Неисправность, которая выглядит как три разные проблемы, но таковыми не являются: зона наибольшей коррозии бурильной штанги.
Спросите бурильщика, почему разрушилось соединение трубы, и вы получите один из трех ответов: треснуло, размыло или разошлось. Три разных описания. Три разных образа в голове. Три разных пути поиска неисправности.
Вот чего вам никто не скажет, пока не проведет металлургический анализ: все три причины отказа — это один и тот же отказ. Один механизм, три проявления. И, согласно исследованиям подразделения трубной продукции Китайской национальной нефтяной корпорации, на этот один механизм приходится 70% всех отказов бурильных колонн.
Место: где труба меняет форму.
Каждая бурильная труба имеет внутреннее утолщение — утолщенный участок на каждом конце, где корпус трубы переходит в соединение с бурильной трубой. Внутренний диаметр уменьшается в результате конусообразного перехода. Именно в этом переходе и кроется проблема.
Почему именно там? Две причины. Во-первых, это геометрический разрыв. Изменяется поперечное сечение, изменяется жесткость, и напряжение концентрируется в месте изменения. Под воздействием комбинированной нагрузки при бурении — осевого растяжения, изгиба, крутильных колебаний — в переходной зоне возникает наибольшее локальное напряжение во всем соединении.
Во-вторых, это разрыв потока. Буровой раствор ускоряется при прохождении через более узкий внутренний диаметр, и характер потока становится турбулентным прямо в месте перехода. Турбулентный поток размывает поверхность. Любое защитное покрытие, любая пленка, препятствующая коррозии, быстрее всего смывается именно там, где поверхность и без того наиболее уязвима.
Внешний вид: трещины, выцветание или расслоение.
Неисправность проявляется тремя способами, но последовательность всегда одна и та же.
Первый этап: трещина.Всё начинается на дне ямки — крошечной коррозионной ямки на внутренней поверхности, прямо на границе раздела. Ямка является концентратором напряжений. Под воздействием циклических нагрузок на дне ямки зарождается и растёт усталостная трещина. На этом этапе труба снаружи выглядит нормально. Обнаружить её можно только при внутреннем осмотре.
Второй этап: размыв.Трещина проникает в стену. Буровой раствор под давлением в тысячи фунтов на квадратный дюйм находит трещину и проталкивается сквозь неё. Поток раствора через узкую трещину чрезвычайно быстр — достаточно быстр, чтобы размыть стенки трещины и расширить её до отверстия. Это и есть то самое «промывание», которое видят операторы: микроскопическая утечка, которая появляется внезапно и увеличивается, пока вы наблюдаете за показаниями манометра.
Третий этап: расставание.Несколько промывочных отверстий соединены между собой. Оставшаяся сталь между ними не выдерживает нагрузки. Трубы разъединяются. Соединение, которое выглядело исправным при предыдущем соединении, теперь состоит из двух частей, одна из которых находится в скважине.
Ключевой вывод: к тому моменту, когда вы видите размыв, трещина уже была. И трещина началась в яме, которая образовалась в результате коррозии, начавшейся после того, как трубу убрали во влажном состоянии.
Первопричина: коррозия, возникающая в стеллаже.
Вот что удивляет людей: коррозия, которая в конечном итоге приводит к повреждению бурильной трубы, обычно происходит не во время бурения, а во время хранения трубы на стеллаже между работами.
Когда труба выходит из скважины, ее внутренняя поверхность покрыта буровым раствором и пластовой жидкостью. Этот осадок обладает коррозионными свойствами — содержит хлориды, сульфиды, органические кислоты и растворенный кислород. Если труба устанавливается в стойку без очистки, этот осадок остается в канале скважины. Он высыхает, концентрируется и разрушает сталь.
Внутренняя поверхность в месте перехода в осадочное состояние особенно уязвима, поскольку внутреннее покрытие — если оно есть у трубы — обычно уже тонкое или отсутствует в этом месте, стертое турбулентностью во время бурения. Голая сталь, покрытая коррозионными отложениями, подвергается воздействию кислорода. Это ячейка разомкнутой цепи коррозии. Она не прекращается до тех пор, пока труба не будет возвращена в скважину, к этому моменту точечная коррозия уже началась.
Эффективная профилактика
Невозможно полностью устранить концентрацию напряжений в месте перехода в осадочное состояние — это неотъемлемая особенность конструкции трубы. Невозможно исключить коррозионный потенциал бурового раствора — это неотъемлемая особенность процесса. Что можно контролировать, так это то, будет ли труба помещена на хранение чистой и сухой.
Процедура проста, но редко выполняется полностью: перед установкой трубы на подставку промойте ее изнутри чистой водой, чтобы удалить остатки бурового раствора. Затем просушите ее — пропустите через отверстие сжатый воздух до тех пор, пока не перестанет выходить вода. Для длительного хранения нанесите на внутреннюю поверхность консервирующее масло. Закройте концы заглушками.
Трубы, поступающие на хранение чистыми и сухими, не подвергаются коррозии, которая затем перерастает в трещины, вымывание и, наконец, разрыв. Трубы, поступающие на хранение грязными и влажными, сами создают себе предпосылки для разрушения.
Обнаружение
После ввода трубы в эксплуатацию внутренние точечные повреждения в месте соединения можно обнаружить только при осмотре. Стандартный наружный осмотр их не выявит — повреждение находится на внутренней поверхности. Метод магнитофлуктуационной дефектоскопии (МФД) позволяет обнаружить потерю толщины стенки из-за точечной коррозии. Электромагнитный контроль выявляет трещины. Ни один из этих методов не является идеальным в зоне соединения, поэтому в программах инспекции обычно используются несколько методов, а внутренний осмотр планируется исходя из количества часов работы трубы, а не из видимого состояния.
Труба, которая снаружи выглядит исправной, и её части в переходной зоне оказались не результатом загадочной поломки. Это была коррозия, которая развивалась в течение нескольких месяцев и была невидима для тех, кто её не искал.
Общая картина
70% отказов бурильных колонн происходят в одном месте, по одному механизму, по одной предотвратимой причине. Трещина, размыв и обрыв – это одна и та же история, рассказанная в разной степени. История начинается с мокрой трубы в бурильной колонне и заканчивается извлечением трубы и потерянной скважиной.
Решение заключается не в улучшении качества труб или более интенсивной программе инспекций — хотя и то, и другое помогает. Решение состоит в дисциплинированном подходе к хранению, который учитывает, что внутренняя часть трубы так же важна, как и внешняя, а переходная зона имеет первостепенное значение. Очистите её. Высушите. Защитите. Труба сделает всё остальное.
