يعتبر فشل أنبوب الحفر احدى مشاكل الحفر الشائعة. يمكن وضع فشل الانبوب في واحدة من الفئات التالية:
- الإلتواء (twistoff) الناجم عن عزم الدوران المفرط.
- الانفصال (parting) بسبب التوتر المفرط.
- الانفجار (burst) او الانهيار (collapse) بسبب الضغط الداخلي المفرط أو الضغط الخارجي على التوالي.
- الاجهاد (fatigue) نتيجة الأحمال الميكانيكية الدورية مع التآكل أو بدونه.
تتناول هذه المقالة كل الاسباب والتدابير الوقائية الممكنة من فشل انبوب الحفر.
الإلتواء
يحدث فشل الأنبوب نتيجة الالتواء عندما يتجاوز إجهاد القص الناجم عن عزم الدوران العالي إجهاد القص النهائي لمادة الأنبوب. لا يتم مواجهة عزم الدوران المفرط بشكل عام في حفر الآبار العمودية في ظل ممارسات الحفر العادية. اما في الحفر الاتجاهي فإن عزم الدوران الذي يزيد عن 80000 باوند-قدم (lbf-ft) أمر شائع ويمكن أن يتسبب بسهولة في التواء لمكونات خيط الحفر (drillstring) المختارة بشكل غير صحيح.
الانفصال
يحدث فشل انفصال الأنبوب عندما يتجاوز إجهاد الشد المستحث إجهاد الشد النهائي لمادة الأنبوب. قد تنشأ هذه الحالة عندما يحدث التصاق الأنبوب (pipe sticking) ويتم تطبيق سحب زائد بالإضافة إلى الوزن الفعال للأنبوب المعلق في التجويف فوق نقطة الالتصاق.
الانفجار والانهيار
من النادر حدوث فشل في الأنابيب نتيجة الانهيار أو الانفجار. ومع ذلك، في ظل الظروف القاسية لوزن الطين المرتفع والفقدان الكامل للدوران (lost circulation)، قد يحدث انفجار في الأنابيب.
الاجهاد
الاجهاد هو ظاهرة ديناميكية يمكن تعريفها على أنها بدء التشققات الدقيقة وانتشارها في شقوق كبيرة نتيجة للتطبيقات المتكررة للاجهاد. إنها عملية كسور هيكلية مترقية موضعية في المادة تحت تأثير انواع الاجهاد الديناميكية. ان العضو الهيكلي الذي قد لا يفشل في ظل تطبيق واحد للحمل الثابت، قد يفشل بسهولة تحت نفس الحمل إذا تم تطبيقه بشكل متكرر. يسمى الفشل تحت الأحمال الدورية (المتكررة) بفشل الاجهاد (fatigue).
يعد فشل إجهاد خيط الحفر أكثر أنواع الفشل شيوعًا وتكلفة في عمليات حفر آبار النفط / الغاز والطاقة الحرارية الأرضية. يمكن أن يؤدي العمل المشترك للضغوط الدورية (Cyclic stresses) والتآكل إلى تقصير متوسط العمر المتوقع لأنبوب الحفر بمقدار ألف مرة. تحدث الضغوط الدورية (Cyclic stresses) بسبب الأحمال الديناميكية الناتجة عن اهتزازات خيط الحفر وانعكاسات حمل الانحناء في المقاطع المنحنية للتجويف والتجاويف المنحنية الحادة (doglegs) الناتجة عن الدوران. يحدث تآكل الأنابيب أثناء وجود O2 و CO2 و/أو الكلوريدات و/أو H2S. H2S هو العنصر الأكثر تآكلًا للأنابيب الفولاذية، وهو مميت للإنسان. بغض النظر عما قد يكون قد تسبب في فشل الأنابيب، فإن تكلفة عمليات الاصطياد (fishing operations) والمحاولات الفاشلة أحيانًا لاستعادة المعدات من التجويف يمكن أن تؤدي إلى خسارة ملايين الدولارات في تعطل الحفارة، أو فقدان الأدوات باهظة الثمن في قاع البئر، أو التخلي عن قسم محفور بالفعل أسفل المعدات المفقودة.
على الرغم من الكم الهائل من العمل الذي تم تخصيصه لفشل اجهاد الأنابيب، إلا أنه لا يزال أقل ما يمكن فهمه. يُعزى هذا النقص في الفهم إلى الاختلافات الواسعة في البيانات الإحصائية في تحديد نوع الخدمة وبيئة خيط الحفر، وحجم أحمال التشغيل وتكرار الحدوث (تاريخ الحمل)، ودقة الأساليب في تحديد الضغوط (stresses) ومراقبة الجودة أثناء التصنيع، وإمكانية تطبيق بيانات الإجهاد المادي.
منع فشل الأنابيب
على الرغم من أنه لا يمكن القضاء على فشل الأنابيب تمامًا ، إلا أن هناك بعض الإجراءات التي يمكن اتخاذها لتقليلها. يمكن التخفيف من حالات فشل التعب عن طريق تقليل الضغوط الدورية المستحثة وتأمين بيئة غير قابلة للتآكل أثناء عمليات الحفر. يمكن التقليل من الضغوط الدورية عن طريق التحكم في شدة dogleg واهتزازات خيط الحفر. يمكن تخفيف التآكل عن طريق كاسحات التآكل والتحكم في درجة حموضة الطين في وجود H2S. تعتبر المناولة والفحص المناسبين لخيط الحفر على أساس روتيني أفضل التدابير لمنع الفشل.
المصادر
- "Drillpipe failures". (د.ت). petrowiki.spe.org. تم الاسترجاع 2022-11-6.