Trattamenti di cementazione e tempra superficiale delle aste di perforazione per impianti di perforazione: processi, prestazioni e guida agli ioni
Le aste di perforazione per le piattaforme di perforazione delle rocce si dividono principalmente in due tipologie in base ai processi di rinforzo superficiale: trattamento di cementazione e trattamento di indurimento superficiale. Questi due approcci differiscono significativamente nei metodi di processo e nelle caratteristiche prestazionali.
I. Differenze nei processi di trattamento termico
• Trattamento di cementazione: questo processo viene in genere eseguito in un forno a pozzo in atmosfera ricca di carbonio. L'asta di perforazione viene esposta a specifici parametri di temperatura e durata, consentendo alla sua superficie, incluso il corpo esterno dell'asta e le pareti interne dei fori di scolo, di assorbire atomi di carbonio, formando uno strato di carburo ad alta durezza e resistente all'usura. Segue un processo di tempra e rinvenimento raffreddato ad aria. L'asta di perforazione risultante raggiunge una durezza superficiale di 58-60 HRC, mentre il nucleo mantiene una durezza relativamente inferiore (circa 43 HRC), bilanciando un'eccezionale resistenza all'usura superficiale con una forte tenacità del nucleo.
• Trattamento di tempra superficiale: questo metodo impiega principalmente il riscaldamento a induzione ad alta frequenza per riscaldare rapidamente e localmente la superficie dell'asta di perforazione, seguito da tempra e rinvenimento. L'obiettivo è creare direttamente uno strato temprato sulla superficie simile a quello della cementazione, raggiungendo una durezza di 58-60 HRC. In particolare, le aree di collegamento filettate, soggette a concentrazione di sollecitazioni e che richiedono una maggiore resistenza, spesso vengono sottoposte a trattamenti termici specializzati aggiuntivi, come la tempra secondaria ad alta frequenza o il rinvenimento a induzione, per ottimizzare le prestazioni in queste zone critiche.
II. Differenze nelle caratteristiche prestazionali
• Tenacità: le aste di perforazione temprate in superficie sono generalmente considerate dotate di una tenacità complessiva superiore rispetto a quelle cementate. Questo vantaggio deriva dal fatto che il materiale del nucleo evita il processo di cementazione, preservando così una maggiore plasticità.
• Durata a fatica e resistenza all'usura: tuttavia, le aste di perforazione temprate in superficie hanno in genere una durata a fatica inferiore rispetto alle versioni cementate. Al contrario, le aste di perforazione cementate beneficiano di una forte adesione tra lo strato cementato e il materiale di base, insieme a uno strato temprato più profondo, che si traduce in una migliore resistenza all'usura e alla fatica. Detto questo, il processo di cementazione, in particolare nel controllo della profondità dello strato e della concentrazione di carbonio, e la relativa tempra raffreddata ad aria richiedono una gestione precisa dei parametri, poiché qualsiasi variazione può compromettere la qualità del prodotto finale.
III. Scenari applicabili
• Grazie alla loro maggiore tenacità, le aste di perforazione con superficie temprata sono più adatte alla perforazione in formazioni rocciose stratificate o in aree con fratture estese. In questi ambienti rocciosi instabili e ad alto impatto, la tenacità superiore aiuta a resistere ai carichi d'urto e riduce al minimo il rischio di rotture fragili.
• Le aste di perforazione cementate, con la loro eccezionale resistenza all'usura e alla fatica, eccellono nelle applicazioni di perforazione di fori profondi (ad esempio a profondità superiori a 20 metri). Se abbinate ad aste cementate MF (acciaio cavo) e punte a bottone ad alta guida che facilitano la retrazione, riducono efficacemente la deviazione del foro, prolungano la durata complessiva del gruppo di perforazione e riducono i costi operativi per le attività di foratura profonda.
