Переломы переходников хвостовика: пять ошибок в вашей установке, которые преждевременно выводят хвостовики из строя.
Переходник для хвостовика, который выходит из строя менее чем за десять смен, пытается вам что-то сказать.
Я наблюдал, как бригада во Вьетнаме за две недели сменила четыре заготовки на новом проходческом участке. Они постоянно винили во всем сталь. «Плохая партия», — говорил начальник смены. Но металлургический отчет показал, что все в порядке — правильная глубина закалки, хороший переход бейнита, никаких включений. Проблема была не в стали.
Проблема заключалась в буровой установке.
Переходники хвостовика находятся в наиболее неблагоприятном месте пересечения сил в любой буровой установке. Поршень воздействует на один конец. Момент вращения скручивает середину. Буровая колонна тянет с другой стороны. Когда все выровнено и отрегулировано, исправный хвостовик выдерживает сотни часов работы. Если что-то не так, оно ломается — обычно у основания резьбы — и ломается очень быстро.
Вот пять проблем, возникающих на буровой установке и приводящих к поломке переходников, а также что именно нужно проверить, прежде чем заказывать новый.
1. Ослабленные крепежные болты — люфт, который усугубляет проблему.
Каждый удар поршня передает вибрацию по всему корпусу сверла. Со временем болты, крепящие сверло к монтажной пластине подающей балки, ослабевают. Не сильно — вы, вероятно, не заметите этого при осмотре. Но даже миллиметр люфта в креплении приводит к боковому смещению хвостовика.
Как только корпус буровой колонны начинает раскачиваться под нагрузкой, хвостовик перестает напрямую воздействовать на колонну. Каждый удар имеет радиальную составляющую. Корни резьбы не любят радиальных нагрузок. Они рассчитаны на осевое воздействие, а не на изгиб. Срок службы при усталостных нагрузках быстро сокращается.
Решение простое, но скучное: регулярно проверяйте момент затяжки крепежных болтов. Большинство производителей рекомендуют делать это каждые 40 часов работы ударного гайковерта. Никто этого не делает, и болты постоянно ломаются.
2. Изношенная направляющая втулка — увеличивающийся зазор
Втулка направляющей хвостовика предназначена для обеспечения центрирования и стабильности передней части хвостовика. В новом состоянии зазор между внутренним диаметром втулки и внешним диаметром хвостовика невелик — обычно несколько сотых миллиметра. Этого достаточно, чтобы обеспечить вращение и осевое перемещение без люфта хвостовика.
По мере износа втулки зазор увеличивается. Как только он выходит за пределы допустимых параметров, передняя часть хвостовика начинает вращаться внутри втулки, а не плавно вращаться вокруг своей оси. Каждый цикл вращения создает изгибающее напряжение в корне резьбы. При 50 ударах в секунду это составляет 50 циклов изгиба в секунду.
В отрасли принято заменять направляющую втулку каждые 800 часов работы. На буровой установке, работающей в две смены, это примерно каждые два месяца. На большинстве площадок этот срок увеличивается до четырех или пяти месяцев. За это страдают хвостовики.
3. Недостаток смазки — Тепловая смерть
Смазка масляным туманом выполняет две функции: она охлаждает хвостовик и образует пленку между хвостовиком и всем, к чему он прикасается — ударной поверхностью поршня, втулкой, вращающимся патроном.
Когда уровень смазки падает ниже нормы, хвостовик сильно нагревается. Нагретая сталь теряет твердость. Хвостовик, который должен иметь твердость 58-60 ХРК на поверхности, может упасть ниже 50 ХРК при рабочей температуре, если отсутствует масляная пленка, отводящая тепло. Более мягкая сталь изнашивается быстрее и быстрее подвергается усталости. Корень резьбы, и без того являющийся концентратором напряжений, становится точкой отказа еще быстрее.
Проверяйте смазочное устройство перед каждой сменой. Следите за тем, чтобы после первых нескольких ударов на хвостовике образовалась равномерная масляная пленка. Если пленки нет, не начинайте сверление.
4. Несоответствие давлений — проблема холостого выстрела
Если вы этого не видели, то это покажется вам нелогичным.
Когда давление подачи слишком низкое по отношению к давлению удара, корпус бура отскакивает от забоя вместо того, чтобы передавать удар в породу. Поршень ударяет по хвостовику, но хвостовик не прижимается плотно ко дну скважины. Энергия, которая должна была бы идти на разрушение породы, вместо этого идет на звон хвостовика, подобный звону колокола.
Это холостой выстрел — и он очень сильно изнашивает хвостовики. Поршень ударяет по хвостовику, хвостовик резко ускоряется вперед, а затем резко возвращается в исходное положение. Ударные нагрузки выше, чем при обычном бурении, потому что нет породы, которая могла бы их поглотить.
Решение: согласовать давление подачи с твердостью породы. Для более твердых пород требуется...меньшеДайте долоту время раздробить породу, но не больше. Для более мягких пород требуется...болееДавление подачи необходимо для удержания долота в зацеплении. Это прямо противоположно тому, что подсказывает интуиция начинающего оператора, и ошибка в этом вопросе приводит к износу хвостовиков быстрее, чем почти что-либо другое.
5. Несоосность подающей балки — невидимая радиальная нагрузка.
Если буровая установка не установлена прямо на подающей балке — если осевая линия хвостовика не проходит точно через передний и промежуточный центраторы — хвостовик находится под постоянной радиальной нагрузкой с момента начала бурения.
Представьте, что прямой стержень вставляют в отверстие, слегка смещенное от оси. При каждом цикле вращения хвостовик изгибается. При каждом ударе изогнутая часть испытывает резкое увеличение изгибающего напряжения. Корни резьбы не просто устают — они устают с усилением изгибающего напряжения.
Проверка соосности является частью 40-часового осмотра болтов. Используйте линейку или центрирующие отверстия в качестве ориентира. Если соосность нарушена, исправьте это до следующей смены. Несоосность крепления приведет к износу стержней быстрее, чем некачественная сталь.
Реальный образец
Вот что я узнал, наблюдая за поломками хвостовиков на множестве предприятий: когда хвостовик ломается у основания резьбы менее чем за 100 часов ударной обработки, проблема почти никогда не заключается в металлургии. Это одна из этих пяти причин. Обычно их несколько — они суммируются. Изношенная втулка плюс недостаточная смазка плюс слегка ослабленное крепление — всё это приводит к тому, что хвостовик не выдерживает и недели.
Ствол — это посланник. Не стреляйте в него. Почините снаряжение.
