φ127mmS135型钻杆管体刺穿失效分析.pdf

2013年第42卷
石油矿场机械
第1期第59页
OIL FIELD EQUIPMENT
2013,42(1):59~61
文章编号:1001-3482(2013)01-0059-03
127mmS135型钻杄管体剌穿失效分析
陈长青,李齐富',刘进田2,徐永生,王宝忠
(1.渤海装备制造有限公司第一机械厂,河北青县062658;2.长庆油田分公司机械制造总厂,西安710201
3.渤海钴探工程公司第三钻井分公司,天津300280)
摘要:通过カ学性能测试、金相显徹组织和断ロ分析,并结合钻杆的受カ状态,对一例o127mm
S135型钻杆刺穿失效原因进行分析。结果表明:钻杆管体的刺穿失效为腐蚀疲劳失效,疲劳裂纹
起源于管体内加厚锥面消失部位对应的外壁腐蚀坑底部,当微裂纹扩展穿透壁厚时,高压泥浆刺
穿,形成刺孔
关键词:钻杆;失效分析;疲劳;腐蚀疲劳
中图分类号:TE921
文献标识码
Piecing Failure Analysis of 8127 mm $135 Drill Pipe
CHEN Chang-qing, LI Qi-fu, LIU Jin-tian",XU Yong-sheng, WANG Bao-zhong
(1. No. 1 Machinery Works, CNPC Bohai Equipment Manufacturing Co, Ltd, Qingxian 062658, China
2. Machinery Manu facturing Plant, Changqing Oilfield Company, Xian 710201, China,
3. No.3 Drilling Company, Bohai Drilling Engineering Company, Tianjin 300280, China)
Abstract: The failure causes of o127 mm S135 drill pipe were investigated through mechanica
properties testing, optical morphologies, and fracture analysis with consideration of loading. The
results show that corrosion fatigue is caused the failure, and fatigue cracks initiated from the ces
sion pits in out-surface of internal upset taper position and extended quickly under the effect of a
ternating stresses. In the end, they led drilling pipe to early failure
Key words: drill pipe; failure analysis; fatigue; corrosion fatigue
某钻井公司钴井作业时使用的1根127mm
S135型钻杆发生罕见的刺穿失效,受使用方委托,
对该钻杆失效原因进行了分析。
1宏观分析
图1失效钴杆宏观形貌
失效的o127mmX9.19mmS135型钴杄样品
长度约为450mm,试样上有3处刺孔,刺孔部位外
表面腐蚀明显比其他部位严重;刺孔位于钻杆内加
厚过渡锥面消失部位附近,除刺穿部位以外的内壁
涂层均完好,钻杆内加厚锥面长度约为110mm,如
图1所示。经磁粉探伤发现,试样外表面靠近刺孔
部位有许多周向分布的微裂纹存在,如图2~3。
图2刺孔形貌
收稿日期:2012-07-22
作者简介:陈长青(1973-),男,河南武邑人,高级工程师,硕土,主要从事钻杆及油套管的研发制造工作。
石油矿场机械
2013年1月
2理化检测
2.1金相分析
从失效钻杆样品上取样,分析材料中的夹杂物、
金相组织和晶粒度,分析结果如表1所示。材料的
金相组织为回火索氏体,晶粒度等级为8.0级。金
相分析表明:试样外表面小腐蚀坑内有大量裂纹分
布,腐蚀坑及裂纹周围组织无异常,裂纹穿晶扩展,
图3刺孔周围裂纹形貌
如图4~5所示。
表1材料的非金属夹杂物和显微组织
试样A
试样B
试样C
试样D
金相
晶粒度
数据来源
薄
厚
薄
厚
组织
等级
测
0
0.5
0
0.5
S回
8.0
SY/T5561-2008≤2.0≤1.5
2.0
1.5≤2.0≤1.5≤2.0≤1.5
≥6.0
表2所示,可以看出:钻杆材料为20 Crmnmo,材料化学
成分中的S和P含量符合SY/T551-2008标准
图4失效钻杆外表面萌生的裂纹
2.2化学成分分析
从失效钻杆样品上取样检测化学成分,结果如
图5钻杆外表面微裂纹形貌
表2钴杆的化学成分
B
元素
Mn
P
O
含量
0.75
0.0034
0.0015
0.94
0.66
SY/T5561-2008
0.020
≤0.015
2.3カ学性能分析
伸性能和常温纵向冲击功符合SY/T55612008
从失效钻杆样品上取板状拉伸试样,规格为标准要求,一20C条件下的纵向冲击功符合SY/
7.5mmX10mmX55mm的纵向夏比V型缺口冲T5561-2008标准补充技术条件要求。
击试样,试验结果如表3。结果表明:失效钴杆的拉
表3钴杆管体力学性能
数据来源
屈服强度/MPa抗拉强度/MPa
延伸率/%
冲击功(20℃)/」冲击功(-20C)/J
实测
1070
1140
22.0
107
SY/T5561-2008
724~931
≥14.0
≥43
2.4微观形貌及能谱分析
断面呈椭圆形,断面放射棱线收敛于外表面腐蚀坑
将失效试样外表面的长裂纹打开,清洗后采用底部,低倍可见明显的疲劳弧线形貌,如图6所示。
扫描电子显微镜对其表面形貌进行微观分析。裂纹高倍下观察发现,靠近裂纹源区位置被严重腐蚀,裂