Giải thích về hiện tượng xả giếng: Nguyên nhân, dấu hiệu cảnh báo và thiết bị phòng ngừa

Giếng phun trào là giếng đã mất khả năng kiểm soát áp suất: chất lỏng thành hệ đi vào giếng và chảy lên bề mặt, hoặc vào thành hệ nông hơn, nhanh hơn khả năng giàn khoan có thể chứa chúng. Đó là câu trả lời ngắn gọn. Câu trả lời dài hơn là hầu như không có giếng nào bị nổ mà không có cảnh báo trước. Nó bắt đầu như một cú đá, và khoảng cách giữa một cú đá và một cú nổ được đo bằng phút và mức độ duy trì tốt của thiết bị điều khiển giếng trên sàn giàn khoan.

Bài viết này giải thích thế nào là một vụ nổ thực sự, nguyên nhân gây ra vụ nổ, các dấu hiệu cảnh báo xuất hiện đầu tiên và phần cứng, từ thiết bị ngăn chặn hình khuyên cho đến đường dây nghẹt thở và tiêu diệt, quyết định liệu một cú đá có còn là một cú đá hay không.

Đá, Thổi bề mặt, Thổi ngầm: Mỗi thuật ngữ có nghĩa là gì

Ba thuật ngữ này mô tả cùng một sự cố ở các giai đoạn khác nhau và ở những nơi khác nhau, và việc trộn lẫn chúng sẽ dẫn đến những quyết định sai lầm trên sàn giàn khoan.

• Đá: dòng chất lỏng thành hệ chảy vào giếng. Nó vẫn được chứa đựng. Hầu hết các cú đá đều được luân chuyển ra ngoài cùng với hệ thống bùn trong vòng vài giờ và giếng không bao giờ bị nổ tung.
• Vụ nổ bề mặt: dòng chảy không kiểm soát được của dầu, khí, nước hoặc bùn khoan trên bề mặt. Đây là sự kiện được hầu hết mọi người hình dung, và nó là sự kiện đến được với các máy lắc, sàn giàn khoan và tin tức.
• Vụ nổ ngầm: chất lỏng chảy từ giếng vào một khu vực khác có áp suất thấp hơn thay vì chạm tới bề mặt. Không có gì xuất hiện trên sàn giàn khoan, điều này khiến nó trở thành biến thể khó phát hiện nhất và thường tốn kém nhất để sửa chữa.

Điểm thực tế: cú đá là vấn đề áp lực, cú sút là vấn đề áp lực đã thoát khỏi rào cản. Mọi thứ được kiểm soát tốt đều được thiết kế để giữ cho cái đầu tiên không trở thành cái thứ hai.

Nguyên nhân gây ra một cái giếng để thổi ra

Trong thực tế, các vụ xả hơi có nguồn gốc từ bốn nguyên nhân cốt lõi: cột bùn không cân bằng, dòng bùn bị thiếu, thiết bị kiểm soát áp suất không thành công hoặc phi hành đoàn không hành động theo những gì các thiết bị đã hiển thị cho họ.

• Trọng lượng bùn dưới áp lực lỗ rỗng. Nếu áp lực lỗ rỗng trong vùng thấm cao hơn dự đoán thì cột nước thủy tĩnh của cột bùn không đủ để giữ lại sự hình thành.
• Không giữ đầy lỗ khi vấp ngã. Mỗi đoạn ống được kéo ra sẽ đẩy bùn lên. Nếu lỗ không được lấp đầy, áp suất thủy tĩnh sẽ giảm và giếng có thể chảy mà không cần thực hiện bất kỳ hoạt động khoan nào.
• Hiệu ứng quét và tăng vọt. Kéo ống quá nhanh sẽ tạo ra sự giảm áp suất tạm thời dưới mũi khoan, điều này có thể kéo chất lỏng hình thành vào giếng khoan.
• Mất tuần hoàn. Việc mất bùn vào vùng yếu hoặc bị đứt gãy sẽ làm giảm mức chất lỏng trong vòng sợi và loại bỏ lớp rào chắn sơ cấp.
• Khí cạn và khoan nghỉ. Tốc độ thâm nhập tăng đột ngột thường báo hiệu một vùng xốp, dễ thấm, đôi khi khí đi vào giếng nhanh hơn tốc độ lưu thông ra ngoài.
• Lỗi cơ khí. Một bộ ngăn chặn không đóng được, một vòng đệm ram bị mòn, một mặt bích bị rò rỉ, một cuộn cảm bị cắm hoặc một ống góp được xếp không đúng cách đều loại bỏ rào cản thứ cấp chính xác khi cần thiết.
• Yếu tố con người. Bỏ qua các cuộc khoan ở mỏ, bỏ qua các chỉ số khí, trì hoãn việc đóng cửa và áp lực phải tiếp tục khoan là những chủ đề tái diễn trong các báo cáo sự cố.

Hiếm khi xảy ra hiện tượng nổ chỉ do một vật dụng gây ra. Mô hình thông thường là một dòng chảy nhỏ không được chú ý vì trọng lượng bùn rất nhỏ, theo sau là một rào chắn không bịt kín khi cuối cùng nó được đóng lại.

Dấu hiệu cảnh báo xả hơi: Mười phút đầu tiên

Phát hiện cú đá là một bài đọc, không phải là một ý kiến. Bốn chỉ báo bao gồm hầu hết các cảnh báo sớm và chúng hữu ích nhất khi được theo dõi cùng nhau thay vì chỉ theo dõi cùng một lúc.

Không có chỉ báo nào trong số này tự nó mang tính kết luận và phản ứng chính xác khi hai hoặc nhiều hơn xuất hiện cùng nhau là như nhau: dừng, đóng và đo áp suất đóng. Mười phút dành ra để xác nhận một cú đá sẽ rẻ hơn một tuần dành để tiêu diệt một đòn tấn công.

Cách thiết bị kiểm soát áp suất dừng quá trình xả khí

Kiểm soát tốt hoạt động theo ba cấp và mỗi cấp chỉ tồn tại vì cấp trên có thể thất bại.

• Kiểm soát chính: áp suất thủy tĩnh của cột bùn. Đó là rào cản rẻ nhất và là rào cản thất bại đầu tiên.
• Kiểm soát thứ cấp: ngăn chặn xả hơi, cùng với các đường sặc và tiêu diệt. Đây là rào cản cơ học phải hoạt động theo yêu cầu.
• Kiểm soát cấp ba: giếng cứu trợ, tiêu diệt động và phích cắm barit khi giếng không thể được kiểm soát trở lại từ bề mặt.

Các thiết bị trong rào chắn thứ cấp được quy định theo tiêu chuẩn API: API 16A cho các thiết bị khoan xuyên như thiết bị ngăn chặn, API 16C cho hệ thống sặc và tắt, và API 6A cho thiết bị đầu giếng và cây thông Noel. Những tiêu chuẩn đó quan trọng đối với người mua vì một lý do đơn giản: họ xác định mức áp suất, vật liệu và quy trình kiểm tra để xác định xem rào cản giữ ở mức 15.000 psi hay rò rỉ ở mức 5.000.

Công cụ ngăn ngừa hình khuyên

Bộ phận chặn hình khuyên sẽ đóng một bộ phận bịt kín bằng cao su xung quanh bất cứ thứ gì có trong lỗ, cho dù đó là ống khoan, vỏ bọc, khớp nối dụng cụ hay không có gì cả. Tính linh hoạt đó là lý do tại sao nó thường là người cản phá đầu tiên khi thực hiện một cú đá. Thiết kế hình khuyên tốt hơn cho phép tước ống qua bộ phận đóng và xoay dây, cho phép đội vận hành luân chuyển lực đẩy ra ngoài thay vì chỉ đóng giếng vào.

Bộ ngăn ngừa xả khí hình khuyên API 16A để kiểm soát giếng khoan BOP hình khuyên bịt kín xung quanh ống khoan, vỏ hoặc lỗ hở và thường được đóng lại bằng một cú đá. Xem sản phẩm →

Người ngăn chặn Ram

Bộ phận ngăn chặn Ram là con dấu cứng. Các thanh kẹp ống đóng xung quanh một kích thước ống cụ thể, các thanh kẹp mù đóng một lỗ hở và các thanh cắt cắt ống và bịt kín giếng. Bởi vì bộ phận bịt kín là chất đàn hồi có mặt sau bằng kim loại được khớp với lỗ khoan cố định nên các thanh nén giữ áp suất cao hơn hình khuyên và giữ chúng lâu hơn. Một ngăn xếp thông thường kết hợp một hình khuyên ở trên cùng với hai thanh chặn ram trở lên bên dưới, đó là lý do tại sao việc lựa chọn giữa thân ram đơn và thân ram đôi là một câu hỏi về kích thước chứ không phải là sở thích.

Double Ram BOP để bịt kín đầu giếng áp suất cao Bộ ngăn chặn xả khí hai thanh sử dụng hai thanh ram để bịt kín xung quanh ống khoan hoặc vỏ máy khi áp suất giếng tăng bất thường. Xem sản phẩm →

Choke và Kill Manifold

Một người ngăn chặn việc đóng giếng chỉ giải quyết được vấn đề. Ống dẫn cuộn cảm kiểm soát nơi chất lỏng đi và tốc độ chảy ra, sử dụng cuộn cảm có thể điều chỉnh để kiểm soát tốt và cuộn cảm tích cực để hạn chế cố định, có thể dự đoán được. Ống góp tiêu hủy thực hiện công việc ngược lại: nó bơm chất lỏng có trọng lượng trở lại giếng để khôi phục lại sự cân bằng thủy tĩnh. Cả hai đều nhận thấy dòng chảy có tốc độ cao, bị mài mòn trong quá trình vận hành tiêu diệt, do đó khả năng chống xói mòn ở cuộn cảm, đường dây và van quyết định thời gian sử dụng được của ống góp.

API 16C Choke Manifold để kiểm soát áp suất giếng Đa tạp cuộn cảm sử dụng cuộn cảm tích cực và có thể điều chỉnh để kiểm soát nơi chất lỏng chảy đi và tốc độ xả ra. Xem sản phẩm →

Thử nghiệm là một phần của rào cản

Người ngăn chặn chưa bao giờ bị thử áp lực là một lời hứa chứ không phải là rào cản. Các ngăn xếp thường được kiểm tra chức năng giữa các giếng và kiểm tra áp suất định kỳ hoặc sau bất kỳ sửa chữa nào, sử dụng thiết bị kiểm tra thay vì chính giếng. các Gốc thử nghiệm BOP tồn tại chính xác cho mục đích này và coi nó như một thiết bị sân vườn hơn là một thiết bị an toàn là một lối tắt phổ biến và đắt tiền.

Những cú nổ ngầm: Thất bại mà bạn không thể nhìn thấy

Một vụ phun trào dưới lòng đất khó xử lý hơn vì thiếu bằng chứng thông thường: không có dòng chảy trên bề mặt, không đạt được độ lợi trong hố, không có dấu hiệu áp suất rõ ràng trên cuộn cảm. Thay vào đó, những gì bạn nhận được là một tập hợp các dấu hiệu gián tiếp.

• Tiền lãi bị mất không thể phục hồi hoặc mất một phần tiếp tục sau khi điều trị
• Những thay đổi không giải thích được về áp suất bơm và áp suất ống đứng không phù hợp với trọng lượng bùn
• Dòng chảy từ vùng này trong khi bơm vào vùng khác, đôi khi được nhìn thấy ở các giếng bù hoặc theo dõi áp suất
• Thể tích bất thường trong vòng tròn không thể tính được do hành trình hoặc sự dịch chuyển

Giết một đòn dưới lòng đất là một kỷ luật khác với giết trên bề mặt. Các lựa chọn bao gồm bơm nút barit để bịt kín khoảng thời gian chảy, tiêu diệt động lực để áp đảo dòng chảy bằng bơm vào tốc độ cao, mật độ cao hoặc trong trường hợp xấu nhất là giếng cứu trợ. Mỗi cách tiếp cận phụ thuộc vào việc biết chất lỏng thực sự đi đâu, đó là lý do tại sao dữ liệu áp suất và khảo sát độ sâu quan trọng hơn tốc độ trong những giờ đầu tiên.

Phòng ngừa: Danh sách kiểm tra thực tế

Hầu hết việc phòng ngừa đều liên quan đến kỷ luật thường lệ hơn là công nghệ mới. Trước khi khoan tiếp hoặc vấp phải, hãy thực hiện các bước kiểm tra sau theo thứ tự.

1. Xác nhận trọng lượng bùn theo ước tính áp lực nước lỗ rỗng và độ dốc gãy xương mới nhất, chứ không phải theo chương trình ban đầu.
2. Xác minh khối lượng lấp đầy lỗ trên mỗi chuyến đi và so sánh chúng với chuyển vị lý thuyết.
3. Giới hạn tốc độ di chuyển trong lỗ hở để giữ áp suất của tăm bông trong giới hạn.
4. Kiểm tra chức năng các bộ phận ngăn hình khuyên và thanh chắn trước khi khoan ống vách và kiểm tra áp suất ống khói theo lịch trình.
5. Kiểm tra sắp xếp đường dây sặc và ngắt, đồng thời xác nhận các van đa dạng ở đúng vị trí và được gắn thẻ.
6. Xác nhận rằng thợ khoan, đội làm sàn và kỹ sư bùn đều biết quy trình đóng cửa và ai gọi nó.
7. Xem lại chỉ số khí và xu hướng pit trong quá trình bàn giao ca, không chỉ tại thời điểm chúng tăng đột biến.

Mục bốn và năm là nơi thông số kỹ thuật của thiết bị quan trọng nhất. Một ngăn xếp được xây dựng theo API 16A với các hồ sơ kiểm tra được ghi lại, phù hợp với mức áp suất của giếng, sẽ loại bỏ toàn bộ danh mục lỗi khỏi danh sách trước khi khoan mối nối đầu tiên.

Câu hỏi thường gặp

Mất bao lâu để một cú đá trở thành một cú sút?

Nó phụ thuộc vào tốc độ dòng vào và hình dạng giếng, nhưng khoảng thời gian thực tế rất ngắn: vài phút đến vài giờ. Ở các vùng khí có độ thấm cao, quá trình chuyển đổi có thể xảy ra trước khi phi hành đoàn hoàn thành việc kiểm tra hố, đó là lý do tại sao quy trình đóng cửa được thiết kế để bắt đầu mà không cần chờ xác nhận.

Sự khác biệt giữa thiết bị ngăn ngừa phun trào và đầu giếng là gì?

Đầu giếng là bề mặt kết cấu cố định có chức năng hỗ trợ các dây vỏ và cung cấp các đầu ra có mặt bích cho cây sản xuất. Ngăn chặn phun trào là hệ thống kiểm soát áp suất khoan tạm thời được bắt vít phía trên nó, được tháo ra khi giếng chuyển từ giai đoạn khoan sang hoàn thiện. Cả hai đều là thiết bị chịu áp suất, nhưng chúng phục vụ các giai đoạn khác nhau trong vòng đời của giếng.

Liệu một vụ nổ ngầm có thể bị tiêu diệt từ giàn khoan không?

Thỉnh thoảng. Nút chặn barit hoặc tiêu diệt động lực từ cùng một giếng có thể hoạt động khi hệ thống tiếp nhận có thể bị bịt kín hoặc khi tốc độ bơm có thể vượt qua dòng chảy. Nếu chất lỏng đang di chuyển giữa các vùng hoặc thiết bị bề mặt không thể cung cấp tốc độ và mật độ cần thiết thì giếng giảm áp là lựa chọn đáng tin cậy.

Tôi nên chỉ định mức áp suất nào cho thiết bị BOP?

Chỉ định trên áp suất bề mặt dự đoán tối đa có giới hạn, không phải ở áp suất vận hành dự kiến. Xếp hạng là các bước cố định, thường là áp suất làm việc 5.000, 10.000 và 15.000 psi ở đất liền và dịch vụ ngoài khơi, đồng thời chênh lệch chi phí giữa các bước nhỏ hơn nhiều so với chi phí của một ngăn xếp không thể ngừng hoạt động.

Điểm mấu chốt

Giếng bị nổ vì các rào chắn lẽ ra phải được giữ lại không hoạt động: cột bùn quá nhẹ, dòng nước bị trượt hoặc bộ phận ngăn và ống góp không hoạt động khi cuối cùng chúng được sử dụng. Việc phát hiện mua thời gian và thiết bị mua khả năng sử dụng thời gian đó. Đối với bất kỳ ai chỉ định hoặc bảo trì phần cứng điều khiển giếng, các ưu tiên là không hấp dẫn và nhất quán: xếp hạng áp suất chính xác, chứng nhận API đã được xác minh, vòng đệm và cuộn cảm chịu được dòng chảy mài mòn và lịch trình kiểm tra thực sự được tuân thủ.