Causas de falhas do martelo DTH na perfuração de rochas duras — quatro categorias principais de falhas explicadas
Na perfuração de rochas duras com martelos de fundo de furo (DTH), a alta dureza da formação, as pesadas cargas de perfuração e os ambientes de trabalho severos aumentam a probabilidade de ocorrência de diversas falhas. Essas falhas afetam diretamente a taxa de penetração, a qualidade do furo e a vida útil do equipamento. Com base nas principais condições da perfuração em rochas duras, as falhas comuns se enquadram em quatro grupos: degradação do desempenho por impacto, desgaste mecânico/travamento, anormalidades no sistema de remoção de detritos e falhas na transmissão de energia. A seguir, serão analisados os sintomas e as causas principais de cada grupo.
Degradação do desempenho de impacto Sintoma e efeito: uma queda repentina na eficiência de quebra de rochas. Os sinais típicos são redução da força de impacto e menor frequência de impacto; a broca não consegue mais fraturar rochas duras com eficiência e a penetração diminui drasticamente ou para. As principais causas incluem:
1.1 Problemas de fornecimento de energia/meio de alimentação
Em martelos pneumáticos (acionados a ar), a pressão insuficiente do compressor (abaixo da faixa de 0,6 a 1,2 MPa normalmente necessária para perfuração em rocha dura), o fluxo de ar instável ou vazamentos/bloqueios de ar na linha de suprimento reduzem a pressão disponível para acionar o pistão.
Em martelos hidráulicos, pressão insuficiente da bomba, contaminação do óleo hidráulico e passagens obstruídas reduzem a força de acionamento do martelo.
Contaminantes no fluido hidráulico (umidade ou poeira no ar comprimido; partículas metálicas no óleo hidráulico) aceleram o desgaste das vedações e reduzem ainda mais a eficiência do fluido.
1.2 Falhas na distribuição interna de ar/fluxo
Martelos do tipo válvula geralmente sofrem desgaste, deformação ou travamento da placa da válvula, o que interrompe a comutação oportuna da válvula e impede que o pistão alcance a reciprocidade de alta frequência.
Os projetos sem válvulas podem ser afetados pelo desgaste ou entupimento das ranhuras de fluxo do pistão/cilindro; o acúmulo de resíduos atrasa a reversão do fluxo, interrompe o ciclo de impacto e reduz significativamente a potência do impacto.
1.3 Problemas de interface pistão-bit
Impactos de alta frequência contra a broca causam desgaste severo na face do pistão e na cauda da broca; o aumento da folga na interface de contato leva à perda de energia durante a transferência.
A instalação excêntrica da broca ou pinos de localização soltos podem causar impactos fora do centro ("misstrikes"), reduzindo a eficiência do impacto e acelerando o desgaste localizado.
Desgaste mecânico, travamento e falha estrutural. Sintomas e efeitos: causas de tempo de inatividade. Sob impactos de alta frequência e torque rotacional, as peças mecânicas sofrem desgaste excessivo, travam ou quebram. Manifestações comuns incluem travamento do pistão, danos à coluna de perfuração e desgaste dos subconjuntos dianteiro/traseiro, com as seguintes causas principais:
2.1 Travamento e desgaste do pistão
Cargas pesadas intensificam o atrito entre o pistão e a parede do cilindro. Lubrificação inadequada (por exemplo, falta de lubrificação regular em martelos pneumáticos ou perda da lubricidade em óleo hidráulico envelhecido) e a entrada de detritos rochosos podem reduzir as folgas e causar o travamento do pistão. A operação prolongada em alta frequência também desgasta a superfície do pistão e pode produzir fissuras; em casos graves, o pistão pode fraturar.
2.2 Danos na coluna de perfuração
A coluna de perfuração deve transmitir torque e suportar o peso do martelo. Se a resistência do material da coluna de perfuração for insuficiente, as roscas estiverem soltas ou ocorrer desvio do furo, a coluna poderá sofrer momentos de flexão adicionais, levando à flambagem, deformação ou falha da rosca. A abrasão causada por detritos de rocha na parede externa também acelera o desgaste e reduz a vida útil.
2.3 Danos nas juntas e vedações
As subconjuntos dianteiro e traseiro são componentes de conexão críticos; sob vibração e torque intensos, suas roscas podem se desgastar ou deformar. As vedações (anéis O, anéis de vedação) são expostas a fluidos abrasivos e temperaturas elevadas (o calor gerado na broca pode ser conduzido para o martelo); as vedações envelhecem e racham, causando vazamentos de fluido e permitindo a entrada de cavacos nos conjuntos internos, o que acelera o desgaste.
Anomalias no sistema de remoção de detritos. Sintoma e efeito: interrupções na perfuração contínua. Os detritos de rocha dura são tipicamente duros e grosseiros; quando o sistema de remoção de detritos apresenta desempenho insatisfatório, ocorrem problemas como entupimento do furo e evacuação inadequada dos detritos. Os sintomas incluem acúmulo de detritos no furo, broca enterrada, aumento repentino da resistência à perfuração e, em casos graves, aprisionamento da tubulação. Principais causas:
3.1 Meio de transporte de estacas insuficiente
Martelos pneumáticos podem não ter volume de ar de lavagem suficiente; martelos hidráulicos podem ter fluxo de fluido de lavagem insuficiente; qualquer uma dessas condições impede a remoção oportuna dos detritos do fundo do poço. O desgaste ou a deformação das passagens de transporte (por exemplo, o furo central da broca, o furo central do pistão) devido ao transporte prolongado de detritos abrasivos podem estreitar os canais e reduzir ainda mais a eficiência de evacuação.
3.2 Descompasso entre os parâmetros de perfuração e a remoção de detritos
Se a taxa de penetração for muito alta, os detritos gerados excederão a capacidade do sistema de remoção. Velocidade de rotação incorreta ou configurações de empuxo da broca podem produzir detritos excessivamente grossos que não conseguem passar pelas passagens de fluxo, causando acúmulo e bloqueio.
3.3 Desvio do furo e deposição de detritos
O desvio do furo durante a perfuração cria depressões na parede do furo onde os detritos se acumulam e não são removidos eficazmente pelo fluido de lavagem. Com o tempo, esses depósitos formam uma camada compacta de detritos que obstrui o avanço do martelo e a ação da broca.
Falhas na transmissão de potência. Sintoma e efeito: interrupções na perfuração devido à quebra na transmissão de torque ou à falha na transmissão de energia de impacto para a broca. Essas falhas ocorrem comumente nas interfaces coluna de perfuração/martelo e martelo/broca. Principais causas:
4.1 Conexões soltas ou danificadas
Roscas soltas ou danificadas entre a coluna de perfuração e a parte traseira do martelo, ou o desgaste dos pinos/estrias de localização, impedem a transferência confiável de torque e impedem a rotação do martelo juntamente com a coluna.
O desgaste ou a deformação dos componentes de conexão frontal/bitola do martelo (porcas de travamento, anéis de retenção, etc.) podem fazer com que o suporte da bitola se solte, produzindo golpes secos onde a energia do impacto não é transmitida à rocha e a rotação síncrona é perdida, causando desgaste irregular dos dentes da bitola.
4.2 Danos nos bits causando falha na transmissão
As brocas de corte (botões de carboneto de tungstênio, cortadores de diamante policristalino) em perfuração de rochas duras são propensas a desgaste, lascamento ou desprendimento. Uma broca danificada não consegue penetrar efetivamente na formação, de modo que a energia do impacto não é transferida através dos cortadores para a rocha e, em vez disso, é transmitida de volta para a estrutura interna do martelo, aumentando as cargas de choque internas e causando falhas secundárias.
Resumo e principais fatores de influência: De modo geral, as falhas comuns do martelo DTH em perfuração de rochas duras decorrem das características predominantes das condições de trabalho: altas cargas e ambientes agressivos. Os principais fatores de influência podem ser agrupados em três categorias:
Compatibilidade inadequada do equipamento: modelo do martelo, tipo de broca ou materiais dos componentes não adequados às condições de rocha dura.
Operação e manutenção inadequadas: configurações de parâmetros de perfuração irrealistas, falta de limpeza e lubrificação regulares e substituição tardia de peças desgastadas.
Má coordenação dos sistemas auxiliares: fornecimento instável de energia e fluido de perfuração, e incompatibilidade entre a capacidade de remoção de detritos e o ciclo de perfuração.
Identificar as causas principais desses tipos de falha fornece uma base para a resolução de problemas e medidas preventivas, garantindo uma perfuração contínua e eficiente em rocha dura.
