Продление срока службы бурильных штанг: четыре решения, определяющие, прослужит ли штанга 200 метров или 2000.
Срок службы бурильной штанги определяется не под землей. Он определяется решениями, принятыми еще до того, как штанга коснется породы — что вы покупаете, как подбираете ее под задачу, как ее используете и как работаете с ней между сменами. Если допустить ошибку хотя бы в одном из этих четырех аспектов, даже самая лучшая в мире сталь выйдет из строя раньше времени. Если же все четыре аспекта решены правильно, та же самая штанга прослужит в три раза дольше, чем ее более дешевые аналоги.
Вот полный жизненный цикл, от покупки до выхода на пенсию.
Решение номер один: то, что вы покупаете, определяет то, что вы получаете.
Первое решение — какой пруток купить — определяет все последующие действия. Пруток с некачественной термообработкой, плохой резьбой или некачественным материалом нельзя спасти аккуратной эксплуатацией или тщательным техническим обслуживанием. Неисправность заложена еще до отправки прутка.
На что обращать внимание при выборе качественной буровой штанги: сплав должен быть соответствующей марки хромоникелево-молибденового сплава — 42CrMo, 4140 или эквивалентный — с документально подтвержденной термообработкой, демонстрирующей закалку и отпуск для достижения сбалансированной прочности и ударной вязкости. Резьба должна быть гладкой на ощупь, без видимых следов инструмента, а корни резьбы должны иметь видимый радиус, а не острый угол. Острые корни резьбы являются концентраторами напряжений, которые инициируют усталостные трещины. Качественная штанга должна пройти термообработку после сварки, если она выполнена методом фрикционной сварки, а деформация на конце соединения должна быть видна как плавный переход диаметра, а не как резкий скачок.
Запросите записи о термообработке. Запросите отчеты о проверке качества. Поставщик, который не может или не хочет их предоставить, говорит вам кое-что о том, что находится внутри прутка — или чего там нет.
Решение номер два: подбор удилища в соответствии с задачей.
Буровая штанга, идеально подходящая для отверстий диаметром 45 миллиметров в известняке средней плотности, быстро выйдет из строя при сверлении отверстий диаметром 89 миллиметров в твердом граните. Диаметр штанги, толщина стенки и размер резьбы должны соответствовать энергии удара бура и сопротивлению породы.
Наиболее распространенная проблема — использование слишком тонких стержней на мощных сверлильных станках. У стержня просто недостаточно стали в поперечном сечении, чтобы безопасно выдерживать энергию удара. Каждый удар выводит напряжение в корне резьбы за пределы предела усталости материала, и стержень накапливает усталостные повреждения с каждым ударом. Стержень слишком тонкого диаметра может хорошо сверлить несколько смен — достаточно долго, чтобы убедить всех, что он работает, — а затем внезапно сломаться, потому что накопленная усталость в конце концов достигла критического размера трещины.
Противоположное несоответствие — использование слишком больших штанг на маломощных буровых установках — менее опасно, но всё равно приводит к нерациональному расходу ресурсов. Избыточная масса штанги поглощает энергию удара, которая должна передаваться в породу. Скорость проходки снижается. Буровой установке приходится прилагать больше усилий для ускорения более тяжёлой штанги при каждом ударе. Сама штанга не выходит из строя, но всё происходит медленнее и дороже, чем необходимо.
Подберите буровую штангу в соответствии с рекомендациями производителя и условиями бурения. Руководство существует не просто так.
Решение номер три: Как вы этим управляете
Даже идеально подобранный шатун выйдет из строя преждевременно, если его неправильно эксплуатировать. Три основные ошибки при эксплуатации приводят к поломкам шатунов:
Начинайте бурение, когда сверло не касается поверхности породы — удар молотком или холостой выстрел. Вся энергия удара передается через стержень без контакта с породой, отражаясь в виде растягивающей волны через каждое резьбовое соединение. Резьба каждый раз сильно страдает. Сверло должно соприкасаться с породой до начала работы молотка. Всегда.
Бурение с подающей балкой или буром, не перпендикулярным поверхности породы. Наклонный старт приводит к изгибу штанги с первого же удара, и изгибающее напряжение суммируется с ударными и крутящими напряжениями, на которые рассчитана штанга. Суммарное напряжение в корне резьбы может превышать предел усталости материала, даже если каждая отдельная составляющая напряжения находится в пределах допустимых значений. Выровняйте штангу перед началом бурения.
Не следует корректировать параметры при изменении породы. Если скорость проходки замедляется из-за того, что долото ударилось о более твердый грунт, решение состоит в том, чтобы уменьшить давление подачи и позволить долоту работать с новой скоростью, а не увеличивать подачу и применять силу. Чрезмерная подача на долото, которое и без того испытывает трудности, создает дополнительную сжимающую нагрузку на штангу, а деформированная штанга во вращающейся колонне — это потенциальная причина усталостного разрушения.
Решение номер четыре: что происходит между сменами?
Наиболее важный этап технического обслуживания, влияющий на срок службы бурильных штанг, несложен. Его просто легко пропустить.
Очищайте шток после каждой смены. Остатки щебня на поверхности штока высыхают, образуя цементоподобную корку, которая абразивна для всего, к чему прикасается. Она также задерживает влагу на стали, способствуя образованию коррозионных ямок, а коррозионные ямки являются местами зарождения усталостных трещин. Быстрое ополаскивание и протирка занимают считанные секунды.
Перед хранением осмотрите резьбу. Обратите внимание на самые ранние признаки неисправности: микротрещины у основания резьбы, изменение цвета первого зацепленного витка (окрашивание от трения), деформация или сплющивание вершин резьбы. Любой из этих признаков означает, что удилище вступает в стадию износа и его следует отнести к категории ограниченного использования или списать. Выявление трещины до того, как она разовьется и приведет к поломке, спасет удилище и то, к чему оно подключено.
Нанесите антикоррозийное средство на резьбу и на любые участки, где стерлось поверхностное покрытие. Стержень, заржавевший во время хранения, начнет свою следующую эксплуатацию со встроенными концентраторами напряжений. Защитные колпачки на резьбу устанавливаются до того, как стержень попадет на стойку — всегда, без исключений.
Храните удилища горизонтально, опираясь на несколько точек — не прислоняя их к стене, не складывая в кучу и не ставя на неровные поверхности. Удилище, провисшее из-за неправильного хранения, будет иметь постоянный изгиб, а изогнутое удилище — это удилище, изношенное от усталости.
