钻杆接头纵向裂纹原因分析.pdf

第30卷第4期
机械工程材料
Val 30 No, 4
2006年4月
Materials for Mechanical Engineering
Ap.2006
钻杆接头纵向裂纹原因分析
吕拴录',骆发前2,周杰,袁鹏斌,巨西民,王庭建3
(1.中国石油天然气築团公司管材研究所,陕西西安710065;2.塔里木油回,新库尔勒84100
3.大庆石油管理局物资各总公司,龙江大庆163453)
嬃:对油田发生的钻接头纵向开梨事故进行了系统调查,对钻杆接头烈宏观形鼽和
徵观形进行了分析,对开裂钻杆接头和未开裂的钻杆接头材质进行了对比。鲒果表明:鲇杆接头
纵向开原因是摩擦乳纹引起的,擦裂鲅的原因主要与井眼全角变化率偏大有关。
关词:钻杆接头;裂纹;斯口形鼽;失效分析
中分类号:P634.3文款标识码:A文章编号:10003738(2006)04-009503
Failure Analysis of Longitudinal Cracks of Tooljoints
LU Shuan-lu', LUO Fargian', ZHOU Jie, YUAN Peng-bin, JU Ximin, WANG Ting-jiam
(1 Tublar Goods Reach ener of CNPC, Xi 710065 h T Oil Field Kuerle 841000, China
3. Material and Equpment oma of a n Elem Administration Bureau, aqing 163453, China)
Abstract Analyses of longitudinal cracks of tool joints were performed based on field background search
macro and micro ac mopology analysis and mae a estin of both cracked and not cracked tool joints. It s
concluded that the tool joint failure was aused by fric on which resulted from severe overall angle change rate
ey words: tool joint; friction crack; fracture morphology, failure analysis
井眼轨迹如下:垂直井深2420.49m,设计造斜
点井粢800.00m,实际造斜点井深800.00m,设计
某钴井队一批127.0mm×9.19mumG105新最大井斜角13.9°,实际最大井斜角21.8°,设计最
钻杆在第一口井钻至井深211.20m时起钻发现2大井斜处井深892.64m,实际最大井斜处井深
根钴杆接头开裂,在第二口井钻至井深2432.01m1250.00m,设计最大全角变化率3.4"/25m,实际
时起钴又发现5根钻杆内螺纹接头开裂。为此,作最大全角变化率5.2"/25m,最大全角变化率处井
者对钻杆接头开裂事故情况进行了调査,并对在第深1708.47m。
口井开裂的1根钻杆内螺纹接头和1根没有开裂
的钻杆内蠔纹接头取样,对钴杆接头开裂原因进行
裂纹宏观形貌及尺寸
了分析
开裂钻杆接头上有一条穿透壁厚的纵向裂纹。
2钻杆使用情况
经磁粉搡伤,钴杆接头外表面布满了纵向裂纹(图
1)。未开裂的钻杅接头表面经磁粉探伤后没有发现
该批钻杆在该井泉计进尺2505.00m,纯钻时裂纹。钻杆接头外表面裂纹具有摩擦裂纹特征
间(在并里工作时间)218.05h。钻井参数为:钻压
纵向开裂的钻杆接头外径165,5mm,无裂纹的
20~50kN,转速16rmin,排量(单位时间排出的钻杆接头外径168.1mm,新钻杆接头外径为168.3
流体量)32I/s,泵压11~13MPa,泥浆密度1.25
从外径测量结果可知,开裂钻杆接头外径已
g/cm3,泥浆粘度(钻井液内部阻碍其相对流动的阻
经出现明显磨损
カ)59s,pH=9.0。
4理化性能试验
收日期:
修订日:2005-03-15
者介:吕拴录(1957-),男,陕西西安人,教授级高级工程师
4.1化学成分分析
学士
化学成分分析结果表明,开裂和未开裂的钻杆
C1994-2010chinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
吕拴录,等:钴杆接头纵向裂纹原因分析
4】钻杆換头外纹形貌
图3姑杆換头面擦仿组织200X
Fig, I The crack morphology of a tool jomt
Fig 3 The bum mistrust at the outside of tool Jo
接头均符合 API SPEC7?规定。
4.2为学性能试验
沿接头横向取直径为6.25mm的横向拉伸试
样,沿接头纵向取直径为12.5mm的圆棒拉伸试
样。沿接头横向和纵向分别取10mmX10mmX55
m的CVN冲击试样,力学性能试验按ASTM
A370执行。力学性能试验结果,开裂和未开裂的钻
杆接头均符合 API SPEC7和SY/T5290-2000规
20.0m
定,且两者性能非常接近,但接头横向冲击韧度低于
4纹源区现形貌
纵向冲击韧度
Fig, 4 The micro-morphology of crack origimtlon
4.3金相分析
在钻杆接头裂纹部位取样进行金相分析。接头5钴杆接头纵向开裂原因分析
外表面有深度为3.65mm的摩擦烧伤层(图2),摩5.1裂纹性质及形成机理
擦烧伤层外表面为白亮组织(图3),再往里组织发
在钻井过程中,高速旋转的钻杆接头部位首先会
器。接头表面探伤发现的裂纹起源于外表面,裂纹与地层或套管碰撞相互摩擦,瞬间会产生大量的摩擦
起源部位与表面基本垂直,裂纹深度在摩擦烧伤层热,使接头表面层局部区域温度达到接头材料的淬火
深度以内。开裂和未开裂的钻杆接头基体组织均为温度(80~900℃,甚至更高),在随后冷却过程中产
回火索氏体。分析结果表明,钻杆接头表面裂纹具生二次溶火层。同时,由于从接头表面层到心部温度
有摩擦裂纹的特征。
梯度的变化,次表层将产生高温回火层。不同组织的
爾蚀程度不同,经过4%硝酸酒橢腐蚀之后,表层
次淬火层组织呈白亮层,次表层高温回火组织呈黑
色。由于接头表层发生了相变,在相变层会产生很大
的组织应力和热应力,当组织应力、热应力以及其它
外力之和超过其断裂强度时就会产生摩擦裂纹。
般障撩裂纹与摩撩方向基本垂直,在接头表面呈纵
向,裂纹深度方向与接头径向基本一致。但是,在水
平方向已发现摩擦裂纹呈龟裂状。摩擦裂纹的深
:2钻接头面缘伤层及纹形
度通常在摩擦热导致的烧伤层内。摩擦力越大,摩擦
bg. 2 The morphology of hot cracks and bu
次数越多,溶火层越深,摩擦裂纹越严重。
将钴杆接头穿透壁厚的裂纹打开检查,裂纹起5.2影形响裂纹萌生和扩展的因