Sự cố thoạt nhìn như ba vấn đề khác nhau nhưng thực chất không phải: Bên trong vùng ăn mòn nghiêm trọng nhất của cần khoan

Hãy hỏi một người thợ khoan tại sao một mối nối ống bị hỏng, và bạn sẽ nhận được một trong ba câu trả lời: nó bị nứt, nó bị cuốn trôi, hoặc nó bị tách rời. Ba mô tả khác nhau. Ba hình ảnh khác nhau trong đầu. Ba cách khắc phục sự cố khác nhau.

Điều mà không ai nói cho bạn biết cho đến khi họ tiến hành phân tích luyện kim là: ba sự cố đó đều do cùng một nguyên nhân gây ra. Một cơ chế, ba biểu hiện khác nhau. Và theo nghiên cứu từ bộ phận sản xuất ống thép của Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Trung Quốc (CNPC), cơ chế đó chiếm đến 70% tổng số sự cố hỏng hóc của cần khoan.

Vị trí: Nơi đường ống thay đổi hình dạng

Mỗi ống khoan đều có một phần phình ra bên trong — một đoạn dày lên ở mỗi đầu nơi thân ống chuyển tiếp vào khớp nối dụng cụ. Đường kính bên trong giảm dần qua một đoạn chuyển tiếp hình nón. Vấn đề nằm ở đoạn chuyển tiếp đó.

Tại sao lại ở đó? Có hai lý do. Thứ nhất, đó là một sự gián đoạn về hình học. Mặt cắt ngang thay đổi, độ cứng thay đổi, và ứng suất tập trung tại điểm thay đổi. Dưới tác động tổng hợp của quá trình khoan — lực căng dọc trục, uốn cong, rung xoắn — vùng chuyển tiếp chịu ứng suất cục bộ cao nhất trong toàn bộ mối nối.

Thứ hai, đó là sự gián đoạn dòng chảy. Dung dịch khoan tăng tốc khi đi qua đường kính trong hẹp hơn, và mô hình dòng chảy trở nên hỗn loạn ngay tại điểm chuyển tiếp. Dòng chảy hỗn loạn làm xói mòn bề mặt. Bất kỳ lớp phủ bảo vệ nào, bất kỳ lớp màng ức chế ăn mòn nào, đều bị bào mòn nhanh nhất chính xác tại nơi bề mặt vốn đã dễ bị tổn thương nhất.

Hình thức bên ngoài: Vết nứt, vết mài mòn hoặc vết tách rời

Lỗi này biểu hiện theo ba cách, nhưng trình tự luôn giống nhau.

Giai đoạn một: vết nứt.Nó bắt đầu từ đáy của một vết rỗ – một vết rỗ ăn mòn nhỏ trên bề mặt bên trong, ngay tại vị trí chuyển tiếp. Vết rỗ này là nơi tập trung ứng suất. Dưới tác động của tải trọng chu kỳ, một vết nứt do mỏi bắt đầu hình thành ở đáy vết rỗ và phát triển. Ở giai đoạn này, ống trông vẫn ổn từ bên ngoài. Bạn chỉ có thể phát hiện ra nó khi kiểm tra bên trong.

Giai đoạn hai: sự cuốn trôi.Vết nứt xuyên qua thành tường. Bùn khoan, dưới áp suất hàng nghìn PSI, tìm thấy vết nứt và tràn qua. Dòng chảy của bùn qua vết nứt hẹp cực kỳ nhanh — đủ nhanh để ăn mòn thành vết nứt và làm nó rộng ra thành một lỗ. Đây chính là hiện tượng rò rỉ mà người vận hành nhìn thấy: một lỗ rò nhỏ xuất hiện đột ngột và lớn dần trong khi bạn đang theo dõi đồng hồ đo áp suất.

Giai đoạn ba: sự chia ly.Nhiều lỗ xả nước được nối với nhau. Phần thép còn lại giữa chúng không thể chịu được tải trọng. Các đoạn ống. Một mối nối trông vẫn ổn ở lần kết nối trước giờ đã bị tách thành hai mảnh, một trong số đó nằm dưới lòng đất.

Điều quan trọng cần hiểu: khi bạn nhìn thấy vết nứt do nước tràn ra, thì vết nứt đã xuất hiện rồi. Và vết nứt bắt đầu từ một hố nhỏ, vốn là một điểm ăn mòn hình thành khi đường ống bị cất giữ khi còn ướt.

Nguyên nhân gốc rễ: Sự ăn mòn xảy ra trong giá đỡ

Điều khiến mọi người ngạc nhiên là: sự ăn mòn dẫn đến việc ống khoan bị gãy thường không xảy ra trong quá trình khoan. Nó xảy ra khi ống khoan nằm trên giá đỡ giữa các lần khoan.

Khi một đoạn ống được đưa ra khỏi giếng, mặt trong của nó sẽ bị phủ một lớp bùn khoan và dung dịch hình thành giếng. Lớp cặn này có tính ăn mòn — chứa clorua, sunfua, axit hữu cơ, oxy hòa tan. Nếu ống được đưa thẳng vào giá đỡ mà không được làm sạch, lớp cặn đó sẽ đọng lại trong thành ống. Nó sẽ khô lại, cô đặc và ăn mòn thép.

Bề mặt bên trong tại vị trí chuyển tiếp bị biến dạng đặc biệt dễ bị tổn thương vì lớp phủ bên trong — nếu ống có — thường đã mỏng hoặc bị mất đi, do bị mài mòn bởi dòng chảy xoáy trong quá trình khoan. Thép trần, bị phủ bởi cặn ăn mòn, tiếp xúc với oxy. Đó là một tế bào ăn mòn hở. Quá trình này không dừng lại cho đến khi ống được đưa trở lại giếng, lúc đó hiện tượng rỗ bề mặt đã bắt đầu.

Phương pháp phòng ngừa hiệu quả

Bạn không thể loại bỏ sự tập trung ứng suất tại điểm chuyển tiếp biến dạng – đó là đặc điểm vốn có của thiết kế đường ống. Bạn cũng không thể loại bỏ khả năng ăn mòn của dung dịch khoan – đó là đặc điểm vốn có của quy trình. Điều bạn có thể kiểm soát là liệu đường ống có được đưa vào kho lưu trữ trong tình trạng sạch sẽ và khô ráo hay không.

Quy trình này đơn giản nhưng hiếm khi được thực hiện đầy đủ: rửa sạch bên trong ống trước khi xếp vào giá đỡ. Xả nước sạch để loại bỏ cặn dung dịch khoan. Sau đó làm khô bằng khí nén qua thành ống cho đến khi không còn nước chảy ra. Để bảo quản lâu dài, phủ một lớp dầu bảo quản bên trong. Bịt kín hai đầu ống.

Ống được đưa vào kho trong tình trạng sạch sẽ và khô ráo sẽ không bị rỗ, dẫn đến nứt, xói mòn và tách rời. Ống bẩn và ẩm ướt khi đưa vào kho sẽ tự tạo điều kiện cho sự hư hỏng của chính chúng.

Sự phát hiện

Khi đường ống đã được đưa vào sử dụng, hiện tượng rỗ bề mặt bên trong tại vị trí chuyển tiếp chỉ có thể được phát hiện bằng cách kiểm tra. Kiểm tra bên ngoài thông thường sẽ không phát hiện ra điều này — hư hỏng nằm ở bên trong đường ống. Kiểm tra rò rỉ từ thông (MFL) phát hiện sự hao hụt thành ống do rỗ ​​bề mặt. Kiểm tra điện từ phát hiện các vết nứt. Cả hai phương pháp đều không hoàn hảo tại vùng chuyển tiếp, đó là lý do tại sao các chương trình kiểm tra thường sử dụng nhiều phương pháp và lên lịch kiểm tra bên trong dựa trên số giờ hoạt động chứ không phải dựa trên tình trạng nhìn thấy được.

Đoạn ống trông có vẻ ổn từ bên ngoài và các bộ phận ở vùng chuyển tiếp không phải là một sự cố bí ẩn. Đó là sự cố ăn mòn đã diễn ra trong nhiều tháng, không thể nhận thấy đối với bất kỳ ai không để ý đến nó.

Bức tranh toàn cảnh

70% các sự cố về chuỗi khoan đều xảy ra ở một vị trí, một cơ chế và một nguyên nhân gốc rễ có thể phòng ngừa được. Vết nứt, sự xói mòn và sự tách rời đều là cùng một câu chuyện được kể ở các mức độ khác nhau. Câu chuyện bắt đầu với một ống khoan bị ướt trong giá đỡ và kết thúc bằng việc phải kéo ống trở lại và mất một giếng khoan.

Giải pháp không phải là sử dụng loại ống tốt hơn hay chương trình kiểm tra nghiêm ngặt hơn — mặc dù cả hai đều có ích. Giải pháp nằm ở việc bảo quản đúng cách, nhận ra rằng bên trong ống cũng quan trọng như bên ngoài, và vùng chuyển tiếp là quan trọng nhất. Hãy làm sạch nó. Làm khô nó. Bảo vệ nó. Ống sẽ tự làm phần còn lại.