石油用S135钻杆钢氢渗透与氢致滞后开裂行为

通过电化学渗氢技术与恒载荷拉伸试验方法,研究了不同充氢电流密度下S135钻杆用钢的氢扩散系数、试样中的可扩散氢浓度及其氢致开裂门槛应力。结果表明,S135钻杆用钢在0.5 mol/L H2SO4+0.25 g/L As2O3溶液中电化学充氢后的可扩散氢浓度C0与充氢电流密度的平方根i成正比,恒载荷条件下,氢致开裂门槛应力σHIC随可扩散氢浓度的对数lnC0的升高而下降。

S135钻杆钢在钻井液中的氧腐蚀行为

基于系统的理论分析和现场腐蚀产物的XRD分析,揭示了S135钻杆钢在3%NaCl溶液中的氧腐蚀机理。为研究腐蚀因素与腐蚀速率的关系,通过室内高压釜动态模拟实验,分别研究了钻井液中含氧量、钻井液温度、钻井液流速和钻井液盐浓度对S135钻杆钢的氧腐蚀速率影响规律。实验研究结果表明(1)3%NaCl盐水钻井液对S135钻杆钢的腐蚀主要是氧去极化作用所致;(2)钻井液含氧量和钻井液流速的增加会加快钻杆钢的氧腐蚀速率,而钻井液温度和含盐量对钻杆钢的氧腐蚀速率具有双重作用。

不同应力比下S135钻杆钢疲劳裂纹的扩展行为

采用疲劳性能测试与回归分析相结合的方法,研究了S135钻杆钢在不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为,获得了其在稳定扩展区和近门槛区的疲劳裂纹扩展速率表达式,并探讨了其疲劳断裂机制。结果表明:随着应力比R的增加,疲劳裂纹扩展速率曲线向左上方移动,da/dN增大,ΔKth呈线性减小的趋势;近门槛区断口为解理断裂机制,稳定扩展区断口以疲劳条带扩展机制为主,同时也存在解理断裂。

S135钻杆钢预腐蚀后的弯曲疲劳性能

目的考察有机盐钻井液对S135钻杆材料腐蚀及疲劳性能的影响。方法首先利用高温高压釜模拟有机盐钻井液井筒的工况环境,对疲劳试样进行预腐蚀,通过点蚀仪测定试样表面的腐蚀状况;然后利用旋转弯曲疲劳试验机在不同弯曲应力条件下对预腐蚀试样和未腐蚀试样的疲劳性能进行测试,算得不同存活率下的疲劳强度,并绘制不同存活率下的S-N曲线。用体视显微镜和扫描电镜观察预腐蚀试样和未腐蚀试样的疲劳断口形貌,进而得出S135钻杆材料表面腐蚀对其疲劳寿命的影响程度和影响机制。结果经过腐蚀的试样表面有较多腐蚀坑,腐蚀坑深度在0.4~0.7 mm之间。未腐蚀试样的疲劳强度为553 MPa,其疲劳断口只观察到单个疲劳裂纹源;腐蚀试样的疲劳强度为409 MPa,其疲劳断口观察到多个疲劳裂纹源。S135钻杆材料腐蚀疲劳开裂敏感性指数为26%。结论经过高温高压有机盐钻井液环境腐蚀后,试样表面点蚀严重,腐蚀坑底部存在应力集中并导致裂纹源的形成,多个裂纹源的同时生长加快了裂纹的扩展,最终降低S135钻杆钢的疲劳强度。

应力比对S135钻杆钢腐蚀疲劳行为的影响

利用疲劳试验机和扫描电镜研究了在弱碱性介质(质量分数为3.0%的KCl溶液)中不同应力比R(0.1,0.3,0.5,0.7)对S135钻杆钢腐蚀疲劳行为的影响,并得到了该钻杆钢腐蚀疲劳裂纹扩展表达式和疲劳裂纹临界撕裂点的应力强度因子幅值ΔK与R的关系式。结果表明:随着R的增大,试样裂纹扩展临界撕裂点和最终撕裂点对应的ΔK逐渐减小(R和临界撕裂点的ΔK值之间呈明显的线性关系),试样的腐蚀疲劳裂纹扩展速率增大,腐蚀疲劳相对寿命减小,裂纹开裂由疲劳条带扩展机制转化为解理扩展机制。

复相化处理对S135钻杆钢组织和性能的影响

采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及力学性能测试等方法,研究了复相化处理对S135钻杆钢显微组织及力学性能的影响。结果表明:在760～800℃进行复相化处理,获得铁素体+马氏体的双相组织。随着复相化处理温度的升高,马氏体体积分数不断增加,铁素体体积分数不断减少,材料的硬度和强度升高,塑性和韧性下降,材料由韧性断裂向脆性断裂转变,其微观断口形貌由最初的韧窝转变为解理。复相化处理后,材料的应变硬化指数n升高,且由原来的一个n值变为两个n值。

S135钻杆材料等离子喷涂Al2O3-TiO2涂层组织与性能

目的选用石油钻井工程中常用的S135钻杆钢作为研究对象,在不破坏S135钢优异力学性能基础上,在S135钢基体上等离子喷涂Al2O3-TiO2涂层,研究喷涂功率对涂层的组织与性能的影响。方法在25、30、42 kW三种喷涂功率下,于S135钻杆材料基体表面制备Al2O3+TiO2涂层,对涂层表面进行SEM形貌观察及XRD物相分析,对端面进行金相组织观察,并测定不同位置的显微硬度,借助于材料表面性能试验仪进行涂层与基体结合强度测定,对不同功率下的喷涂涂层的组织、形貌及性能进行比较。结果在三种功率条件下,涂层由α-Al2O3、γ-Al2O3、Al2TiO5及TiO2组成。随着喷涂功率的增加,涂层中γ-Al2O3、Al2TiO5的含量增加;粘结层中气孔、裂纹等缺陷减少,孔隙率下降。在42 kW喷涂功率下,涂层与基体的结合强度达到92 N。在热喷涂过程中,由于正火作用,靠近喷涂界面的S135基体的晶粒得到细化。涂层表面的硬度都高于粘结层及基体,在喷涂功率为30 kW时,涂层表面的硬度达到1419.6 HV。结论通过改变喷涂功率,可在S135钻杆材料上得到具有较高硬度、与基体结合强度较高的Al2O3-TiO2涂层。

S135钻杆钢的单轴疲劳性能对比

通过疲劳试验测定了S135钻杆钢在单轴对称拉-压和扭-转加载条件下的疲劳寿命,应用回归分析方法得到了单轴疲劳寿命的定量公式,并对疲劳断裂的机制进行了分析。结果表明:在双对数坐标中,疲劳寿命与有效应力幅呈良好的直线关系;扭-转疲劳极限与拉压疲劳极限之比为0.682;拉-压加载和扭-转加载下的裂纹均萌生于试样表面;拉-压疲劳试样的裂纹扩展以疲劳条带为主要特征;扭-转疲劳试样的裂纹扩展以剪切型涟波花样为主要特征。

某井S135钢级钻杆腐蚀失效原因

某井S135钢级钻杆在钻进约2 395 m时发生腐蚀失效。采用宏观形貌、断口形貌观察,显微组织分析,化学成分、硬度、腐蚀产物成分测试对其失效原因进行了分析。结果表明:该钻杆的失效方式为腐蚀疲劳失效,钻杆内壁的氧含量偏高及内壁加厚过渡带区域存在应力集中,导致加厚过渡带区域发生严重点蚀,点蚀坑底部萌生疲劳裂纹并扩展,最终钻杆失效;建议使用内壁带防腐涂层的钻杆,并在钻井液中添加缓蚀剂,降低溶解氧对内壁的腐蚀作用,同时优化井深结构,减缓内壁加厚过渡带区域的应力集中。

S135钻杆摩擦焊接头热处理后的组织和性能

36CrNiMo4A钢制S135钻杆的工具接头和管体采用摩擦方式进行焊接 ,对摩擦焊接头进行了适当热处理。对钻杆工具接头、管体、焊合区三点弯曲试样的断裂韧度进行了测试 ,分析了弯曲试样的微观组织和断裂形貌以及接头焊合区韧性损伤的原因。结果表明 ,S135钻杆经摩擦焊接和热处理后 ,改善和提高了摩擦焊接头焊合区的组织和性能 ,其断裂韧度值JIC达到 4 8kJ/m2 ,钻杆钻井深度超过 5 30 0m ,满足了使用要求。

低温PSL-3S135钻杆用无缝钢管的开发

介绍了低温PSL-3 S135钻杆用无缝钢管的主要技术指标、钢种设计、生产工艺流程及力学性能检测结果。通过合金化技术、纯净钢冶炼、控制轧制、热处理等手段,保证了PSL-3 S135钻杆用无缝钢管具有较高的屈服强度,同时又具有良好的低温冲击韧性和优良的高温强度。检测结果表明:生产的低温PSL-3 S135钻杆用无缝钢管的屈服强度高于950 MPa,-20℃管体纵向全尺寸冲击功∧100 J,可以保证该S135钻杆在苛刻条件下的使用安全性。

某井S135钢级钻杆断裂原因

某井起钻时,井底一根101.6 mm(外径)钻杆在距离公接头台肩面约1.1 m处的管体上发生了断裂。采用宏观观察、化学成分分析、力学性能测试、金相检验、断口分析、钻杆受力计算及有限元模拟分析等方法对钻杆的断裂原因进行了分析。结果表明:断裂钻杆的屈服强度不符合API Spec 5DP—2009标准的要求;钻杆在通过不规则的井眼时发生了严重的弯曲压扁变形,导致钻杆失稳断裂;解卡过程中,断点附近反复的拉压载荷使得该区域产生了包申格效应,导致屈服强度进一步下降,加速了钻杆的断裂。

化工管道用S135钢钻杆的断裂特性研究

以化工管道用S 135钢钻杆为对象,研究其断裂性能,并对失效后S135钢钻杆的宏观形貌和微观组织进行观察与分析。结果表明,化工管道用S135钢钻杆的断裂形式为脆性断裂,断口位于钻杆的加厚过渡区域。

夹杂物尺寸与S135钻杆钢疲劳强度的相关性

对S135钻杆钢进行了旋转弯曲疲劳试验,研究了其疲劳性能,分析了夹杂物对疲劳性能的影响;利用光学显微镜测得不同视场下钢中最大夹杂物的直径,利用Murakami模型预测得到试样的疲劳强度,并与试验结果进行了对比。结果表明:疲劳裂纹源位于试样表面或次表面的复杂氧化铝夹杂物处,由升降法测得的疲劳强度为541.87 MPa;利用Murakami模型计算得到的疲劳强度与试验值的相对误差最大为5.62%,Murakami模型计算的准确性较高。

温度对破损涂层S135钻杆钢在3.5% KCl溶液中电化学腐蚀行为的影响

基于理论分析和电化学测量技术研究了温度对破损涂层S135钻杆钢在3．5％（质量分数，下同）KCI溶液中电化学腐蚀行为的影响。结果表明：破损涂层钻杆钢的开路电位随温度升高而负移，在40-65℃温度区间，材料热力学状态发生显著变化；整个反应主要受阳极反应控制，腐蚀速率随温度升高先增大后减小，在65℃时达到最大；温度主要通过影响离子传递电荷过程来影响反应的腐蚀速率。

氢损伤对S135钻杆钢疲劳性能的影响研究

研究NACE TM0177标准中规定的A溶液浸泡前后S135钻杆钢的疲劳性能。结果表明:浸泡后S135钻杆钢的疲劳性能比浸泡前有明显降低,同一应力水平下疲劳寿命离散性增大;氢损伤导致S135钻杆疲劳强度降低,易于发生氢脆,氢在S135钢疲劳裂纹形成扩展过程中起着促进和加速的作用;疲劳裂纹的形成和扩展直至断裂是氢脆加疲劳两种机制共同作用的结果。

S135钢级石油钻杆钢的特殊性能研究

文章对包钢生产的S135钢级石油钻杆管体用钢的特殊性能进行了实验室研究,结果表明:该钢种具有良好的低温冲击韧性,当温度为-70℃时,平均冲击功仍可达到80 J以上;该钢种的平均抗扭强度为920 MPa、旋转弯曲疲劳极限应力为462 MPa、平均疲劳裂纹扩展速率为8. 4×10^-6mm/cycle和19. 7×10^-6mm/cycle、裂纹尖端张开位移为0. 181 mm。

某井S135钢级钻杆挤扁原因

某井钻井作业时发生了多次钻杆挤扁现象。采用宏观观察、化学成分分析、力学性能试验、金相检验等方法对钻杆挤扁的原因进行了分析。结果表明:钻杆管体与卡瓦之间的啮合接触不均匀造成应力分布不均匀,当局部的接触应力超过了钻杆管体的屈服强度而使钻杆管体发生塑性变形挤扁,卡瓦牙板磨损较为严重是导致应力分布不均匀的主要原因。

S135钢级Φ139.7mm钻杆管体断裂失效分析

为保证钻井安全生产,采用力学性能试验、金相显微组织分析、断口宏观和微观分析等方法,并结合现场钻机工况,对某Φ139.7 mm×10.54 mm、S135钢级钻杆管体断裂失效原因进行了分析。分析结果表明,钻杆管体各项参数符合标准要求,钻杆管体断裂属于过载断裂,主要原因是钻杆所受载荷超过钻杆管体本身抗拉能力所致。为了避免同类失效事故的发生,提出采用1 138 MPa钢级钻杆和增加管体壁厚的方案,来增加钻杆的抗拉、抗扭能力,实现钻井现场安全生产的目的。

亚温淬火对钻杆钢组织和性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜观察及力学性能测试等方法,研究了亚温淬火对S135钻杆钢显微组织及力学性能的影响。结果表明:在760～800℃进行亚温淬火处理,S135钻杆钢可获得铁素体和马氏体的双相组织;随着亚温淬火温度的升高,马氏体体积分数不断增加,铁素体体积分数不断减少,材料的硬度和强度升高,塑性和韧性下降,材料由韧性断裂向脆性断裂转变,其微观断口特征由最初的韧窝转变为解理。