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瀏覽│·:- 釋出日期│·:2022-11-08 13:50:48【

摘 要:某鑽井工具接頭在短期使用後出現周向裂紋,採用化學成分分析☁·│☁▩、硬度測試☁·│☁▩、金相檢驗 等方法對其開裂原因進行了分析·☁。結果表明:該鑽井工具接頭的裂紋為疲勞裂紋,裂紋萌生於內螺 紋接頭與杆柱體最臨近的螺紋牙型底部,在週期性疲勞載荷的作用下,裂紋沿螺紋牙型底部周向擴 展,同時向外壁方向擴充套件,最終外壁發生開裂·☁。

關鍵詞:鑽井工具接頭;內螺紋;疲勞裂紋;應力集中 

中圖分類號:TG115                                       文獻標誌碼:B                                                文章編號:1001-4012(2022)04-0073-04


鑽井工具接頭透過螺紋將鑽桿☁·│☁▩、鑽柱構件及其 他鑽井裝置連線在一起,用於傳遞力和扭矩,鑽井工 具接頭是鑽井介質的迴圈傳輸通道,在石油勘探領 域起著重要的作用·☁。鑽井工具接頭的服役條件惡 劣,需要承受拉壓☁·│☁▩、彎曲☁·│☁▩、扭轉☁·│☁▩、振動等多種載荷的復 合作用,在使用過程中一旦發生失效,將嚴重影響鑽 井進度並增加鑽井成本[1]·☁。隨著我國能源需求量的 增加和國家保障能源安全戰略要求的實施,油氣勘 探力度不斷加大,隨之而來的鑽具失效事故也時常 發生[2-3]·☁。分析鑽具失效的原因,採取有效措施提高 鑽柱構件的壽命,對保障鑽井工作安全有序的進行 具有十分重要的意義·☁。 

某 鑽 井 工 具 接 頭 外 徑 為 89 mm,長 度 為 200mm,一端是外螺紋接頭,另一端是內螺紋接頭, 由無磁棒料經機械加工製成·☁。該接頭的內螺紋處多 發疲勞裂紋或斷裂失效,嚴重影響了作業進度·☁。筆 者採用化學成分分析☁·│☁▩、硬度測試☁·│☁▩、金相檢驗等方法對 某典型鑽井工具接頭的開裂原因進行了分析,結果 可為提高該類接頭的使用壽命提供借鑑·☁。

1 理化檢驗 

1.1 宏觀觀察 

鑽井工具接頭擷取試樣的宏觀形貌如圖 1 所 示,該接頭在斷裂時,已經間斷地使用一個月·☁。對試 樣進行目視檢測,在其外表面和內螺紋處均可觀察 到明顯的開裂,開裂處位於內螺紋最後一牙的牙型 底部·☁。對其進行滲透檢測,結果如圖2所示,從外表 面測量,其裂紋長度為50mm,從內部測量,開裂長 度大於外表面顯示的裂紋長度·☁。

將試樣從裂紋兩端沿縱向鋸開,斷口的宏觀形 貌如圖3所示,由圖3可知,斷口附近無明顯的塑性 變形,整個斷面平坦,區域性可見半圓形及弧形貝殼條 紋線,靠近內表面一側可見多處明顯的撕裂臺階,可 初步判斷裂紋起源於內表面·☁。

將試樣從圖3所示的 A 截面處擷取縱向剖面, 放大觀察,其形貌如圖4所示·☁。可見螺紋牙型底部 有一條尚未穿透至外表面的裂紋,該裂紋平直,未見 明顯的分支裂紋·☁。

1.2 化學成分分析 

在斷口附近取樣,依據 GB/T11170—2008《不鏽 鋼 多元素含量的測定 火花放電原子發射光譜法(常規 法)》☁·│☁▩、GB/T20124—2006《鋼鐵 氮含量的測定 惰性氣 體熔融熱導法(常規方法)》標準,用直讀光譜儀和氧氮 分析儀對其成分進行分析,結果如表1所示·☁。

1.3 布氏硬度測試 

在斷口附近取樣,依據 ASTM E10—2018 《金 屬材料布氏硬度標準試驗方法》,用布氏硬度計對其 橫截面取3點進行布氏硬度測試,硬度測試結果均 為363HBW,符合產品技術條件要求·☁。

1.4 金相檢驗 

在斷口附近取樣進行金相檢驗,結果如圖5所 示,由圖5可知,斷口附近的顯微組織為奧氏體·☁。測 定其晶粒度為7.0級,非金屬夾雜物等級為 A0.5, B0.5,D0.5,未見異常組織·☁。