40CrNiMo气田钻杆钎头应力腐蚀失效
2014-12-05 16:46:48 作者:郭静来源:

普光气田是迄今为止中国南方发现的储量规模最大、埋藏最深、丰度最高的特大型整装海相气田。气田中部的埋深为5104米,气藏厚度829米。分析表明,普光气田各气井成分接近,其中CH4含量为75.52%,C2H8含量为0.11%,H2SCO2含量可分别高达15%和9%.高含H2S是其重要的特点。

从2003年普光气田勘探取得实质性突破以来,在456平方公里的面积内进行了钻探勘察工作,发生了大量的钎头脆性开裂事故,这种钎头曾经应用于新疆各油气田,未发生任何脆性断裂事故。普光气田和新疆油气田的油气成分不同,服役环境差异是导致这些钎头脆性断裂的关键原因。

钎头实际失效部件示意图


图中是钎头实际失效部件形貌,其中图(a)是未使用的同类钎头,其表面经过镀铜处理以防止大气腐蚀。图(b )是服役后失效的某个钎头,其钻齿处存在多处开裂和断裂损伤、且表面磨损严重,镀铜层被腐蚀,明显存在一层黑色腐蚀产物(主要为硫化物)。


服役后失效钎头的断裂表面

内径和外径形貌


金相组织和夹杂物


裂纹形貌与走向


端口表面不同部位微观形貌


拉伸断口的微观形貌及A点的微区成分分析


疲劳试验试样断口


  结论:

  金相和化学分析结果表明,失效钎头断口附近的组织为正常的调质组织,夹杂物尺寸和形态均正常,断口附近的化学成分正常。
  对失效钎头材料的力学性能测试表明,该材料的屈强比较高,材料的延伸率很低,塑性降低明显,表明材料在服役过程中发生了氢脆。
  失效材质的疲劳试验表明,钎头失效的原因之一是疲劳断裂,扭转产生的剪切应力起主要作用;粗糙表面或内部较大的夹杂物促进了裂纹发生,对最终断裂失效取到促进作用。
  钎头开裂事故的主要原因是典型的高强钢湿硫化氢应力腐蚀开裂,并伴有腐蚀疲劳的发生。

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《石油工业环境典型应力腐蚀--案例与开裂机理》
  李晓刚 刘智勇 杜翠薇 董超芳 肖葵 程学群 著