Типичные повреждения резьбовых штанг, муфт, концевиков

Усталостное разрушение буровых штанг неизбежно вследствие того, что они подвергаются повторяющимся сжимающим циклическим нагрузкам. Уровень напряжённого состояния в каждом цикле увеличивается, и в результате число таких действий, требуемых для превышения предела выносливости, сокращается. Оптимальная цель при конструировании буровых штанг заключается в том, чтобы срок службы штанги превысил предел усталости металла. При нормальных условиях бурения такая штанга должна изнашиваться без поломок.

Однако, если при неправильном обращении буровая сталь подвергается не соответствующим ей нагрузкам или предел усталости уменьшен из-за повреждения поверхности штанги, то может происходить разрушение. Почти все повреждения являются причиной усталостного разрушения металла инициируемого и распространяемой из точки поврежденной поверхности. Затем следует катастрофическое разрушение тела штанги в поперечном сечении.

В экстремальных ситуациях при воздействии чрезмерных сгибающих нагрузок катастрофическое разрушение может происходить и без проявления каких-либо усталостных напряжений.

Повреждение штанг

Проблема	Возможная причина	Рекомендуемое действие
Позиция 1 — Характеризуется зарождением и разрастанием усталостных изменений материала с внешней поверхности. Поверхностный слой стали получил зарубку или вмятину	i) Повреждение поверхностного слоя, вызванное изношенным центратором либо изношенной стальной втулкой	i) Заменить центратор, если его диаметр более чем на 5 мм превышает размер штанги
	ii) Применение молотка для извлечения застрявшей штанги	ii) Использовать специальный ключ для ослабления застрявшей штанги вращением
	iii) Неправильное обращение и техническое обслуживание	iii) При извлечении штанг из скважины укладывайте их в специальное приспособление. Ни в коем случае не бросайте штанги
Позиция 2 — Характеризуется зарождением и разрастанием усталостных изменений материала в промывочном отверстии	i) Коррозия	i) Обеспечить правильное хранение в соответствии с правилами технического обслуживания
	ii) Коррозия вызвана солями либо другими агрессивными добавками промывочного раствора	ii) Чаще заменять компоненты или применять нейтральную промывочную жидкость
	iii) Неправильная антикоррозионная обработка при производстве	iii) Направить на анализ
	v) Внутренний дефект стали	v) Направить на анализ
Позиция 3 — Хрупкое разрушение по сечению штанги там, где усталость металла проявляется по окружности резьбы в месте кольцевой канавки	i) Блуждающая или отклоняющаяся скважина	i) Применить устройства или системы для прямолинейного бурения
	ii) Искривление ствола скважины из-за чрезмерной подачи	ii) Следить за усилием подачи и регулировать в зависимости от состояния горных пород
	ii) Искривление ствола скважины из-за несоосности инструмента	iii) Использовать инструмент для задания того же направления бурения, что и при забуривании. Заменить накладки каретки
	iv) Плохие условия бурения. Бурение в кавернозных, напластованных и/ или в разрушенных горных породах	iv) Регулировать давления при бурении в зависимости от состояния горных пород

Повреждения резьбовых штанг

Проблема	Возможная причина	Рекомендуемое действие
Позиция 1 — Разрушение происходит в месте окончания муфты или за закруглением резьбы. Типичное хрупкое разрушение	i) Блуждающая или отклоняющаяся скважина	i) Применить устройства или системы для прямолинейного бурения
	ii) Износ резьбы и/или муфты. Смещение муфты из-за износа мостовой перемычки	ii) Заменить изношенные компоненты. Не использовать износившиеся муфты с новыми штангами. Заменяйте муфты вместе со штангами
	iii) Искривление ствола скважины из-за чрезмерной подачи	iii) Следить за усилием подачи и регулировать в зависимости от состояния горных пород
	iv) Искривление ствола скважины из-за несоосности инструмента	iv) Использовать инструмент для задания того же направления бурения, что и при забуривании. Заменить накладки каретки
	v) Чрезмерное вращение при извлечении штанг	v) Отрегулировать давление вращения
	vi) Высокие нагрузки при вращении вызываются при бурении затупленной коронкой и увеличивают растягивающие напряжения	vi) Затачивать коронку тогда, когда пятно износа вставки проявится более чем на 1/3 вставки, либо когда высота вставки несоответствующая
	vii) Бурение в кавернозных, напластованных и/или в разрушенных горных породах	vii) Отрегулировать давление вращения в зависимости от состояния горных пород
	viii) Продолжение нанесения ударов по прихваченной штанге в кавернах или слоистых горных породах	viii) Использовать буровые установки с противозаклинивающей системой. Уменьшите силу подачи и ударное давление
Позиция 2 — Разрушение вследствие высоких напряжений поверхности или сдвиговых напряжений происходящее на расстоянии 1/3 длины резьбы	i) Износ резьбы или наволакивание поверхности	i) Заменить изношенные компоненты
	ii) Наружная поверхность резьбы повреждена вмятинами и сколами из-за неправильного обращения и технического обслуживания	ii) При извлечении штанг из скважины укладывайте их в специальное приспособление. Ни в коем случае не бросайте штанги
Позиция 3 — Скол на конце штанги	i) Слишком большой люфт в соединении. Штанги неправильно соединены в муфте, в результате износа резьбы или мостовой перемычки	i) Заменить изношенные компоненты
Позиция 3 — Скол на конце штанги	ii) Удары молотком по концу штанги или муфте	ii) Использовать специальный инструмент для развинчивания соединений
Позиция 4 — Наволакивание на резьбе и чрезмерный нагрев (цвет изменяется на синий)	i) Неиспользованная ударная энергия отражается назад к перфоратору	i) Отрегулировать давление вращения в зависимости от состояния горных пород
	ii) Бурение затупленной коронкой	ii) Затачивать коронку тогда, когда пятно износа вставки проявится более чем на 1/3 вставки. Заменить коронку, если вставка достигнет критического износа.

Повреждения муфт

Проблема	Возможная причина	Рекомендуемое действие
Позиция 1 — Расплющивание конца	i) Удары молотком по муфте	i) Использовать специальный инструмент при развинчивании
Позиция 2 — Конец муфты сколот, треснут и/или развальцован	i) Буровая штанга плохо сидит в месте соединения соединительной муфты из-за несоответствия резьб	i) Важно вести учет и сортировать весь инструмент по производителям, для уверенности в идентичности резьб. Не использовать смешанную колонну
	ii) Изношенный инструмент смешан с новым	ii) Установить новые муфты с новыми штангами
	iii) Несоосность подачи	iii) Починить неисправное оборудование
	iv) Перегрев муфты	v) Максимальная температура нагрева муфт при работе составляет 182° C
	v) Неправильная термическая обработка	v) Направить на анализ
	vi) Падение штанги при извлечении из восстающих скважин	vi) Использовать перфоратор с резьбой хвостовика присоединённой к нижней штанге
	vii) Запуск удара или вращения при нахождении конца хвостовика напротив муфты	vii) Не включать удар или вращение до тех пор, пока конец хвостовика не сядет плотно в муфту
Позиция 3 — Разрушение поперёк резьбового соединения	i) Искривление скважины или несоосность подачи инструмента по отношению к направлению скважины	i) Применить устройства или системы для прямолинейного бурения
	ii) Низкое давление подачи	ii) Следить за усилием подачи и регулировать в зависимости от состояния горных пород
	iii) Высокая нагрузка при вращении из-за бурения изношенной коронкой	iii) Затачивать коронку тогда, когда пятно износа вставки проявится более чем на 1/3 вставки. Заменить коронку, если вставка достигнет критического износа.
	v) Наружная поверхность стали в царапинах и вмятинах	iv) Избегать ударов молотком по соединению. Использовать специальный инструмент для развинчивания соединений. Правильно применять рекомендации по УХОДУ И ОБСЛУЖИВАНИЮ
Позиция 4 — Точечная коррозия или наволакивание резьбы	i) Неиспользованная энергия удара отражается и поглощается	ii) Регулировать давления удара и подачи в зависимости от состояния породы
Позиция 4 — Точечная коррозия или наволакивание резьбы	ii) Бурение затупленной коронкой	ii) Затачивать коронку тогда, когда пятно износа вставки проявится более чем на 1/3 вставки. Заменить коронку, если вставка достигнет критического износа
Позиция 5 — Раскалывание муфты	i) Бурение с изношенной резьбой	i) Менять муфты как можно чаще
Позиция 5 — Раскалывание муфты	ii) Избыточное давление при подаче	ii) Следить за усилием подачи и регулировать в зависимости от состояния горных пород

Повреждения хвостовиков

Проблема	Возможная причина	Рекомендуемое действие
Позиция 1 — Следы от ударов, сколы, расплющивание конца	i) Отсутствие соосности из-за износа втулки	i) Заменить изношенные компоненты
Позиция 1 — Следы от ударов, сколы, расплющивание конца	ii) Поломка поршня	ii) Заменить изношенные компоненты
Позиция 2 — Разрушение примерно в 25 мм от ударной поверхности	i) Износ патрона	i) Заменить изношенные компоненты
	ii) Усталостное напряжение развилось от проточки под уплотнение промывочной жидкости	ii) Направить на анализ
Позиция 3 — Износ сверху от шлицов	i) Недостаточная смазка	i) Регулярно смазывать перфоратор
	ii) Чрезмерное усилие подачи	ii) Следить за температурой муфты в процессе бурения и отрегулировать давление подачи в соответствии с рекомендациями
	iii) Износ патрона либо передней втулки	iii) Заменить изношенные компоненты
Позиция 4 — Износ вдоль поверхности шлицов	i) Износ патрона	i) Заменить изношенные компоненты
	ii) Высокий момент вращения	ii) Отрегулировать давление вращения
	iii) Недостаточная смазка	iii) Регулярно смазывать перфоратор
	iv) Бурение чрезмерно изношенными коронками и коронками с недостаточным выступом вставок	iv) Затачивать коронки при проявлении пятна износа на 1/3 вставки. Заменить коронку, если вставка достигнет критического износа. Для эффективного бурения отбирать и использовать коронки только с нормальным профилем и выступом вставок.
	v) Несоответствующая подача	v) Отрегулировать давление подачи в соответствии с рекомендациями
Позиция 5 — Износ шлицов снизу плечиков	i) Чрезмерное вращение при извлечении буровой колонны из скважины	i) Отрегулировать давление вращения
Позиция 6 — Износ снизу от шлицов	i) Чрезмерное вращение при извлечении буровой колонны из скважины	i) Отрегулировать давление вращения
Позиция 7 — Износ передней части хвостовика	i) Отсутствие соосности из-за износа наружной втулки	i) Заменить изношенные компоненты
Позиция 7 — Износ передней части хвостовика	ii) Недостаточная смазка	ii) Регулярно смазывать перфоратор
Позиция 8 — Износ сверху от резьбы	i) Искривление ствола скважины изза несоосности инструмента	i) Использовать инструмент для задания того же направления бурения, что и при забуривании. Заменить накладки каретки
	ii) Отклонение скважины	ii) Применить устройства или системы для прямолинейного бурения
	iii) Чрезмерное усилие подачи	iii) Следить за температурой муфты в процессе бурения и отрегулировать давление подачи в соответствии с рекомендациями
Позиция 9 — Повреждение в теле резьбы	i) Несовпадение резьбы	i) Использовать только сертифицированные оригинальные компоненты Boart Longyear от авторизованных или имеющих лицензию производителей
	ii) Недостаточная смазка	ii) Регулярно смазывать перфоратор
	iii) Слишком большой люфт в соединении из-за износа резьбы в результате неправильного соединения хвостовика с муфтой.	iii) Заменить изношенные компоненты. Не устанавливайте изношенные муфты на новые штанги. Заменяйте муфту при смене хвостовика перфоратора.
	iv) Чрезмерный дребезг штанги	iv) Избегать чрезмерного дребезга штанги. Конструкция резьб Boart Longyear облегчает развинчивание. Проверить резьбу если соединение не страгивается легко. Вероятными причинами тугого резьбового соединения могут быть: (1) затупленные коронки; (2) изношенные или плотно пригнанные резьбы на штангах или муфтах; (3) некорректные или плотно пригнанные резьбы; и (4) недостаточная или малоэффективная резьбовая смазка.
Позиция 10 — Повреждение близко к началу захода резьбы	i) Чрезмерное давление удара	i) Следить за температурой муфты в процессе бурения; отрегулировать давление удара перфоратора
	ii) Разрушение буровой штанги	ii) Заменить штангу
	iii) Износ муфты	iii) Заменить изношенные компоненты. Не устанавливайте изношенные муфты на новые штанги. Заменить муфту при смене штанги.
Позиция 11 — Выщербленный резьбовой торец	i) Хвостовик неправильно сопряжён со штангой	i) Заменить повреждённые или изношенные муфты
	ii) Разрушение буровой штанги	ii) Заменить штангу
	iii) Затыльник штанги не перпендикулярен оси	iii) Направить на анализ
	iv) Хвостовик «играет» в соединении	iv) Проверить положение податчика на несоосность
Позиция 12 — Выкрашивание и задиры на резьбе	i) Изношена коронка. Чрезмерный износ торца и недостаточный вылет вставок	i) Затачивать коронки при проявлении пятна износа на 1/3 вставки. Заменить коронку, если вставка достигнет критического износа. Для эффективного бурения отбирать и использовать коронки только с нормальным профилем и выступом вставок.
	ii) Недостаточная смазка	ii) Регулярно смазывать перфоратор
	iii) Несоответствующая подача	iii) Для эффективного бурения отбирать и использовать коронки только с нормальным профилем и выступом вставок.
Позиция 13 — Выкрашивание и задиры на шлицах	i) Недостаточная смазка	i) Регулярно смазывать перфоратор
Позиция 13 — Выкрашивание и задиры на шлицах	ii) Excessive rotation in soft or broken ground	ii) Отрегулировать давление вращения
Позиция 14 — Чрезмерный износ верхушки шлицевых плечиков	i) Чрезмерное усилие подачи	i) Следить за температурой соединения в процессе бурения и отрегулировать давление подачи в соответствии с рекомендациями
Позиция 14 — Чрезмерный износ верхушки шлицевых плечиков	ii) Недостаточная смазка	ii) Регулярно смазывать перфоратор