Почему ломаются твердосплавные наконечники: причины и предотвращение поломок.
Твердосплавные долота широко используются при бурении с верхним ударом и погружном бурении, поскольку они сочетают в себе высокую проникающую способность с высокой износостойкостью. Однако даже хорошо спроектированное долото может преждевременно выйти из строя из-за сколов, трещин, поломок, ослабления креплений или износа твердосплавных элементов.
Понимание закономерностей отказов — первый шаг к увеличению срока службы бурового долота. Отказы креплений редко вызваны одним фактором. Обычно они являются результатом взаимодействия условий породы, марки карбида, геометрии крепления, опоры корпуса долота, качества изготовления и практики бурения.
Четыре основных режима отказа битов кнопки
Большинство сбоев в работе кнопок-переключателей делятся на четыре категории:
Носить
Твердосплавные элементы постепенно сплющиваются, теряют толщину или становятся неровными в процессе обычного бурения. Чрезмерно быстрый износ может указывать на неподходящий сорт твердосплава, высокую абразивность породы, недостаточную промывку или неправильный выбор бурового долота.Повреждение кнопки
Твердосплавные кнопки могут скалываться, трескаться или ломаться под воздействием многократных ударных и изгибающих нагрузок. Краевые кнопки особенно уязвимы, поскольку они часто подвергаются более сложным нагрузкам, чем лицевые кнопки.Потеря кнопки
Кнопка может ослабнуть или выпасть из-за недостаточной фиксации кнопки, геометрии отверстия, посадки с натягом или недостаточной поддержки корпуса сверла. Перегрев, коррозия и сильные удары также могут этому способствовать.Повреждение тела бита
Стальной корпус может треснуть, деформироваться или чрезмерно износиться. Это может снизить устойчивость кнопки и в конечном итоге привести к выходу из строя твердосплавного материала, даже если сам твердосплавный материал имеет хорошее качество.
Для каждого вида неисправности требуются разные корректирующие действия. Замена твердосплавного элемента может помочь при преждевременном износе, но не решит проблему с фиксацией. Улучшение посадки с натягом может предотвратить потерю кнопки, но не исправит чрезмерный изгиб, вызванный неправильным выравниванием сверла.
Почему боковые кнопки ломаются чаще
Чаще всего первыми ломаются калибровочные и другие краевые элементы. Они помогают поддерживать диаметр отверстия и контактируют с породой под углом, поэтому могут подвергаться сочетанию сжатия, изгиба и боковой нагрузки.
Обычно нагрузка на торцевые упоры направлена непосредственно вдоль оси бурения. Однако краевые упоры чаще сталкиваются с неровными поверхностями горных пород, трещиноватым грунтом, контактом со стенками скважины и внеосевыми нагрузками. Если долото изношено или скважина плохо выровнена, нагрузка на эти упоры может значительно возрасти.
Сломанный край кнопки часто позволяет получить ценные сведения. Гладкие или радиальные поверхности могут указывать на причину разрушения в результате растяжения, тогда как поперечные трещины могут свидетельствовать о сжимающей нагрузке и изгибе. Тщательное исследование поможет определить, сломалась ли кнопка из-за дефектов материала, недостаточной опоры, чрезмерного натяжения, эксплуатационной нагрузки или зазора вокруг посадочного места кнопки.
Важность поддержки кнопок
Твердосплав чрезвычайно твердый, но относительно хрупкий по сравнению со сталью. Он работает наилучшим образом, когда равномерно поддерживается корпусом сверла. Если посадочное место для твердосплавного элемента не обеспечивает надежной фиксации по всей окружности, локальное изгибающее напряжение может резко возрасти.
Зазоры вблизи посадочного места кнопки особенно опасны. Они позволяют кнопке смещаться или изгибаться под ударом, вместо того чтобы равномерно передавать нагрузку на стальной корпус. Это может привести к образованию трещины в месте крепления кнопки и в конечном итоге вызвать ее разрушение.
Поэтому для изготовления высококачественных сверл необходима точная геометрия отверстий, правильная посадка с натягом, контролируемые методы установки и достаточная стальная поддержка вокруг каждой кнопки. Цель состоит в том, чтобы твердосплавное сверло надежно удерживалось на месте без создания чрезмерного напряжения при установке.
Качество материалов и выбор твердосплавных материалов
Марка карбида должна соответствовать типу породы и методу бурения. Более твердые марки, как правило, обладают высокой износостойкостью, а более прочные лучше выдерживают удары и сотрясения. Марка карбида, хорошо зарекомендовавшая себя в абразивных, прочных породах, может оказаться не лучшим выбором в сильно трещиноватых или неоднородных грунтах.
Преждевременное изнашивание сверла может быть связано с низким качеством твердосплава, неправильным выбором марки, внутренними дефектами или неподходящей микроструктурой. Однако не каждое изнашивание сверла является проблемой твердосплавного материала. Перед тем как делать выводы, необходимо провести анализ всей системы сверления.
К числу соответствующих факторов относятся:
Твердость и абразивность горных пород.
Степень трещиноватости и геологические вариации.
Мощность удара и скорость вращения дрели.
Давление подачи и выравнивание сверла.
Дизайн лицевой панели и расположение кнопок.
Класс пуговицы, размер и экспозиция.
Точность фиксирующего отверстия и качество тела сверла.
Эффективность промывки.
Предотвращение преждевременного поломки кнопок
Наиболее эффективным подходом является превентивный контроль, начиная с этапа производства и заканчивая эксплуатацией в полевых условиях.
Производители должны поддерживать стабильное качество твердосплавных деталей, контролировать размеры кнопок и проверять геометрию отверстий для кнопок. Корпус сверла должен обеспечивать достаточную опору, особенно вокруг кнопок калибра. Процессы крепления должны быть подтверждены путем проверки размеров и производственных испытаний.
Буровые бригады должны выбирать долота, исходя из реальных условий породы, а не полагаясь только на диаметр и тип резьбы. Правильное усилие подачи, вращение и промывка снижают вредное напряжение в долоте. Операторам следует избегать чрезмерного усилия при работе долота с трещиноватым грунтом, неровными формациями или изменяющимися условиями породы.
Регулярный осмотр также крайне важен. Сверло следует снимать для технического обслуживания, когда кнопки сильно деформируются, покрываются трещинами, теряют толщину или получают видимые повреждения. Продолжение сверления с поврежденной кнопкой может привести к передаче нагрузки на соседние кнопки и вызвать цепную реакцию отказов.
Используйте анализ причин отказов для улучшения системы.
Каждый вышедший из строя долото содержит информацию. Где произошла первая поломка? Была ли это кромочная или торцевая часть долота? Скололся ли, раскололся ли, вырвался ли или износился ли твердосплавный элемент? Работало ли долото в абразивных породах, трещиноватых породах или смешанных породах?
Ответы на эти вопросы помогут определить правильное решение для улучшения. Постоянное разрушение кромки бурового долота может указывать на недостаточную опору стали, неправильную конструкцию долота, неподходящий сорт твердосплава или сверление под углом. Повторная потеря твердосплава может свидетельствовать о проблемах с фиксацией. Быстрый износ плоской поверхности может потребовать более ранней шлифовки или использования твердосплава другого сорта.
Надежное долото с кнопочным креплением — это результат сбалансированной конструкции, качественного изготовления и правильной эксплуатации. Рассматривая твердосплавные элементы, корпус долота, параметры бурения и условия породы как единую систему, буровые бригады могут уменьшить количество поломок кнопочного крепления, продлить срок службы долота и снизить общие затраты на бурение.
