Ống khoan dầu so với cần khoan DTH: Chúng trông giống nhau, nhưng thực chất không có liên quan gì đến nhau.

Một anh chàng mới vào đội khai thác mỏ nọ đã lấy thứ mà anh ta nghĩ là một thanh khoan dự phòng từ giá đỡ và thử lắp nó vào máy khoan búa DTH. Thanh khoan khớp với mâm cặp, ít nhiều là vậy. Các ren cũng bị kẹt, nhưng không hoàn toàn chắc chắn. Máy nén khí khởi động, búa bắt đầu hoạt động, và trong khoảng hai mươi phút, thanh khoan đã bị xoắn thành hình xoắn ốc tại điểm nối ren đầu tiên. Thanh khoan không bị lỗi. Nó là một ống khoan dầu – được thiết kế để quay, không phải để va đập – và nó đã được yêu cầu làm một công việc mà nó không được chế tạo để làm.

Nếu bạn làm việc trong cả lĩnh vực khai thác mỏ và dầu khí, hoặc nếu bạn phụ trách mua sắm dụng cụ cho nhiều công trường, có lẽ bạn đã từng thấy ống khoan dầu và cần khoan DTH nằm cùng một chỗ và tự hỏi liệu chúng có thể thay thế cho nhau không. Câu trả lời là không. Dưới đây là bốn điểm khác biệt hoàn toàn giữa chúng.

Điểm khác biệt thứ nhất: Công dụng thực sự của chúng là gì?

Ống khoan dầu chỉ có một nhiệm vụ duy nhất: đưa mũi khoan xuống đáy giếng có thể sâu vài nghìn mét, tạo đủ lực quay để làm quay mũi khoan, và bơm dung dịch khoan qua tâm ống để mang mùn khoan lên. Chỉ vậy thôi. Mọi chi tiết trong thiết kế đều xuất phát từ thực tế rằng nó hoạt động trong các giếng sâu, áp suất cao, nơi kẻ thù lớn nhất là sự ăn mòn bên trong do bùn khoan, sự mài mòn bên ngoài do ma sát với ống chống, và sự mỏi do tải trọng chu kỳ khi kéo ống xuống và rút ra.

Cần khoan DTH hoạt động trong một môi trường hoàn toàn khác biệt. Nhiệm vụ của chúng là nằm giữa búa khoan DTH và giàn khoan, truyền lực quay và lực đẩy xuống búa đồng thời dẫn khí nén cao áp qua tâm để cung cấp năng lượng cho piston của búa và thổi các mảnh vụn khoan ra khỏi lỗ. Chúng không tạo ra lực tác động — búa mới là bộ phận tạo ra lực đó — nhưng chúng phải chịu được môi trường mài mòn, rung động mạnh ngay phía trên búa, nơi mỗi cú đánh tạo ra sóng xung kích truyền lên thép và các mảnh đá bắn ra với tốc độ gần bằng tốc độ âm thanh.

Ống khoan dầu: dài hàng ngàn mét, quay tròn, tuần hoàn bùn. Cần khoan DTH: dài hàng chục đến hàng trăm mét, quay tròn cộng với rung động, khí nén. Hai thế giới hoàn toàn khác biệt.

Điểm khác biệt thứ hai: Hình dáng của chúng khi nhìn cận cảnh.

Cầm một ống khoan dầu lên, điều đầu tiên bạn nhận thấy là trọng lượng của nó. Đó là một ống thép liền mạch, thường có độ dày thành từ 9 đến 11 milimét, với mặt cắt ngang hình tròn nhẵn từ đầu đến cuối. Hai đầu được nối bằng các khớp ren theo tiêu chuẩn API — IF, FH, NC, hoặc các ký hiệu tương tự dùng để chỉ các kiểu ren được tiêu chuẩn hóa trong ngành công nghiệp dầu khí. Các ren được cắt với dung sai rất nhỏ vì chúng phải chịu được áp suất bùn bên trong lên đến hàng nghìn PSI trong khi truyền tải mô-men xoắn lên đến hàng chục nghìn foot-pound.

Giờ hãy cầm một cần khoan DTH lên. Nó nhẹ hơn so với chiều dài của nó, và thay vì một ống tròn trơn, hầu hết đều có mặt cắt ngang hình lục giác. Hình lục giác không chỉ mang tính thẩm mỹ — nó cung cấp các bề mặt phẳng để cờ lê tháo lắp của giàn khoan có thể kẹp chặt trong quá trình thay cần, và nó giúp cần có độ cứng uốn tốt hơn theo các hướng quan trọng trong quá trình khoan va đập. Lỗ ở giữa dùng để dẫn khí nén, chứ không phải bùn khoan, vì vậy đường kính bên trong được thiết kế cho thể tích khí chứ không phải lưu lượng chất lỏng. Các đầu nối thường có thiết kế dạng vai, mặt phẳng giúp truyền năng lượng va đập từ búa đến cần mà không tập trung ứng suất tại các ren — hoàn toàn khác với các cấu hình ren API trên ống dẫn dầu.

Nếu bạn đang đứng trong sân và cố gắng phân biệt chúng, hãy tìm hình dạng thân lục giác. Hình tròn, nặng, với ren côn chính xác? Ống dẫn dầu. Hình lục giác, nhẹ hơn trên mỗi mét, với các đầu nối mặt phẳng? Thanh DTH. Đó chính là câu trả lời của bạn.

Điểm khác biệt thứ ba: Cách chúng hoạt động dưới tải trọng

Đây chính là điểm khác biệt giải thích tại sao bạn không thể thay thế cái này bằng cái kia, dù trong bất kỳ trường hợp nào.

Ống khoan dầu hoạt động trong trạng thái quay suốt vòng đời làm việc. Bộ truyền động trên đỉnh hoặc bàn quay sẽ làm quay toàn bộ chuỗi ống, và nhiệm vụ của ống là truyền mô-men xoắn một cách hiệu quả mà không bị xoắn đứt. Tải trọng chủ yếu là lực cắt xoắn, cùng với một phần lực căng từ trọng lượng của chuỗi ống bên dưới. Không có tải trọng va đập. Hoàn toàn không có. Ống quay trơn tru, hoặc ít nhất là trơn tru nhất có thể trong điều kiện dưới lòng đất, và nó được thiết kế để chịu được hàng triệu chu kỳ quay trong suốt vòng đời sử dụng.

Cần khoan DTH hoạt động trong một chế độ tải hoàn toàn khác. Búa ở cuối chuỗi cần khoan tác động vào mũi khoan hàng chục lần mỗi giây — mỗi cú đánh là một xung kích mạnh tạo ra sóng nén lan truyền dọc theo cần khoan. Thêm vào đó, giàn khoan còn tạo ra chuyển động quay — chậm hơn nhiều so với giàn khoan dầu, thường từ 20 đến 60 vòng/phút — và áp suất cấp liệu. Cần khoan chịu đồng thời lực xoắn, lực nén dọc trục và rung động tần số cao, cộng thêm sự mài mòn do các mảnh đá bắn ra từ bề mặt ngoài trong không gian hình vành khuyên.

Nếu lắp đặt ống khoan dầu vào hệ thống khoan thẳng đứng (DTH), các mối nối ren – được thiết kế để xoay trơn tru – sẽ bị nứt do mỏi bởi rung động mạnh ngay trong ca làm việc đầu tiên. Thân ống, được thiết kế để chịu xoắn, sẽ bị cong vênh dưới tác động kết hợp của lực nén và rung động. Và bề mặt ngoài tròn nhẵn, không có bề mặt phẳng để cầm nắm, sẽ dễ bị trượt trong cờ lê tháo lắp và gây khó khăn cho mỗi lần thay cần khoan.

Khi đưa cần khoan DTH vào giếng dầu, thân hình lục giác của nó sẽ gây nhiễu loạn trong bùn khoan, các mối nối mặt phẳng sẽ không kín được trước áp suất địa tầng, và cần khoan — vốn không được thiết kế để quay hàng nghìn mét — sẽ bị xoắn gãy chỉ với một phần nhỏ mô-men xoắn mà ống dẫn dầu thường xuyên phải chịu.

Điểm khác biệt thứ tư: Thành phần cấu tạo và cách phân loại

Ống khoan dầu được phân loại theo mác thép — E75, X95, G105, S135, trong đó con số thể hiện độ bền kéo tối thiểu tính bằng nghìn PSI. Ống S135 có độ bền kéo là 135.000 PSI. Đây là các loại thép có độ bền cao, độ dẻo dai cao, được hợp kim hóa với crom và molypden để chống ăn mòn bởi bùn khoan và chất lỏng trong tầng chứa dầu. Quá trình xử lý nhiệt là tôi và ram, tạo ra cấu trúc vi mô đồng nhất xuyên suốt chiều dày thành ống, có thể chịu được mô men xoắn cao mà không bị gãy giòn.

Cần khoan DTH được chế tạo từ các hợp kim khác nhau với các ưu tiên khác nhau. Thép cần có độ cứng bề mặt cao để chống mài mòn do vụn khoan – thường đạt được thông qua quá trình thấm cacbon hoặc tôi cảm ứng bề mặt ngoài – nhưng lõi cần phải giữ được độ dẻo dai để hấp thụ va đập mà không bị nứt. Cấu trúc tôi cứng bề mặt này về cơ bản khác với cấu trúc tôi cứng toàn bộ của ống dẫn dầu. Hàm lượng hợp kim thường thấp hơn về niken và cao hơn về mangan và silic, được tối ưu hóa cho khả năng chống mài mòn hơn là khả năng chống ăn mòn trong giếng sâu.

Hệ thống phân loại cũng khác nhau. Ống dẫn dầu tuân theo tiêu chuẩn API với các số cấp độ được xác định rõ ràng. Cần khoan DTH thường được nhà sản xuất quy định theo hệ thống phân loại riêng, gắn liền với điều kiện đá và khả năng tương thích với búa khoan. Bạn không mua cần khoan DTH cấp độ S135 mà mua cần khoan được thiết kế cho kích thước búa cụ thể và cấp độ mài mòn của đá.

Tóm lại

Ống khoan dầu và cần khoan DTH trông khá giống nhau, giống như xe tải đường cao tốc và xe jeep địa hình đều có bốn bánh. Cả hai đều là những ống thép rỗng dài nối với thiết bị khoan. Nhưng đó là điểm tương đồng duy nhất.

Nếu bạn đang trang bị thiết bị cho một công trường khoan khai thác mỏ hoặc xây dựng, bạn cần cần khoan DTH – thân hình lục giác, được tôi cứng, chịu được va đập và mài mòn. Nếu vô tình có ống dẫn dầu trên công trường, đừng sử dụng nó. Kết quả sẽ là ống bị xoắn, nứt do mỏi và công nhân sẽ phải đứng nhìn giàn khoan ngừng hoạt động. Chọn đúng dụng cụ cho đúng công việc không phải là lời gợi ý – trong khoan, đó là sự khác biệt giữa việc tạo ra lỗ và tạo ra phế liệu.