Bốn khía cạnh quan trọng và biện pháp thực tiễn để phát hiện hiện tượng quá nhiệt (cháy mũi khoan)
Hiện tượng quá nhiệt mũi khoan (mũi khoan bị cháy) là một dạng sự cố phổ biến và có khả năng gây hậu quả nghiêm trọng trong hoạt động khoan. Nguyên nhân thường là do ma sát quá mức giữa mũi khoan và đáy giếng hoặc do sự cố tuần hoàn của dung dịch khoan, dẫn đến nhiệt độ tăng nhanh dưới giếng. Hậu quả bao gồm hư hỏng mũi khoan, mất khả năng xuyên thấu và các vấn đề thứ cấp như sập giếng. Việc nhận biết kịp thời các dấu hiệu trên bề mặt có thể giúp có thêm thời gian để khắc phục và giảm thiểu tổn thất. Phần sau đây mô tả các phương pháp nhận biết thực tế và các biện pháp phòng ngừa tại hiện trường trên bốn khía cạnh cốt lõi: thông số khoan, tín hiệu phản hồi từ miệng giếng, âm thanh khoan và kiểm tra mũi khoan sau khi kết thúc thao tác.
Theo dõi sát sao những thay đổi bất thường trong các thông số khoan. Sự ổn định của các thông số khoan phản ánh trực tiếp điều kiện dưới lòng đất. Trước và trong giai đoạn đầu của hiện tượng quá nhiệt mũi khoan, các thông số quan trọng như lực tác dụng lên mũi khoan, tốc độ quay (RPM) và áp suất bơm thường cho thấy những bất thường rõ rệt. Việc giám sát thiết bị theo thời gian thực kết hợp với kinh nghiệm của người vận hành là rất cần thiết.
Các bất thường liên quan đến trọng lượng mũi khoan và tốc độ quay: Trong điều kiện khoan bình thường, trọng lượng mũi khoan (WOB) và tốc độ quay (RPM) được thiết lập phù hợp với địa tầng và duy trì tương đối ổn định để đạt hiệu quả cắt tối ưu. Khi xảy ra ma sát quá mức hoặc hiện tượng bám dính một phần giữa mũi khoan và đáy giếng, một bất thường liên quan đặc trưng sẽ xuất hiện: WOB đột ngột tăng lên trong khi RPM giảm mạnh. WOB có thể tăng 30% hoặc hơn so với bình thường, và RPM có thể giảm đột ngột hoặc bị kẹt. Điều này cho thấy sự gia tăng đột ngột lực cản đối với chuyển động của mũi khoan; nếu không được khắc phục, nó có thể nhanh chóng dẫn đến hiện tượng quá nhiệt. Lưu ý rằng đây là sự mất cân bằng thông số tức thời chứ không phải là sự thay đổi dần dần như mong đợi từ sự chuyển đổi địa tầng.
Thay đổi đột ngột và sự không ổn định trong áp suất bơm: Việc tuần hoàn dung dịch khoan (bùn, nước ngọt, v.v.) đúng cách rất quan trọng để kiểm soát nhiệt độ dưới giếng và vận chuyển mùn khoan. Hiện tượng mũi khoan quá nóng gây tích tụ mùn khoan và giãn nở ma trận mũi khoan, có thể làm tắc nghẽn đường dẫn dòng chảy của dung dịch và làm gián đoạn quá trình tuần hoàn, dẫn đến hoạt động bất thường của áp suất bơm. Trong điều kiện bình thường, áp suất bơm duy trì trong một phạm vi nhất định với sự dao động tối thiểu; sự tăng đột ngột áp suất bơm kèm theo dao động thường xuyên, hoặc tình trạng áp suất tăng vọt và không giảm xuống (bơm bị kẹt), cho thấy rõ ràng sự tuần hoàn bị hạn chế và nhiệt độ dưới giếng tăng lên. Trong những trường hợp như vậy, hãy dừng khoan ngay lập tức và kiểm tra hệ thống tuần hoàn - không nên cố gắng khắc phục sự cố bằng cách tăng thêm áp suất.
Hãy chú ý kỹ đến dòng chảy hồi lưu từ miệng giếng. Dòng chảy hồi lưu cung cấp một cái nhìn trực tiếp, dễ quan sát về điều kiện dưới lòng đất. Nhiệt độ cao và những thay đổi trong thành phần của mùn khoan do mũi khoan quá nóng sẽ được phản ánh trong nhiệt độ, màu sắc và hàm lượng cát của dòng chảy hồi lưu. Kết hợp kiểm tra bằng cảm quan với các phép đo đơn giản để xác định vấn đề.
Nhiệt độ dòng chảy hồi lưu tăng bất thường: Trong quá trình khoan bình thường, dòng chảy hồi lưu hơi ấm hơn nhiệt độ môi trường xung quanh do nhiệt ma sát, nhưng không quá nóng đến mức khó chịu khi chạm vào. Khi mũi khoan quá nóng, nhiệt độ cục bộ dưới giếng có thể đạt đến hàng trăm độ C, gây ra sự tăng đột ngột nhiệt độ dòng chảy hồi lưu. Chạm vào đường ống hồi lưu hoặc lấy một mẫu nhỏ có thể gây ra cảm giác bỏng rát rõ rệt; nhiệt kế có thể cho thấy nhiệt độ tăng 15°C hoặc hơn so với nhiệt độ dòng chảy hồi lưu hoạt động bình thường, với xu hướng tăng liên tục. Hiện tượng này cho thấy nhiệt độ cao bất thường dưới giếng và nguy cơ cháy mũi khoan rất cao. Luôn luôn so sánh với nhiệt độ môi trường xung quanh để tránh kết quả dương tính giả, và tránh tiếp xúc trực tiếp với dòng chảy hồi lưu quá nóng—hãy sử dụng thiết bị bảo hộ thích hợp.
Thay đổi về màu sắc mẫu khoan và hàm lượng cát/mảnh vụn: Màu sắc mẫu khoan bình thường phù hợp với loại đá đang khoan (ví dụ: vàng nhạt đối với đá sa thạch, nâu xám đối với đá phiến) và chứa rất ít cát, hầu như không có cặn lắng nhìn thấy được. Hiện tượng quá nhiệt mũi khoan đưa vật liệu nền mũi khoan (thường là cacbua xi măng, kim cương đa tinh thể hoặc các vật liệu tương tự) đã bị biến đổi nhiệt và trộn lẫn với các mảnh vụn đá, tạo ra mẫu khoan có màu sẫm hơn—đen, xám đậm hoặc nâu đậm—màu sắc càng đậm hơn khi mức độ cháy càng nghiêm trọng. Lượng cát và các mảnh vụn mịn tăng lên đáng kể; để mẫu lắng xuống trong thời gian ngắn sẽ thấy các lớp trầm tích dày đặc gồm các hạt đen mịn (bột nền mũi khoan) trộn lẫn với cát đá và sạn có kết cấu thô ráp. Sự thay đổi đồng thời về màu sắc và lượng trầm tích tăng lên là dấu hiệu đặc trưng trên bề mặt của hiện tượng quá nhiệt mũi khoan.
Hãy lắng nghe những thay đổi trong âm thanh khoan. Tiếng ồn phát ra khi mũi khoan tương tác với địa tầng chứa đựng thông tin chẩn đoán hữu ích. Các thợ khoan giàu kinh nghiệm có thể phát hiện những bất thường bằng âm thanh: quá trình khoan bình thường tạo ra tiếng cắt đều đặn, ổn định – thường được mô tả là tiếng vo ve hoặc tiếng đập nhịp nhàng – mà không có âm thanh lạ. Khi quá nhiệt xảy ra, sự tương tác chuyển từ cắt với chất bôi trơn ma sát sang mài khô hoặc bán khô; âm thanh biến đổi rõ rệt. Hiện tượng cháy ở giai đoạn đầu có thể tạo ra tiếng ma sát sắc nhọn, rít hoặc ken két kèm theo sự rung động mạnh hơn của cần khoan. Hiện tượng cháy nghiêm trọng hơn, khi ma trận mũi khoan bám dính hoặc biến dạng do ma sát với địa tầng, tạo ra tiếng va đập trầm – tiếng thịch hoặc tiếng gõ mạnh – và độ rung mạnh hơn có thể truyền xuống sàn giàn khoan. Khi nghe thấy những thay đổi như vậy, hãy dừng khoan và kiểm tra để ngăn ngừa hư hỏng mũi khoan thêm nữa.
Tiến hành kiểm tra tiêu chuẩn mũi khoan sau khi rút mũi khoan ra. Nếu các dấu hiệu trên bề mặt cho thấy mũi khoan quá nóng hoặc nếu các bất thường chưa được giải quyết vẫn tiếp diễn trong quá trình khoan, hãy rút mũi khoan ra để kiểm tra trực tiếp. Kiểm tra hình dạng và độ mài mòn của mũi khoan là phương pháp chính xác nhất để xác nhận hiện tượng cháy và hướng dẫn các biện pháp khắc phục tiếp theo.
Dấu hiệu hư hỏng do nhiệt: Một mũi khoan hoạt động bình thường sẽ có màu sắc đồng nhất và phần lõi còn nguyên vẹn, không bị đổi màu hoặc biến dạng. Một mũi khoan bị cháy sẽ hiển thị các dấu hiệu hư hỏng do nhiệt rõ ràng: bề mặt bị đổi màu (thường là màu xanh đen hoặc đỏ sẫm do quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao), bị cong vênh hoặc biến dạng cục bộ, bị tách lớp hoặc nứt ở chỗ nối giữa phần lõi và thân mũi khoan, và trong trường hợp nghiêm trọng, có các phần nhô ra không đều do sự nóng chảy cục bộ. Đối với mũi khoan kim cương, hãy tìm kiếm sự mất hạt kim cương và vật liệu lõi bị cacbon hóa, bị đen. Sự hiện diện của các đặc điểm này là bằng chứng trực tiếp cho thấy mũi khoan bị quá nhiệt.
Các kiểu mài mòn bất thường: Trong điều kiện khoan bình thường, sự mài mòn diễn ra đồng đều và phù hợp với độ sâu khoan và độ cứng của tầng đá (mài mòn nhẹ ở đá mềm, mài mòn đều ở các tầng đá cứng hơn). Hiện tượng quá nhiệt mũi khoan tạo ra sự mài mòn bất thường rõ rệt: mài mòn nhanh hơn, trong đó mũi khoan bị xuống cấp nghiêm trọng sau khi khoan một quãng ngắn – cho thấy tốc độ mài mòn cao hơn nhiều so với bình thường – và mài mòn không đều, tập trung ở một bên hoặc ở các vết lõm hoặc rãnh cục bộ (mài mòn không đều hoặc rỗ). Sự không phù hợp giữa chiều dài khoan và mức độ mài mòn, cùng với sự hiện diện của các hư hại cục bộ, củng cố mạnh mẽ chẩn đoán cháy mũi khoan, đặc biệt khi sự đổi màu do nhiệt có thể nhìn thấy là tối thiểu.
Chẩn đoán và xử lý tích hợp: Các dấu hiệu bề mặt của hiện tượng quá nhiệt mũi khoan có liên quan mật thiết với nhau và diễn tiến dần. Kết hợp quan sát đa chiều—ví dụ, các bất thường về thông số với nhiệt độ hồi lưu tăng cao và âm thanh khoan bị biến dạng—để chẩn đoán ở giai đoạn sớm; xác nhận bằng cách kéo mũi khoan xuống và kiểm tra. Các hành động kịp thời như dừng giàn khoan, làm sạch các kênh tuần hoàn và thay thế mũi khoan có thể giảm đáng kể thiệt hại thiết bị và sự chậm trễ dự án, đồng thời giúp duy trì an toàn và hiệu quả khoan. Kỷ luật vận hành thường xuyên—thiết lập đúng các thông số khoan, đảm bảo tuần hoàn chất lỏng đáng tin cậy và tuân thủ các quy trình kiểm tra—giảm nguy cơ quá nhiệt mũi khoan ngay từ đầu.
