تحليل الفشل والاستخدام الصحيح لأدوات حفر الصخور
تحليل أعطال أدوات حفر الصخور: تُنتج الصين حاليًا مجموعة من أدوات حفر الصخور (RDTs) بخصائص مميزة، مثل رؤوس الحفر العمودية/المسننة، ورؤوس الحفر المتكاملة المصنوعة من الكربيد الأسمنتي، ورؤوس حفر الصخور فائقة المتانة، وكربيد K610. وقد تحسنت جودتها وعمرها الافتراضي، إلا أنها لا تزال غير مستقرة. وتعود الأعطال المبكرة بشكل رئيسي إلى مشاكل في رؤوس الحفر وقضبان الحفر.
تتعطل رؤوس المثقاب نتيجة التآكل غير الطبيعي والطبيعي: التفتت، وكسر الأسنان، وفقدانها، والتشقق، والكسور. غالبًا ما تتعطل رؤوس المثقاب الإزميلية لأن أجنحة القطع رقيقة جدًا، وتتآكل بسرعة، وضعف ثباتها الهندسي، وعدم كفاية تثبيت حشوات الكربيد، مما يؤدي إلى فقدان الحشوة وتسارع التآكل. عادةً ما تعاني رؤوس المثقاب الكروية/الزرية من تقشر الحواف، وكسر أسنان الحافة، وتشقق في الحافة، وفقدان الغطاء، وكسور في الخصر (الجسم). أظهرت دراسة ميدانية باستخدام مثقاب هوائي 7655 على الجرانيت الصلب لرؤوس مثقاب منزلية ذات أسنان إدخال تتراوح بين 40 و42 سنًا: تقشر أسنان الحافة بنسبة 22.7%، وكسر أسنان الحافة بنسبة 35.4%، وفقدان الشظايا بنسبة 26.4%، مما يُظهر أن تلف أسنان الحافة هو نمط فشل سائد. تشمل الأسباب الإجهاد اللامركزي وغير المتساوي على أسنان الحافة، واختلاف الضغوط الشعاعية، وزيادة التشوه البلاستيكي لجدار ثقب السن (مما يؤدي إلى شكل يشبه الجرس وانخفاض قوة التثبيت)، وعدم كفاية ملاءمة التداخل بين السن والثقب، وانخفاض صلابة جسم اللقمة. تُفيد صلابة جسم اللقمة العالية الكربيدات أكثر بكثير من الأجسام متوسطة/منخفضة الصلابة. كما تؤثر جودة اللحام، وأداء التدفق، وممارسة اللحام واستخدامه على الأعطال. يحدث أكثر من 80% من كسور جسم اللقمة عند تقاطع وجه اللقمة مع الحافة؛ وتنتشر الكسور الجزئية في لقم الأسنان المُدخلة على طول قاع ثقب السن. كما أن سوء اختيار الفولاذ، والهندسة غير المناسبة، والتصنيع غير السليم، أو الاستخدام غير الصحيح تُفاقم الكسور.
تتحمل قضبان الحفر إجهادات متناوبة - الصدمة والانحناء والتآكل - لذا فهي تتطلب قوة تحمل عالية للتعب، ومتانة للصدمات، ومقاومة للتآكل، وحساسية منخفضة للشق ومعدلات انتشار منخفضة للشقوق. تشمل عيوب القضبان تشوهات في طرف ساق القضيب الصغير نتيجة انخفاض الصلابة، وانفجار الأطراف عالية الصلابة، وتآكل الخيوط في الوصلات، وانكسارات التعب، وكسور هشة. تبدأ انكسارات التعب وتنتشر من عيوب في المواد (مثل الشوائب غير المعدنية، والمسامية، والبقع البيضاء، والخدوش، وإزالة الكربنة، وشقوق التآكل) أو من سوء معالجة المواد/الحرارة (مثل القلب الصلب الزائد الناتج عن الكربنة، وسوء الإخماد الذي يسبب شقوق الذيل، وشقوق الإخماد). يمكن أن تؤدي عيوب التصميم وضعف ملاءمة الوصلات إلى حدوث شقوق؛ كما أن سوء الاستخدام (مثل علامات المطرقة، وضعف تزييت الوصلات، والتآكل) يسبب أيضًا التشقق والكسر. لا تظهر بعض كسور القضبان أي علامات تعب وتظهر على شكل كسور بلورية هشة لامعة - عادةً بسبب العيوب أو التغيرات الشديدة في القسم أو لفات التشكيل أو المعالجة الحرارية غير المناسبة التي تنتج قوة منخفضة أو تركيز إجهاد مرتفع وانتشار سريع للشقوق.
الاستخدام الصحيح والعقلاني لأدوات حفر الصخور 2.1 تحسين جودة التصميم إن تحديد المعايير الهيكلية المعقولة وتطوير أنواع جديدة شرطان أساسيان لعمر أطول. بالنسبة لبتات الإدخال/العمود-الأسنان، توفر التيجان نصف الكروية سرعة حفر عالية ومقاومة ضغط متينة. يجب أن يضمن قطر السن قوة الشد وقوة التثبيت. لتقليل تلف الحافة-الأسنان وإطالة العمر: (1) عزز أسنان الحافة باختيار شكل السن وقطره وارتفاع التعرض المناسبين؛ (2) قلل زاوية أشعل الحافة-الأسنان لتحسين توزيع الحمل ومقاومة الصدمات؛ (3) اختر فجوات اللحام الصحيحة وملاءمة التداخل لزيادة قوة الاحتفاظ؛ (4) استخدم كربيدات أكثر صلابة ومعالجة حرارياً لأسنان الحافة لمنع التفتت؛ (5) عزز جسم المثقاب لتحسين مقاومة التآكل؛ (6) قم بتحسين تخطيط الأسنان وزيادة عدد أسنان الحافة حيثما أمكن ذلك، وتحسين التنظيف - احتفظ بثقوب ماء الوجه ونظام تنظيف ثلاثي الأخاديد/ثنائي الفتحات كبير الفجوة لرفع إزالة القطع وتقليل إعادة طحن القطع وتقليل استهلاك الطاقة وإطالة عمر المثقاب.
تحسين هندسة القضبان: على سبيل المثال، قضبان إنجرسول-راند كاملة الخيوط، المصنوعة بتقنية التشكيل بالدلفنة مع تصلب السطح، وزاوية حلزونية أكبر، وقفل ذاتي جيد، تُحسّن المتانة ومقاومة التآكل وسهولة التركيب والفك. كما تُحسّن المظهر وتصميم التغليف لحماية الأدوات وإطالة عمرها الافتراضي.
٢.٢ اختيار مواد عالية الجودة: يجب أن تكون مواد الأدوات متينة ومقاومة للتآكل، وذات صلابة جيدة، ومقاومة عالية للتعب، وحساسية منخفضة للشق، واحتفاظ قوي بالكربيد، ومقاومة جيدة للتآكل. تشمل أنواع الفولاذ الموصى بها: ٢٤SiMnNi2CrMo (مشابه للفولاذ السويدي FF710) بخصائص ميكانيكية وكسرية ممتازة؛ ٤٠SiMnMoV للقضبان (متوسط اختراق ~١٢٢٥.٤ متر، قريب من المستويات الغريبة)؛ ٥٥SiMnMo للقضبان الصغيرة التي تقترب من عمر القضبان الصغيرة السويدية ٩٥CrMo (~٢٥٠ متر)؛ ٣٥SiMnMoV بعمر حوالي ٣٠٠ متر لكل قضيب. بعد المعالجة بالتبريد، تُشكل هذه الفولاذات هياكل مجهرية بينيتية ذات مقاومة عالية للتعب. بالنسبة للبتات الصغيرة والمتوسطة المُلصقة بالإدخال، يُعد ٤٠MnMoV مناسبًا لجسم اللقمة؛ أما بالنسبة للبتات المُثبتة بالتسخين، فيُفضل ٤٥NiCrMoV. يجب أن يتوافق اختيار الكربيد مع ميكانيكا الصخور ونوع الحفر.
٢.٣ اعتماد تقنيات تصنيع متقدمة. يُعدّ استخدام الآلات لإنتاج رؤوس اللحام، بدلاً من الطرق التقليدية، تطوراً رئيسياً. بالنسبة لرؤوس اللحام الملحومة، يُنصح باستخدام معدات تسخين مناسبة (أفران حثّية بترددات فوق صوتية أو متوسطة التردد) أو تسخين حثّي كامل لمنع الأكسدة وإزالة الكربون، وضمان أوقات تسخين قصيرة يمكن التحكم بها، وتسهيل اللحام، وتجنب إجهادات الإخماد من خلال التحكم في التبريد. زِد حجم اللحام بشكل مناسب، واختر عجلات طحن متدرجة، ونظّف أسطح اللحام جيداً بالمذيبات العضوية لتحسين جودة اللحام.
لتثبيت القطع، يُنصح بالتركيب الساخن للأقطار المتوسطة والكبيرة: فهو يُقلل من تأثيره على خصائص جسم اللقمة والكربيد، ويحافظ على جودة السطح، ويُنتج حالات إجهاد ضغط ثنائية المحور عند المفصل، ويوفر تثبيتًا جيدًا ويقلل من فقدان الشظايا، ويسمح بمعالجة حرارية مثالية للفولاذ. تتطلب القطع المضغوطة على البارد دقة تشغيل عالية - استخدم أدوات عالية الدقة، وسلاسل قصيرة الأبعاد لتعزيز صلابة التلامس وجودة سطح ثقوب الأسنان. يجب أن تسمح هندسة الأدوات بتشوهات قطع أكبر وتقوية البثق، بحيث يكتسب جدار الثقب إجهاد ضغط متبقي مفيد وطبقة سطحية مُصلدة بالشد.
لزيادة عمر القضبان، صُنعت قوالب تشكيل وتشكيل دقيقة لمنع ظهور الفتحات الجرسية أو الوميض أو الشقوق. حسّن جودة درفلة الفولاذ المجوف لإزالة الخدوش والجروح والثنيات وإزالة الكربون.
الخلاصة: حللت هذه الورقة أنماط فشل RDT، وفحصت هياكل المثقاب وأشكال التلف، موضحةً أسباب الفشل ومقترحةً تدابير لإطالة عمره: معايير هيكلية مناسبة، واختيار مواد عالية الجودة، وتقنيات تصنيع متطورة. مع ذلك، يعتمد عمر الأداة على الجودة المتأصلة والاستخدام العلمي. نقاط عملية إضافية: استخدم أدوات السحب بدلاً من الطرق اليدوي عند إزالة المثقاب؛ أعد طحن المثقاب لتقليل بدء ونمو الشقوق السطحية ولتحسين سرعة الحفر؛ اتبع التشغيل الصحيح - تقدم ببطء حتى يدخل المثقاب في الصخر قبل الحفر بأقصى سرعة؛ تأكد من أن وصلات القضبان متحدة المركز وأن الخيوط متشابكة تمامًا؛ في حال التصاق المثقاب، تجنب الطرق - أغلق صمام المدخل، وافتح الماء، وتقدم ببطء، واستخدم حركات ذهابًا وإيابًا لتنعيم جدار الحفر وتحرير الأداة، مما يمنع تفتت الكربيد أو كسر الساق أو كسر القضيب.
باختصار، فإن استخدام التدريبات المتطابقة والأدوات المخصصة والآلات المناسبة في ظل ظروف مختلفة سيسمح لفريق RDT بالوصول إلى أدائه المحتمل.
