S135钻杆失效分析

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1、第32卷第4期钻采工艺V01．32No．4DRILLING＆PR0DUCTIONTECHNOL0GY·63·、S135钻杆失效分析刘辉，(1西南石油大学2川庆钻探公司安全环保质量监督检测研究院)刘辉．s135钻杆失效分析．钻采工艺，2o09，32(4)：63—65摘要：对某油井在很短时间内连续12次发生钻杆刺穿断裂事故进行了调查。力学试验、化学分析、金相试验证明钻杆材料性能符合标准要求，刺穿断裂与钻杆材料无关；宏观观察发现存在管状样品扭转疲劳断裂台阶；扫描电镜观察发现台阶上存在疲劳条带。同时，结合钻杆使用时的受力状况对刺穿钻杆进行综合分析，找出钻杆刺穿的原因

2、为大应力扭转疲劳断裂。此结果提供现场后，现场提出改进措施并及时实施，使得后来的钻井未再发生此类钻杆刺穿事故。关键词：钻杆；失效分析；疲劳断裂；钻具组合中图分类号：TE921．2文献标识码：AD0I：1O．3969厂j．issn．1oo6—768x．20o9．04．O22处于四川地区的某井，设计井深为5100m。在结果见表1。准备二开空气钻井烘干井壁施工中，因地层出水而表1所列实测数据表明，钻杆的P、s含量符合不具备空气钻井条件，从而改用低固相钻井液钻进。标准sY／T5987—94《钻杆国外订货技术条件》的要在钻进过程中，半个月的时间内连续发生了12次钻求。杆

3、刺穿，并且这些断裂的钻杆为不同生产厂家的产从钻杆上取样进行力学性能试验，其结果见品。表2。为了弄清钻杆频繁刺断的原因，避免或减少类似问题的发生，该井队的上级单位委托笔者所在单位对失效的140×9．19一S135钻杆进行失效分析。一、外观检查失效钻杆管体的宏观形貌见图1。由图1可以看出，除刺穿开裂部位外，内表面防腐层完好；外表面光滑，腐蚀情况较轻。对管体外表面进行磁粉探伤，未发现缺陷。目外表面测管体内表面涂层完好。对裂纹附近进行了超声波测厚，裂缝附近：左侧的管壁厚度为：9．6一、9．5mm、9．4mm、9．5mm、9．5mm；右侧的管壁厚度为：9．6mm、9．

4、5mm、9．4mm、9．5mm、9．4mm；远离裂缝的管体上的管壁厚度为：9．5mm、9．5mm、9．5mm、9．5ⅡⅡn、9．5Hun。显然，管壁没有变形减薄。二、理化检验内表面1．材质检验图1钻杆表面宏观形貌在失效的钻杆管体上取样进行化学成分分析，收稿日期：20o9一Ol一03；修回日期：2Oo9—06—11作者简介：刘辉，女，机械工程师，2000年毕业于西南石油学院测控技术及仪器仪表专业，现在川庆钻探工程有限公司安全环保质量监督检测研究院从事理化性能检测工作。地址：(61830O)四川省广汉市中山大道南二段，E—mail：liuhui4343@163．

5、com钻采工艺2o09年7月·64·DRILLING＆PR0DUCT10NTECHN0L0GYJulv20o9表1钻杆的化学成分分析结果元素CSiMnPSCrNiMoCuV标准要求一—_—≤0．030≤0．O30————实测含量(％)0．280．261．420．0O60．0040．260．030．420．o40．O46三、电子显微分析表2钻杆的力学性能试验结果性能指标屈服强度抗拉强度断后伸长率硬度冲击吸1．断口分析(MPa)(MPa)(％)HB收功(J)由于裂缝被钻井液固一液双向流体冲刷得很光标准要求931—1138≥1000≥11—≥43滑，用扫描电镜观察

6、，在低倍下，难以发现断口中部实测均值l105l11613．035867．0冲刷光滑区的细节。在较高放大倍率下观察，发现其形貌为被钝化的辉纹，细节如图4。表2所示实测数据表明，力学性能的所有指标均符合标准sY／T5987—94《钻杆国外订货技术条件》的要求。2．断裂形貌及金相分析从裂缝处敲开，将断口表面清洗干净后观察，发现刺穿表面光滑，已丧失新鲜断口原貌，见图2。在失效钻杆刺穿断口处取金相试样，在显微镜下对纵向试验面进行观察，其基体组织为回火索氏体，见图3。非金属夹杂物为D类(球状氧化物)：2．5级；晶粒度等级为8级。管体非金属夹杂物和晶粒度等级均符合标准要求

7、；钻杆基体、断口附近的显微组织均图4裂缝中部冲刷光滑区形貌(辉纹)×4000为回火索氏体，无补焊等导致的异常组织。对裂缝断口处的金相试样沿管壁内外侧进行观察，发现试样上管壁外表面一侧有两个腐蚀小坑，深度分别为0．3mm、0．4mm，其中一处形貌见图5。图2断口宏观形貌图5裂缝尾端处腐蚀坑(腐蚀坑深度0．4m)×502．能谱分析对附着在断口上的产物做能谱分析，其结果为碳、氧、铝、硅、钾、钙和铁元素，这些元素为钻井液沉积物和泥土的组成元素。四、断裂原因分析图3金相组织(回火索氏体)400×从上述材料试验结果来看，此钻杆的各项材料性能指标均符合标准要求，钻杆失效与

8、材料本身无关。因此，失效原因应从钻杆工作条件来分析。