Le aste di perforazione geologica non si rompono semplicemente, ma sono causate da decisioni sbagliate prese prima dell'avvio della perforazione.
Un'asta di perforazione geologica, del tipo utilizzato nelle perforazioni orizzontali direzionali, nelle indagini geotecniche e nell'installazione di infrastrutture, non è sottoposta alla stessa violenza di un'asta di perforazione a percussione per roccia. Non viene colpita cinquanta volte al secondo. Ruota e tira, a volte per migliaia di metri, attraverso terreno, roccia e tutto ciò che si trova in mezzo.
Quando una barra geologica si rompe, raramente si tratta di un'improvvisa sorpresa metallurgica. È il risultato finale di decisioni prese giorni o settimane prima: durante la selezione dell'attrezzatura, durante la classificazione della barra, durante la pianificazione dell'alesatura. Ecco dove hanno origine questi cedimenti e come prevenirli prima ancora che la barra venga inserita nel terreno.
Assicurati che l'attrezzatura e gli strumenti siano a posto prima della mobilitazione.
Il guasto più costoso in assoluto di un'asta di perforazione è quello causato dall'utilizzo di attrezzature inadeguate. Prima ancora di caricare una singola asta sul camion, qualcuno deve leggere la relazione geotecnica, non solo sfogliarla, ma leggerla attentamente. Qual è il profilo del terreno? Dove si trovano gli strati di ciottoli? C'è roccia madre e a quale profondità? Qual è la falda freatica?
Le risposte a queste domande determinano se l'impianto di perforazione, il sistema di fango e la colonna di aste pianificati sono effettivamente in grado di gestire la perforazione. Un impianto perfetto per perforare argilla soffice distruggerà le aste nel tentativo di superare massi imprevisti. Un sistema di fango progettato per la sabbia non manterrà aperto un foro nella ghiaia. Le aste subiscono sollecitazioni eccessive ogni volta che l'attrezzatura non è adatta al terreno.
Prima di iniziare i lavori, è necessario confrontare le specifiche del progetto e l'elenco delle attrezzature proposto dall'appaltatore con i dati geotecnici. In caso di discrepanza, è necessario correggere il piano di utilizzo delle attrezzature: non bisogna limitarsi a sperare che il terreno sia migliore di quanto indicato nella relazione.
Scegli le canne da pesca in base alle specifiche tecniche, non al catalogo.
La scelta delle aste per la perforazione geologica segue una logica diversa rispetto alla scelta delle aste per la perforazione di roccia. I carichi dominanti sono la coppia e la forza di trazione, non l'impatto. L'asta che ha funzionato per il lavoro precedente potrebbe essere completamente inadatta per questo.
Regola sulla capacità di coppia:La coppia massima nominale dell'asta deve essere almeno il doppio della coppia massima erogabile dall'impianto di perforazione. Questo non è un fattore di sicurezza per l'asta, bensì per gli imprevisti. Ostacoli sotterranei, curve a raggio stretto e crolli del pozzo generano picchi di coppia superiori al carico di perforazione in condizioni normali. Un'asta che opera al 90% della sua coppia nominale in condizioni normali non ha alcun margine di sicurezza per un picco di coppia.
Standard di classificazione delle barre:Ogni asta utilizzata in un progetto deve essere classificata secondo la norma SY/T 5824 o equivalente: misurata, ispezionata e classificata in base allo stato di usura e alla storia di servizio. Le aste non classificate in una serie sono incognite. Le incognite si rompono.
Documentazione gestionale:Traccia ogni asta. Metri perforati, carichi di trazione subiti, risultati delle ispezioni, variazioni di grado nel tempo. Un'asta che è stata utilizzata per cinque fori con la massima forza di trazione non è la stessa asta che era al suo primo utilizzo. Senza registrazioni, si tratta solo di supposizioni.
Analisi dello stress:Per le perforazioni critiche (lunghe traversate, grandi diametri, geologia complessa), l'analisi agli elementi finiti della colonna di aste sotto i carichi previsti identifica i punti deboli prima dell'inizio della perforazione. La zona di transizione immediatamente dietro l'alesatore è in genere il punto di massima sollecitazione. L'analisi agli elementi finiti mostra esattamente dove si concentra la sollecitazione e se l'asta è in grado di sopportarla.
Aste di transizione a parete spessa:Posizionare due o tre aste di perforazione a parete spessa immediatamente dietro l'alesatore. Queste aste fungono da ponte di transizione di diametro tra l'alesatore e la colonna di aste standard. L'alesatore genera la coppia più elevata e il carico più irregolare dell'intera colonna: queste aste di transizione assorbono tali sollecitazioni e proteggono le aste standard che si trovano dietro di esse.
Mantieni il foro pilota al suo posto.
La deviazione del foro pilota è la causa principale di un numero sorprendente di cedimenti delle bielle. Un foro che si discosta dal percorso previsto crea curve a raggio stretto che le bielle non sono state progettate per seguire. Lo stress di flessione sulle bielle che ruotano lungo una curva più stretta del raggio di curvatura previsto accumula cicli di fatica a una velocità accelerata.
La regola: la deviazione del foro pilota dalla curva di progetto non deve superare l'1% della lunghezza della campata. Un foro di 300 metri deve rimanere entro 3 metri dal percorso previsto. Se il foro pilota devia oltre tale limite, non accettarlo e non sperare che la successiva alesatura lo raddrizzi. Correggi il foro pilota o accetta che le aste ne risentiranno.
L'accettazione del foro pilota deve essere formale: rilevata, documentata e firmata dall'ingegnere o dal proprietario prima di iniziare l'alesatura. Far passare un alesatore attraverso un foro pilota difettoso non fa altro che distruggere l'asta con una testa di taglio più grande.
Procedi per gradi, non in un colpo solo.
Quando il diametro finale del foro è grande, ovvero superiore a 400 millimetri, non si passa dal diametro pilota al diametro finale in un'unica passata. Questo crea un brusco cambiamento nel carico di taglio, nella coppia richiesta e nel volume dei trucioli. Le barre nella parte anteriore della colonna di taglio sono soggette a carichi ben superiori ai loro limiti di progettazione.
L'approccio scientifico: aumentare gradualmente il diametro. Una sequenza tipica inizia con un alesatore di diametro compreso tra 200 e 240 mm, per poi aumentare di circa 200 mm per passaggio fino al diametro finale. Ogni passaggio rimuove una quantità gestibile di materiale. Ogni passaggio consente al sistema di fango di eliminare i detriti prima che l'alesatore successivo, di diametro maggiore, passi. Ogni passaggio mantiene le aste operative entro il loro intervallo di carico nominale.
Il piano di progressione graduale dovrebbe tenere conto della capacità di trazione dell'impianto di perforazione, della portata e della capacità di gestione dei solidi del sistema di fango, dei limiti di coppia e di trazione della batteria di aste e della risposta della formazione all'alesatura. Saltare una fase per risparmiare tempo significa che le aste ripagheranno il tempo perso con cedimenti.
Osservare i calibri durante l'alesatura
Durante l'alesatura, due parametri sono fondamentali: la coppia e la forza di trazione. Entrambi devono essere monitorati costantemente e confrontati con i valori previsti per la formazione e il diametro dell'alesatore.
Un picco improvviso di coppia indica che qualcosa è cambiato: l'alesatore ha incontrato uno strato duro, i detriti si stanno compattando, il foro sta collassando. Un picco di trazione con coppia normale indica che la colonna di perforazione sta trascinando: probabilmente si tratta di un collasso del foro o di un eccessivo accumulo di detriti.
Quando uno dei parametri si discosta dall'intervallo previsto, interrompere l'alesatura. Tirare leggermente indietro per creare un anello. Eseguire una circolazione ad alto flusso per lavare il foro. Riprendere l'alesatura solo quando i parametri tornano alla normalità. "Superare con forza" una punta è il modo in cui si converte un'asta di perforazione in due pezzi più corti e meno utili.
Il quadro generale
Le aste di perforazione geologica si rompono a causa di decisioni prese in superficie, non per le condizioni riscontrate nel sottosuolo. Scelta errata dell'attrezzatura. Aste non calibrate nella colonna di perforazione. Un foro pilota accettato ma troppo distante. Un piano di alesatura che ha tentato di saltare delle fasi. Parametri ignorati fino a quando la punta non si è rotta.
Ognuno di questi problemi è prevenibile applicando la disciplina ingegneristica prima e durante la lavorazione, non dopo che le bielle si sono frantumate.
