شکست چکش دی تی اچ در شرایط سنگ سخت - علل چهار نوع گسل اصلی
چکشهای درون چاهی (دی تی اچ) که در حفاری سنگهای سخت استفاده میشوند، به دلیل سختی بالای سازند، بارهای سنگین حفاری و محیطهای عملیاتی سخت، مستعد طیف وسیعی از عیوب هستند. این عیوب مستقیماً بر نرخ نفوذ، کیفیت سوراخ و عمر تجهیزات تأثیر میگذارند. بر اساس شرایط معمول حفاری سنگهای سخت، عیوب رایج به چهار دسته تقسیم میشوند: عملکرد ضربهای ضعیف، سایش/چسبندگی مکانیکی، مشکلات سیستم حذف قلمهها و عیوب انتقال قدرت. در ادامه علائم و علل ریشهای هر دسته توضیح داده شده است.
کاهش عملکرد ضربهای: این یکی از رایجترین عیوب است و به صورت افت ناگهانی در راندمان شکستن سنگ خود را نشان میدهد: کاهش نیروی ضربه، کاهش فرکانس ضربه، و قطعهای که دیگر نمیتواند به طور موثر سنگ سخت را بشکند و باعث کاهش چشمگیر یا توقف نفوذ میشود. علل اصلی عبارتند از:
۱.۱ مشکلات مربوط به منبع تغذیه
برای چکشهای بادی، فشار ناکافی کمپرسور (کمتر از محدوده ۰.۶ تا ۱.۲ مگاپاسکال که معمولاً برای سنگ سخت مورد نیاز است)، جریان هوای ناپایدار یا نشت/انسداد در خطوط لوله، فشار موجود برای حرکت پیستون را کاهش میدهد.
در مورد چکشهای هیدرولیکی، فشار کم پمپ یا گرفتگی مدارهای هیدرولیک ناشی از روغن آلوده، نیروی محرکه چکش را کاهش میدهد.
آلایندههای موجود در محیط انتقال قدرت (رطوبت یا گرد و غبار در هوای فشرده؛ ذرات فلزی در روغن هیدرولیک) باعث تسریع سایش آببندها و کاهش بیشتر راندمان محیط میشوند.
۱.۲ خرابی جریان داخلی یا شیر
چکشهای نوع سوپاپ اغلب دچار سایش، تغییر شکل یا چسبندگی صفحه سوپاپ میشوند که باعث اختلال در تعویض به موقع سوپاپ و جلوگیری از حرکت رفت و برگشتی پیستون با فرکانس بالا میشود.
طرحهای بدون سوپاپ میتوانند تحت تأثیر سایش یا انسداد شیارهای جریان پیستون/سیلندر قرار گیرند؛ تجمع برادهها، معکوس شدن جریان را به تأخیر میاندازد، چرخه ضربه را مختل میکند و انرژی ضربه را به شدت کاهش میدهد.
۱.۳ مشکلات رابط پیستون به مته
ضربات با فرکانس بالا، سطح پیستون و انتهای مته را ساییده، فاصله تماس را افزایش داده و باعث تلفات انتقال انرژی میشوند.
نصب خارج از مرکز مته یا شل بودن پینهای محل قرارگیری باعث ضربات خارج از مرکز، کاهش راندمان ضربه و تسریع سایش موضعی میشود.
سایش مکانیکی، چسبندگی و خرابی ساختاری این مشکلات از علل اصلی از کارافتادگی هستند. تحت ضربات مکرر و گشتاور چرخشی، قطعات مکانیکی میتوانند بیش از حد ساییده شوند، گیر کنند یا بشکنند. علائم و علل معمول عبارتند از:
۲.۱ گیر کردن و ساییدگی پیستون
بارهای سنگین اصطکاک بین پیستون و سیلندر را افزایش میدهند. روانکاری ناکافی (مثلاً، عدم رعایت فواصل روانکاری برای چکشهای پنوماتیک یا روغن هیدرولیک بیکیفیت) و ورود خردههای سنگ، فاصله بین پیستونها را کاهش داده و منجر به گیر کردن پیستون میشود. کارکرد طولانی مدت با فرکانس بالا نیز سطوح پیستون را ساییده و میتواند باعث ایجاد ترک شود. در موارد شدید، پیستون ممکن است بترکد.
۲.۲ آسیب به رشته حفاری
رشته حفاری گشتاور را منتقل میکند و از چکش پشتیبانی میکند. اگر استحکام مواد رشته ناکافی باشد، رزوهها شل باشند یا انحراف سوراخ رخ دهد، رشته میتواند گشتاورهای خمشی اضافی را تجربه کند که باعث کمانش، تغییر شکل یا شکست رزوه میشود. سایش ناشی از برش سنگ روی دیواره بیرونی، سایش را بیشتر تسریع کرده و عمر مفید را کوتاه میکند.
۲.۳ آسیب به اتصالات و آببندها
سابهای جلو و عقب اجزای اتصال حیاتی هستند؛ لرزش و گشتاور شدید میتواند رزوهها را از بین ببرد یا تغییر شکل دهد. آببندها (اورینگها، حلقههای آببندی) که در معرض محیطهای ساینده و دمای بالا قرار میگیرند، فرسوده و ترک میخورند و باعث نشتی محیطهای قدرت میشوند و امکان ایجاد بریدگی در قطعات داخلی را فراهم میکنند که سایش را تسریع میکند.
ناهنجاریهای سیستم حذف قلمهها قلمههای سخت و درشت تولید شده در حفاری سنگهای سخت نیاز به حذف قابل اعتماد دارند. هنگامی که سیستم حذف قلمهها عملکرد ضعیفی داشته باشد، نتیجه آن گرفتگی چاه، تخلیه ضعیف و افزایش مقاومت حفاری است که گاهی اوقات منجر به گیر کردن لوله میشود. علل اصلی عبارتند از:
۳.۱ سیال یا جریان شستشوی ناکافی
چکشهای پنوماتیک با هوای شستشوی بسیار کم، یا چکشهای هیدرولیکی با جریان سیال شستشوی ناکافی، نمیتوانند خردههای ته چاه را به سرعت خارج کنند. جریان طولانی مدت مواد ساینده همچنین باعث ساییدگی و تغییر شکل مجاری انتقال (مثلاً سوراخ مرکز مته یا سوراخ مرکز پیستون) میشود، کانالها را باریک میکند و راندمان تخلیه را کاهش میدهد.
۳.۲ عدم تطابق پارامترهای حفاری و حذف قلمهها
نرخ نفوذ بیش از حد میتواند باعث ایجاد برادههای بیشتری نسبت به ظرفیت سیستم حذف شود. سرعت چرخش نادرست یا تنظیمات نادرست نیروی رانش مته میتواند برادههای بسیار درشتی ایجاد کند که نمیتوانند از مجاری جریان عبور کنند و باعث تجمع و انسداد شوند.
۳.۳ انحراف سوراخ و رسوب قلمهها
انحراف سوراخ باعث ایجاد نقاط کمارتفاعی میشود که در آنها خردههای چوب جمع میشوند و به طور مؤثر توسط محیط شستشو جابجا نمیشوند. با گذشت زمان، این رسوبات یک بستر فشرده از خردههای چوب تشکیل میدهند که مانع پیشروی چکش و عملکرد مته میشود.
خطاهای انتقال نیرو این خطاها هنگامی که انتقال گشتاور از بین میرود یا انرژی ضربه به مته نمیرسد، حفاری را متوقف میکنند. این خطاها معمولاً در محل اتصال رشته مته/چکش و چکش/مته رخ میدهند. علل عبارتند از:
۴.۱ اتصالات شل یا آسیب دیده
رزوههای شل یا لخت شده بین رشته حفاری و زیرشاخه عقبی چکش، یا ساییدگی پینها یا خارهای موقعیتیاب، از انتقال گشتاور مطمئن جلوگیری کرده و مانع از چرخش چکش همراه با رشته حفاری میشوند.
اجزای اتصال جلویی/فرعی فرسوده یا تغییر شکل یافته (مهرههای قفلی، حلقههای فنری و غیره) میتوانند باعث شوند که متهها شل کار کنند و ضربات خشک ایجاد شود که در آن انرژی به سنگ نمیرسد و چرخش همزمان از بین میرود و باعث سایش ناهموار ابزار میشود.
۴.۲ آسیب به بیت که باعث خرابی انتقال میشود
سایش، لبپریدگی یا از بین رفتن تیغههای برش (دکمههای کاربید تنگستن، تیغههای برش پی دی سی/الماس) مانع از درگیری مؤثر با سازند میشود. در این صورت انرژی ضربه نمیتواند از تیغهها به سنگ منتقل شود و در عوض به داخل چکش بازتاب میشود و بارهای شوک داخلی را افزایش میدهد و باعث شکستهای ثانویه میشود.
خلاصه و عوامل اصلی تأثیرگذار در مجموع، شکستهای رایج چکش دی تی اچ در حفاری سنگ سخت ناشی از ویژگیهای تعیینکننده کار است: بارهای زیاد و محیطهای خشن. عوامل اصلی تأثیرگذار در سه گروه قرار میگیرند:
تناسب ناکافی تجهیزات: مدل چکش، نوع مته یا جنس قطعات با شرایط سنگ سخت مطابقت ندارد.
بهرهبرداری و نگهداری نامناسب: پارامترهای نامناسب حفاری، عدم تمیزکاری یا روغنکاری منظم و تأخیر در تعویض قطعات فرسوده.
هماهنگی ضعیف سیستمهای کمکی: منبع تغذیه ناپایدار و عدم تطابق بین ظرفیت برداشت قلمهها و چرخه حفاری.
درک این علل ریشهای، مبنایی برای عیبیابی هدفمند و اقدامات پیشگیرانه برای ادامه و کارآمد نگه داشتن حفاری سنگ سخت فراهم میکند.
