Các lỗi về chất lượng của ống giếng dầu chủ yếu xuất phát từ ba khía cạnh:
Thứ nhất: các khuyết tật về chất lượng của chính thân ống giếng dầu, chẳng hạn như các đặc tính cơ học, đường kính bên trong, trọng lượng, v.v. của thân ống không đáp ứng yêu cầu;
Thứ hai: các khuyết tật về chất lượng của ống giếng dầu trong quá trình gia công, chẳng hạn như các thông số ren (độ côn, bước ren, chiều cao răng, hình dạng Ken, độ đồng tâm và khoảng cách giữa các ren ở hai đầu khớp nối) vượt quá tiêu chuẩn, cong vênh bề mặt đen, cong vênh gãy, lệch ren, mô-men xoắn vượt quá tiêu chuẩn, rò rỉ, hư hỏng ren (trầy xước, lồi lõm), chất lượng mối hàn ống khoan không đạt yêu cầu, v.v.;
Thứ ba: Hiệu suất của các ống giếng dầu, bao gồm hiệu suất chống ép, hiệu suất chống ăn mòn, hiệu suất chống thủng và hiệu suất chống dính, không đáp ứng được yêu cầu.
1. Các khuyết tật về chất lượng và phòng ngừa trong quá trình gia công ren ống giếng dầu
Trong quá trình gia công ren ống giếng dầu, ren có thể xuất hiện các khuyết tật về chất lượng như nếp gấp da đen, lệch ren, gãy ren, trầy xước (gờ) ren và các thông số ren vượt quá tiêu chuẩn.
(1) Nứt ren đen: Nứt ren đen biểu hiện dưới dạng bề mặt “không nhẵn” do gia công cục bộ ren quá ít, liên quan đến độ chính xác đường kính ngoài và độ dày thành, độ méo và độ thẳng của đầu ống thép. Nứt thân ống đen thường do đường kính ngoài của thân ống quá nhỏ, đầu ống không đủ thẳng hoặc độ méo quá lớn. Nứt khớp nối đen thường do đường kính ngoài của ống thép vượt quá dung sai dương, thành vượt quá dung sai âm hoặc độ méo quá lớn.
(2) Độ lệch ren: Độ lệch ren là hiện tượng thành ống thép có độ dày không đều, một bên mỏng và một bên dày sau khi tạo ren. Nguyên nhân gây ra độ lệch ren tương tự như hiện tượng ren bị cong vênh, do thành ống có độ dày không đều, bị uốn cong hoặc đầu ống bị méo quá mức. Đôi khi, khi xảy ra hiện tượng độ lệch ren hoặc kiểm soát gia công không hợp lý, độ dày thành đáy ren có thể vượt quá dung sai âm, điều này sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ bền kết nối của ống giếng dầu.
(3) Đứt ren: Khi máy cắt ren cắt ren ở tốc độ cao và mạnh, một khi ren bị đứt hoặc ren bị “mất”, nó sẽ gây ra hiện tượng đứt ren. Nói chung, đứt ren chủ yếu do các tạp chất phi kim loại lớn trong thép và cũng liên quan đến chất lượng của máy cắt ren và độ ổn định của quá trình tạo ren.
(4) Hư hỏng ren: Hư hỏng ren của ống giếng dầu bao gồm các vết bầm tím và trầy xước. Nó xảy ra trong quá trình sản xuất, vận chuyển và lưu trữ thành phẩm. Để ngăn ngừa các ren tiếp xúc của ống giếng dầu bị bầm tím, nghiền nát và gỉ sét, ngoài việc đảm bảo rằng các ren không va chạm với các vật cứng (như con lăn vận chuyển, thanh lưới nghiêng, v.v.) trong quá trình sản xuất, cần phải vặn một vòng bảo vệ bên ngoài có ren trong vào các ren của thân ống giếng dầu, và một vòng bảo vệ bên trong có ren ngoài cần được vặn vào các ren khớp nối.
Tiêu chuẩn API Spec 5CT quy định:
① Nhà máy gia công ren cần phải lắp đặt vòng bảo vệ ren trong và ren ngoài. Thiết kế, vật liệu và độ bền cơ học của vòng bảo vệ ren phải đảm bảo bảo vệ ren và đầu ống để tránh hư hỏng trong quá trình xếp dỡ và vận chuyển thông thường;
② Trong quá trình vận chuyển và bảo quản thông thường dầu và ống chống, thiết kế và vật liệu của vòng bảo vệ ren phải đảm bảo cách ly ren khỏi bụi bẩn và nước. Thời gian bảo quản thông thường khoảng 1 năm;
③ Vật liệu được lựa chọn cho vòng bảo vệ ren không được chứa các thành phần vật liệu có thể gây ăn mòn ren hoặc làm cho vòng bảo vệ ren dính vào ren, và phải phù hợp với nhiệt độ hoạt động từ -46℃ đến +66℃:
④ Không được sử dụng vòng bảo vệ ren bằng thép trần trên thân ống thép L80 loại 9Cr và 13Cr.
(5) Các thông số ren vượt quá tiêu chuẩn
Gia công ren là công đoạn quan trọng nhất trong sản xuất ống giếng dầu và cũng là công đoạn then chốt quyết định chất lượng ren của ống giếng dầu. Hiện nay, hầu hết các ống giếng dầu được gia công ren bằng máy công cụ CNC chuyên dụng. Khi gia công ren, phôi được tự động căn chỉnh và kẹp nổi. Dụng cụ gia công ren sử dụng dụng cụ cacbua, và trục chính quay vô cấp. Có hai cách gia công ren: một là phôi quay và dụng cụ thực hiện chuyển động tịnh tiến trên mặt phẳng; cách khác là phôi không di chuyển và dụng cụ quay và thực hiện chuyển động tịnh tiến. Hai loại máy công cụ này có những đặc điểm riêng. Loại thứ nhất linh hoạt hơn khi sử dụng. Nó không chỉ có năng suất cao khi gia công ren côn thông thường mà còn có thể gia công cả ren nối trực tiếp và ren nối đặc biệt với độ kín khí tốt (khóa đặc biệt); loại thứ hai có năng suất cao hơn khi gia công ren côn thông thường so với loại thứ nhất, nhưng khóa đặc biệt yêu cầu máy công cụ gia công sơ bộ. Các thông số khác nhau của ren (đường kính giữa, chiều cao răng, độ côn, bước ren, góc răng, khoảng cách giữa các răng, v.v.) sẽ ảnh hưởng đến độ bền liên kết và hiệu suất làm kín của ren. Khoảng cách giữa các răng là giá trị tổng hợp của sự biến động của từng thông số riêng lẻ của ren. Ngay cả khi các thông số riêng lẻ của ren đạt tiêu chuẩn, khoảng cách giữa các răng vẫn có thể không đạt tiêu chuẩn. Độ chính xác của các thông số khác nhau của ren không chỉ liên quan đến chất lượng phôi ống mà còn liên quan đến phương pháp gia công ren, loại máy công cụ và độ ổn định của quá trình gia công, cũng như độ chính xác kích thước và khả năng chống mài mòn của lược ren. Khi các điều kiện khác như nhau, độ chính xác kích thước của lược ren quyết định độ chính xác của kích thước ren. Nói chung, dung sai kích thước của lược ren chỉ cần bằng 1/3 đến 1/4 dung sai của sản phẩm, hoặc thậm chí cao hơn.
(6) Mô-men xoắn và giá trị J vượt quá tiêu chuẩn: Mô-men xoắn của dầu và vỏ đề cập đến mô-men xoắn tạo thành khi khớp nối và thân ống được vặn với nhau. Mục đích của việc kiểm soát mô-men xoắn là để đảm bảo độ bền kết nối giữa khớp nối và thân ống và ứng suất áp suất tiếp xúc trên mặt ren và phối hợp với mỡ làm kín ren tương ứng để đạt được khả năng chống rò rỉ dầu và vỏ. Đối với ren tiêu chuẩn API, giá trị J biểu thị khoảng cách từ đầu ống đến tâm của khớp nối sau khi khớp nối và thân ống được siết chặt, đây là một trong những thông số quan trọng quyết định chất lượng của mối nối ren.
(7) Rò rỉ: Để tránh rò rỉ dầu và vỏ do áp suất tiếp xúc không đủ giữa dầu và thân ống vỏ với ren khớp nối, dầu và vỏ có khớp nối được thử nghiệm áp suất thủy tĩnh theo tiêu chuẩn. Sự rò rỉ của ren nối thân ống và khớp nối có liên quan đến loại và chất lượng ren, việc vặn dầu và vỏ, và chất lượng mỡ bôi trơn ren. Về loại ren, hiệu suất làm kín của ren tròn tốt hơn ren hình thang, và ren đặc biệt thậm chí còn tốt hơn. Hình dạng ren có độ chính xác cao và mô-men xoắn vặn dầu và vỏ hợp lý có lợi cho việc cải thiện hiệu suất làm kín của ren. Mỡ bôi trơn ren có thể đóng vai trò bôi trơn, lấp đầy khe hở ren (làm kín) và chống ăn mòn trong quá trình vặn khớp nối và sử dụng dầu và vỏ.
2. Hiệu suất của ống giếng dầu
Các đặc tính của ống giếng dầu bao gồm khả năng chống dính, chống xẹp, chống ăn mòn và khả năng chống thủng.
(1) Hiệu suất chống dính: Theo yêu cầu tiêu chuẩn, các mối nối ren của ống dầu và ống bao cần được siết chặt và tháo ra. Quy định rằng mỗi mối nối phải được siết chặt và tháo ra 6 lần. Siết chặt đến mô-men xoắn tối đa do nhà sản xuất khuyến nghị, sau đó tháo ra và kiểm tra độ dính của ren trong và ren ngoài của ống dầu và ống bao. Độ dính của ren ống dầu và ống bao liên quan đến các yếu tố như chất lượng ren, độ cứng bề mặt ren, tốc độ siết chặt, hệ số ma sát bề mặt và ứng suất tiếp xúc (mô-men xoắn siết chặt khớp nối). Để cải thiện hiệu suất chống dính của ren ống dầu và ống bao, cần cải thiện độ hoàn thiện của ren, độ cứng và độ đồng đều của ren, giảm tốc độ siết ren và kiểm soát mô-men xoắn siết chặt. Đồng thời, cần phủ một lớp màng kim loại hoặc phi kim loại mềm hơn lên bề mặt ren trong của khớp nối để ngăn cách thân ống dầu và ống bao với khớp nối nhằm ngăn chặn sự dính kết giữa bề mặt kim loại của hai ren và tránh bị rách hoặc thậm chí bị đứt ren. Trước khi vặn khớp nối, bề mặt ren cần được bôi mỡ bôi trơn để ngăn ngừa hiện tượng kẹt ren sau khi vặn và cải thiện khả năng làm kín của ren. Có nhiều phương pháp phủ bề mặt ren khớp nối: chẳng hạn như quá trình mạ kẽm và phốt phát hóa; đối với một số vật liệu đặc biệt và ren kết nối đặc biệt, thường cần phải mạ đồng. Các yếu tố gây kẹt liên quan đến nhà máy: thông số ren (bước ren, chiều cao răng, độ côn, mômen siết chặt, góc bán kính biên dạng răng, v.v.), sự phù hợp của ren trong và ren ngoài (xử lý bề mặt, độ hoàn thiện bề mặt, phốt phát hóa, mạ kẽm, mạ đồng, v.v.), mỡ ren (chức năng: bôi trơn, lấp đầy và làm kín, v.v., bao gồm bột kim loại và mỡ), điều khiển ren (mômen xoắn, tốc độ xoắn, v.v.), các yếu tố vật liệu, v.v. Các yếu tố liên quan đến việc sử dụng và vận hành trong các mỏ dầu bao gồm: nâng hạ không có bộ bảo vệ ren, ren bị lệch (ống lắc lư trong không khí và không đồng tâm với ren giếng), không có ren hoặc có ít ren, mỡ ren (không đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn, có cát và các mảnh vụn khác), tốc độ và mômen xoắn của ren, và lực kẹp của kìm lớn.
(2) Hiệu suất chống sụp đổ (nghiền nát): Khi độ sâu khoan tăng lên, áp suất lên dầu và vỏ giếng dầu khí tăng lên, đặc biệt là ở các giếng sâu, giếng siêu sâu hoặc các giếng dầu khí trong các tầng địa chất phức tạp như đá muối, hỗn hợp muối, đá phiến và các tầng đá mềm cần cách ly dòng chảy dẻo. Khi áp suất bên ngoài vượt quá một giới hạn nhất định, thân ống giếng dầu sẽ tạo ra rãnh hoặc biến dạng hình elip, được gọi là sụp đổ ống giếng dầu.
(3) Khả năng chống ăn mòn: Một số mỏ dầu khí chứa một lượng lớn môi trường ăn mòn như hydro sunfua, carbon dioxide hoặc ion clorua, điều này đặt ra các yêu cầu về khả năng chống ăn mòn đối với dầu và ống bao, bao gồm khả năng chống ăn mòn ứng suất sunfua, khả năng chống ăn mòn CO2 và Cl-, v.v. Khả năng chống ăn mòn của dầu và ống bao chủ yếu liên quan đến các yếu tố như thành phần hóa học của thép và giá trị ứng suất dư của ống thép. Giảm hàm lượng tạp chất phi kim loại và các nguyên tố có hại trong thép, tăng các nguyên tố chống ăn mòn như Cr và Ni, giảm ứng suất dư trong ống thép và cải thiện tỷ lệ cường độ chảy của ống thép đều có lợi cho việc cải thiện khả năng chống ăn mòn của dầu và ống bao.
(4) Hiệu suất đục lỗ: Phần sản xuất dầu của ống giếng lớp dầu (sản xuất dầu theo lớp trong giếng dầu nhiều lớp) yêu cầu phải đục lỗ để cho phép dầu thô chảy vào ống từ lớp cát dầu chứa dầu được chỉ định. Vì lý do này, ống giếng lớp dầu cần phải có hiệu suất đục lỗ tốt, đặc biệt khi sử dụng các hoạt động đục lỗ không dùng súng, hiệu suất đục lỗ của ống cần phải cao hơn. Hiệu suất đục lỗ của ống được xác định thông qua các thử nghiệm đục lỗ. Cụ thể, ống cần thử nghiệm được treo trong một giếng mô phỏng, và một số lượng nhất định các đầu đạn đục lỗ có hình dạng với khoảng cách và hướng khác nhau được treo trong ống. Sau đó tiến hành đục lỗ. Sau khi đục lỗ, nếu không có vết nứt xung quanh các lỗ của ống thử nghiệm, thì hiệu suất đục lỗ tốt; nếu có một vài vết nứt nhỏ xung quanh các lỗ, nhưng số lượng và chiều dài của chúng không vượt quá yêu cầu của điều kiện kỹ thuật, thì hiệu suất đục lỗ đạt yêu cầu; Và nếu số lượng hoặc chiều dài các vết nứt xung quanh lỗ vượt quá yêu cầu, đặc biệt nếu các vết nứt giữa hai lỗ liền kề thông nhau, thì hiệu suất khoan không đạt tiêu chuẩn. Mỏ dầu cũng có những yêu cầu rõ ràng về mức độ giãn nở của ống chống sau khi khoan và chiều cao của các gờ bên trong và bên ngoài xung quanh lỗ.
Thời gian đăng bài: 14 tháng 10 năm 2024