Gründe für den Bruch von T38 Bohrstangen in Hartgesteinsformationen
Häufige Brüche von Bohrrohren in Hartgesteinsformationen sind ein komplexes technisches Problem, das oft durch mehrere zusammenwirkende Faktoren verursacht wird. Die folgenden sind die Hauptursachen und entsprechende Präventionsmaßnahmen:
1. Analyse der Ursache für den Bruch 1. Material- und Herstellungsfehler - Grund: Unzureichende Festigkeit des Bohrrohrmaterials (wie Stahl von minderer Qualität), innere Risse, unsachgemäße Wärmebehandlung oder Mängel in den Gewindeverbindungen.
-Leistung: Die Bruchfläche zeigt spröde Bruchmerkmale (wie z.B. eine flache Stelle) oder Spuren der Ermüdungsrissausbreitung.
2. Übermäßiger mechanischer Stress - Grund:
Hartgesteinsformationen haben eine hohe Druckfestigkeit, was während des Bohrens einen höheren Bohrdruck und Drehmoment erfordert und zu einer Überlastung der Bohrrohre führt.
Die Bohrlochverlauf ist komplex (wie beispielsweise ein übermäßiger Knickwinkel), und die Bohrrohre sind wechselnden Biegebeanspruchungen ausgesetzt.
- Leistung: Brüche treten häufig an den Verbindungen von Bohrrohren oder Gewindeverbindungen auf.
3. Kumulative Ermüdungsschäden - Grund: Starke Vibrationen treten beim Bohren von Hartgestein auf, und der Bohrstange werden über einen langen Zeitraum hochfrequente Wechsellasten ausgesetzt, was zu Ermüdungsrissen führt.
Leistung: Schalenartige Ermüdungslinien sind auf der Bruchfläche zu sehen, und Risse breiten sich allmählich von der Oberfläche nach innen aus.
4. Verschleiß und Korrosion - Grund:
Reibung zwischen dem Bohrloch und der Bohrstange verursacht Abnutzung an der Außenwand, insbesondere in hartem Gestein, wo die Abnutzungsrate hoch ist.
Die korrosiven Komponenten der Bohrflüssigkeit, wie H₂S und CO₂, beschleunigen die spannungsrisskorrosion.
Leistung: Die Wanddicke an der Bruchstelle ist erheblich reduziert oder es sind Korrosionsgruben vorhanden.
5. Unsachgemäße Bedienung - Grund:
Unvernünftige Einstellungen für Bohrdruck und Drehzahlparameter (wie blindes Pressen in Hartgestein).
Versäumnis, abgenutzte Bohrrohre rechtzeitig zu ersetzen oder Abweichungen im Bohrloch zu behandeln (wie das gewaltsame Ziehen nach festgefahrenem Bohren).
Leistung: Plötzlicher Bruch begleitet von abnormalen Betriebsprotokollen.
2. Präventive Maßnahmen 1. Optimierung der Auswahl und Gestaltung von Bohrrohren - Auswahl von hochfestem Legierungsstahl (wie z.B. S135-Bohrrohren), um die Zug- und Ermüdungswiderstandsfähigkeit zu verbessern.
Verwenden Sie dickwandige Bohrrohre oder beschwerte Bohrrohre (wie HEVI-WATE-Bohrrohre, die für tiefe Brunnen in Hartgestein verwendet werden).
Verbessern Sie das Design von Gewindeverbindungen (wie z.B. Doppelschultergelenken), um die Spannungskonzentration zu reduzieren.
2. Angemessene Steuerung der Bohrparameter - Passen Sie den Bohrdruck und die Drehgeschwindigkeit entsprechend dem Gesteinstyp an, um einen Blinddruck in hartem Gestein zu vermeiden (siehe Klassifizierung der Bohrbarkeit von Gestein).
Echtzeitüberwachung von Drehmoment, Vibration und anderen Parametern mithilfe von Messungen im Bohrloch während der Bohrung (MWD)-Werkzeuge, um die Abläufe dynamisch zu optimieren.
3. Vibration und Schläge reduzieren - Installieren Sie Stoßdämpfer oder Dämpfer, um hochfrequente Vibrationsenergie zu absorbieren.
Verwenden Sie PDC-Bohrwerkzeuge oder imprägnierte Diamantbohrer (für harte Gesteine), um die Schlagbelastungen zu reduzieren.
4. Wartung und Prüfung verstärken - Führen Sie regelmäßig zerstörungsfreie Prüfungen durch (wie Ultraschallprüfungen, Magnetpulverprüfungen) und ersetzen Sie die Teile sofort, wenn Risse oder übermäßiger Verschleiß festgestellt werden.
Streng die Nutzungsdauer und den kumulierten Ermüdungszyklus von Bohrrohren aufzeichnen und ein Lebensmanagement umsetzen.
5. Optimieren Sie die Bohrlochtrajektorie und die Leistung des Bohrfluids - Kontrollieren Sie die Krümmung des Bohrlochs (Hundekniewinkel <5 °/30m), um die Biegebeanspruchung zu reduzieren.
Verwenden Sie hochschmierende Bohrflüssigkeit (wie ölbasierten Schlamm), um den Reibungskoeffizienten zu reduzieren und den Verschleiß zu minimieren.
6. Betreibertraining - Entwickeln Sie Bohrstandards für Hartgesteinsformationen, um unbefugte Vorgänge wie hartes Anheben und plötzliche Freigabe zu vermeiden.
Schulen Sie das Personal, um frühe Fehlersignale zu erkennen (wie plötzliche Drehmomentänderungen und abnormalen Pumpendruck).
III. Fallanalyse Die wichtigste Maßnahme zur Reduzierung der Häufigkeit von Bohrrohrbrüchen um 80 % in einem Geothermieprojekt in tiefen Hartgesteinsbohrungen ist:
Annahme von Bohrrohren der Klasse S135 mit doppelten Schulterverbindungen zur Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit;
Führen Sie ein Vibrationsüberwachungssystem im Bohrloch ein, um die Drehgeschwindigkeit dynamisch anzupassen;
Führen Sie alle 200 Bo Stunden eine magnetische Partikelprüfung am Bohrrohr durch und ersetzen Sie das verborgene Bohrrohr im Voraus.
Zusammenfassung: Der Bruch von Bohrrohren in Hartgesteinsformationen ist das Ergebnis des synergistischen Effekts von Materialien, Mechanik und Betrieb. Die Prävention muss aus mehreren Dimensionen beginnen, wie z. B. der Auswahl des Designs, der Optimierung von Parametern, der Detektion und Wartung, kombiniert mit Echtzeitüberwachung und standardisiertem Betrieb, um das Risiko von Brüchen signifikant zu reduzieren.
