علت سایش سریع سطل‌های حفاری چیست و چگونه می‌توان آن را جلوگیری کرد؟

عوامل موادی و زمین‌شناسی که سایش را تسریع می‌کنند سطل حفاری پوشیدن

شرایط زمین‌شناسی در میان مهم‌ترین عوامل سایش سریع سطل‌های حفاری قرار دارند. تشکیلات ساینده و ترکیب خاک به‌طور مستقیم بر طول عمر تجهیزات تأثیر می‌گذارند — درک این عوامل امکان اتخاذ اقدامات پیشگیرانه مؤثر را فراهم می‌کند.

تشکیلات سنگی ساینده و دربرگیرنده‌های سخت

تشکیلات سنگی گرانیت و بازالت واقعاً بر تجهیزات فشار شدیدی وارد می‌کنند، زیرا این مواد بسیار سخت هستند و اغلب سختی‌شان در مقیاس موه حدود ۶ تا ۷ است. این سطح سختی از توانایی اکثر ابزارهای برش استاندارد فراتر می‌رود. هنگام کار با چنین زمین‌های سختی، سنگ‌های بزرگ و سایر ذرات سخت انواع مشکلاتی را ایجاد می‌کنند. این ذرات نقاط تمرکز تنش را در هنگام حفاری ماشین‌آلات ایجاد می‌کنند و منجر به تشکیل ترک‌های ریز در دندانه‌های سطل و سایر قطعات ماشین می‌شوند. در طول زمان، این ضربه‌های مداوم باعث سایش بسیار سریع‌تر قطعات نسبت به کار با سنگ‌های نرم‌تر مانند شیل یا آهک می‌شود. آزمایش‌های میدانی نشان داده‌اند که نرخ سایش در این شرایط تقریباً دو برابر می‌شود. نوک‌های کاربید تنگستن به طور قابل توجهی عمر ماشین‌ها را در برابر این سایش افزایش می‌دهند، اما اپراتورها همچنان باید به‌طور مداوم برای شناسایی ترک‌خوردگی‌ها یا جدا شدن قطعات پس از دوره‌های طولانی کار تحت ضربه‌های شدید، نظارت دقیق داشته باشند.

شرایط خاک با محتوای بالای کوارتز یا خاک‌های حاوی شن

خاک‌های غنی از کوارتز مانند ماده ساینده‌ای طبیعی عمل می‌کنند. هر ذره ریز را به‌گونه‌ای تصور کنید که مانند کاغذ سنباده نرم، بر سطح سطل اصطکاک ایجاد می‌کند. وقتی شن و ماسه نیز در آن مخلوط شده باشد، وضعیت بدتر می‌شود، زیرا این سایش مداوم به‌طور قابل توجهی به تجهیزات آسیب می‌زند. این پدیده به‌ویژه در مکان‌هایی مانند بستر رودخانه‌ها و رسوبات قدیمی یخچالی رخ می‌دهد که در آن‌ها لبه‌های تیز سنگ‌ها باعث سایش سریع‌تر تجهیزات می‌شوند. این عوامل در مجموع باعث می‌شوند دندانه‌های سطل حدوداً یک‌سوم سریع‌تر نسبت به کار با خاک‌های چسبنده مانند رس فرسوده شوند. آنچه در محل اجرا مشاهده می‌شود...

• کند شدن زودهنگام دندانه‌ها
• نازک‌شدن تدریجی دیواره‌های بدنه
• تخریب شتاب‌دار واشرها به دلیل نفوذ ذرات ساینده

طراحی‌های سطل با لبه تقویت‌شده — که شامل لبه‌های سخت‌شده، الگوهای دندانه‌ای منظم‌نشده (پله‌ای) و پوشش‌های محکم یاتاقان‌ها می‌شوند — برای حفظ عملکرد پایدار در چنین محیط‌هایی ضروری هستند.

خطاهای عملیاتی مؤثر در سطل حفاری سایش سریع

خطاهای عملیاتی به‌طور قابل‌توجهی سرعت سایش سطل حفاری را افزایش می‌دهند، که دو خطاى بحرانى در شکست‌های میدانی نقش اصلی را ایفا می‌کنند.

نیروى نفوذ بیش از حد و بارگذارى بیش از ظرفیت

وقتی نیروى فشار به سمت پایین بیش از حد اعمال شود، تنش جدی‌ای بر دندانه‌های سطل و جوش‌های سازه‌ای آن وارد می‌شود و منجر به مشکلاتی مانند ترک‌خوردگی زودهنگام، تغییر شکل پلاستیکی و در نهایت شکست خستگی می‌گردد. بارگذاری بیش از ظرفیت این ماشین‌ها نقاط تنشی ایجاد می‌کند که فراتر از توانایی مواد سازنده‌ی آن‌ها است. مطالعات صنعتی نشان می‌دهند که سطل‌هایی که فراتر از حد مجاز خود کار می‌کنند، حدود ۷۰ درصد سریع‌تر نسبت به سطل‌هایی که مطابق دستورالعمل‌های سازنده استفاده می‌شوند، نیاز به تعویض دارند. برای جلوگیری از این نوع آسیب، اپراتوران باید فشار هیدرولیک را به‌صورت بلادرنگ نظارت کرده و دقیقاً به سطوح توصیه‌شده‌ی نیروى نفوذ پایبند باشند. این امر به‌ویژه در هنگام عبور از لایه‌های مختلف خاک اهمیت دارد، زیرا در این گذارها نیروها بدون هشدار قبلی ممکن است به‌طور چشمگیری تغییر کنند.

سرعت چرخش نامناسب و زاویه‌ی شیب سطل

وقتی تجهیزات در خاک‌های شنی و زبر بیش از حد سریع می‌چرخند، گرمای اصطکاک مضری ایجاد می‌شود که باعث تسریع زنگ‌زدگی سطحی و تضعیف تدریجی لبه برشی می‌گردد. تنظیم نادرست زاویه شیب به این معناست که بخش‌های خاصی از تیغه کل بار را متقبل می‌شوند، نه اینکه بار به‌طور یکنواخت بر سطح کامل برش توزیع شود. به عنوان مثال، در زمین‌های غنی از کوارتز، حتی انحراف حدود ۱۵ درجه‌ای از زاویه مناسب می‌تواند مشکلات سایشی در آن نواحی را سه برابر کند. اکثر اپراتورها متوجه شده‌اند که هماهنگی سرعت چرخش با چگالی خاک بهترین نتیجه را دارد؛ به‌طوری که در مواجهه با شن‌های فشرده، سرعت مناسب حدود ۱۲ تا ۱۸ دور در دقیقه است. حفظ زاویه شیب باله (Bucket) در محدوده‌ای بین ۳۰ تا ۴۵ درجه هنگام حفاری، فشار را به‌طور یکنواخت بر روی تمام دندانه‌ها توزیع کرده و تنش جانبی را کاهش می‌دهد که در غیر این صورت باعث آسیب زودرس ابزارها می‌شود.

نقایص طراحی و نگهداری تجهیزات

سختی ناکافی لبه برشی و ترکیب نامناسب آلیاژ

مشکلات سایش معمولاً به دلیل تصمیمات نادرست در انتخاب فلزات آغاز می‌شوند. ابزارهای برشی که با سختی راکول زیر ۵۵ بر اساس مقیاس HRC یا با کاربید تنگستن کمتر از ۱۵٪ ساخته شده‌اند، در برابر مواد ساینده مقاومت کافی ندارند. با این حال، مطالعه‌ای در «ژورنال بین‌المللی مکانیک سنگ و علوم معدن» یافته جالبی ارائه کرده است: لبه‌های برشی که به‌درستی با آلیاژهایی تولید شده‌اند که سختی آنها بیش از ۶۰ HRC است، در مقایسه با جایگزین‌های فولادی معمولی، حدود ۲٫۳ برابر طولانی‌تر عمر می‌کنند؛ این در حالتی است که در زمین‌های سنگلاخی و پر از شن و ماسه کار می‌کنند. اما اگر این استانداردهای سختی نادیده گرفته شوند چه اتفاقی می‌افتد؟ ترک‌های ریز در حین استفاده عادی به سرعت ایجاد شده و سریعاً گسترش می‌یابند و منجر به سایش تسریع‌شده نه‌تنها در لبه‌های سطل، بلکه در اتصالات آداپتورها و نقاطی می‌شوند که تمام اجزا در آنجا به هم متصل می‌شوند.

بازرسی ناکافی، بازسازی نامناسب و عدم تنظیم صحیح گشتاور بستن پیچ‌ها

بر اساس داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط مؤسسه فونداسیون‌های عمیق (Deep Foundations Institute) در مورد قابلیت اطمینان تجهیزات حفاری، حدود ۳۸ درصد از شکست‌های اولیه سطل‌های حفاری به دلیل صرف‌نظر کردن کامل از بازرسی‌های نگهداری رخ می‌دهد. وقتی ترک‌های ناشی از تنش در مناطق جوش‌کاری مهم ایجاد می‌شوند و بدون توجه باقی می‌مانند، تمایل دارند تشدید شوند تا اینکه پس از حدود ۱۵۰ ساعت کارکرد بدون خدمات‌رسانی مناسب، در نهایت خرابی واقعی رخ دهد. همین موضوع برای بولت‌های اتصال نیز صدق می‌کند که با گذشت زمان شل می‌شوند؛ چنین مسئله‌ای در نگاه اول ظاهراً جزئی به نظر می‌رسد، اما در ادامه منجر به مشکلات جدی می‌شود. این اتصالات شل باعث ایجاد ارتعاشات در سراسر سیستم می‌شوند که منجر به سایش جوش‌های مجاور و در نهایت جدا شدن کامل دندانه‌ها می‌گردد. تیم‌های اجرایی که هر هفته تنظیم بولت‌ها را بررسی می‌کنند، تنها یک‌سوم تعداد سطل‌های جدید را نسبت به تیم‌هایی که تا زمان وقوع خرابی اقدامی نمی‌کنند، نیاز دارند. برخی از مراحل ضروری نگهداری که انجام آن‌ها توصیه می‌شود عبارتند از:

• آزمون اولتراسونیک برای تشخیص نقص‌های زیرسطحی هر ۷۵ ساعت کارکرد
• تأیید گشتاور پس از شیفت برای تمام پیچ‌ها با استفاده از ابزارهای کالیبره‌شده
• تعویض پدهای سایشی قبل از اینکه فرسایش از ۲۵٪ عمق اصلی بیشتر شود

روش‌های اثبات‌شده پیشگیری و کاهش خطر برای افزایش طول عمر سطل

وقتی صحبت از کاهش سایش سطل‌های حفاری می‌شود، روش‌های هوشمندانه‌ای وجود دارد که تأثیر قابل‌توجهی در افزایش عمر این سطل‌ها دارند. جایگزینی سطل‌های معمولی با سطل‌هایی که با کاربید تنگستن تقویت شده‌اند، نتایج واقعی و قابل‌مشاهده‌ای در عمل داشته است. این سطل‌های ارتقا یافته دارای سختی پایه‌ای بیش از ۴۰۰ HB هستند و در مقایسه با نسخه‌های استاندارد آلیاژی، در خاک‌های بسیار ساینده حدود دو برابر طولانی‌تر عمر می‌کنند. از سوی عملیاتی، نظارت دقیق بر محدودیت‌های بار برای جلوگیری از فشار بیش از حد به تجهیزات امری حیاتی است. تنظیم سرعت چرخش در محدوده ۱۵ تا ۲۵ دور در دقیقه، بهترین نتیجه را در مناطقی با خاک فشرده و حاوی مقادیر زیادی کوارتز ایجاد می‌کند؛ این امر به کاهش سایش ناشی از اصطکاک بیش از حد کمک می‌کند. تیم‌های نگهداری باید برنامه‌های پیش‌بینانه‌ای را اجرا کنند که الگوهای ارتعاش را تحلیل کرده و ترک‌های در حال تشکیل را پیش از آنکه به مشکلات جدی تبدیل شوند، شناسایی کنند. بازرسی لبه‌های برشی و اطمینان از محکم بودن تمام پیچ‌ها و اتصالات به‌صورت ماهانه، اجرای عملیات را بدون وقوع حوادث غیرمنتظره، روان و بدون وقفه نگه می‌دارد. آموزش صحیح اپراتورها در مورد تنظیم زوایای انحراف در محدوده حدود ۵ درجه در شرایط زمین متراکم نیز، سایش را به‌طور یکنواخت‌تری روی سطح سطل توزیع می‌کند. تمام این روش‌های ترکیبی می‌توانند هزینه‌های تعویض را حدود ۳۰ درصد کاهش دهند؛ کاهشی که برای شرکت‌هایی که در محیط‌های پر از شن و کوارتز فعالیت می‌کنند — جایی که اکثر شکست‌ها رخ می‌دهند — تأثیر بسزایی دارد.

سوالات متداول

سوال: چه شرایط زمین‌شناسی‌ای باعث سایش سطل حفاری می‌شوند؟
پاسخ: سازندهای ساینده مانند گرانیت و بازالت، همچنین خاک‌های حاوی مقدار بالای کوارتز یا شن و ماسه، عوامل اصلی سایش سریع سطل‌های حفاری هستند.

سوال: خطاهای عملیاتی چگونه بر طول عمر سطل حفاری تأثیر می‌گذارند؟
پاسخ: نیروی نفوذ بیش از حد، بارگذاری بیش از ظرفیت، سرعت چرخش نامناسب و زوایای نادرست انحراف سطل می‌توانند عمر سطل‌های حفاری را به‌طور قابل توجهی کاهش دهند.

سوال: چرا نگهداری برای طول عمر سطل حفاری حیاتی است؟
پاسخ: نگهداری مناسب، از جمله بازرسی‌های دوره‌ای و بررسی محکم بودن پیچ‌ها، از خرابی‌های اولیه جلوگیری کرده و عمر سطل را افزایش می‌دهد.

سوال: چه اقداماتی می‌توانند سایش سریع سطل‌های حفاری را کاهش دهند؟
پاسخ: استفاده از سطل‌های تقویت‌شده با کاربید تنگستن، تنظیم سرعت چرخش، رعایت محدودیت‌های بارگذاری و اجرای برنامه‌های نگهداری پیش‌بینانه، راهبردهای مؤثری برای کاهش سایش هستند.