Il guasto che sembra essere causato da tre problemi diversi ma non lo è: la zona di corrosione più critica all'interno dell'asta di perforazione.
Chiedi a un trivellatore perché un giunto di tubo si è rotto e riceverai una di queste tre risposte: si è crepato, si è spazzato via o si è separato. Tre descrizioni diverse. Tre immagini mentali diverse. Tre percorsi di risoluzione dei problemi diversi.
Ecco la cosa che nessuno ti dice finché non hanno fatto l'analisi metallurgica: quei tre guasti sono causati dallo stesso guasto. Un unico meccanismo, tre manifestazioni. E secondo una ricerca della divisione tubi della China National Petroleum Corporation, questo singolo meccanismo è responsabile del 70% di tutti i guasti alle aste di perforazione.
Il punto in cui il tubo cambia forma:
Ogni asta di perforazione presenta una curvatura interna: una sezione ispessita a ciascuna estremità dove il corpo del tubo si raccorda al giunto dell'utensile. Il diametro interno si riduce in corrispondenza di una transizione conica. È proprio in questa transizione che risiede il problema.
Perché proprio lì? Per due motivi. Innanzitutto, si tratta di una discontinuità geometrica. La sezione trasversale cambia, la rigidità cambia e le sollecitazioni si concentrano nel punto di transizione. Sotto il carico combinato della perforazione (trazione assiale, flessione, vibrazione torsionale), la zona di transizione subisce le sollecitazioni locali più elevate dell'intera giunzione.
In secondo luogo, si tratta di una discontinuità di flusso. Il fluido di perforazione accelera passando attraverso il diametro interno più stretto e il flusso diventa turbolento proprio in corrispondenza della transizione. Il flusso turbolento erode la superficie. Qualsiasi rivestimento protettivo, qualsiasi pellicola di inibitore di corrosione, viene asportato più rapidamente esattamente dove la superficie è già più vulnerabile.
Aspetto: crepa, scolorimento o separazione
Il problema si manifesta in tre modi, ma la sequenza è sempre la stessa.
Prima fase: la crepa.Tutto inizia sul fondo di una cavità: una minuscola cavità di corrosione sulla superficie interna, proprio in corrispondenza della transizione. Questa cavità funge da concentratore di stress. Sotto carico ciclico, una cricca da fatica si innesca sul fondo della cavità e si propaga. In questa fase, il tubo appare integro dall'esterno. Il problema verrebbe individuato solo con un'ispezione interna.
Fase due: l'erosione.La fessura penetra nella parete. Il fango di perforazione, a migliaia di PSI, trova la fessura e si fa strada attraverso di essa. Il flusso di fango attraverso la stretta fessura è estremamente rapido, abbastanza rapido da erodere le pareti della fessura e allargarla fino a formare un foro. Questo è il "washout" che gli operatori vedono: una perdita puntiforme che appare all'improvviso e si allarga mentre si osserva il manometro.
Terza fase: la separazione.Diversi fori di lavaggio sono collegati. L'acciaio rimanente tra di essi non può sopportare il carico. Le parti del tubo. Un giunto che sembrava a posto nell'ultimo collegamento ora è composto da due pezzi, uno dei quali è nel foro.
L'intuizione fondamentale: quando si nota un'erosione, la crepa era già presente. E la crepa è iniziata in una cavità che a sua volta era un punto di corrosione formatosi quando il tubo è stato riposto bagnato.
La causa principale: la corrosione che si verifica nel rack
Ecco la parte che sorprende le persone: la corrosione che alla fine provoca la rottura di un tubo di perforazione di solito non si verifica durante la perforazione. Si verifica quando il tubo è riposto nel supporto tra un lavoro e l'altro.
Quando un giunto viene estratto dal pozzo, la sua superficie interna è ricoperta di fango di perforazione e fluido di formazione. Questo residuo è corrosivo: contiene cloruri, solfuri, acidi organici e ossigeno disciolto. Se il tubo viene inserito direttamente nel supporto senza essere pulito, tale residuo si deposita nel foro, si asciuga, si concentra e attacca l'acciaio.
La superficie interna in corrispondenza della transizione di raccordo è particolarmente vulnerabile perché il rivestimento interno – se presente – è in genere già sottile o assente in quel punto, asportato dalla turbolenza durante la perforazione. Acciaio nudo, ricoperto da residui corrosivi ed esposto all'ossigeno. Si crea così una cella di corrosione a circuito aperto. Il processo non si arresta finché il tubo non viene reinserito nel foro, momento in cui la vaiolatura è già iniziata.
La prevenzione che funziona
Non è possibile eliminare la concentrazione di stress nel punto di transizione irregolare: è una caratteristica intrinseca della progettazione del tubo. Non è possibile eliminare il potenziale corrosivo del fluido di perforazione: è una caratteristica intrinseca del processo. Ciò che si può controllare è che il tubo venga immagazzinato pulito e asciutto.
La procedura è semplice ma raramente viene seguita completamente: lavare internamente il tubo prima di riporlo. Risciacquare con acqua dolce per rimuovere i residui del fluido di perforazione. Quindi asciugarlo: soffiare aria compressa nel foro finché non fuoriesce più acqua. Per la conservazione a lungo termine, applicare un rivestimento interno di olio protettivo. Chiudere le estremità con dei tappi.
I tubi che vengono riposti puliti e asciutti non sviluppano la corrosione che si trasforma in crepe, poi in erosioni e infine in rotture. I tubi che vengono riposti sporchi e bagnati sono già predisposti al cedimento.
Il rilevamento
Una volta che una tubazione è in servizio, le vaiolature interne nella zona di transizione possono essere individuate solo tramite ispezione. Una normale ispezione esterna non le rileverà, poiché il danno si trova sulla superficie interna. L'ispezione con dispersione di flusso magnetico (MFL) rileva l'erosione della parete dovuta alle vaiolature. L'ispezione elettromagnetica rileva le crepe. Nessuna delle due è perfetta nella zona di transizione, motivo per cui i programmi di ispezione in genere utilizzano più metodi e pianificano le ispezioni interne in base alle ore di servizio piuttosto che alle condizioni visibili.
Il tubo che dall'esterno e in alcuni punti della zona di transizione appariva integro non presentava un guasto misterioso. Si trattava di un cedimento dovuto alla corrosione che si era sviluppato nel corso dei mesi, invisibile a chiunque non lo stesse cercando.
Il quadro generale
Il 70% dei cedimenti delle aste di perforazione si verifica in un unico punto, con un unico meccanismo e un'unica causa prevenibile. La fessurazione, l'erosione e la rottura sono tutti elementi della stessa storia, raccontata con toni diversi. La storia inizia con un tubo bagnato in un supporto e si conclude con un'operazione di recupero e un pozzo perduto.
La soluzione non consiste nell'utilizzare tubi di qualità superiore o in un programma di ispezione più rigoroso, sebbene entrambi siano utili. La soluzione è una disciplina di stoccaggio che riconosca l'importanza dell'interno del tubo quanto dell'esterno, e in particolare della zona di transizione. Pulitela. Asciugatela. Proteggetela. Il tubo farà il resto.
