Ein Bohrgestänge ist ein dickwandiges, hohles Rohrleitungssystem, das ein Drehmoment auf einen Bohrmeißel überträgt. Das Rohr ist so hergestellt, dass es starkem Druck und Verformung standhält. Moderne Bohrrohre bestehen aus Rohren, einem Box-Tool-Joint oder einem Pin-Tool-Joint, dies sind wesentliche Werkzeuge für die Übertragung von Kraft und Schlamm in Ölbohrgeräten. Es wird häufig verwendet, oft bei wechselnder Belastung und unter den harten Bedingungen von Reibung und Kollision mit der Bohrlochwand, oft wird es zum schwachen Glied des gesamten Bohrwerkzeugs, Risse, Perforationen und sogar Brüche treten häufig auf. Die Fehleranalyse ist ein wichtiger Schritt, um die Art, Ursache und Behandlung von Bohrrohrfehlern zu bestimmen, um das Bohrrohrdesign und die Verarbeitungstechnologie zu verbessern und so die Kosten für Ölbohrungen zu senken. Daher als Hersteller von Bohrrohren, sollten Sie mit den spezifischen Anforderungen von Bohrrohren vertraut sein und wissen, wie die hohe Festigkeit und Zuverlässigkeit von Bohrrohren für die Ölfeldindustrie funktionieren. In diesem Artikel werden die Hauptursachen für das Versagen von Bohrgestängen und die häufigsten Arten von Versagen erörtert. Es erklärt auch, warum Bohrrohrausfälle so weit verbreitet sind. Außerdem wird beschrieben, wie der gefürchtete Ausfall vermieden werden kann.
Die Analyse der Umgebungsbedingungen des Bohrrohrs zeigt, dass das Bohrrohr komplexen Kräften ausgesetzt ist, einschließlich statischer, stoßartiger und meist wechselnder Belastungen, und durch Korrosion, Verschleiß, Temperatur und Druck beeinflusst wird. Die Hauptversagensarten können in übermäßige Verformung, Bruch und Oberflächenbeschädigung unterteilt werden.
- Übermäßige Verformung. Eine übermäßige Verformung wird durch Betriebsspannungen verursacht, die die Streckgrenze des Materials überschreiten. Steht die Bohrgestängeverbindung unter Belastung, die Dehnung des Gewindeteils, die Biegung und Torsion des Bohrgestängekörpers. Im Gegensatz zu anderen Arten von Bohrvorgängen, bei denen häufig eine ausgedehnte plastische Verformung zu beobachten ist, ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Ermüdungsbruchs extrem schnell. Außerdem ist es nicht immer möglich, den Ursprung des Bruchs bis zum Ende der Lebensdauer des Bohrers zu identifizieren.
- Fraktur. Brüche machen einen großen Teil der Unfälle mit Bohrgestängeversagen aus, und die Schäden sind schwerwiegend. Es umfasst hauptsächlich Überlastbruch, Niedrigspannungsversprödung, Spannungskorrosion, Wasserstoffversprödung und Metallermüdung. Die häufigste Art von Bohrstrangversagen ist ein Ermüdungsversagen. Ermüdungsbruch tritt auf, wenn zyklische Belastungen wiederholte oder wechselnde Belastungen verursachen. Dies kann zu Rissbildung, Trennung oder Kollaps führen. Während eine Vielzahl von Faktoren zum Versagen eines Bohrgestänges beitragen, ist die Hauptursache die Metallermüdung. Metallermüdung tritt auf, wenn das Spannungsniveau ungewöhnlich hoch ist. Ein Beispiel für einen Metallermüdungsbruch ist, wenn ein Bohrgestänge zu schwach angezogen wird, bevor ein Loch gebohrt wird. Ein weiterer Faktor, der zum Versagen beiträgt, ist die Umkehrung der Biegebelastung während eines gekrümmten Abschnitts des Bohrlochs. Wenn dies geschieht, wird die Spannungsverteilung im Rohr verzerrt, was zu einem Verlust der Kontrolle über das Bohrloch führt.
- Oberflächenschäden. Einschließlich Korrosion, Verschleiß und mechanischer Beschädigung.
Um die Lebensdauer von Bohrrohren zu verbessern, müssen Bearbeitungsmaterialien gute mechanische Eigenschaften wie Torsions-, Schlag- und Biegefestigkeit aufweisen. Eine gute Verarbeitungstechnologie und Maßnahmen zur Oberflächenbehandlung müssen ergriffen werden, um die Oberflächenqualität zu verbessern und die Konzentration von Oberflächenspannungen weitestgehend zu eliminieren. Die Materialien des Bohrrohrs sind im Allgemeinen schwefelbeständige Materialien, Aluminiumlegierungsmaterialien, Titanlegierungsmaterialien, ultrahochfester Stahl und neue Kohlefaserverbundmaterialien usw. Die üblicherweise verwendeten Bohrrohre sind X95, G105, S135, SS2205 und so weiter. Die meisten von ihnen sind nahtlose Stahlrohre mit Legierungsstrukturen mit mittlerem Kohlenstoffgehalt. Die Legierungselemente sollten Cr, Mo und andere Elemente enthalten, um die Zugfestigkeit und Schlagzähigkeit des Materials zu verbessern, und Mn, Si und andere Elemente, um die Elastizität des Materials (d. h. die Biegeleistung) zu verbessern. Enthält manchmal auch Spuren von B, V und anderen Elementen zur Verbesserung der Härtbarkeit von Materialien. Üblicherweise wird das in Bohrgestänge verwendete Material abgeschreckt und getempert, um hohe Streckgrenzen zu erreichen.
Außerdem ist H2S das korrosivste Element in Stahlrohren. Daher können die Kontrolle des Schlamm-pH-Werts, die Verwendung von korrosiven Scavengern und die Minimierung von Korrosion dazu beitragen, Rohrversagen zu verhindern. Obwohl das optimale Drehmoment ein wichtiger Schritt ist, um das Brechen eines Bohrstrangs zu verhindern, kann auch eine unsachgemäße Handhabung zu demselben Problem führen. Durch zu starkes Anziehen können auch Überdrücke entstehen, die zum Kollabieren des Rohres führen können. Eine gute Möglichkeit, ein Bohrgestänge vor Versagen zu schützen, ist die Anwendung geeigneter Handhabungsverfahren.