Ngoài bảng dữ liệu: Các hạn chế của API 5C5 CAL IV & Chế độ lỗi trường trong các kết nối HPHT OCTG

1. Delta 'Cold Shock': Đạp xe nhiệt và làm mát nhanh

Kinh nghiệm vận hành các giếng khí HPHT và kim phun CCS cho thấy lỗ hổng nghiêm trọng trong API 5C5 CAL IV Series C (Tuần hoàn nhiệt). Tiêu chuẩn này xác nhận một cách hiệu quả tính toàn vẹn của vòng đệm trong giai đoạn gia nhiệt (lên đến 135°C+), kiểm tra khả năng chịu nén của vòng đệm giữa kim loại với kim loại. Tuy nhiên, nó không thể tái tạo được nguyên lý vật lý của  quá trình làm mát Joule-Thomson (JT)..

Trong quá trình xả khí nhanh hoặc khởi động phun CO2, kết nối sẽ bị sốc nhiệt (-30°C đến -70°C trong vài giây). Bộ phận chốt có khối lượng nhỏ hơn nên co lại nhanh hơn khớp nối hộp nặng hơn. Sự tách biệt tạm thời này làm giảm áp lực tiếp xúc của vòng đệm. Nếu quá trình kiểm tra chất lượng không bao gồm sửa đổi 'Series A' để giám sát làm mát nhanh thì kết nối có thể bị rò rỉ trong các sự kiện nhất thời này mặc dù đã được chứng nhận CAL IV.

2. Tuân thủ NACE MR0175 so với thực tế lắp đặt

Có một khoảng cách hành chính nguy hiểm giữa các tiêu chuẩn sản xuất vật liệu và thực tế lắp đặt tại hiện trường. NACE MR0175/ISO 15156 giới hạn độ cứng thành phần ở mức 22 HRC để ngăn ngừa hiện tượng nứt do ứng suất sunfua (SCC). Tuy nhiên, API 5CT cho phép ống cấp L80 lên tới 23 HRC.

Tuy nhiên, dạng hư hỏng chính là do cơ khí chứ không phải do luyện kim. Kẹp điện sử dụng khuôn tiêu chuẩn sẽ tạo ra lực tải điểm lớn lên bề mặt kết nối. Quá trình gia công nguội này gây ra sự tăng đột biến độ cứng cục bộ, thường đẩy bề mặt thép lên  28-30 HRC . Điều này tạo ra một 'vùng hư hỏng' dễ bị SCC ngay khi tiếp xúc với môi trường chua. Nếu kết nối không thành công ở gần đầu hộp, việc khắc bề mặt thường để lộ vết nứt bắt đầu chính xác ở dấu kẹp.

3. Lỗi 'Khóa thủy lực' dương tính giả

Các kết nối cao cấp dựa trên các vòng đệm kim loại với kim loại, nhưng việc áp dụng hợp chất ren (dope) tạo ra một biến số thường được kiểm soát trong phòng thí nghiệm nhưng không được kiểm soát trên giàn khoan. Trong quá trình trang điểm tự động, dope dư thừa có thể bị mắc kẹt giữa rễ và đỉnh sợi hoặc phía sau vòng đệm.

điều kiện Kết	Cơ chế	quả
Kiểm tra sàn giàn khoan	Dope bị bẫy tạo ra áp suất cục bộ cao (Khóa thủy lực).	Dương tính giả:  Kết nối giữ áp suất do chất lỏng không thể nén được, không phải do nhiễu kim loại.
Sản xuất	Nhiệt độ cao làm cho chất bay hơi dope bay hơi hoặc tạo thành cốc.	Lỗi:  Mất thể tích sẽ loại bỏ sự hỗ trợ thủy lực, nới lỏng kết nối và mở đường rò rỉ.

Bài học rút ra về mặt kỹ thuật:  Thử nghiệm biểu đồ giàn khoan thành công không đảm bảo tính toàn vẹn của vòng đệm nếu khối lượng dope không được kiểm soát; Cần phải có giám sát mô-men xoắn được vi tính hóa để phát hiện dấu hiệu 'bướu' mô-men xoắn của khóa thủy lực.

4. Điểm mù FEA: Hình thái vết nứt và nhảy ra của sợi

Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) là tiêu chuẩn để xác nhận các dòng sản phẩm có kích thước khác nhau, nhưng các mô hình tiêu chuẩn thường sử dụng các giả định đơn giản hóa về sự phát triển ma sát và vết nứt không phù hợp với các thử nghiệm 'đánh dấu bãi biển' vật lý.

Đánh giá thấp ứng suất vòng:  Các mô hình FEA thường đánh giá thấp sự giãn nở hướng tâm của hộp gây ra bởi hiệu ứng nêm của các ren khi chịu tải theo chu kỳ. Điều này dẫn đến dự đoán hiện tượng nhảy ra (tách) luồng ở mức tải cao hơn thực tế 10-15%. Hơn nữa, các mô hình giả định sự phát triển vết nứt hình bán elip là lạc quan. Các hư hỏng vật lý chứng tỏ rằng các vết nứt mỏi ở chân ren được gắn cuối cùng phát triển thành  các vết nứt hình khuyên dài và nông . Hình thái này dẫn đến những hỏng hóc 'dây kéo' đột ngột thay vì các tình huống rò rỉ dần dần trước khi đứt được dự đoán bởi cơ học đứt gãy tiêu chuẩn.

Câu hỏi thường gặp: Tuân thủ & Khắc phục sự cố đối với kết nối OCTG

Việc phun hạt trong hồ sơ năng lực ảnh hưởng như thế nào đến độ tin cậy thương mại?

Phun hạt làm tăng ma sát bề mặt và khả năng bịt kín bằng cách làm nhám khu vực bịt kín. Nếu hồ sơ CAL IV của nhà sản xuất dựa vào các mẫu được thổi hạt để vượt qua, nhưng vỏ sản xuất được bán với bề mặt gia công hoàn thiện thì tiêu chuẩn chất lượng sẽ không hợp lệ đối với sản phẩm được giao. Các hệ số ma sát và sự gắn kết của phốt sẽ không khớp với kết quả thử nghiệm.

Rủi ro nhiệt đoạn nhiệt khi trang điểm tại hiện trường so với thử nghiệm trong phòng thí nghiệm là gì?

Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm được thực hiện ở tốc độ chậm được kiểm soát (1-2 vòng/phút). Việc trang điểm hiện trường nhanh hơn đáng kể, tạo ra nhiệt đoạn nhiệt trong các sợi. Điều này làm thay đổi hệ số ma sát của hợp chất ren trong thời gian thực, có nguy cơ gây ra hiện tượng giật tức thời hoặc đọc mô-men xoắn không chính xác mà thử nghiệm trong phòng thí nghiệm chưa bao giờ gặp phải.

Tại sao 'Thử nghiệm góc' không đủ cho các giếng HPHT quan trọng?

Các nhà sản xuất thường chỉ kiểm tra các điểm cực trị của đường bao hiệu suất (Căng thẳng cao/Áp suất cao và Căng thẳng thấp/Áp suất cao) và sử dụng FEA để nội suy ở giữa. Các giếng quan trọng hoạt động trong các 'điểm yên'—các kịch bản tải trọng động trong đó sự can thiệp của bịt kín là tối thiểu. Nếu không có xác nhận vật lý của các điểm giữa này, khả năng bịt kín chỉ là lý thuyết.

Hình thái vết nứt ảnh hưởng như thế nào đến quyết định giữa LBB và các hệ số an toàn được thiết kế quá mức?

Vì các vết nứt do mỏi vật lý phát triển dưới dạng các vết nứt hình khuyên nông chứ không phải là các hình elip sâu nên chúng không chọc thủng thành ống để tạo ra vết rò rỉ có thể phát hiện được trước khi đường ống tách ra. Do đó, việc dựa vào logic Leak-Before-Break (LBB) là nguy hiểm cho OCTG. Các kỹ sư nên ưu tiên hệ số an toàn mỏi (SF) cao hơn hệ thống giám sát LBB đối với các kết nối ren.