من، سارا مرادی، تحلیلگر ارشد روانکاری صنعتی در موتورازین، در این مقاله بهصورت کاربردی دربارهٔ روغنکاری در حفاریهای متوالی در معادن، گمانهزنی ژئوتکنیک و حفاری انفجاری صحبت میکنم؛ جایی که سیکلهای کوتاه استارت/بار کامل/توقف، همراه با شوکلود و دمای بالا، باعث تخریب Additive در بازههای زمانی کوتاه میشوند. هدف ما ارائهٔ رویکردی مهندسی برای انتخاب روغن و گریس مناسب، تنظیم برنامهٔ سرویس بر مبنای شرایط واقعی و استقرار آنالیز روغن جهت رصد افت کارایی AW/EP، اکسیداسیون و تشکیل لاک و رسوب است. این مسیر، هزینهٔ چرخهعمر تجهیزات را کاهش میدهد و در دسترسپذیری ناوگان حفاری شما را در سراسر ایران، از تابستان داغ یزد تا سرمای لرستان، افزایش میدهد.
الگوهای بار و ماهیت حفاریهای متوالی
در حفاریهای متوالی (Sequential/Intermittent Drilling)، سیکلهای تکراری شامل استارت سرد یا گرم، رسیدن سریع به بار کامل، توقف کوتاه برای جابهجایی یا انفجار و دوباره استارت است. این الگو بهصورت مستقیم روی رفتار روانکار تأثیر میگذارد: شوکهای لحظهای در پین/بوش، اسپیلاینها و یاتاقانها، دمای نقطهای بالا در چرخدندههای گیربکس Top Drive، و حبس موضعی حرارت در پمپهای گل و سیستمهای هیدرولیک.
در معادن روباز، گرد و غبار سیلیسی ریز بهسرعت وارد سیستمهای باز و نیمهباز میشود؛ در گمانهزنی ژئوتکنیک، رطوبت و آبشویی میتواند به امولسیون و هیدرولیز در روغن منجر شود؛ و در حفاری انفجاری، پیکهای بار و توقفهای متوالی، فرصت کافی برای دفع حرارت و دیگازینگ را از روغن میگیرد. نتیجه چیست؟ افزایش اکسیداسیون، برش مکانیکی پلیمرها (کاهش ویسکوزیته مؤثر)، کاهش کارایی AW/EP و تشکیل لاک (Varnish) روی سطوح بحرانی.
این رفتار چرخهای، بهویژه در تابستان معادن مرکزی ایران و مناطق کمارتفاع گرم، باعث تشدید پدیدهٔ Micro-dieseling (انفجار میکروحبابها در مناطق پرفشار) در سیستم هیدرولیک میشود؛ پدیدهای که دماهای لحظهای بسیار بالا ایجاد کرده و اکسیداسیون را تسریع میکند.
مکانیزمهای تخریب Additives در بازههای زمانی کوتاه
اکسیداسیون و مصرف آنتیاکسیدانتها
اکسیداسیون بهواسطهٔ دمای بالا، آلودگی فلزی-کاتالیستی (آهن، مس) و هواگیری ناکافی تسریع میشود. آنتیاکسیدانتهای آمینی/فنولیک طی اکسیداسیون مصرف شده و نرخ افزایش TAN بالا میرود. کاهش ظرفیت آنتیاکسیدانی با آزمونهایی مانند FTIR (شاخص Oxidation/Nitration) و RULER قابل رصد است. وقتی Additiveها تهی میشوند، روغن به مرحلهٔ تولید لاک و رسوب میرسد.
برش مکانیکی و افت گرانروی
در روغنهای چنددرجهای یا HVLP، پلیمرهای بهبوددهندهٔ شاخص ویسکوزیته دچار برش دائمی میشوند؛ این امر در سیکلهای استارت/بار/توقف شدیدتر است و فیلم هیدرودینامیک را نازک میکند. در گیربکس، افت ویسکوزیته میتواند تماس مرزی را افزایش دهد و مصرف EP را بالا ببرد.
افت کارایی AW/EP و ترمودینامیک فیلم مرزی
افزودنیهای AW/EP مانند ZDDP و ترکیبات گوگرد-فسفر، در فشار و دمای بالا واکنشدهی کنترلشده دارند و لایههای فسفات/پلیسولفید تشکیل میدهند. اما سیکلهای شوکی، این لایهها را پیدرپی میسایند و مجبور به بازتولید میکنند؛ یعنی مصرف Additive بالا میرود و در بازههای کوتاه کارایی افت میکند. در گریسها، جامدات MoS₂/گرافیت کمک میکنند، ولی اگر ماتریس صابونی (لیتیوم کمپلکس/کلسیم سولفونات) نرم شود یا Bleeding نامتعارف رخ دهد، تغذیهٔ فیلم مرزی مختل میشود.
وارنیش، لاک و رسوب
محصولات اکسیداسیون و پلیمرهای اکسیدی به سطوح داغ میچسبند و لاک شیشهای تشکیل میدهند؛ شیرهای سروو گیر میکنند، تحمل لقیها کاهش یافته و پاسخ هیدرولیک کند میشود. آزمون MPC (Membrane Patch Colorimetry) و بررسی رنگ/شاخص لاک، ابزار تشخیصی مناسب برای پیشگیری از خرابی زودرس در حفاریهای متوالی هستند.
انتخاب مهندسی روغن و گریس مناسب برای حفاری متوالی
روغن هیدرولیک
برای سیستمهای هیدرولیک داغ و شوکلود، انتخاب روغن HLP با پکیج AW زینکدار پایدار یا فرمول Ashless با پایداری حرارتی بالا توصیه میشود. در مناطق با دامنهٔ دمایی زیاد، HVLP با شاخص ویسکوزیته بالا مفید است، البته به شرط انتخاب پلیمرهای با برشپذیری پایین (SSI پایین). پایهٔ Group II/III یا PAO (گروه IV) مقاومت اکسیداسیون را بالا میبرد. هدف، رسیدن به زمان پاسخ مناسب، کاهش کف و کنترل Air Release است.
روغن گیربکس/درایو
برای گیربکسهای Top Drive و گردان، روغنهای دنده EP با آزمون FZG سطح بالاتر (Stage ≥ 12)، شاخص پایداری حرارتی مناسب و Defoamer کنترلشده توصیه میشود. در کاربردهای بسیار سخت، ارتقا به PAO ISO VG 150–320 میتواند عمر روغن و پاکیزگی را افزایش دهد.
گریس پین/بوش و اتصالات
در پین و بوش حفاری انفجاری و دکلهای معدن، گریس کلسیم سولفونات کمپلکس با NLGI 2 و افزودنیهای EP بالا و جامدات MoS₂، مقاومت به آبشویی، تحمل بار و پایداری مکانیکی بسیار خوبی دارد. برای تغذیهٔ یکنواخت، گریس با چسبندگی کنترلشده و مقاومت در برابر شستوشوی آب/گل انتخاب شود. در صورت تزریق خودکار، توجه به Pumpability در دمای محیط ایران (از -10 تا 50+ درجه) ضروری است.
کنترل حرارت، فیلتراسیون و پاکیزگی سیستم
سه عامل کلیدی برای کند کردن تخریب Additive و افزایش عمر روغن در حفاریهای متوالی عبارتاند از: مدیریت حرارت، پاکیزگی ذرات و کنترل رطوبت. ارتقای مبدلهای حرارتی، اطمینان از نرخ جریان مناسب و سالم بودن ترموستات/فن، اولین گامها هستند. سپس به سمت فیلتراسیون بروید: استفاده از فیلترهای با کارایی β (مثلاً β10 ≥ 200) و طراحی مدار بایپس/Off-line (Kidney Loop) به کاهش ذرات و لاک کمک میکند.
هدفگذاری کد پاکیزگی مطابق ISO 4406 برای هیدرولیک (مثلاً 18/16/13 یا سختگیرانهتر بسته به تلرانس شیرها) توصیه میشود. از خشککنهای تنفسی حاوی رطوبتگیر (Desiccant Breather) استفاده کنید، بهویژه در شمال مرطوب کشور. کنترل آب (KF) زیر 200–300 ppm، و مدیریت کف و هوا با انتخاب Defoamer متعادل، از Micro-dieseling میکاهد. گاهی تغییر به روغنهای با Demulsibility بالاتر در معادن مرطوب، بهترین سرمایهگذاری است.
در محیطهای گرد و غبار جنوبشرق و مرکزی ایران، نگهداشت آببندها و هوزینگهای تنفسی اهمیت دوچندان دارد. پاکیزگی مخزن و شستوشوی دورهای Strainer، از سادهترین اما مؤثرترین اقدامات کمهزینه است.
زمانبندی سرویس و آنالیز روغن شرایطمحور
بهجای تکیهٔ کور به ساعات کارکرد تقویمی، «ساعت حفاری مؤثر» (EDH) تعریف کنید: ترکیبی از زمان بار کامل، چرخههای استارت/توقف و دمای عملیاتی. آنگاه برنامهٔ سرویس را شرایطمحور کنید. نمونهگیری منظم (مثلاً هر 250 EDH یا ماهانه، هرکدام زودتر) از نقاط جریان داغ و پایدار، کلید موفقیت است.
- ویسکوزیته در 40/100°C، شاخص ویسکوزیته و برشپذیری برای تشخیص افت فیلم.
- TAN/TBN (بسته به نوع روغن)، FTIR برای اکسیداسیون/نیتراسیون، RULER برای باقیماندهٔ آنتیاکسیدانتها.
- Particle Count (ISO 4406)، آزمون MPC برای پتانسیل لاک، KF برای آب، و PQ/ICP برای ذرات فرسایشی.
- در گریس: سختی NLGI، Oil Bleed، آلودگی گرد و غبار و فلزات؛ در صورت امکان آکوستیک/اولتراسونیک یاتاقان.
با داشتن خطوط پایش، آستانههای اقدام تعریف کنید: مثلاً افت آنتیاکسیدانت به زیر 40% مبنا یا افزایش TAN به دو برابر مقدار اولیه، آغازگر برنامهٔ فلاش و تعویض باشد. همواره از توأمسازی تعویض فیلتر، پاکسازی مخزن و پایش چندروزهٔ لاک پس از راهاندازی استفاده کنید. برای یکپارچگی Additive، از اختلاط تصادفی با روغنهای ناهمخوان خودداری کنید.
مقایسهٔ استراتژیهای سرویسدهی در حفاری متوالی
پیش از تصمیمگیری دربارهٔ تغییر نوع روغن یا دورهٔ تعویض، بهتر است اثر هر استراتژی بر عمر روغن، عمر قطعه و هزینهٔ چرخهعمر سنجیده شود. جدول زیر، چند سناریوی رایج را از نگاه مهندسی نگهداری مقایسه میکند:
| استراتژی | اقدامات کلیدی | اثر بر عمر روغن | اثر بر عمر قطعه | هزینه (CAPEX/OPEX) | ریسک/ملاحظات | زمان توصیه |
|---|---|---|---|---|---|---|
| تعویض ثابت 250 ساعت | تعویض دورهای بدون آنالیز | متوسط | متوسط تا پایین | OPEX ثابت، CAPEX صفر | عدم کشف زودهنگام لاک/ذرات | محیطهای با ریسک پایین و بودجهٔ محدود |
| شرایطمحور + آنالیز | نمونهگیری 250 EDH، شاخصهای RULER/MPC/ISO | بالا (بهینهسازی Drain) | بالا | OPEX آزمایش، صرفهجویی کلی | نیاز به نظم داده و تفسیر | ناوگان متوسط تا بزرگ |
| ارتقا پایه به PAO | تغییر به روغن سنتتیک با اکسیداسیون پایین | خیلی بالا | بالا | CAPEX/OPEX بالاتر روغن | سازگاری الاستومر/آببند | بار حرارتی بالا، توقف پرهزینه |
| فیلتراسیون Off-line | Kidney Loop، β10≥200، هدف ISO 18/16/13 | بالا | بالا (کاهش سایش) | CAPEX متوسط | فضا/برق کمکی | گرد و غبار شدید، سیستمهای حساس |
| بهینهسازی خنککاری | سرویس مبدل/فن، پایش دمای نقطهای | بالا (کاهش اکسیداسیون) | متوسط تا بالا | CAPEX کم تا متوسط | نیاز به توقف کوتاه | تابستان معادن، شوکلود |
| گریس کلسیم سولفونات + MoS₂ | تعویض گریس، تنظیم فرکانس تزریق | — | بالا در پین/بوش | OPEX متوسط | سازگاری با گریس قبلی | انباشت گرد و غبار/آبشویی |
چکلیست سریع برای مدیران حفاری
- تعریف EDH و ثبت چرخههای استارت/بار/توقف برای هر دستگاه.
- هدفگذاری پاکیزگی: هیدرولیک 18/16/13 و کنترل KF زیر 300 ppm.
- نمونهگیری منظم: RULER، FTIR، MPC، Particle Count، TAN/ویسکوزیته.
- بازبینی خنککاری و رفع نقاط داغ؛ ثبت روند دما با ترموگراف.
- بهروزرسانی فیلترها به β بالا؛ افزودن مدار Off-line در دستگاههای بحرانی.
- انتخاب روغن پایهٔ Group II/III یا PAO برای حرارت/سیکل بالا.
- جایگزینی گریس پین/بوش با کلسیم سولفونات کمپلکس + MoS₂؛ تنظیم NLGI براساس پمپپذیری.
- اجتناب از اختلاط برند/فرمول نامتجانس؛ مدیریت موجودی و رنگبندی کانتینرها.
- تطبیق برنامهٔ سرویس با اقلیم: بازهٔ کوتاهتر در یزد/طبس در تابستان، بازبینی رطوبت در شمال.
- مستندسازی خرابیها و همبستگی با دادهٔ روغن برای تصمیمهای LCC.
جمعبندی
روغنکاری در حفاریهای متوالی، یک چالش چندبعدی است: سیکلهای پرتنش، توقفهای کوتاه، گرد و غبار و گاهی رطوبت، همه دست به دست هم میدهند تا اکسیداسیون و تخریب Additive را تسریع کنند، فیلم مرزی AW/EP را فرسوده سازند و زمینهٔ تشکیل لاک و رسوب را فراهم کنند. پاسخ به این چالش، نه یک محصول جادویی، بلکه یک «سیستم روانکاری» است: انتخاب درست پایه و پکیج افزودنی (از HLP/HVLP با پایداری بالا تا EPهای قوی در گیربکس)، بهینهسازی خنککاری، فیلتراسیون و تنفس خشک، و در نهایت نگهداری شرایطمحور با آنالیز دادهمحور. این حلقهٔ کامل، هزینهٔ چرخهعمر را کاهش میدهد، توقفهای برنامهریزینشده را محدود میکند و قابلیت اتکا به تجهیزات را در شیفتهای فشردهٔ معدنی افزایش میدهد.
در ایران، تنوع اقلیمی و محدودیتهای عملیاتی (از دسترسی لجستیکی تا نوسانات برق در سایت) ایجاب میکند راهحلها واقعگرایانه باشند: مدار Off-line قابل حمل، برنامهٔ نمونهگیری ساده اما منظم، و انتخاب روانکارهایی که در دسترساند و با ناوگان سازگار. موتورازین با شبکهٔ توزیع گسترده، مشاورهٔ مهندسی و دسترسی به برندهای معتبر، کنار شماست تا «روغن حفاری» و «برنامه سرویس حفاری متوالی» را برای شرایط واقعی سایت شما کالیبره کند.
پرسشهای متداول
آیا میتوان با کوتاه کردن صرفِ دورهٔ تعویض، مشکل تخریب Additive را حل کرد؟
کاهش بازهٔ تعویض، اثر کوتاهمدت دارد اما ریشهای نیست. اگر دما، آلودگی ذرات/آب یا هواگیری نامناسب باقی بماند، تخریب Additive ادامه مییابد و لاک تشکیل میشود. ترکیب «شرایطمحور + فیلتراسیون بهتر + کنترل حرارت» معمولاً بازده بالاتری نسبت به Drain صرف دارد و هزینهٔ چرخهعمر را کمتر میکند.
برای پین/بوش حفاری انفجاری، چه گریسی پیشنهاد میشود؟
گریس کلسیم سولفونات کمپلکس با EP بالا و جامدات MoS₂/گرافیت، بهدلیل مقاومت عالی در برابر آبشویی، تحمل بار و پایداری مکانیکی، گزینهٔ اول است. انتخاب NLGI 2 برای تابستانهای گرم ایران و اطمینان از پمپپذیری در زمستان اهمیت دارد. در سیستمهای اتوماتیک، بررسی سازگاری با پمپ و تنظیم دورهٔ تزریق ضروری است.
کدام آزمونهای آنالیز روغن، تخریب Additive را سریعتر نشان میدهند؟
RULER برای پایش باقیماندهٔ آنتیاکسیدانت، FTIR برای اکسیداسیون/نیتراسیون، MPC برای پتانسیل لاک، شمارش ذرات ISO 4406 و ویسکوزیته/TAN ترکیب مؤثر و سریعی هستند. در کنار آنها، شاخصهای آهنی مانند PQ و طیفسنجی ICP به فهم سایش کمک میکنند. تکرار منظم و نمونهگیری صحیح، مهمتر از تنوع آزمونهاست.
آیا ارتقا به روغن سنتتیک همیشه مقرونبهصرفه است؟
خیر. در جاهایی که دمای عملیاتی و سیکل شوکلود بسیار بالاست و توقف پرهزینه است، PAO/استر میتواند نسبت سود/هزینهٔ خوبی ارائه دهد. اما اگر آلودگی ذرات/آب کنترل نشود، حتی روغن سنتتیک هم زود فرسوده میشود. ابتدا پاکیزگی و خنککاری را بهبود دهید، سپس دربارهٔ ارتقا تصمیم بگیرید.
نکتهٔ کلیدی: در حفاریهای متوالی، «داده» از هر Additive ارزشمندتر است. بدون آنالیز روندی، حتی بهترین روغنها هم در برابر سیکلهای سخت دوام نمیآورند.
بدون نظر