Falhas do martelo DTH em condições de rocha dura — causas para quatro tipos principais de falhas
Os martelos de fundo de furo (DTH, na sigla em inglês) usados na perfuração de rochas duras são propensos a uma série de falhas devido à alta dureza da formação, às pesadas cargas de perfuração e aos ambientes operacionais severos. Essas falhas afetam diretamente a taxa de penetração, a qualidade do furo e a vida útil do equipamento. Com base nas condições típicas de perfuração em rochas duras, as falhas comuns se agrupam em quatro categorias: desempenho de impacto degradado, desgaste mecânico/travamento, problemas no sistema de remoção de detritos e falhas na transmissão de energia. A seguir, explicamos os sintomas e as causas principais de cada categoria.
Degradação do desempenho de impacto. Esta é uma das falhas mais comuns e se manifesta como uma queda repentina na eficiência de quebra de rochas: redução da força de impacto, menor frequência de impacto e uma broca que não consegue mais fraturar rochas duras com eficácia, fazendo com que a penetração diminua drasticamente ou pare. As principais causas incluem:
1.1 Problemas de fornecimento de energia/meio de alimentação
Em martelos pneumáticos, a pressão insuficiente do compressor (abaixo da faixa de 0,6 a 1,2 MPa normalmente necessária para rochas duras), o fluxo de ar instável ou vazamentos/bloqueios nas linhas de alimentação reduzem a pressão disponível para acionar o pistão.
Em martelos hidráulicos, baixa pressão da bomba ou circuitos hidráulicos obstruídos por óleo contaminado 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 Fluxo interno ou falhas de válvulas
Martelos do tipo válvula frequentemente sofrem desgaste, deformação ou travamento da placa da válvula, interrompendo a comutação oportuna da válvula e impedindo o movimento alternativo de alta frequência do pistão.
Os projetos sem válvulas podem ser afetados pelo desgaste ou bloqueio das ranhuras de fluxo do pistão/cilindro; o acúmulo de detritos atrasa a reversão do fluxo, perturba o ciclo de impacto e reduz drasticamente a energia de impacto.
1.3 Problemas de interface pistão-bit
Impactos de alta frequência desgastam a face do pistão e a cauda da broca, aumentando as folgas de contato e causando perdas na transferência de energia.
A instalação excêntrica da broca ou pinos de localização soltos causam impactos fora do centro, reduzindo a eficiência do impacto e acelerando o desgaste localizado.
Desgaste mecânico, travamento e falhas estruturais. Esses problemas são as principais causas de tempo de inatividade. Sob impactos repetidos e torque rotacional, as peças mecânicas podem sofrer desgaste excessivo, travar ou quebrar. As manifestações e causas típicas incluem:
2.1 Travamento e desgaste do pistão
Cargas pesadas aumentam o atrito entre o pistão e o cilindro. Lubrificação inadequada (por exemplo, intervalos de lubrificação perdidos em martelos pneumáticos ou óleo hidráulico degradado) e a entrada de detritos rochosos reduzem as folgas e levam ao travamento do pistão. A operação prolongada em alta frequência também desgasta as superfícies do pistão e pode causar fissuras; em casos graves, o pistão pode romper.
2.2 Danos na coluna de perfuração
A coluna de perfuração transmite o torque e suporta o martelo. Se a resistência do material da coluna for insuficiente, as roscas estiverem soltas ou ocorrer desvio no furo, a coluna pode sofrer momentos de flexão adicionais que causam flambagem, deformação ou falha da rosca. A abrasão causada pelos fragmentos de rocha na parede externa acelera ainda mais o desgaste e reduz a vida útil.
2.3 Danos nas juntas e vedações
Os componentes de conexão dianteiros e traseiros são críticos; vibrações e torques intensos podem danificar ou deformar as roscas. As vedações (anéis O, anéis de vedação) expostas a meios abrasivos e temperaturas elevadas envelhecem e racham, causando vazamentos de fluido e permitindo a entrada de partículas nos componentes internos, o que acelera o desgaste.
Anomalias no sistema de remoção de detritos. Os detritos duros e grosseiros produzidos na perfuração de rochas duras exigem uma remoção confiável. Quando o sistema de remoção de detritos apresenta desempenho insatisfatório, o resultado é o entupimento do furo, evacuação inadequada e aumento da resistência à perfuração — às vezes levando ao aprisionamento da tubulação. As principais causas incluem:
3.1 Fluido de lavagem ou fluxo insuficiente
Martelos pneumáticos com fluxo de ar insuficiente ou martelos hidráulicos com fluxo de fluido de lavagem inadequado não conseguem remover os detritos do fundo do poço prontamente. O fluxo abrasivo prolongado também desgasta e deforma as passagens de transporte (por exemplo, o furo central da broca ou o furo central do pistão), estreitando os canais e reduzindo a eficiência de evacuação.
3.2 Descompasso entre os parâmetros de perfuração e a remoção de detritos
Uma taxa de penetração excessiva pode gerar mais detritos do que o sistema de remoção consegue transportar. Velocidades de rotação ou configurações de empuxo da broca incorretas podem produzir detritos muito 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 cria pontos baixos onde os detritos se acumulam e não são removidos eficazmente pelo fluido de lavagem. Com o tempo, esses depósitos formam uma camada compactada de detritos que impede o avanço do martelo e a ação da broca.
Falhas na transmissão de potência. Essas falhas interrompem a perfuração quando a transmissão de torque é perdida ou a energia de impacto não chega à broca. Elas ocorrem comumente nas interfaces entre a coluna de perfuração e o martelo, e entre o martelo e a broca. As causas incluem:
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 ou estrias de localização, impedem a transferência confiável de torque e impedem a rotação do martelo juntamente com a coluna.
Componentes de conexão entre a broca e a parte frontal desgastados ou deformados (porcas de travamento, anéis de retenção, etc.) podem permitir que as brocas se soltem, produzindo impactos secos onde a energia não atinge a rocha e a rotação síncrona é perdida, causando desgaste irregular da ferramenta de corte.
4.2 Danos nos bits causando falha na transmissão
O desgaste, lascamento ou perda das lâminas de corte (botões de carboneto de tungstênio, lâminas de corte PDC/diamantadas) impede o contato eficaz com a formação. A energia do impacto, então, não é transmitida através das lâminas até a rocha e, em vez disso, reflete de volta para os componentes internos do martelo, aumentando as cargas de choque internas e causando falhas secundárias.
Resumo e principais fatores de influência Em resumo, as falhas comuns do martelo DTH na perfuração de rochas duras decorrem das características definidoras do trabalho: altas cargas e ambientes agressivos. Os principais fatores de influência se dividem em três grupos:
Equipamento inadequado: modelo de martelo, tipo de broca ou materiais dos componentes não compatíveis com as condições de rocha dura.
Operação e manutenção inadequadas: parâmetros de perfuração inapropriados, falta de limpeza ou lubrificação regulares e substituição tardia de peças desgastadas.
Má coordenação do sistema auxiliar: fornecimento instável de energia e fluido de perfuração e incompatibilidade entre a capacidade de remoção de detritos e o ciclo de perfuração.
Compreender essas causas principais fornece a base para a resolução de problemas e medidas preventivas direcionadas, a fim de manter a perfuração em rocha dura contínua e eficiente.
