أنماط الأعطال الشائعة في رؤوس حفر PDC وتحليل أسبابها
نظرة عامة: يتكون مثقاب التعدين PDC (الماس متعدد البلورات المضغوط) من جسم المثقاب، وشفرات القطع PDC، وغطاء حماية من الكربيد. يتم لحام كل من شفرات القطع PDC وغطاء الحماية بجسم المثقاب. أثناء الحفر، ينتقل عزم الدوران وقوة الضغط من جهاز الحفر عبر سلسلة الحفر إلى المثقاب؛ حيث تقوم شفرات القطع PDC بتفتيت الصخور، بينما يحمي غطاء الحماية جسم المثقاب حول محيطه لإبطاء التآكل. نظرًا لتعقيد حالة الإجهاد على وجه المثقاب، فإن عوامل متعددة - مثل ظروف التكوين، وإجراءات الحفر، واختيار المعدات، ومهارة المشغل، ومراقبة جودة المثقاب نفسه - يمكن أن تؤثر على الأداء وتؤدي إلى أنماط فشل متنوعة. استنادًا إلى المسوحات الميدانية والتحليل المنهجي للمثاقب الفاشلة، يلخص ما يلي أنواع الفشل الرئيسية وأسبابها.
أولاً: أعطال قواطع PDC تُعد قواطع PDC العناصر الأساسية لتفتيت الصخور في المثقاب، ويمكن أن تتعطل بعدة طرق:
التآكل الطبيعي هو الفقد المتوقع للمادة نتيجة قطع الصخور لفترات طويلة. ويظهر على شكل تآكل تدريجي لسطح الماس والركيزة المصنوعة من كربيد التنجستن. يكون السطح المتآكل أملسًا دون وجود تشققات أو تقشر واضح، ويُعتبر تآكلًا مقبولًا في نهاية عمر الجهاز.
فقدان القاطع (الانفصال الكامل) يشير فقدان القاطع إلى انفصال القاطع تمامًا عن جسم المثقاب، مما يترك جيب اللحام فارغًا ويتسبب في فشل المثقاب.
الأسباب الرئيسية
التلف الحراري في رأس المثقاب (الاحتراق): يؤدي الحفر الجاف أو انسداد قنوات الماء في المثقاب إلى منع التبريد الكافي أثناء القطع عالي السرعة، مما يرفع درجة الحرارة بسرعة في رأس المثقاب. إذا تجاوزت درجة الحرارة عتبة انصهار أو تحلل مادة اللحام، فإن وصلة اللحام تفشل ويسقط القاطع.
عدم كفاية التحكم في عملية اللحام: يمكن أن يؤدي سوء التنظيف المسبق، أو وصلات اللحام الباردة أو المسامية، أو إزالة الغازات بشكل غير صحيح، أو عدم كفاية وقت المعالجة الحرارية/النقع بعد اللحام، إلى تقليل قوة الوصلة ويؤدي إلى انفصال القاطع.
التدابير المضادة
جانب الإنتاج: فرض رقابة صارمة على عملية اللحام بالنحاس - ضمان نظافة الأسطح، وزوايا اللحام المناسبة، والمعالجة الحرارية المتسقة بعد اللحام لإنتاج وصلات قوية.
من جانب الحقل: اعتمد الحفر الرطب بالماء النظيف وتجنب الحفر الجاف؛ قبل حفر ثقوب طويلة أو إضافة أنبوب حفر، تأكد من تدفق العودة عند الطوق وتحقق من عدم وجود عوائق في ممرات مياه المثقاب لمنع فقدان التبريد.
التكسر / الكسر في سطح الماس: التكسر هو عطل متكرر يحدث فيه تقشر أو كسر سطح الماس؛ في الحالات الشديدة، ينفصل سطح الماس وركيزة الكربيد معًا، مما يتسبب في فقدان فوري لقدرة القطع.
الأسباب الرئيسية
عدم كفاية صلابة القاطع أو الترابط: القواطع ذات مقاومة الصدمات المنخفضة أو الترابط الضعيف بين طاولة الماس وركيزة الكربيد معرضة للتشقق تحت أحمال الصدمات.
معايير الحفر غير المناسبة: يؤدي التغذية/القوة السفلية المفرطة إلى تعرض أدوات القطع لأحمال تتجاوز حدود قوتها.
ظروف التكوين القاسية: تفرض التكوينات الصلبة للغاية والمتفتتة بشدة أحمال تأثير عالية تتجاوز صلابة تأثير القاطع.
تصميم غير مناسب للقمة: إن عدم اتباع مبدأ "التكوين الأكثر صلابة ← زاوية قطع/جرف أكبر" يمكن أن يترك القواطع ذات هندسة عدوانية للغاية بالنسبة للتكوينات الصلبة، مما يزيد من الإجهاد ويعزز التكسر.
العوائق الخارجية: يمكن أن يؤدي الاصطدام بالمثبتات أو مسامير الصخور أو التسليح في الحفرة إلى حدوث صدمات مفاجئة تتسبب في تكسير قواطع الحفر.
التدابير المضادة
اتبع توصيات الشركة المصنعة فيما يتعلق بمعايير التشغيل، واضبط معدل التغذية والدوران بما يتناسب مع صلابة التكوين.
اختر القواطع وهندسة الريشة بما يتناسب مع التكوين: قم بزيادة زاوية القطع/الجرف في التكوينات الأكثر صلابة لتقليل قوة الهجوم وتقليل أحمال التأثير.
استخدم قواطع ذات صلابة صدمية أعلى أو قم بتعديل الشكل الخارجي لطاولة الماس (على سبيل المثال، غالبًا ما توفر الأشكال المحدبة/المنحنية مقاومة أفضل للصدمات من الطاولات المسطحة في ظل ظروف تصنيع مماثلة).
خطط لمسارات الحفر لتجنب العوائق المعروفة مثل مسامير التثبيت الصخرية أو المراسي.
الانفصال بين طاولة الماس والركيزة: الانفصال هو فصل طاولة الماس عن ركيزة الكربيد الملبد، مما يؤدي إلى فقدان سلامة القاطع.
الأسباب الرئيسية
تؤدي الإجهادات المتبقية الكبيرة على السطح البيني وعدم تطابق معاملات التمدد الحراري بين طاولة الماس وركيزة الكربيد إلى إجهادات حرارية. وتنتج الحرارة المتولدة عن القطع والتبريد السريع بواسطة سائل التنظيف إجهادات حرارية؛ وبالإضافة إلى الإجهادات المتبقية من التصنيع وأحمال الصدمات المطبقة، يمكن أن تتسبب هذه العوامل في تقشر طاولة الماس.
التدابير المضادة
في مجال التصنيع، اختر مواد الربط/اللحام المتوافقة ومعايير العملية لتقليل الإجهادات المتبقية. حسّن إجراءات التلبيد/اللحام لتخفيف أو تعويض الإجهاد البيني.
تحسين التشابك الميكانيكي عن طريق إعادة تصميم هندسة واجهة الركيزة (على سبيل المثال، الواجهات المتدرجة أو ذات المفاتيح) لتعزيز قوة الترابط والاستقرار الهيكلي.
ثانيًا: أعطال جسم المثقاب: تتجلى أعطال جسم المثقاب عادةً في صورة كسور في الشفرة (جناح القياس). تحدث هذه الأعطال بشكل رئيسي في أجسام المثاقب المصنوعة من مادة المصفوفة (المُلبدة)؛ أما المثاقب ذات الجسم الفولاذي، نظرًا لمتانة مادتها العالية، فهي أقل عرضة لكسر الشفرة.
الأسباب الرئيسية
ممارسات التركيب/الفك غير السليمة: غالبًا ما تُصنع رؤوس المثاقب ذات التاج المصفوفي بتقنية تعدين المساحيق في خطوة تلبيد واحدة. ورغم مقاومتها للتآكل، إلا أن المواد المصفوفية أقل مرونة. وقد يؤدي ضرب الشفرات أثناء تركيب أو إزالة رأس المثقاب (مثل الطرق عليها) إلى كسر أجنحتها بسهولة.
ضعف التحكم في التلبيد: يؤدي التلبيد غير الكامل أو البقع "الباردة" حيث لم يتحد مسحوق المعدن بشكل كامل إلى ظهور مناطق ضعيفة أو شوائب في المصفوفة، مما يقلل من القوة الهيكلية ويجعل كسر الشفرة محتملاً أثناء الاستخدام.
التدابير المضادة
من الناحية التشغيلية: توحيد إجراءات التركيب والإزالة. استخدام الأدوات المناسبة (المفاتيح، أو ملاقط الرفع، أو أجهزة الاستخراج) للتعامل مع القطع وتجنب ضرب الشفرات مباشرة.
جودة الإنتاج: فرض رقابة صارمة على عملية التلبيد وإجراء اختبارات منتظمة على مسحوق المعادن الخام لضمان جودة المسحوق والتماسك الكامل، ومنع الشوائب غير المتلبدة والمناطق الضعيفة.
في الختام، يتطلب منع أعطال رؤوس الحفر PDC والحد منها بشكل فعال تحكمًا منسقًا يشمل التصميم والتصنيع ومعايير الحفر والعمليات الميدانية. إن مطابقة تصميم رأس الحفر واختيار أداة القطع مع ظروف التكوين، والحفاظ على رقابة صارمة على جودة اللحام والتلبيد، وضمان التبريد والتنظيف المناسبين أثناء الحفر، واتباع إجراءات المناولة الموحدة، من شأنه أن يقلل بشكل كبير من معدلات الأعطال ويطيل عمر رأس الحفر.
