چگونه عمر مفید مته سه دانه‌ای (Tricone) خود را افزایش دهیم - نکات نگهداری

درک فرسایش مته سه دانه‌ای (Tricone) و عوامل شایع آسیب

عوامل شایع آسیب مته

بیشتر مته‌های دارای سه دسته به دلیل سه مشکل اصلی دچار خرابی می‌شوند. اول اینکه سایش مداوم ناشی از خراشیدن به سنگ‌ها باعث فرسایش آنها در طول زمان می‌شود. سپس ضربه‌های قوی‌ای که هنگام حفاری از طریق لایه‌های بسیار سخت به مته وارد می‌شود، آسیب می‌رساند. و فراموش نکنید مشکلات ناشی از گرما زمانی که سیستم خنک‌کننده کافی نباشد. طبق تحقیقات منتشر شده سال گذشته، حدود دو سوم از خرابی‌های زودرس صرفاً به دلیل این است که اپراتورها نوع مناسب مته را برای نوع لایه‌ای که در حال حفاری بودند انتخاب نکرده‌اند. یک چهارم دیگر فقط به دلیل عدم وجود روان‌کننده کافی در سیستم دچار آسیب می‌شوند. چیزی که وضعیت را بدتر می‌کند این است که گرد و غبار در میان یاتاقان‌های ریز داخل مته جمع می‌شود. این نوع کثیفی باعث می‌کند قطعات تقریباً نصف عمر معمول خود را داشته باشند، در حالی که اگر همه چیز تمیز و در شرایط مناسب نگهداری شود، این اتفاق نمی‌افتد.

شناسایی نشانه‌های فرسایش از طریق بازرسی‌های بصری منظم

اپراتورها باید دندانه‌ها را از نظر ترک خوردگی بررسی کنند (2 میلی‌متر نشان‌دهنده اضطرار تعویض است)، بازی یاتاقان را چک کنند (حرکت محوری بیشتر از 1.5 میلی‌متر نشان‌دهنده خطر خرابی است)، و انسداد نشتی را کنترل کنند. سیستم رده‌بندی IADC چارچوب استانداردی را فراهم می‌کند:

• رده 1-2 : سایش جزئی، پارامترهای حفاری را تنظیم کنید
• رده 3-4 : آسیب متوسط، نگهداری را برنامه‌ریزی کنید
• رده 5+ : خرابی بحرانی، تعویض فوری مورد نیاز است

اشتباهات عملیاتی که باعث کاهش دوام می‌شوند

پنج خطاى رايج 78 درصد از فرسايش هاى قابل اجتناب را شامل مى شود:

1. وزن بيش از حد در بيت بيشتر از حد مجاز توليد کننده (+15% نيرو = 37% سرعت بيشتر فرسايش ياتاقان)
2. دور موتور مناسب براى سختى سازندها (سنگ هاى نرم به ميزان 20-30% دور کمترى نياز دارند)
3. حفر مداوم از طريق چاه هاى پر از آشغال
4. فلاش کردن بريده ها را در زمان استخراج بيت فراموش کردن
5. استفاده از استabilizerهاى فرسوده که ارتعاشات جانبى را ايجاد مى کنند

A تحليل خطا در سال 2023 نشان داد که اصلاح اين اشکالات عملياتى عمر بيت را در تشکيل گرانيت به ميزان 60% افزايش داده است، در حاليکه هزينه هاى تعويض را به ميزان 18400 دلار در هر چاه کاهش مى دهد.

روش هاى معمول بازرسى و تميز کردن بيت هاى حفارى

فرآيند تميز کردن مرحله به مرحله براى جلوگيرى از تجمع آشغال و گرم شدن بيش از حد

پس از هر عملیات حفاری، این پروتکل تمیزکاری را برای حفظ عملکرد بهینه اجرا کنید:

1. قبل از دستکاری، اجازه دهید مته کاملاً خنک شود
2. از هوای فشرده برای پاک کردن آوار از سوراخ‌های شستشو و مناطق یاتاقان استفاده کنید
3. برای برداشتن ذرات سنگ، سطوح خارجی را با یک مسواک نایلونی تمیز کنید
4. برای بررسی مسیرهای آب در جستجوی موانع از چراغ قوه استفاده کنید
5. قبل از نگهداری در شرایط خشک، ماده ضد زنگ را اعمال کنید
   این فرآیند از تجمع مواد جلوگیری می‌کند که باعث افزایش دمای بیش از حد شده و سایش مرتبط با اصطکاک را تا 40٪ کاهش می‌دهد، مطابق مطالعات تجهیزات حفاری. مسیرهای شستشوی مسدود شده دمای کاری را 15-20 درجه سانتی‌گراد افزایش داده و فرسایش قطعات را تسریع می‌کنند.

تمیزکاری مناسب برای حفظ عملکرد مته و جلوگیری از خرابی زودرس

تمیزکاری منظم با حذف آلاینده‌های ساینده که با قطعات متحرک درگیر می‌شوند، یکپارچگی ساختاری را حفظ می‌کند. مطالعات نشان می‌دهند که مته‌ها در صورت باقی ماندن ذرات باقی‌مانده بین دندانه‌ها و یاتاقان‌ها، 30٪ سریع‌تر دچار فرسودگی می‌شوند. تمرکز تمیزکاری را بر روی:

• آب‌بندی‌های یاتاقان در مکان‌هایی که ذرات ریز تجمع می‌یابند
• ریشه‌های دندانه‌ها در مکان‌هایی که تکه‌های سنگی قرار می‌گیرند
• ورودی‌های مسیر آب که رسوبات را در خود محبوس می‌کنند
  در صورت غفلت از این مناطق، سایش ریز رخ داده و به تدریج کارایی برش را کاهش داده و منجر به خرابی‌های مخرب یاتاقان می‌شود. تمیز کردن پس از عملیات را به عنوان یک رویه استاندارد اعمال کنید تا عمر مفید بین دو دوره نگهداری به حداکثر برسد.

روغن‌کاری موثر و پیشگیری از خوردگی جهت حفاظت بلندمدت

چگونه می‌توان از زنگ‌زدگی و خوردگی در مته‌های ضربه‌ای سه‌گوش جلوگیری کرد

برای مبارزه با زنگ زدگی، باید موانعی علیه رطوبت ایجاد کنیم که با استفاده از پوشش‌های ویژه و روغن‌های ضدزنگ ایجاد می‌شوند و باید پس از هر عملیات به‌طور منظم اعمال شوند. نحوه کارکرد این تیمارها بسیار ساده است؛ آنها منافذ بسیار کوچک موجود در سطوح فلزی را پر می‌کنند و از ورود اکسیژن و آب به آن نقاط جلوگیری می‌کنند که در آنجا فرآیند تشکیل زنگ شروع می‌شود. در شرایط بسیار سخت، موادی به نام مهارکننده‌های خوردگی بخار یا به اختصار VCIs وجود دارند. این مواد لایه‌ای نامرئی و در سطح مولکولی بر روی فلزات ایجاد می‌کنند. مطالعات انجام شده در صنایع مختلف نشان می‌دهند که اگر کارگران پس از استفاده از تجهیزات به خوبی آنها را تمیز کنند و سپس از یک اسپری ضدزنگ استفاده کنند، می‌توانند مشکلات خوردگی در ماشین‌آلات معدنی را تا حدود 70 درصد کاهش دهند. همچنین نباید فراموش کرد که گل حفاری نیز باید بلافاصله پس از اتمام عملیات از بین برده شود، زیرا مواد شیمیایی موجود در آن اگر چند ساعت روی فلز باقی بمانند، سرعت اکسیداسیون را افزایش می‌دهند. این ماده به سادگی سطوح را در صورت داشتن فرصت تخریب می‌کند.

روش‌های روان‌کاری مؤثر که مقاومت مته‌ها را افزایش می‌دهند

روان‌کاری دقیق با کاهش دمای ایجاد شده از اصطکاک به میزان تقریبی 40 درجه سانتی‌گراد، عمر یاتاقان‌ها را افزایش می‌دهد، مطابق مطالعات انجام شده روی عملکرد یاتاقان. این پروتکل را دنبال کنید:

• از گریس‌های فشار بسیار بالا (EP) به‌خصوص فرمول‌بندی شده برای کاربردهای حفاری با بار سنگین استفاده کنید
• روان‌کننده را از طریق اتصالات آب‌بندی شده قبل از شروع هر نوبت کاری با استفاده از ابزارهای کالیبره شده اعمال کنید
• گرانروی گریس را هر ماه مورد پایش قرار دهید زیرا روان‌کننده‌های فرسوده 80٪ از خواص محافظتی خود را از دست می‌دهند
• برای پوشش یکنواخت در مونتاژهای پیچیده یاتاقان، سیستم‌های روان‌کاری خودکار را پیاده‌سازی کنید
  کم‌روان‌کاری باعث تماس فلز با فلز و بیش‌روان‌کاری جذب ذرات ساینده می‌شود - هر دو این شرایط باعث افزایش سرعت سایش می‌شوند. سوابق نگهداری را برای پیگیری برنامه‌های روان‌کاری در مقابل معیارهای عملکردی مته راه‌اندازی کنید.

حفاظت از مته‌های حفاری در برابر رطوبت و آلاینده‌ها در حین عملیات و نگهداری

دستگاه دفاعی چندلایه‌ای را علیه تهدیدهای محیطی به کار گیرید:

1. در حین انجام عملیات: نصب درزگیرهای لاستیکی در محفظه‌های یاتاقان به‌منظور جلوگیری از نفوذ گل حفاری
2. پس از عملیات: شست‌وشوی سه‌گانه با هواى فشرده، حمام‌های حلال و اسپری‌های بی‌آبی
3. ذخیره‌سازی: استفاده از کپسول‌های ژل سیلیسی در ظروف محکم به‌منظور حفظ رطوبت کمتر از 30%
   نگهداری در محیط کنترل‌شده از چرخه‌های تراکم رطوبتی که باعث زنگ‌زدگی سریع می‌شود جلوگیری می‌کند، در حالی که نگهداری روی پالت از جذب رطوبت از زمین جلوگیری می‌نماید. برای حفاظت طولانی‌مدت، بسته‌بندی خلاء با استفاده از عوامل خشک‌کننده طبق استانداردهای صنعتی حفاظت فلزات، حفاظت بدون خوردگی را تا 18 تا 24 ماه فراهم می‌کند.

نگهداری، انبارداری و حفاظت از محیط مناسب

بهترین روش‌ها برای کار با قطعات به‌منظور جلوگیری از آسیب‌های فیزیکی

هنگام جابجایی مته‌های سه‌تایی، بهترین روش این است که آن‌ها را با هر دو دست در نقاط قوی‌ترین قسمت‌ها محکم بگیرید تا پایداری لازم را داشته باشید. برای موارد سنگین‌تر، استفاده از وسایل مکانیکی برای بلند کردن بسیار مفید است، چرا که افتادن این مته‌ها می‌تواند باعث شکستن قطعات گران‌قیمت کاربید تنگستن یا خرابی ترازی bearings شود. همیشه در زمان استفاده نکردن، پوشش‌های محافظ را روی قسمت‌های برشی قرار دهید و هرگز مته‌ها را مستقیما روی کف‌های بتنی یا میزهای فلزی انباشته نکنید. ما شاهد بسیاری از مواردی بوده‌ایم که کارگران به‌طور اتفاقی مته‌ها را با آچار یا ضربه چکش در حین حمل و نقل بین ایستگاه‌ها خراب کرده‌اند. این فرورفتگی‌های کوچک ممکن است در نگاه اول بی‌اهمیت به نظر برسند اما در بلند مدت باعث ضعیف شدن کل ساختار و در نتیجه خرابی زودرس مته می‌شوند.

روش‌های صحیح نگهداری برای مدت کوتاه و بلند مدت

برای هر دو مدت نگهداری، از قفسه‌های دارای ضربه‌گیر استفاده کنید تا دریل‌ها از کف بتنی بلند شوند و جذب رطوبت جلوگیری شود. در هر سه ماه یکبار موجودی را با سیستم FIFO (اولین ورودی-اولین خروجی) چرخانده تا مصرف یکنواخت در کل موجودی دریل‌های شما ایجاد شود.

در محیط‌های انبارداری از ریسک‌های دمایی و رطوبتی اجتناب کنید

نگه داشتن مناطق انبارداری در محدوده دمایی یکنواخت حدود 50 تا 80 درجه فارنهایت (حدود 10 تا 27 درجه سانتی‌گراد) و همچنین حفظ رطوبت نسبی در زیر 50 درصد، از تشکیل شبنم روی اقلام انباری جلوگیری می‌کند. بسیاری از انبارها پیشنهاد می‌کنند که سیستم‌های جاذب رطوبت را درون کانتینرهای درب‌بندی شده نصب کنند و به طور منظم با استفاده از هیگرومترهای دیجیتال، سطح رطوبت را بررسی کنند. همچنین بهتر است مواد حساس را در مجاورت درهای خارجی، بازشوی پنجره‌ها یا کانال‌های گرمایشی/سرمایشی نگه ندارید، زیرا این نقاط اغلب دچار تغییرات دمایی سریع می‌شوند که گاهی اوقات بیش از پنج درجه در ساعت نیز می‌رسد. شرکت‌هایی که در مناطق ساحلی یا مناطق مرطوب طبیعی قرار دارند، باید جدی‌گرفتن سرمایه‌گذاری در راه‌حل‌های انبارداری کنترل‌شده با محیط با قابلیت پشتیبانی از کاهش رطوبت را جدی بگیرند. این اقدامات اضافی زمانی اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند که با تجهیزاتی که در برابر هوا با حضور نمک آسیب‌پذیر هستند و می‌توانند باعث خوردگی در طول زمان شوند، سروکار داشته باشید.

بهینه‌سازی پارامترهای حفاری به‌منظور افزایش عمر مته‌های حفاری

هماهنگی دور در دقیقه (RPM)، وزن و نرخ پیشروی با انواع سازندها

دستیابی به تعادل مناسب بین سرعت چرخشی (RPM)، وزن روی مته (WOB) و نرخ پیشروی مطابق با شرایط زیرسطحی امری بسیار مهم در افزایش عمر مته‌های سه‌لول‌ای است. هنگام حفاری در مواد سخت مثل گرانیت، اپراتورها باید سرعت را به میزان 50 تا 80 دور در دقیقه کاهش دهند اما فشار بیشتری روی مته اعمال کنند، حدود 8 تا 12 تن. این امر به کاهش تنش‌های وارد‌شده به یاتاقان‌ها و جلوگیری از سایش سریع دندانه‌ها کمک می‌کند. از سوی دیگر، در کار با سنگ‌های رسوبی نرم‌تر، مته باید با سرعت بیشتری چرخیده، یعنی حدود 120 تا 150 دور در دقیقه، در حالی که بار اعمالی سبک‌تر باشد، 4 تا 6 تن. این تنظیم به حفظ کارایی برش کمک می‌کند و از گرمای بیش‌از‌حد سیستم جلوگیری می‌کند.

بر اساس معیارهای اخیر صنعتی، انتخاب نادرست پارامترها منجر به 37٪ از شکست‌های زودرس مته می‌شود (گزارش کارایی حفاری 2023). اپراتورها می‌توانند از این راهنما برای بهینه‌سازی تنظیمات استفاده کنند:

مطالعه موردی: بهبود عملکرد از طریق تنظیم پارامترها در حفاری سنگ‌های سخت

در یک آزمایش واقعی در یک معادن کوارتزیت در سال ۲۰۲۳، تغییر چند پارامتر کلیدی حفاری منجر به افزایش قابل توجه در عمر مته‌ها شد. وقتی سرعت دورانی (RPM) از حدود ۱۰۰ به ۶۵ کاهش یافت و وزن روی مته (weight on bit) از حدود ۷ تن به ۱۰ تن افزایش پیدا کرد، اتفاقی جالب رخ داد. مته‌ها تقریباً ۲۹٪ طولانی‌تر کار کردند، یعنی از حدود ۴۸ ساعت به ۶۲ ساعت قبل از اینکه نیاز به تعویض داشته باشند. این در حالی است که نرخ نفوذ (penetration rate) همچنان ثابت ماند، یعنی ۱٫۶ متر در ساعت. نکته جالب‌تر این است که دمای سیستم هم کاهش یافت و حدود ۱۸٪ خنک‌تر شد. همچنین صرفه‌جویی مالی هم قابل توجه بود، زیرا هر بار که نیاز به تعویض مته داشتند، ۲۴۰۰ دلار هزینه کمتری داشتند، چون این تنظیمات باعث کاهش فرسودگی تجهیزات شده بودند.

‫سوالات متداول‬

عوامل اصلی آسیب به متهای سه تایی (Tricone) چیست؟

متهای سه تایی عمدتاً به دلیل خراش دایمی در برابر سنگ‌ها، ضربه‌های قوی در حین حفاری و مشکلات اضافه گرمایی ناشی از خنک‌کننده ناکافی دچار آسیب می‌شوند. سایر عوامل شامل انتخاب نوع اشتباه مته برای سازند و روانکاری ناکافی است.

چگونه می‌توانم نشانه‌های فرسودگی مته‌های حفاری را شناسایی کنم؟

بازرسی‌های بصری منظم می‌تواند در شناسایی فرسودگی کمک کند. اپراتورها باید به دنبال شکستن دندانه‌ها، بررسی بازی یاتاقان‌ها و نظارت بر سالم بودن آب‌بندی با استفاده از سیستم درجه‌بندی IADC باشند. پیگیری این عوامل زمانی را که مته نیاز به نگهداری یا تعویض دارد نشان می‌دهد.

چه اشتباهات عملیاتی می‌تواند دوام مته را کاهش دهد؟

پنج اشتباه عملیاتی رایج شامل وزن بیش از حد روی مته، تنظیمات نادرست دوربرد، حفاری از سوراخ‌های پر از مواد زاید، فراموش کردن تخلیه ضایعات و استفاده از استabilizerهای فرسوده است. رفع این اشکالات می‌تواند عمر مته‌ها را به طور قابل توجهی افزایش دهد.

چرا تمیز کردن مته‌های حفاری مهم است؟

پاک کردن مته‌های دریل از تجمع ذرات و داغ شدن بیش از حد جلوگیری می‌کند و این کار باعث حفظ استحکام ساختاری و بهره‌وری برش می‌شود. تلاش‌های منظم برای پاک کردن مته‌ها باید متمرکز بر حذف آلودگی‌های ساینده و جلوگیری از سایش میکروسکوپی باشد که منجر به خرابی زودرس می‌شود.

چگونه می‌توانم از زنگ زدگی و خوردگی مته دریل جلوگیری کنم؟

برای جلوگیری از زنگ زدگی و خوردگی، پس از انجام عملیات به طور منظم از پوشش‌های ویژه و روغن‌های مهارکننده زنگ استفاده کنید. در شرایط سخت‌تر از مهارکننده‌های خوردگی بخار استفاده نمایید و پس از انجام کار، تجهیزات را به خوبی تمیز کنید تا بقایای گل حفاری از بین بروند.