Raisons de la fracture des tiges de forage T38 dans les formations rocheuses dures
La fracture fréquente des tiges de forage dans les formations rocheuses dures est un problème technique complexe, souvent causé par plusieurs facteurs agissant ensemble. Voici les principales raisons et les mesures préventives correspondantes :
1. Analyse de la cause de la fracture 1. Défauts matériels et de fabrication - Raison : Résistance insuffisante du matériau de la tige de forage (tel qu'un acier de mauvaise qualité), fissures internes, traitement thermique inadéquat ou défauts dans les connexions filetées.
-Performance : La surface de fracture présente des caractéristiques de fracture fragile (comme une section plate) ou des traces de propagation de fissures de fatigue.
2. Stress mécanique excessif - Raison :
Les formations de roche dure ont une résistance à la compression élevée, nécessitant une pression et un couple de forage plus importants pendant le forage, ce qui entraîne une surcharge des tiges de forage.
La trajectoire du puits est complexe (comme un angle de dogleg excessif), et la tige de forage est soumise à un stress de flexion alterné.
-Performance : Les fractures se produisent souvent aux joints de tubulures de forage ou aux raccords filetés.
3. Dommages de fatigue cumulée - Raison : Des vibrations sévères se produisent lors du forage dans des roches dures, et la tige de forage est soumise à des charges alternées à haute fréquence pendant une longue période, provoquant des fissures de fatigue.
Performances : Des lignes de fatigue en coquille peuvent être observées sur la surface de fracture, et les fissures se propagent progressivement vers l'intérieur depuis la surface.
4. Usure et corrosion - Raison :
La friction entre le puits et la tige de forage entraîne une usure de la paroi extérieure, en particulier dans la roche dure où le taux d'usure est élevé.
Les composants corrosifs du fluide de forage, tels que H₂S et CO₂, accélèrent la corrosion sous contrainte.
Performance : L'épaisseur de la paroi au site de fracture est considérablement réduite ou des piqûres de corrosion sont présentes.
5. Mauvaise opération - Raison :
Des réglages déraisonnables pour la pression de forage et les paramètres de vitesse de rotation (comme la pressurisation à l'aveugle dans la roche dure).
Le non-remplacement en temps voulu des tubes de forage usés ou le non-traitement des anomalies dans le puits (comme le tirage forcé après un forage coincé).
Performance : Rupture soudaine accompagnée de dossiers de fonctionnement anormaux.
2. Mesures préventives 1. Optimiser la sélection et la conception des tubes de forage - Sélectionner de l'acier allié à haute résistance (tel que tube de forage de grade S135) pour améliorer les performances de résistance à la traction et à la fatigue.
Utilisez des tiges de forage à parois épaisses ou des tiges de forage lestées (comme les tiges de forage HEVI-WATE utilisées pour le forage de puits profonds dans des roches dures).
Améliorez la conception des connexions filetées (telles que les joints à double épaule) pour réduire la concentration de contraintes.
2. Contrôlez raisonnablement les paramètres de forage - Ajustez la pression de forage et la vitesse de rotation en fonction du type de roche pour éviter une pression aveugle dans les roches dures (référez-vous à la classification de la forabilité des roches).
Surveillance en temps réel du couple, des vibrations et d'autres paramètres en utilisant des outils de mesure au fond du trou pendant le forage (MWD) pour optimiser dynamiquement les opérations.
3. Réduisez les vibrations et les impacts - Installez des amortisseurs ou des amortisseurs pour absorber l'énergie de vibration à haute fréquence.
Utilisez des forets PDC ou des forets diamantés imprégnés (pour les roches dures) afin de réduire les charges d'impact.
4. Renforcer l'entretien et les tests - Effectuer régulièrement des tests non destructifs (tels que les tests ultrasonores, les tests par particules magnétiques) et remplacer immédiatement s'il y a des fissures ou une usure excessive.
Enregistrer strictement la durée d'utilisation et le cycle de fatigue cumulative des tiges de forage, et mettre en œuvre la gestion de la durée de vie.
5. Optimiser la trajectoire du puits et la performance du fluide de forage - Contrôler la courbure du puits (angle de dogleg <5 °/30m) pour réduire le stress de flexion.
Utilisez un fluide de forage à haute lubrification (comme les boues à base d'huile) pour réduire le coefficient de friction et minimiser l'usure.
6. Formation des opérateurs - Développer des normes de forage pour les formations rocheuses dures afin d'éviter les opérations non autorisées telles que le levage brutal et le relâchement soudain.
Former le personnel à identifier les signaux de défaillance précoces (comme les changements de couple soudains et la pression de pompe anormale).
III. Analyse de cas La mesure clé pour réduire la fréquence des fractures de tube de forage de 80 % dans un projet de puits géothermique en roche dure profonde est :
Adoption de tuyaux de forage de grade S135 avec des joints à double épaule pour améliorer la résistance à la fatigue ;
Introduire un système de surveillance des vibrations en profondeur pour ajuster dynamiquement la vitesse de rotation.
Effectuer des essais par particules magnétiques sur le tube de forage tous les 200 heures de forage et remplacer à l'avance le tube de forage caché.
Résumé La fracture des tubes de forage dans des formations rocheuses dures est le résultat de l'effet synergique des matériaux, de la mécanique et des opérations. La prévention doit commencer par plusieurs dimensions telles que le choix de conception, l'optimisation des paramètres, la détection et la maintenance, combinées à une surveillance en temps réel et à une opération standardisée, afin de réduire significativement le risque de fracture.
