PHÂN TÍCH SỰ CỐ VÀ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP VỀ VIỆC DÁN REN ỐNG KHOAN Ở PHÍA LỐI RA CỦA KHOAN ĐỊNH HƯỚNG NGANG

PHÂN TÍCH SỰ CỐ VÀ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP VỀ VIỆC DÁN REN ỐNG KHOAN Ở PHÍA LỐI RA CỦA KHOAN ĐỊNH HƯỚNG NGANG

1. Kĩ thuật khoan ngang

Công nghệ khoan định hướng ngang (HDD) đã được áp dụng rộng rãi cho các đường ống dẫn dầu và khí đốt vượt sông, kênh, đường cao tốc, đường sắt và các khu vực chôn lấp nông phức tạp hoặc không phù hợp khác. Hơn nữa, nó cũng có thể được áp dụng trong kỹ thuật đô thị (ví dụ: cáp điện, cáp quang, ống nước máy), băng qua các tòa nhà, v.v. Với ưu điểm là thời gian xây dựng ngắn hơn, ít ràng buộc bên ngoài hơn, lắp đặt hiệu quả hơn, chi phí xây dựng thấp hơn, cũng như ưu điểm của nó là không làm hỏng môi trường mặt đất và tăng khả năng kiểm soát ổn định, công nghệ HDD đã nhận được sự chú ý trong khắp các ngành công nghiệp không có rãnh trên thế giới. Tuy nhiên, trong quá trình thi công HDD, các tai nạn dán ren ống khoan bên lối ra đã dẫn đến lượng chất thải ống khoan quá nhiều, kéo dài đáng kể thời gian thi công. Do đó, cần giảm thiểu tai nạn dán chỉ, do đó giảm thời gian thi công trong các dự án HDD, bằng cách nghiên cứu nguyên nhân hỏng hóc của các tai nạn nói trên. Hiện tại, hầu hết các nghiên cứu liên quan đến công nghệ HDD đều tập trung vào việc tăng tuổi thọ của đường ống và cải thiện công nghệ sửa chữa đường ống, chỉ có một số nghiên cứu nhỏ liên quan đến nguyên nhân hỏng hóc của đường ống khoan.

2. Phân tích sự cố và nghiên cứu giải pháp

Các phương pháp được sử dụng để phân tích các luồng kết nối có thể được chia thành ba loại: thực nghiệm, phân tích và mô phỏng phần tử hữu hạn. Dựa trên các thí nghiệm, Seys và cộng sự, thông qua các thí nghiệm về tuổi thọ, cho thấy kết nối có thành dày tiêu chuẩn có tuổi thọ mỏi cao hơn so với kết nối có thành mỏng. Chen thiết lập mô hình phân tích dựa trên các thông số hình học của răng ren và phương pháp tính toán mômen siết trên các mối nối ren P-110S. Do những hạn chế của phương pháp thực nghiệm và phân tích không thể xác định chính xác mức ứng suất và trạng thái của ứng suất tiếp xúc, nên hầu hết các học giả đã sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để nghiên cứu các đặc tính cơ học của mối nối ren.

Trong quá trình xây dựng, một số lượng lớn các đường ống khoan có thể gặp phải tai nạn hỏng hóc do dán keo ở phía lối ra HDD. Để xác định lý do hỏng hóc, việc xác định đặc tính sức căng của vật liệu ren ống khoan cùng với các thử nghiệm tạo ren và đứt gãy đã được thực hiện, do đó, ren ống khoan 3D FEM được thành lập. Với mục đích giải quyết các vấn đề hư hỏng này, một số cải tiến đã được đề xuất, cũng như hình dạng ren ống khoan mới, cho thấy hiệu suất uốn mạnh hơn.

Tai nạn dán chỉ thường xảy ra ở phía lối ra trong quá trình xây dựng, do đó hạn chế đáng kể sự phát triển của công nghệ HDD. Sau đó, mô hình phần tử hữu hạn ren ống khoan 3D (FEM) được thiết lập dựa trên các nguyên tắc làm việc ảo, lý thuyết tiếp xúc phi tuyến và tiêu chí năng suất dẻo đàn hồi, có thể được tải bằng nhiều tải trọng kết hợp khác nhau. Kết quả cho thấy mômen bù không đủ là yếu tố ảnh hưởng chính và mômen uốn tạo ra bởi các ống khoan treo là nguyên nhân ngay lập tức gây ra tai nạn hỏng hóc. Một số biện pháp cải tiến đã được đề xuất và áp dụng thành công trong kỹ thuật.

Trong nỗ lực tìm ra nguyên nhân của hiện tượng bóng lưỡi doa xảy ra trong quá trình mở rộng lỗ khi khoan, một mô hình dòng chảy hai pha rắn-lỏng đã được xây dựng để mô phỏng chuyển động cắt và phân tích được thực hiện trên dữ liệu mô phỏng. Kết quả đã chứng minh rằng có ba yếu tố chi phối đến quá trình đánh bóng: xoáy tốc độ cao, vùng chất lỏng tốc độ cao không bao phủ toàn bộ lưỡi doa và dòng chảy ngược, cũng như các vùng xoáy và ứ đọng xuất hiện trong các kênh chất lỏng trên và dưới. Ngoài ra, nghiên cứu sâu hơn đã nghiên cứu ba khía cạnh cụ thể: thông số khoan, thông số dung dịch khoan, và cấu trúc doa-dung dịch. Sau đó, nguyên tắc thiết kế chống "đường nạo vét, mở rộng vùng" được xem xét cùng với ba tiêu chí đánh giá về đặc điểm dòng chảy.

Để nghiên cứu sự hỏng hóc của mũi doa khi khoan định hướng ngang, dựa trên tiêu chí Drucker-Prager, một mô hình phần tử hữu hạn động lực học phi tuyến có đường kính của thực thể mũi doa hình nón 601 mm và một tảng đá ba chiều được xây dựng. Kết quả cho thấy dao động ngang nghiêm trọng của mũi doa là nguyên nhân sâu xa khiến mũi doa bị hỏng sớm, tác động bất lợi của chúng lớn hơn nhiều so với dao động dọc trục và rung động xoắn đối với việc mũi doa bị hỏng sớm. Và các thông số doa không hợp lý làm trầm trọng thêm rung động bên. Ngoài ra, cường độ dao động bên của mũi doa trong hệ tầng cứng trước đây và cấu tạo cứng - mềm trước đây đạt đến độ đồng nhất nhiều lần so với cường độ ban đầu.

Xác định độ bền còn lại của đường ống là điều cần thiết để dự đoán tuổi thọ sử dụng của các đường ống dẫn dầu và khí bị ăn mòn và để tiến hành bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống đường ống bị đào thải. Cường độ dư được coi là thông số quan trọng gây ra hỏng hóc khi nó nhỏ hơn áp suất vận hành của đường ống. Một mô hình ngẫu nhiên cho cường độ còn lại được phát triển và các phương pháp phụ thuộc thời gian được sử dụng để xác định xác suất hư hỏng để có thể xác định được thời gian đường ống bị hỏng và do đó cần sửa chữa. Các kỹ thuật phân tích và số học và mô hình suy giảm phân bố gamma được giới thiệu và phát triển để đánh giá sự cố của các đường ống dẫn dầu và khí đốt.

Phương pháp luận này có thể giúp các kỹ sư đường ống và người quản lý tài sản đưa ra quyết định liên quan đến sự an toàn của đường ống dẫn dầu và khí bị ăn mòn, cả để đánh giá hệ thống hiện có và thiết kế đường ống mới.

Đôi khi, các đường ống phân phối khí được đặt liền kề với các đường ống dẫn nước. Sự rò rỉ của đường ống dẫn nước gây ra mối nguy hiểm lớn do nó phóng ra các tia nước áp suất cao, sau đó trộn lẫn với các hạt rắn để tạo thành bùn ăn mòn. Nếu áp lực từ các vòi phun hướng về phía đường ống kim loại, dạng bùn có tính ăn mòn cao này có thể ăn mòn đáng kể thành ống, có thể dẫn đến điểm hỏng. Chương này sẽ thảo luận về nghiên cứu thực nghiệm và tính toán về hai sự cố đường ống liên quan đến đường ống khí đốt tự nhiên API 5L X42 do bùn ăn mòn áp suất cao gây ra. Một nghiên cứu thử nghiệm đã được thực hiện trong một cơ sở thử nghiệm tia nước được phát triển độc đáo để mô phỏng môi trường ống dẫn khí đốt tự nhiên dưới lòng đất. Hộp cát được sử dụng làm phương tiện cho đường ống và hộp cát là một giàn khoan quan trọng được nạp cát làm vật liệu đại diện cho vật liệu lấp đầy thông thường cho đường ống khí đốt tự nhiên. Do khả năng hạn chế của cơ sở thử nghiệm, kỹ thuật động lực học chất lỏng tính toán (CFD) đã được sử dụng để ước tính các đặc điểm thủy động lực học, mô hình xói mòn và xác định các vị trí vỡ trên đường ống trong một phiên bản mở rộng hơn. Các nghiên cứu về vận tốc chất lỏng, lực cắt thành và tổng áp suất tạo ra trên bề mặt của ống dẫn khí đốt tự nhiên cũng được thực hiện. Kết quả thực nghiệm và mô phỏng CFD cho thấy vùng có tốc độ biến dạng cắt cao nhất trùng với các điểm rò rỉ. Kết quả mô phỏng CFD nâng cao cho thấy xu hướng tương tự với sự cố vỡ đường ống khí đốt tự nhiên API 5L X42, do đó cho thấy sự thành công của kết quả đồng ý lẫn nhau về các đặc tính thủy động lực học.

Các sự cố trong đường ống, van hơi, nồi hơi và bộ trao đổi nhiệt là những ví dụ về sự cố trong ngành công nghiệp hóa dầu. Trong 30 năm qua, ngành công nghiệp hóa dầu Mexico đã hoạt động mà không đầu tư vào kỹ thuật của nó; điều này đã dẫn đến sự lão hóa của thiết bị quy trình và do đó cần phải sửa chữa. Khi tình hình trở nên nghiêm trọng hơn, dầu Mexico đã tăng hàm lượng lưu huỳnh, điều này làm tăng tốc độ xuống cấp và hỏng hóc của thiết bị. Sự cố của các thành phần kim loại trong trường hợp xấu nhất là gây ra tai nạn thảm khốc và trong trường hợp tốt nhất là sự cố làm gián đoạn sản xuất. Để tránh những vấn đề này, bạn nên rút kinh nghiệm từ những lần thất bại trước.

Xem them công nghệ khoan ngang HDD

Khoan ngầm định hướng HDD