I sei modi in cui un lavoro DTH può andare storto: analisi dell'incidente dal fondo del pozzo
La perforazione DTH ad aria compressa è dieci volte più veloce dei metodi convenzionali nella roccia dura. Questa velocità è il suo principale punto di forza. Ma lo stesso impatto ad alta frequenza che la rende rapida la rende anche spietata in caso di problemi. Un incidente con una perforatrice DTH non si sviluppa lentamente: avviene a cinquanta colpi al secondo e, quando ci si accorge dell'accaduto, il danno è già fatto.
Ecco sei possibili errori in un lavoro DTH, le cause di ciascuno e cosa fare prima e dopo.
1. Frattura a testa di martello: la rottura da fatica a livello della spalla della scanalatura
La testa del martello si rompe quasi sempre nello stesso punto: la transizione di diametro appena sopra la sezione scanalata. Si tratta di una concentrazione di stress geometrico: dove cambia la sezione trasversale, lo stress si accumula. È anche il punto in cui la punta trasmette la coppia attraverso le scanalature, aggiungendo stress di taglio al carico d'impatto assiale.
Due fattori possono spingere la testa di un martello oltre il suo limite di fatica. Il primo è una fabbricazione scadente: acciaio di bassa qualità, tensioni residue dovute alla lavorazione, resistenza alla fatica insufficiente. Il secondo sono le condizioni operative: una pressione di avanzamento eccessiva che piega la corda e amplifica le vibrazioni, oppure la foratura in corrispondenza di transizioni tra materiali morbidi e duri dove la coppia fluttua costantemente.
La prevenzione inizia con l'acquisto da un produttore in grado di dimostrare la qualità dei propri prodotti. Poi è fondamentale la disciplina nella perforazione: ridurre i parametri quando si entra in terreni fratturati o eterogenei, iniziare con un avanzamento leggero quando la formazione è sconosciuta e rallentare negli strati teneri dove gli inserti possono penetrare troppo in profondità e causare picchi di coppia.
Due accorgimenti pratici: usate un martello con un manicotto di sicurezza in modo che la testa rotta non cada sul fondo e, se la testa si rompe, recuperatela immediatamente prima che si incastri definitivamente.
2. Inserire la rottura: il bordo esterno va per primo
Nella normale perforazione, l'usura degli inserti è graduale. La maggior parte dei cedimenti degli inserti consiste in rotture improvvise e gli inserti situati all'estremità esterna della punta sono i più vulnerabili. Essi sopportano il carico d'impatto più elevato, il contatto più abrasivo con la parete del foro e le maggiori sollecitazioni di flessione.
Le cause si suddividono in tre categorie: formazione geologica (terreno duro, fratturato o misto), parametri di perforazione (eccessiva velocità di avanzamento, eccessiva velocità di rotazione) e modalità operativa (avanzamento irregolare, rimbalzi, spari a vuoto).
La prevenzione è la prassi standard: avanzamento leggero in fase di avvio, parametri ridotti in terreni difficili, pressione di avanzamento uniforme e costante e, soprattutto, scelta di una punta il cui grado di inserto e il design della faccia siano adatti alla formazione. Un inserto che si rompe in una formazione per la quale non è stato progettato non è un problema di qualità, ma un problema di scelta.
3. Ostruzione da martello: i detriti che provengono dalle tue tubature
Questa situazione è imbarazzante perché è interamente colpa mia.
Le nuove aste di perforazione presentano sulla parete interna residui di ruggine, scaglie di laminazione e scarti di lavorazione. Quando l'aria compressa inizia a fluire, questi residui si staccano e si propagano lungo la colonna di perforazione, raggiungendo la parte superiore del martello. Si accumulano contro i condotti dell'aria e la valvola di non ritorno, limitando o bloccando il flusso d'aria.
La soluzione è semplice e universalmente trascurata: pulire ogni tubo prima di inserirlo nel pozzo. Soffiarci dentro con aria compressa. Per i tubi nuovi, spazzolare l'interno con una spazzola metallica o utilizzare un tampone di pulizia. Pulire anche le condotte di aria in superficie, soprattutto le valvole e i gomiti dove si accumulano i detriti.
4. Riflusso: la differenza di pressione che aspira i detriti
Questa è la modalità di guasto più insidiosa del DHT perché si verifica quando il martello non è nemmeno in funzione.
Quando il foro contiene detriti densi e pastosi e il martello si ferma, si crea una differenza di pressione. Se la valvola di ritegno non si chiude perfettamente, o se i giochi interni sono usurati, questa differenza di pressione aspira i detriti all'indietro, attraverso gli spazi interni del martello, fino ai giochi del pistone e delle scanalature. I detriti si accumulano. Il pistone si blocca. Le scanalature si grippano. Le luci di scarico si ostruiscono.
La causa principale è solitamente una valvola di ritegno usurata o danneggiata, oppure un gioco eccessivo tra pistone e cilindro che non garantisce più la tenuta. La prevenzione consiste nell'ispezione: controllare la valvola di ritegno prima di ogni viaggio, verificare periodicamente il gioco tra pistone e cilindro e sostituire le parti usurate prima che causino il riflusso.
Una soluzione più sofisticata per i fori profondi: installare una valvola a galleggiante a 150-200 metri dalla colonna di perforazione. La valvola a galleggiante si chiude quando la pressione dell'aria diminuisce, impedendo il flusso inverso che spinge i detriti contro il martello.
La prima cosa da fare quando il flusso d'aria si ostruisce è muovere energicamente la corda su e giù per rimuovere l'ostruzione. Se ciò non funziona, tirare la corda e ispezionare: non continuare a forzare l'aria in un martello bloccato.
5. Avvolgimento con anello di fango — Lo strangolamento lento
In condizioni di umidità, i detriti di perforazione non vengono espulsi in modo pulito. Si attaccano alla batteria di perforazione, alla parete del foro e al corpo del martello. Si forma un anello di detriti compattati. Lo spazio anulare si riduce. I detriti che prima scorrevano liberamente ora si accumulano contro l'anello. L'anello si trasforma in un agglomerato di fango, che alla fine sigilla completamente l'intercapedine. La batteria di perforazione rimane bloccata.
Il meccanismo è progressivo: ogni ciclo di circolazione deposita un po' più di materiale sull'anello, e l'anello rende il ciclo successivo meno efficiente. Quando qualcuno si accorge che la circolazione sta peggiorando, l'accumulo di materiale si è già formato.
La prevenzione consiste nel mantenere pulito l'anello: un volume d'aria adeguato, lavaggi regolari e vigorosi e attenzione al flusso di ritorno. Se il flusso di ritorno rallenta, effettuare un lavaggio energico prima che si arresti completamente.
6. Bloccati e sepolti: la formazione si ribella
La modalità di guasto finale è la più costosa: la corda si incastra e, più a lungo rimane in quella posizione, più si incastra.
I fattori di formazione includono rocce fratturate o fagliate che collassano nel foro e strati acquiferi che causano il rigonfiamento e la disgregazione degli scisti. I fattori tecnici includono le vibrazioni ad alta frequenza che allentano la parete del foro, l'aria ad alta velocità che erode la roccia instabile e l'assenza di qualsiasi fluido di sostegno della parete nella perforazione ad aria.
Quando le pareti iniziano a cedere, la sequenza è prevedibile: i blocchi cadono, il martello si inceppa e, se il buco crolla, il martello rimane sepolto.
La procedura di intervento è graduale. Iniziate con l'osservazione: monitorate il flusso di ritorno, la coppia, le variazioni di penetrazione. Mantenete la colonna di perforazione in movimento: frequenti brevi spostamenti, movimenti verticali regolari per evitare l'assestamento. Al primo segno di problema, fermatevi e intervenite. Utilizzate l'iniezione di schiuma per rimuovere i detriti più pesanti. Effettuate brevi spostamenti per controllare le condizioni della parete del pozzo. Se il pozzo non rimane aperto, cambiate strategia: perforazione con schiuma, fluido di sostegno della parete o rivestimento. Come ultima risorsa, fresatura per liberare una colonna di perforazione bloccata.
Il modello
La perforazione DTH è veloce, ma premia l'attenzione e punisce la negligenza. I sei tipi di incidenti hanno una cosa in comune: quasi tutti sono prevenibili con ispezione, pulizia e disciplina nella perforazione. Il martello che si rompe a causa di detriti in un tubo sporco, o di una valvola di ritegno usurata, o di una pressione di alimentazione eccessiva: questi guasti non sono dovuti alla sfortuna. Sono il risultato prevedibile del saltare le fasi di perforazione.
