不同热处理对V150钻杆材料组织及性能的影响

采用材料组织分析法以及力学性能测试对不同热处理后V150钻杆材料的组织与性能进行研究。结果表明,热处理可提高V150钻杆材料的抗氢致开裂(HIC)性能;经900℃×90 min+水淬+735℃×120 min+空冷热处理的试样比经过其他热处理及不进行热处理的试样具有更加优异的综合性能。随氢致开裂试验时间延长,V150钻杆材料的抗HIC性能减弱,主要腐蚀产物为Fe和Mn的硫化物。带状组织及夹杂是导致材料发生氢致开裂的主要原因,Cu,Ni等元素可以提高材料的抗HIC性能。

拉扭复合载荷条件下V150钻杆的力学性能研究

深井超深井钻井中,不合适的拉扭耦合作用容易导致钻杆失效,因此有必要进行钻杆抗拉扭复合载荷能力研究.采用预扭后拉伸和预拉后扭转的拉扭复合载荷试验方法,分析了拉扭复合载荷条件下V150钻杆在拉伸应力应变和扭转应力应变之间的相互影响规律.试验发现:预扭后拉伸时,预加载切应力和拉伸屈服强度均会降低;预拉后扭转时,预加载的拉应力和扭转屈服强度均会降低;材料发生屈服时的拉应力和切应力符合拉扭椭圆强度准则,该准则的弹性变形安全范围较von Mises强度准则超出24.5%.研究结果表明,按照von Mises强度准则进行V150钻杆抗拉扭复合载荷能力设计偏于保守,而拉扭椭圆强度准则包含材料拉伸屈服强度和扭转屈服强度2个基准参数,且与试验数据吻合程度高,更具工程应用价值.

不同热处理对V150钻杆材料性能的影响

随着酸性油气田的陆续出现,钻杆在酸性环境下腐蚀性能的研究显得尤为重要。采用金相显微镜、万能试验机、冲击试验机、扫描电镜、能谱仪等对不同热处理后V150钻杆材料的性能进行了研究。结果表明:热处理可以提高V150钻杆材料的抗硫化氢应力腐蚀(SSC)性能及氢致开裂(HIC)性能;二次回火对V150钻杆材料的力学性能及腐蚀性能影响不大。夹杂和缺陷是导致V150钻杆材料抗SSC性能降低的主要原因。HIC试验后试样的主要腐蚀产物为Fe和Mn的硫化物,Cu,Ni等元素有利于提高G105钻杆材料的抗HIC敏感性。

V150高强度钻杆刺穿的原因

V150高强度钻杆在某直井服役过程中于其加厚过渡带消失处出现刺穿现象,采用宏观形貌观察、磁粉探伤、微观形貌观察、化学成分分析、力学性能测试、有限元分析等方法对钻杆进行了失效分析。结果表明:该钻杆刺穿的原因为腐蚀疲劳。钻井液存在溶解氧和一定含量Cl^(-),且pH较低,钻杆加厚过渡带区域因应力集中而产生严重氧腐蚀,并形成周向分布的密集点蚀坑;服役时钻杆跳钻严重,周期性的振动导致钻杆加厚过渡带消失处点蚀坑底部的较大应力集中效应产生周期性变化,并使得钻杆发生共振现象,从而加剧了点蚀坑底部疲劳裂纹的萌生及扩展,并最终导致钻杆刺穿。

V150高强度高韧性钻杆缺口拉伸性能研究

通过对V150钻杆材料进行不同缺口深度的缺口拉伸试验和缺口偏斜拉伸试验,研究了缺口深度对拉伸应变能、缺口敏感系数和拉伸断口形貌的影响,以及偏斜角度对缺口试样拉伸强度和塑性性能影响。结果表明:该V150钻杆材料在具有高强度、高韧性、高塑性的同时,具备良好的抗缺口脆化能力。缺口试样的抗拉强度随着缺口深度增加不断增大,缺口敏感系数均大于1,对缺口不敏感;随着缺口深度增加,断后伸长率、断后收缩率、断裂总应变能均逐渐下降;断口宏观形貌由切断型转变为正断型,微观形貌也由韧窝断口转变为韧窝和准解理复合断口;缺口深度为0.5mm时,偏斜角度加剧了缺口试样的脆化倾向,使其塑性逐渐降低;当缺口深度为0.8 mm时,断面收缩率大幅下降至15%~20%。

V150高强度钻杆在超深井修井作业中的适用性

随着高温高压超深油气井的开采数量持续增加,常规的G105和S135钻杆已经无法满足复杂井的作业需求。V150钻杆作为一种新型高强度钻杆,相比于传统钢钻杆有着更好的性能表现。为了研究V150钻杆在超深井修井作业中的适用性,首先进行了V150钻杆试样的化学成分、硬度以及冲击等基本性能参数测试。测试结果表明V150钻杆各个指标均满足行业要求。其次进行了V150钻杆在空气及钻井液中的旋转弯曲疲劳试验,得到了V150钻杆在空气和钻井液中的S-N曲线。疲劳试验结果表明V150钻杆对钻井液有着极高的敏感性;断口分析表明V150钻杆试样的断裂是氧腐蚀和应力共同作用的结果,在腐蚀过程中钻井液中的Cl-进一步加快腐蚀速率。最后,结合试验结果对V150钻杆的实际使用情况进行了讨论。采用V150钻杆组合后解卡作业最大钩载由1 784 kN降为1 717 kN,作业安全系数由1.16提升到1.41。该研究内容可为V150钻杆在超深井修井中的安全使用提供理论依据及指导。

不同热处理对钻杆材料硫化氢应力腐蚀性能的影响

随着酸性油气田的陆续出现,钻杆在酸性环境下腐蚀性能的研究显得尤为重要。通过拉伸试验、冲击试验、硬度测试及硫化氢应力腐蚀试验(SSC)等对不同热处理后V150钻杆材料的硫化氢应力腐蚀性能进行了研究。结果表明:热处理可以提高V150钻杆材料的抗硫化氢应力腐蚀性能;在淬火温度一定的情况下,抗拉强度、屈服强度及硬度随回火温度的升高呈逐渐降低的趋势,冲击韧性呈逐渐升高的趋势;抗SSC性能随着回火温度的升高逐渐提高;夹杂和缺陷是导致V150钻杆材料抗SSC性能降低的主要原因。

V150高强度钻杆断裂失效分析

某超深井在下套管过程中发生V150钻杆断裂事故,为查明断裂原因,采用宏观及显微组织分析、硬度测试、线弹性断裂力学分析等方法对断裂样品进行了失效分析。结果表明,该钻杆为脆性断裂,裂纹起源于摩擦对焊焊缝外表面附近的灰斑缺陷。由于钻杆焊缝热处理回火时超温,在较快冷却速度下形成了硬脆相组织,降低了焊缝断裂韧性及裂纹临界尺寸,在裂纹深度达到临界尺寸时,裂纹迅速失稳扩展,导致钻杆脆性断裂。