Der Fehler, der wie drei verschiedene Probleme aussieht, aber keines ist: Im Inneren der am stärksten von Korrosion betroffenen Zone des Bohrgestänges

Fragt man einen Bohrmeister, warum eine Rohrverbindung versagt hat, erhält man eine von drei Antworten: „Es ist gerissen“, „Es ist ausgespült“ oder „Es hat sich getrennt“. Drei verschiedene Beschreibungen. Drei verschiedene Vorstellungen. Drei verschiedene Lösungsansätze.

Was Ihnen niemand sagt, bevor die metallurgische Analyse durchgeführt wurde: Alle drei Fehlerursachen sind identisch. Ein Mechanismus, drei Erscheinungsformen. Und laut einer Studie der Abteilung für Rohrleitungen der China National Petroleum Corporation (CNPC) ist dieser eine Mechanismus für 70 % aller Bohrstrangbrüche verantwortlich.

Die Stelle: Wo das Rohr seine Form ändert

Jedes Bohrgestänge weist eine innere Verjüngung auf – einen verdickten Abschnitt an jedem Ende, wo der Rohrkörper in das Werkzeuggelenk übergeht. Der Innendurchmesser verringert sich durch einen konischen Übergang. Genau an diesem Übergang liegt das Problem.

Warum gerade dort? Dafür gibt es zwei Gründe. Erstens handelt es sich um eine geometrische Diskontinuität. Der Querschnitt ändert sich, die Steifigkeit ändert sich, und die Spannung konzentriert sich an der Änderungsstelle. Unter der kombinierten Belastung beim Bohren – axialer Zug, Biegung und Torsionsschwingung – erfährt die Übergangszone die höchste lokale Spannung im gesamten Bohrloch.

Zweitens handelt es sich um eine Strömungsdiskontinuität. Die Bohrflüssigkeit beschleunigt beim Durchströmen des engeren Innendurchmessers, und die Strömung wird genau an der Übergangsstelle turbulent. Turbulente Strömung trägt die Oberfläche ab. Jegliche Schutzbeschichtung, jeglicher Korrosionsschutzfilm, wird genau dort am schnellsten abgetragen, wo die Oberfläche ohnehin schon am anfälligsten ist.

Das Erscheinungsbild: Rissbildung, Auswaschung oder Ablösung

Der Fehler tritt auf drei Arten auf, die Abfolge ist jedoch immer dieselbe.

Phase eins: der Riss.Es beginnt am Grund einer Korrosionsgrube – einer winzigen Korrosionsgrube an der Innenfläche, genau am Übergang. Diese Grube wirkt als Spannungskonzentrationspunkt. Unter zyklischer Belastung entsteht am Grubengrund ein Ermüdungsriss, der sich ausbreitet. In diesem Stadium sieht das Rohr von außen unbeschädigt aus. Man würde ihn nur bei einer Inneninspektion entdecken.

Phase zwei: die Auswaschung.Der Riss durchdringt die Wand. Bohrspülung, die unter einem Druck von Tausenden von PSI steht, findet den Riss und wird hindurchgepresst. Der Spülungsstrom durch den schmalen Riss ist extrem schnell – schnell genug, um die Risswände zu erodieren und ihn zu einem Loch zu erweitern. Dies ist das sogenannte „Auswaschen“, das die Bediener sehen: ein winziges Leck, das plötzlich auftritt und sich vergrößert, während man den Druckmesser beobachtet.

Dritter Abschnitt: der Abschied.Mehrere Auswaschbohrungen sind miteinander verbunden. Der verbleibende Stahl dazwischen kann die Last nicht tragen. Das Rohr bricht. Eine Verbindung, die beim letzten Mal noch intakt aussah, besteht nun aus zwei Teilen, von denen sich eines im Bohrloch befindet.

Die entscheidende Erkenntnis: Wenn man eine Auswaschung sieht, war der Riss bereits vorhanden. Und der Riss entstand an einer Vertiefung, die durch Korrosion entstanden war, als das Rohr nass eingelagert wurde.

Die Hauptursache: Korrosion im Gestell

Und hier kommt der Punkt, der viele überrascht: Die Korrosion, die schließlich zum Bruch eines Bohrgestänges führt, findet normalerweise nicht während des Bohrvorgangs statt. Sie entsteht, während das Gestänge zwischen den Einsätzen im Gestell lagert.

Wenn ein Verbindungsstück aus dem Bohrloch kommt, ist die Innenseite mit Bohrschlamm und Formationsflüssigkeit benetzt. Diese Rückstände sind korrosiv – sie enthalten Chloride, Sulfide, organische Säuren und gelösten Sauerstoff. Wird das Rohr ungereinigterweise direkt in das Gestell eingeführt, verbleiben diese Rückstände im Bohrloch. Sie trocknen, konzentrieren sich und greifen den Stahl an.

Die Innenfläche an der Stauchstelle ist besonders anfällig, da die Innenbeschichtung – sofern das Rohr eine hat – dort typischerweise bereits dünn ist oder fehlt, weil sie durch die Turbulenzen beim Bohren abgetragen wurde. Blanker Stahl, bedeckt mit korrosiven Rückständen, ist dem Sauerstoff ausgesetzt. Das ist eine geschlossene Korrosionszelle. Sie schreitet fort, bis das Rohr wieder im Bohrloch ist; bis dahin hat die Lochfraßkorrosion bereits begonnen.

Prävention, die funktioniert

Die Spannungskonzentration an der Stauchstelle lässt sich nicht beseitigen – sie ist konstruktionsbedingt. Auch das Korrosionspotenzial der Bohrflüssigkeit lässt sich nicht eliminieren – es ist prozessbedingt. Was man jedoch beeinflussen kann, ist, ob das Rohr sauber und trocken eingelagert wird.

Das Verfahren ist einfach, wird aber selten vollständig befolgt: Das Rohr vor dem Einlagern innen spülen. Mit Frischwasser nachspülen, um Bohrflüssigkeitsreste zu entfernen. Anschließend trocknen – mit Druckluft durch das Bohrloch blasen, bis kein Wasser mehr austritt. Für die Langzeitlagerung innen mit Konservierungsöl bestreichen. Die Enden verschließen.

Rohre, die sauber und trocken eingelagert werden, entwickeln keine Lochfraßkorrosion, die zu Rissen, Auswaschungen und schließlich zum Bruch führen kann. Verschmutzte und nasse Rohre hingegen sind ihrem Versagen vorprogrammiert.

Die Erkennung

Sobald eine Rohrleitung in Betrieb ist, lässt sich Lochfraß an der Übergangsstelle nur durch Inspektion feststellen. Eine standardmäßige Außeninspektion deckt ihn nicht auf – der Schaden befindet sich an der Innenwand. Magnetische Streuflussprüfung (MFL) erkennt Wanddickenverluste durch Lochfraß. Elektromagnetische Inspektion deckt Risse auf. Beide Verfahren sind an der Übergangsstelle nicht perfekt. Daher verwenden Inspektionsprogramme üblicherweise mehrere Methoden und planen die Inneninspektion anhand der Betriebsstunden und nicht anhand des sichtbaren Zustands.

Das Rohr, das von außen und an der Übergangszone intakt aussah, war kein unerklärlicher Defekt. Es handelte sich um Korrosionsschäden, die sich über Monate hinweg entwickelt hatten und für alle, die nicht gezielt danach suchten, unsichtbar waren.

Das große Ganze

70 % aller Bohrstrangbrüche gehen auf einen Ort, einen Mechanismus und eine vermeidbare Ursache zurück. Rissbildung, Auswaschung und Bruch – all das sind im Grunde dieselben Dinge, nur unterschiedlich ausführlich. Die Geschichte beginnt mit einem nassen Bohrgestänge im Gestell und endet mit einer Bergungsaktion und einem verlorenen Bohrloch.

Die Lösung liegt nicht in einer besseren Rohrqualität oder einem intensiveren Inspektionsprogramm – obwohl beides hilfreich ist. Die Lösung ist eine sachgemäße Lagerung, die berücksichtigt, dass das Innere des Rohrs genauso wichtig ist wie das Äußere, und die Übergangszone die größte. Reinigen. Trocknen. Schützen. Das Rohr erledigt den Rest.