Почему ваши резьбовые сверла выходят из строя: анализ причин поломки, позволяющий определить характер повреждения.
Сверло, которое постепенно изнашивается и выводится из эксплуатации по истечении срока службы, выполняет свою работу. Сверло, которое теряет вставки на первых десяти метрах скважины или ломается у основания резьбы на третьей смене — это не проблема сверла. Это сигнал.
Вот цифра, которая должна заставить вас задуматься: при использовании хорошо спроектированного бурового долота в надлежащих условиях от 16% до 67% поломок приходится на естественный износ. Чем лучше долото, тем выше этот процент. Если ваш коэффициент естественного износа находится на нижнем пределе, или если отказы вставок и изломы корпуса являются обычным явлением, а не исключением, значит, что-то не так в цепочке — выбор, эксплуатация или качество поставщика.
Давайте разберем четыре способа отказа многопоточных битов и что на самом деле означает каждый из них.
1. Сломанные и потрескавшиеся вставки — неожиданные поломки
Твердосплавная вставка, которая разлетелась на части или откололась, не просто... у неё был плохой день. Произошло одно из четырёх событий:
Неподходящее крепление для скалы.Наиболее распространенная и наиболее предотвратимая причина. Для твердых, абразивных пород требуются вставки с более высокой износостойкостью — как правило, с меньшим содержанием кобальта и более мелким зерном. Для трещиноватых, блочных пород требуются вставки с более высокой прочностью — с большим содержанием кобальта и более крупным зерном. Если вы используете вставки в абразивных породах, вероятно, материал слишком мягкий. Если вы используете вставки в трещиноватых породах, вероятно, материал слишком хрупкий. Порода сама подскажет, какой материал использовать. Нужно просто прислушаться к этому перед заказом.
Внутренние проблемы качества твердосплавных материалов.Не весь карбид вольфрама одинаков. Чистота сырья, распределение размеров зерен и качество спекания — все это влияет на прочность пластины. Партия пластин от поставщика, который сэкономил на качестве порошка или времени спекания, будет скалываться при ударных нагрузках, с которыми правильно изготовленная пластина справляется без проблем. Это сложно диагностировать в полевых условиях, но если партия сверл от одного и того же поставщика выходит из строя одинаково в условиях, в которых работают сверла других марок, то проблема заключается в самом карбиде.
Производственные повреждения в процессе сборки сверла.Вдавливание вставок в корпус бурового долота — высокоточная операция. Слишком большое натяжение приводит к тому, что корпус вставки подвергается остаточному растягивающему напряжению еще до контакта с породой — предварительному натяжению, которое увеличивает ударное напряжение и снижает запас прочности до разрушения. Повреждения вставки во время транспортировки или вдавливания — например, микротрещины из-за неправильной фиксации — после нескольких сотен ударов превращаются в макротрещины.
Ошибка оператора при снятии макияжа.Слишком сильное давление подачи при бурении скважины приводит к тому, что долото ударяется о неровную породу до того, как она стабилизируется. Использование долота с затупившимися, сплющенными вставками многократно увеличивает ударное напряжение, поскольку энергия концентрируется на меньшей площади контакта. Оба явления можно предотвратить с помощью обучения и внимания, но оба постоянно происходят на участках, где скорость и давление преобладают над соблюдением процедур.
2. Вставка Выпадать — Проблема плотной посадки.
Если вставка выходит из корпуса бурового долота в первых нескольких метрах, это почти наверняка производственный дефект. Возможно, неправильная посадка (насколько вставка больше отверстия, в которое она запрессована), неправильная геометрия отверстия или повреждение, возникшее в результате операции запрессовки.
Выпадение вставки к концу срока службы долота, особенно вставки из калибровочного ряда, говорит о другом. Внешний край калибровочного ряда подвергается наибольшему износу и самым высоким изгибающим нагрузкам. Если геометрия калибровочного ряда — угол боковой поверхности, выемка, выступ вставки — не оптимизирована для данного пласта, то внешние вставки испытывают более высокие нагрузки, чем вставки из торцевого ряда. Они изнашиваются быстрее, и как только износ достигает точки, когда корпус вставки перестает полностью поддерживаться сталью долота, они начинают расшатываться.
Выход из строя вставки в ряду лицевых поверхностей, в то время как ряд измерительных приборов работает исправно, обычно указывает на проблему в конструкции лицевой поверхности — схема размещения вставки создает слишком большую нагрузку на одну кнопку, или расположение канавок для промывки вызывает неравномерное охлаждение и термическое напряжение.
Идеальный вариант: износ вставок и корпуса долота происходит примерно с одинаковой скоростью. Когда сталь корпуса изнашивается быстрее, чем вставки, вставки выступают наружу и подвергаются более высоким изгибающим нагрузкам. Когда вставки изнашиваются быстрее, чем корпус, корпус принимает на себя удар породы и покрывается налетом. Синхронизированный износ обеспечивает максимально долгий срок службы долота.
3. Разрушение долота — структурное.
Разрушение корпуса бурового долота почти всегда происходит из-за усталости. Корпус подвергается миллионам ударных циклов, и если напряжение в какой-либо точке превышает предел усталости стали, возникает и распространяется трещина.
Семь факторов этому способствуют:
Выбор материалов.Сталь для изготовления долбёжек должна обладать достаточной прочностью на растяжение, чтобы выдерживать ударные нагрузки, и достаточной усталостной прочностью, чтобы выдерживать их миллионы раз. Дешёвые стали с низким пределом усталости быстро трескаются.
Геометрия.Острые углы, резкие изменения сечения и недостаточные радиусы скругления концентрируют напряжение. Хорошо спроектированный корпус бурового долота обеспечивает плавный переход между секциями, с большими радиусами на каждом плече. Если вы наблюдаете, что трещины возникают в одной и той же геометрической точке на нескольких долотах, значит, в конструкции есть проблема концентрации напряжения.
Термическая обработка.Для изготовления изделия необходима определенная твердость: достаточно твердая на поверхности, чтобы противостоять абразивному износу от шлама, и достаточно прочная в сердцевине, чтобы противостоять распространению усталостных трещин. Недозакаленная сталь хрупкая. Перезакаленная сталь мягкая. Обе разрушаются преждевременно, но по-разному.
Качество поверхности.Глубокие следы механической обработки, острые канавки от инструмента и неровные переходы служат местами зарождения усталостных трещин. По сути, корпус сверла с шероховатой поверхностью уже имеет трещины.
Конструкция резьбы.Резьба, соединяющая буровое долото с буровым стержнем, является естественным местом концентрации напряжений. Толщина стенки за корнем резьбы, профиль резьбы и переход от резьбовой части к корпусу – все это влияет на усталостную долговечность.
Точное соответствие стержня и сверла.Если резьба стержня и резьба бурового долота не совпадают (разные производители, разные классы допусков), нагрузка распределяется неравномерно по зацепляемым резьбам. Первая резьба принимает на себя непропорционально большую часть нагрузки и изнашивается первой.
Чистота стали.Включения в стали — оксиды, сульфиды, неметаллические частицы — действуют как концентраторы внутренних напряжений. Чистая сталь с низким содержанием включений имеет более высокий предел усталости, чем загрязненная сталь с тем же химическим составом и твердостью.
4. Естественный износ — полезный.
Сверло, которое сверлит до тех пор, пока вставки не износятся до состояния плоского трения и перестанут проникать в материал, вышло из строя. Вставки изнашивались постепенно, сталь корпуса разрушалась синхронно с твердосплавными элементами, и ничего катастрофически не сломалось.
Объект, где 60% или более буровых долот выходят из строя из-за естественного износа, — это хорошо организованный объект. Буровые долота соответствуют породе. Операторы знают свое дело. Поставщик обеспечивает стабильное качество.
Если этот показатель ниже 30%, значит, в структуре отказов преобладает что-то другое — поломки вставок, выпадение вставок или переломы корпуса. У каждого из этих случаев разные первопричины. Определите, какая категория является основной, и начните диагностику с обратных причин.
Этому элементу всё равно, почему он не сработал. Но вам должно быть не всё равно.
