare sau cedare a filetului. Abraziunea cauzată de deșeurile de rocă de pe peretele exterior accelerează și mai mult uzura și scurtează durata de viață.

2.3 Deteriorarea îmbinărilor și a garniturilor

• Subansamblurile față și spate sunt componente de conectare critice; vibrațiile și cuplul intense pot deteriora sau deforma filetul. Garniturile (inele O, inelele de etanșare) expuse la medii abrazive și temperaturi ridicate îmbătrânesc și se fisurează, provocând scurgeri ale mediului de alimentare și permițând așchii în ansamblurile interne, ceea ce accelerează uzura.

3. Anomalii ale sistemului de îndepărtare a detritusurilor Detritusurile dure și grosiere produse în forajul în rocă dură necesită o îndepărtare fiabilă. Atunci când sistemul de îndepărtare a detritusurilor nu funcționează corespunzător, rezultatul este colmatarea găurilor, evacuarea deficitară și o rezistență crescută la foraj - uneori ducând la blocarea țevii. Principalele cauze includ:

3.1 Mediu de spălare sau debit insuficient

• Ciocanele pneumatice cu prea puțin aer de spălare sau ciocanele hidraulice cu debit inadecvat al fluidului de spălare nu pot îndepărta prompt deșeurile de la fundul găurii. Debitul abraziv prelungit uzează și deformează, de asemenea, pasajele de transport (de exemplu, gaura centrală a burghiului sau alezajul central al pistonului), îngustând canalele și reducând eficiența evacuării.

3.2 Nepotrivirea parametrilor de foraj și a îndepărtării deșeurilor

• O rată de penetrare excesivă poate genera mai multe resturi abrazive decât poate transporta sistemul de îndepărtare. Setările incorecte ale vitezei de rotație sau ale forței de împingere a burghiului pot produce resturi abrazive prea grosiere care nu pot trece prin canalele de curgere, provocând acumulare și blocaje.

3.3 Devierea găurii și depunerea deșeurilor

• Devierea găurii creează zone adânci unde se acumulează resturi de șlefuit, care nu sunt transportate eficient de mediul de spălare. În timp, aceste depuneri formează un pat compactat de resturi de șlefuit care împiedică avansul ciocanului și acțiunea burghiului.

4. Defecțiuni la transmisia puterii Aceste defecțiuni întrerup forajul atunci când transmisia cuplului se pierde sau energia de impact nu ajunge la burghiu. Apar frecvent la interfețele garnitură de foraj/ciocan și ciocan/burghiu. Cauzele includ:

4.1 Conexiuni slăbite sau deteriorate

• Filetele slăbite sau decojite dintre garnitura de foraj și partea inferioară a ciocanului sau uzura știfturilor de poziționare sau a canelurilor împiedică transferul fiabil al cuplului și opresc rotirea ciocanului odată cu garnitura de foraj.

• Componentele de conectare a subansamblei frontale/a sapei (piulițele de blocare, inelele elastice etc.) uzate sau deformate pot permite sapatelor sape, producând lovituri uscate în care energia nu ajunge la rocă și se pierde rotația sincronă, provocând uzura neuniformă a frezei.

4.2 Deteriorarea bitului provoacă defecțiuni ale transmisiei

• Uzura, ciobirea sau pierderea frezei (butoane din carbură de tungsten, freze PDC/diamante) împiedică angrenarea eficientă cu formațiunea. Energia de impact nu se transmite apoi prin freze către rocă și, în schimb, se reflectă înapoi în interiorul ciocanului, crescând încărcările interne de șoc și provocând defecțiuni secundare.

5. Rezumat și principalii factori de influență În concluzie, defecțiunile frecvente ale ciocanelor DTH în forajul în rocă dură provin din caracteristicile definitorii ale lucrării: sarcini mari și medii dure. Principalii factori de influență se împart în trei grupe:

• Echipament nepotrivit: modelul ciocanului, tipul sapei sau materialele componentelor nepotrivite pentru condițiile de rocă dură.

• Funcționare și întreținere necorespunzătoare: parametri de găurire nepotriviți, necurățare sau lubrifiere regulată și înlocuire cu întârziere a pieselor uzate.

• Coordonare deficitară a sistemului auxiliar: alimentare instabilă cu energie electrică și mediu și o neconcordanță între capacitatea de îndepărtare a deșeurilor și ciclul de foraj.

Înțelegerea acestor cauze principale oferă baza pentru depanare specifică și măsuri preventive pentru a menține forajul în rocă dură continuu și eficient.