ما هي أسباب كسر قضيب الحفر؟ وكيفية تجنب ذلك؟

　أكثر أشكال الفشل رعباً في قضبان الحفر هو كسرها. في حالة كسر قضبان الحفر أثناء عمليات التوجيه والحفر الاتجاهي ومد الأنابيب، فإن ذلك سيؤدي إلى آثار خطيرة على المشروع، ليس فقط من الناحية الاقتصادية، بل أيضاً من حيث التأثير على الجدول الزمني، وفقدان السمعة، والنتائج التي لا يمكن تصورها. لذلك، يجب على شركات الإنشاءات أن تتعلم كيفية اختيار قضبان الحفر واستخدامها بشكل صحيح؛ ويجب على مصنعي قضبان الحفر أن يعرفوا المتطلبات الخاصة لقضبان الحفر في مشاريع الحفر غير المفتوحة، وأن ينتجوا قضبان حفر عالية القوة والمرونة والموثوقية.

　　أسباب فشل قضبان الحفر (وخاصة الكسر): بالإضافة إلى مشاكل جودة قضبان الحفر نفسها، فإن التشغيل غير السليم أثناء الإنشاء هو السبب الرئيسي لفشل قضبان الحفر.

　　1- تحليل الأشكال الرئيسية لفشل قضبان الحفر وأسبابه

　　غالبًا ما تتعرض قضبان الحفر المستخدمة في عمليات التوجيه والحفر الاتجاهي غير المفتوحة لقوى الشد والالتواء الكبيرة، بالإضافة إلى قوى الانحناء. عندما تمر قضبان الحفر عبر المقاطع المنحنية، فإنها تنثني قسراً، حيث يتعرض الجانب الداخلي للانحناء لضغط، والجانب الخارجي لشد. عندما تدور قضبان الحفر في المقاطع المنحنية، فإنها تتعرض لضغوط متغيرة الشد والضغط، وكلما قل نصف قطر انحناء الحفرة، زادت الضغوط المتغيرة. وقد أظهرت الدراسات أن هذه الضغوط المتغيرة، عند وصولها إلى قيمة معينة، تسهل حدوث تشققات إجهاد في قضبان الحفر. تكون التشققات الإجهادية الأولية في قضبان الحفر صغيرة جدًا، يصعب اكتشافها بالعين المجردة، لكن سرعة نمو التشققات الإجهادية سريعة، وتظهر في النهاية على شكل كسر هش مفاجئ. وقد أثبتت التجارب أن الكسر الإجهادي لقضبان الحفر بسبب الضغوط المتغيرة هو السبب الرئيسي لفشل قضبان الحفر غير المفتوحة. وقد أكدت العديد من حوادث كسر قضبان الحفر أثناء عمليات توجيه الحفر هذه النتيجة.

　　في الوقت الحاضر، هناك العديد من فرق الإنشاءات غير المفتوحة في الصين تتكون من شركات متخصصة ذات خبرة عالية، ولكن هناك المزيد من الفرق التي تم تجميعها مؤقتًا بدون أي خبرة أو تقنية في الإنشاءات، وغالبًا ما لا يعرفون حتى نصف قطر انحناء قضبان الحفر (أو الحفر)، لذا فإن تكليفهم بالإشراف على عمليات الإنشاءات غير المفتوحة هو السبب الرئيسي للجانب البشري في كسر قضبان الحفر.

　　2- تدابير لتجنب فشل قضبان الحفر غير الطبيعي

　　وفقًا لتحليل أسباب فشل قضبان الحفر، بالإضافة إلى الفشل بسبب التآكل الطبيعي، يمكن تقسيم أسباب الفشل غير الطبيعي لقضبان الحفر إلى جانبين: أسباب تتعلق بعملية العمال وأسباب تتعلق بجودة قضبان الحفر نفسها. لذلك، يمكننا تجنب الفشل غير الطبيعي لقضبان الحفر من خلال تحسين جودة قضبان الحفر وتوحيد العمليات.

3- تحسين جودة قضبان الحفر

　　(1) اختيار مواد قضبان الحفر: للتكيف مع تحليل الإجهاد لقضبان الحفر التوجيهية والاتجاهية غير المفتوحة، يجب أن يكون جسم قضيب الحفر ذو قوة شد عالية، وقدرة جيدة على مقاومة الانحناء، ومقاومة جيدة للصدمات. يجب اختيار مواد الجسم من أنابيب فولاذية غير ملحومة من سبائك الكربون المتوسطة، ويجب أن تحتوي عناصر السبائك على عناصر مثل Cr و Mo لزيادة قوة الشد ومقاومة الصدمات، وعناصر مثل Mn و Si لزيادة مرونة المواد (أي مقاومة الانحناء). في بعض الأحيان، تحتوي أيضًا على كميات ضئيلة من عناصر مثل B و V لزيادة قابلية التبريد. تشمل المواد الشائعة للجسم: 36Mn2V و 35CrMo و 42MnMo7 و 35CrMnSi و 45MnMoB.

　　يُعدّ انتظام سمك جدار الأنابيب الفولاذية غير الملحومة المستخدمة في الجسم وعيوب التشكيل من العوامل المهمة التي تؤثر على جودة قضبان الحفر. في حالة عدم انتظام سمك جدار الأنابيب الفولاذية غير الملحومة المصنعة في مصانع الصلب الصغيرة، فإنه من السهل أن تنشق طوليًا في الأماكن ذات السمك الرقيق عندما تتعرض قضبان الحفر لعزم دوران كبير. بعض الأنابيب بها عيوب مثل القشور والمسام، ومن السهل أن تنكسر قضبان الحفر أو تتسرب منها السوائل من هذه الأماكن.

　　تتعرض وصلات قضبان الحفر لأكثر الإجهادات تعقيدًا، وتحتاج إلى أداء ميكانيكي شامل عالي. غالبًا ما تُصنع وصلات قضبان الحفر من قضبان 35CrMo أو 42CrMo، ولكن يمكن أن يحسن استخدام المواد المصنوعة من وصلات مزورة بشكل كبير من الأداء الميكانيكي الشامل.

　　(2) اختيار عملية التصنيع: حاليًا، تُصنّع قضبان الحفر غير المفتوحة محليًا من خلال عمليات تصنيع مختلفة، وهي بشكل رئيسي قضبان الحفر المصنوعة بالكامل من خلال عملية التزوير (يُشار إليها باسم قضبان الحفر المتكاملة)، وقضبان الحفر المصنوعة من خلال عملية التزوير بالدفع + اللحام بالاحتكاك (يُشار إليها باسم قضبان الحفر الملحومة بالدفع)، وقضبان الحفر المصنوعة من خلال عملية اللحام بالاحتكاك فقط (يُشار إليها باسم قضبان الحفر الملحومة بالاحتكاك).

　　(3) معالجة قسم السماكة المتزايدة بالدفع: سواء كانت قضبان الحفر متكاملة أو قضبان حفر ملحومة بالدفع، فإن جودة معالجة قسم الانتقال بين القسم السميك والسميك غير المتزايد بالدفع هي العامل الرئيسي الذي يؤثر على جودة عملية التزوير بالدفع. يجب أن يكون لقسم الانتقال طول كافٍ، وأن يكون انتقال السماكة منتظمًا وسلسًا، وخالٍ من التجاعيد. من الأفضل إجراء معالجة التلدين الكاملة على جسم قضيب الحفر بعد عملية التزوير بالدفع، لإزالة الإجهاد الداخلي في قسم الانتقال، وتحسين الأداء الميكانيكي الشامل.

　　(4) نوع هيكل الوصلة

　　أ- أخدود توزيع الإجهاد: أظهرت الدراسات التجريبية أن الكسر الإجهادي لقضبان الحفر التوجيهية والاتجاهية غير المفتوحة بسبب الضغوط الانحناءية المتكررة هو الشكل الرئيسي لفشل قضبان الحفر، وهذا الفشل يحدث بشكل رئيسي في قاعدة وصلة قضيب الحفر أو قاعدة خيوط الوصلة. يمكن أن يقلل تصميم أخدود توزيع الإجهاد في قاعدة وصلة قضيب الحفر بشكل فعال من تركيز الإجهاد في هذا المكان، وبالتالي تحسين قدرته على مقاومة الانحناء. بالإضافة إلى ذلك، فإن زيادة قطر الخيوط قدر الإمكان، وتصميم خيوط مخروطية، وزيادة نصف قطر قوس قاع الخيوط يمكن أن يحسن بشكل ملحوظ قدرة قاعدة وصلة قضيب الحفر على مقاومة الانحناء.

　　ب- هيكل "القمّة المزدوجة": ما يسمى بهيكل "القمّة المزدوجة"، هو أنه عندما يتم تشديد وصلة قضيب الحفر، فإن نهاية الوصلة الأنثوية تتلامس مع الكتف العلوي للوصلة الذكرية، وفي نفس الوقت، يتلامس الكتف الداخلي للوصلة الأنثوية مع نهاية الوصلة الذكرية. إن صعوبة تصنيع قضبان الحفر ذات الهيكل "القمّة المزدوجة" كبيرة، ولكن مقارنةً بقضبان الحفر ذات الهيكل "القمّة المفردة"، فإن لها مزايا متعددة:

　　(1) تأثير مانع التسرب جيد: يحتاج سائل الحفر إلى المرور عبر سطحين مانعين للتسرب من الداخل إلى الخارج، لذا فإن مقاومة التسرب كبيرة.

　　(2) القدرة على تحمل عزم دوران أكبر: توفر قضبان الحفر ذات الهيكل "القمّة المزدوجة" كتفين مقاومين للعزم، وتكون مساحة التلامس الإجمالية للكتفين أكبر بكثير من قضبان الحفر العادية، وبالتالي فإن عزم الدوران الذي يمكنها تحمله أكبر بكثير من قضبان الحفر العادية.

　　(3) تحسين عمر خدمة قضبان الحفر: غالبًا ما تفشل قضبان الحفر العادية بسبب تآكل الوصلة، وتصبح نهاية الوصلة الأنثوية رقيقة، وتصبح مخروطية الشكل بواسطة الوصلة الذكرية، مما يؤدي إلى فشل قضيب الحفر بأكمله. في حالة تآكل الوصلة بشكل خطير، لا يزال الكتف الداخلي لقضبان الحفر ذات الهيكل "القمّة المزدوجة" فعالاً، ويمكن الاستمرار في استخدام قضيب الحفر.

　　(4) معالجة سطح الخيوط: يمكن أن تمنع معالجة النيتروجين لسطح الخيوط الالتصاق بشكل فعال، كما أنها تزيد من مقاومة التآكل للخيوط، وبالتالي تزيد من عمر الخدمة. عادةً ما يكون سمك طبقة النيتروجين من 0.2 إلى 0.3 مم، فإذا كان السمك كبيرًا جدًا، فمن السهل حدوث تشققات هشة، وإذا كان السمك صغيرًا جدًا، فإن تأثير منع الالتصاق يكون ضعيفًا. لا يمكن إجراء معالجة النيتروجين لقضبان الحفر المتكاملة، ويتم استخدام معالجة الفسفرة بدلاً من ذلك، والتي يكون سمكها أقل بكثير.

　　(5) دقة معالجة الخيوط: يجب معالجة خيوط الوصلة على ماكينات تشغيل CNC باستخدام أدوات تشكيل الخيوط، لضمان قابلية تبديل قضبان الحفر. يجب التحكم في المسافة بين الخيوط ضمن نطاق معقول، لضمان التزاوج الجيد للخيوط.

　　4. تحسين عملية البناء

　　(1) التشغيل القياسي: في عملية البناء، يجب استخدام قضبان الحفر بدقة وفقًا لقوة الشد وعزم الدوران ونصف قطر الانحناء المسموح به لكل نوع من قضبان الحفر. بالنسبة لشركات البناء، فإن استخدام قضبان الحفر وفقًا للمواصفات هو فقط ما يمكن أن يمنع بشكل فعال الفشل غير الطبيعي لقضبان الحفر.

　　(2) دور قضبان الانتقال: خلال عملية توسيع الحفرة وسحب الأنابيب، من المحتمل أن يكون نصف قطر انحناء قضيب الحفر المتصل برأس توسيع الحفرة أقل بكثير من نصف قطر انحناء تصميم الحفرة، أي r<، مما يتسبب في تعرض قضيب الحفر لإجهاد دوري كبير تحت تأثير الدوران وقوة الشد، مما يؤدي إلى تلف الإجهاد، ثم ظهور الشقوق والكسور. غالبًا ما يحدث هذا الكسر على مسافة 0.3 إلى 0.8 متر من وصلة قضيب الحفر. من خلال توصيل قضيب انتقالي بين قضيب الحفر العادي ورأس توسيع الحفرة، يمكن أن يتحمل قضيب الانتقال الانتقال ذي الانحناء الصغير بين رأس توسيع الحفرة وقضيب الحفر العادي، وبالتالي حماية قضيب الحفر العادي. غالبًا ما يتم تجاهل هذا الدور لقضيب الانتقال من قبل المستخدمين، ولكن السبب في العديد من حوادث كسر قضبان الحفر التي تبدو غير قابلة للتفسير يكمن في ذلك.

　　(3) منع عدم استقرار قضبان الحفر: قضبان الحفر هي قضبان رفيعة وطويلة في الميكانيكا، ولديها ميل إلى عدم الاستقرار تحت تأثير الضغط. لذلك، خلال مرحلة بناء الفتحة الموجهة، يجب تقييد قضبان الحفر في حالة حرة لمنع عدم استقرارها وثنيها وفشلها أثناء عملية الانحراف. غالبًا ما تحدث حالة عدم استقرار قضبان الحفر في جزء قضيب الحفر بين مشبك جهاز الحفر ونقطة الدخول، ويجب تقصير طول هذا الجزء قدر الإمكان، أو اتخاذ تدابير تقييد مناسبة. لمنع عدم استقرار قضبان الحفر، يجب أن يكون طول الجزء الحر من قضيب الحفر أقل من 20 ضعف قطر قضيب الحفر.

　　(4) استخدام زيت اللولب: يمكن لزيت اللولب عالي الجودة أن يمنع بشكل فعال التصاق قضبان الحفر، ويقلل من عزم دوران فك اللوالب، ويقلل من تآكل سطح اللوالب.

　　(5) استخدام سائل الغسل: عند الحفر في طبقات الرمل والحصى، يجب استخدام الطين عالي الجودة كسائل غسل. يشكل الطين طبقة طينية على جدار قضيب الحفر الخارجي، ويلعب دورًا تشحيمًا، ويمكنه تقليل عزم دوران الحفر، وتقليل تآكل قضيب الحفر، ويلعب دورًا مهمًا جدًا في حماية قضيب الحفر.

　　(6) فحص قضبان الحفر: بعد استخدام قضبان الحفر لفترة من الوقت، يجب فحص تآكل قضبان الحفر، وانحنائها، وعلامات الخدش على السطح، وما إلى ذلك، ويجب التخلص من قضبان الحفر التي تآكلت بشكل مفرط، أو انحنت بشكل واضح، أو بها خدوش عميقة على السطح في الوقت المناسب. يجب الانتباه بشكل خاص إلى فحص حالة تآكل جزء الانتقال المطروق، حيث غالبًا ما يكون هذا الجزء هو الأكثر عرضة للتآكل والترقق والكسور.