Cần khoan địa chất không tự nhiên bị gãy — mà bị gãy do những quyết định sai lầm được đưa ra trước khi giàn khoan bắt đầu hoạt động.

Cần khoan địa chất — loại được sử dụng trong khoan định hướng ngang, khảo sát địa kỹ thuật và lắp đặt tiện ích — không phải chịu đựng sự khắc nghiệt như cần khoan đá kiểu búa. Nó không bị đập liên hồi năm mươi lần một giây. Thay vào đó, nó quay và kéo, đôi khi xuyên qua hàng nghìn mét đất, đá và mọi thứ ở giữa.

Khi một thanh thăm dò địa chất bị hỏng, hiếm khi đó là một sự cố bất ngờ về mặt luyện kim. Đó là kết quả cuối cùng của những quyết định được đưa ra vài ngày hoặc vài tuần trước đó — trong quá trình lựa chọn thiết bị, trong quá trình phân loại thanh thăm dò, trong kế hoạch doa lỗ. Dưới đây là những nguyên nhân gây ra sự cố và cách ngăn chặn chúng trước khi thanh thăm dò được đưa xuống lòng đất.

Chuẩn bị kỹ lưỡng giàn khoan và dụng cụ trước khi đưa vào hoạt động.

Sự cố gây thiệt hại tốn kém nhất là do sử dụng thiết bị không phù hợp với công việc. Trước khi bất kỳ thanh khoan nào được chất lên xe tải, ai đó cần phải đọc báo cáo địa kỹ thuật — không phải chỉ đọc lướt qua, mà là đọc kỹ. Cấu trúc đất như thế nào? Các lớp đá cuội nằm ở đâu? Có đá gốc không, và ở độ sâu bao nhiêu? Mực nước ngầm ra sao?

Câu trả lời sẽ quyết định liệu giàn khoan, hệ thống dung dịch khoan và cần khoan đã lên kế hoạch có thực sự đáp ứng được yêu cầu khoan hay không. Một giàn khoan hoàn hảo để khoan xuyên qua đất sét mềm sẽ làm hỏng cần khoan khi cố gắng xuyên qua những tảng đá lớn bất ngờ. Một hệ thống dung dịch khoan được thiết kế cho cát sẽ không giữ được lỗ khoan mở trong sỏi. Cần khoan phải chịu sự hao mòn mỗi khi thiết bị không phù hợp với địa chất.

Các thông số kỹ thuật của dự án và danh sách thiết bị do nhà thầu đề xuất cần được xem xét kỹ lưỡng so với dữ liệu địa kỹ thuật trước khi bắt đầu thi công. Nếu có sự không khớp, hãy điều chỉnh kế hoạch trang thiết bị — đừng chỉ hy vọng rằng chất lượng đất tốt hơn so với báo cáo.

Chọn cần câu dựa trên thông số kỹ thuật, chứ không phải dựa trên catalog.

Việc lựa chọn cần khoan địa chất tuân theo một logic khác so với việc lựa chọn cần khoan đá. Các tải trọng chủ yếu là mô-men xoắn và lực kéo ngược, chứ không phải lực va đập. Cần khoan đã hoạt động tốt trong công việc trước đó có thể hoàn toàn không phù hợp cho công việc này.

Quy tắc về khả năng chịu mô-men xoắn:Mô-men xoắn định mức tối đa của cần khoan phải ít nhất gấp đôi mô-men xoắn đầu ra tối đa của giàn khoan. Đây không phải là hệ số an toàn cho cần khoan mà là hệ số an toàn cho những sự cố bất ngờ. Các vật cản dưới lòng đất, các khúc cua bán kính hẹp và sự sụp đổ của giếng khoan đều tạo ra các xung mô-men xoắn vượt quá tải trọng khoan ổn định. Một cần khoan hoạt động ở 90% mô-men xoắn định mức trong điều kiện bình thường sẽ không có biên độ an toàn nào cho các xung mô-men xoắn đột ngột.

Tiêu chuẩn phân loại thanh thép:Mỗi thanh thép tham gia vào một công việc phải được phân loại theo tiêu chuẩn SY/T 5824 hoặc tương đương — được đo đạc, kiểm tra và phân loại theo tình trạng hao mòn và lịch sử sử dụng. Các thanh thép không được phân loại trong một chuỗi được coi là không xác định. Những thanh thép không xác định sẽ bị hỏng.

Hồ sơ quản lý:Theo dõi từng thanh khoan. Chiều dài khoan, tải trọng kéo ngược, kết quả kiểm tra, sự thay đổi chất lượng theo thời gian. Một thanh khoan đã trải qua năm lần khoan với tải trọng kéo ngược tối đa không còn giống với thanh khoan ban đầu nữa. Nếu không có hồ sơ, bạn chỉ đang đoán mò.

Phân tích ứng suất:Đối với các mũi khoan quan trọng — đoạn khoan dài, đường kính lớn, địa chất phức tạp — phân tích phần tử hữu hạn (FEA) của chuỗi cần khoan dưới tải trọng dự kiến ​​sẽ xác định các điểm yếu trước khi bắt đầu khoan. Vùng chuyển tiếp ngay phía sau mũi doa thường là vị trí chịu ứng suất cao nhất. FEA cho thấy chính xác nơi tập trung ứng suất và liệu cần khoan có chịu được hay không.

Thanh chuyển tiếp thành dày:Đặt hai đến ba thanh khoan thành dày ngay phía sau mũi doa. Những thanh này đóng vai trò cầu nối giữa đường kính chuyển tiếp của mũi doa và chuỗi thanh khoan tiêu chuẩn. Mũi doa tạo ra mô-men xoắn cao nhất và tải trọng không ổn định nhất trong toàn bộ chuỗi thanh khoan — các thanh chuyển tiếp này hấp thụ lực tác động và bảo vệ các thanh khoan tiêu chuẩn phía sau chúng.

Giữ nguyên vị trí lỗ khoan mồi.

Sai lệch lỗ khoan dẫn hướng là nguyên nhân gốc rễ của một số lượng đáng ngạc nhiên các sự cố hỏng hóc thanh truyền. Một lỗ khoan lệch khỏi đường thiết kế sẽ tạo ra các đường cong bán kính nhỏ mà thanh truyền không được thiết kế để đi theo. Ứng suất uốn trên thanh truyền khi quay qua một đường cong nhỏ hơn bán kính uốn cong thiết kế sẽ tích lũy chu kỳ mỏi với tốc độ nhanh hơn.

Nguyên tắc: Độ lệch của lỗ khoan dẫn hướng so với đường cong thiết kế không được vượt quá 1% chiều dài nhịp. Một lỗ khoan dài 300 mét phải nằm trong phạm vi 3 mét so với đường đi dự kiến. Nếu lỗ khoan dẫn hướng lệch quá mức đó, đừng chấp nhận và hy vọng rằng việc doa lại sẽ làm thẳng nó. Hãy sửa chữa lỗ khoan dẫn hướng hoặc chấp nhận rằng các thanh thép sẽ bị hư hại.

Việc nghiệm thu lỗ khoan dẫn hướng phải được thực hiện theo quy trình chính thức — khảo sát, ghi chép và ký xác nhận bởi kỹ sư hoặc chủ đầu tư trước khi bắt đầu doa lỗ. Việc sử dụng mũi doa trong một lỗ khoan dẫn hướng kém chất lượng chỉ là một thao tác làm hỏng cần khoan với đầu cắt lớn hơn.

Đọc từng bước một, không phải nhảy vọt một lúc.

Khi đường kính lỗ khoan cuối cùng lớn — trên 400 mm — bạn không thể chuyển từ đường kính lỗ dẫn hướng sang đường kính lỗ cuối cùng chỉ trong một lần cắt. Điều đó tạo ra sự thay đổi đột ngột về tải trọng cắt, mô-men xoắn cần thiết và khối lượng phôi cắt. Các thanh dẫn hướng ở đầu chuỗi chịu tải trọng vượt xa giới hạn thiết kế của chúng.

Phương pháp khoa học: tăng dần đường kính. Một quy trình điển hình bắt đầu với mũi doa có đường kính trong khoảng 200-240 mm, sau đó tăng dần khoảng 200 mm mỗi lần cho đến đường kính cuối cùng. Mỗi lần doa loại bỏ một lượng vật liệu có thể kiểm soát được. Mỗi lần doa cho phép hệ thống bùn làm sạch các mảnh vụn trước khi mũi doa lớn hơn tiếp theo đi qua. Mỗi lần doa giúp các cần khoan hoạt động trong phạm vi tải trọng định mức của chúng.

Kế hoạch tăng dần cường độ khoan cần tính đến khả năng kéo ngược của giàn khoan, lưu lượng và khả năng xử lý chất rắn của hệ thống bùn, mô-men xoắn và giới hạn chịu kéo của chuỗi cần khoan, và phản ứng của tầng địa chất đối với việc doa giếng. Bỏ qua một bước để tiết kiệm thời gian, và cần khoan sẽ phải trả giá bằng những hỏng hóc.

Quan sát các đồng hồ đo trong quá trình doa.

Trong quá trình doa lỗ, hai thông số quan trọng hơn cả là mô-men xoắn và lực kéo ngược. Cả hai cần được theo dõi liên tục và so sánh với phạm vi dự kiến ​​cho địa tầng và đường kính mũi doa.

Sự tăng đột ngột mô-men xoắn có nghĩa là đã có sự thay đổi — mũi khoan va phải lớp đá cứng, mùn khoan bị kẹt, lỗ khoan đang bị sụp đổ. Sự tăng đột ngột lực kéo ngược với mô-men xoắn bình thường có nghĩa là dây khoan đang bị kéo lê — có thể là do lỗ khoan bị sụp đổ hoặc tích tụ quá nhiều mùn khoan.

Khi bất kỳ thông số nào lệch khỏi phạm vi dự kiến, hãy dừng việc doa. Kéo cần khoan lùi lại một chút để tạo thành một vòng annulus. Cho dòng tuần hoàn mạnh chảy vào để làm sạch lỗ khoan. Chỉ tiếp tục doa khi các thông số trở lại bình thường. Việc dùng lực mạnh để xuyên qua một đoạn nhọn là cách bạn biến một cần khoan thành hai đoạn ngắn hơn, ít hữu dụng hơn.

Bức tranh toàn cảnh

Các mũi khoan địa chất bị hỏng là do những quyết định được đưa ra trên mặt đất, chứ không phải do điều kiện gặp phải dưới lòng đất. Lựa chọn thiết bị sai. Các mũi khoan không đạt tiêu chuẩn trong chuỗi khoan. Một lỗ khoan dẫn hướng được chấp nhận nhưng lại đi quá xa. Một kế hoạch doa lỗ khoan bỏ qua nhiều bước. Các thông số bị bỏ qua cho đến khi mũi khoan bị gãy.

Tất cả những sự cố này đều có thể ngăn ngừa được nếu áp dụng kỷ luật kỹ thuật trước và trong quá trình khoan, chứ không phải sau khi các thanh piston đã bị vỡ thành từng mảnh.