Место поломки буровой штанги точно покажет, что пошло не так: пошаговое руководство по устранению неисправностей в каждом конкретном месте.
Сломанная буровая штанга — это не просто металлолом. Это диагностический документ. Место поломки, состояние поверхности излома и состояние окружающей стали — всё это рассказывает о причине её поломки. Научитесь читать эту историю, и вы будете знать, что нужно починить, прежде чем следующая штанга выйдет из строя таким же образом.
Вот пошаговое руководство по наиболее распространенным моделям отказов бурильных штанг и их последствиям.
На этапе восстановления: усталость не спешит
Если шатун сломался в месте подрезки канавки рядом с соединением — в том обработанном канале, где резьба соединяется с корпусом шатуна, — это классический пример усталостного разрушения. Это точка наибольшей концентрации напряжений на шатуне, и при многократных ударных нагрузках возникают микротрещины, которые медленно растут на протяжении тысяч циклов, пока оставшееся поперечное сечение не сможет выдержать нагрузку.
Это не материальный дефект. Это накопившиеся повреждения от эксплуатации штока сверх его ресурса. Решение простое: отслеживайте количество часов работы штока и выводите его из эксплуатации до того, как истечет ресурс усталости. Как только в канавке для снятия напряжения появятся видимые следы износа или трещины на поверхности, ремонт завершен.
Средняя часть корпуса: проблема была в самой стали.
Четкий излом посередине корпуса стержня, вдали от любых соединений или изменений геометрии, почти всегда указывает на дефект материала. Внутренние пустоты, образовавшиеся в процессе литья или ковки, неметаллические включения в сплаве или резкие внутренние разрывы создают концентрацию напряжений там, где ее быть не должно. Вокруг дефекта образуется микротрещина, которая растет под воздействием ударной нагрузки до тех пор, пока стержень не разобьется.
Это невозможно исправить на месте. Это проблема качества производства. Если вы видите, что несколько стержней из одной партии выходят из строя в середине корпуса, значит, у поставщика проблемы с металлургией.
В самом корне: самая распространенная неисправность, наибольшее количество причин.
Именно здесь чаще всего выходят из строя шатуны, и список возможных причин довольно длинный, поскольку в корне резьбы одновременно концентрируются все факторы — ударные напряжения, изгибающие напряжения, кручение и коррозия.
Если поверхность излома имеет внезапный, ровный излом, проверьте наличие отклонения отверстия. Неровное отверстие создает изгибающее напряжение в соединении, и корневая часть резьбы является самым слабым местом. Используйте направляющие отверстия для поддержания соосности.
Если перед обрывом резьбы на ней видны задиры, точечные повреждения или поверхностные дефекты, значит, муфта или резьба стержня были изношены и их следовало заменить раньше. Не вставляйте новый стержень в изношенную муфту — люфт в соединении разрушит новую резьбу в течение одного переключения.
Если перед поломкой стержень заметно изгибался, значит, давление подачи было слишком высоким для данных грунтовых условий. Уменьшите его. Изогнутый стержень под ударной нагрузкой всегда будет ломаться у основания резьбы.
Если поломка произошла во время втягивания или после заклинивания, проверьте скорость вращения во время извлечения и работоспособность системы защиты от заклинивания. Продолжение ударов по заклинившему штоку превращает операцию по извлечению в поломку штока.
Один из специфических типов поломок, заслуживающих внимания: образование точечных повреждений или пригорание резьбы в местах её соединения с трещинами. Это отражение энергии удара — холостой выстрел или работа затупившимся долотом, которое не может передать энергию в породу. Эта неиспользованная энергия отскакивает обратно вверх по колонне и ударяет по резьбе. Долота следует перетачивать, когда износ плоской поверхности достигает одной трети диаметра кнопки. Если высота твердосплавной части недостаточна, долото следует выбросить — его уже не спасти.
Разрушение конца нити: соединение было ненадежным
Если самый конец резьбовой части деформирован, развальцован или поврежден, значит, в соединении муфты был слишком большой люфт. Либо резьба муфты износилась сверх допустимых значений, либо перемычка муфты деформировалась, либо шток не полностью вошел в муфту до начала удара. По сути, конец штока ударялся внутри муфты, а не передавал энергию через нее.
Замените изношенные муфты. Используйте отбойную пластину для ослабления туго затянутых соединений — не стучите молотком непосредственно по штоку. И никогда не начинайте ударную обработку или вращение, пока резьба полностью не войдет в муфту.
Выход из строя соединительной муфты: проверка на нагрев.
Соединительные втулки имеют свои характерные признаки поломки. Если конец втулки треснул, откололся или развальцовался, проверьте три вещи. Во-первых, изготовлены ли наружная и внутренняя резьбы одним и тем же поставщиком с совпадающими допусками? Несоответствующие профили резьбы не будут правильно устанавливаться, и соединение развалится под нагрузкой. Во-вторых, используете ли вы новую и бывшую в употреблении резьбу? Новый стержень в изношенной втулке или изношенный стержень в новой втулке создают неравномерное распределение нагрузки по всей резьбовой части. В-третьих, перегревается ли соединительная втулка? Максимальная безопасная рабочая температура для большинства соединительных втулок составляет около 180°C. При температуре выше этого значения сталь начинает терять закалку, и быстро происходит деформация резьбы.
Если после игры гильза нагревается на ощупь, значит, энергия удара слишком высока для камня или промывка недостаточна. И то, и другое можно исправить — если знать, на что обратить внимание.
