特殊螺纹接头油管腐蚀原因分析
腐蚀失效分析
特殊螺纹接头油管腐蚀原因分析
吕拴录1,赵国仙1,王新虎1,严密林1,付道明2,张建新2
(1.中国石油天然气集团公司石油管力学和环境行为重点试验室,西安710065;
2.塔里木油田公司开发事业部,新疆库尔勒841000)
摘 要:对某井特殊螺纹接头油管腐蚀穿孔事故进行了调查研究,对腐蚀穿孔的油管接头样品的化学成分、力学性能、金相组织进行了试验分析,对油管腐蚀形貌进行了微观分析和宏观分析,对油管腐蚀产物进行了能谱分析。依据试验结果对油管腐蚀的原因进行了分析讨论,认为油管属于局部冲刷腐蚀,冲刷腐蚀原因是接头部位存在结构变化引起的紊流。
关键词:特殊螺纹接头油管;失效分析;冲刷腐蚀;CO 2腐蚀
中图分类号:T G172.8 文献标识码:B 文章编号:10052748X (2005)0420179203
ANAL YSIS O F DOWN HOL E PR EMIU M CONN EC TION TUBIN G CORROSION
L U Shu an 2lu 1,ZHAO G uo 2xian 1,WANG Xin 2hu 1,YAN Mi 2lin 1,FU Dao 2ming 2,ZHANG Jian 2xin 2
(1.Tubular G oods Research Center of CNPC ,Xi πan 710065;2.Tarim Oilfield Company
Development Department ,K orla 841000,China )
Abstract :An analysis of downhole premium connection tubing corrosion was performed based on field background
search ,macro and micro corrosion morphology analysis and material testing.It is concluded that the tubing failure was caused by erosion 2corrosion.By analyzing the configuration of the tubing premium connection ,it is f urther determined that the erosion 2corrosion was due to high turbulences of downhole liquid flows and high shear stress at locations subject to abrupt geometric change because thread make 2up was not in the right position.
K ey w ords :Premium connection tubing ;Failure analysis ;Erosion 2corrosion ;CO 2corrosion
某井投产2年9个月起出检查,发现部分油管严重腐蚀。腐蚀油管所处井段井深范围400m ～1500m ,按地层温度梯度计算该井段温度范围84～100℃。其中在井深740～1300m 井段油管腐蚀严
重,该井段温度89～96℃。发生严重腐蚀的油管外螺纹接头端面已腐蚀穿孔,其位置在现场上扣的外螺纹接头端部。
该井日产凝析油178t ,CO 2含量0.69%,不含水(有凝析水存在)。井底温度140℃,井口温度75℃。井底压力56M Pa ,井口压力30M Pa 。油管串
结构为:73mm ×5.51mm P110特殊螺纹接头油管×5100m 。
1 腐蚀形貌宏观分析
油管样品腐蚀形貌见图1。油管接箍段对应的内壁已经腐蚀,油管腐蚀呈纵向沟槽形貌。从接箍工厂端端面对应位置到接箍现场端副扭矩台肩位
收稿日期:2004207219;修订日期:2004210211
置,腐蚀越来越严重。在腐蚀最严重的现场端外螺纹接头端面位置内壁已腐蚀穿孔。现场端外螺纹接头内壁从端面起轴向距离约28mm 的范围相对其它区域腐蚀严重。现场端外螺纹接头端面未穿孔位置壁厚不足0.4mm ,工厂端外螺纹接头端面壁厚115～2.2mm 。接头部位形貌似有冲刷腐蚀的特征。
油管管体内壁也有腐蚀,但不是纵向沟槽腐蚀形貌,且腐蚀程度比接头部位轻的多
。
图1 油管接头内壁腐蚀形貌
?
971?第26卷第4期2005年4月
腐蚀与防护
CORROSION &PRO TECTION
Vol.26 No.4April 2005
2 腐蚀形貌微观分析
对现场端外螺纹接头内壁腐蚀形貌和接箍内壁腐蚀形貌微观分析结果见图2～图5
。
图2 外螺纹接头穿孔部位形貌
(图1端部穿孔放大
)
图3 外螺纹接头内壁腐蚀坑底腐蚀产物剥落的形貌
(右边为腐蚀产物剥落区域)
腐蚀产物能谱分析结果见表1。
断口微观分析结果表明,油管腐蚀产物为结晶
状碳酸盐和沉积的氯化物,油管腐蚀具有CO 2腐蚀和冲刷腐蚀的特征[1]。
油管腐蚀属于冲刷腐蚀和
图4
接箍内壁冲刷腐蚀形貌
图5 接箍内壁龟裂状腐蚀产物区形貌
CO 2腐蚀联合作用的结果。
3 材质分析
材质分析结果,油管化学成分、力学性能符合A PI SPEC 5CT 规定。油管金相组织正常。
4 结果分析
检验结果表明,该井油管材质符合标准要求,分
析穿孔主要是冲刷腐蚀和CO 2腐蚀所致[2,3]。冲刷腐蚀的严重程度及分布与管道本身的几何形状有
表1 腐蚀产物能谱分析结果
元素
现场端外螺纹接头内壁接箍内壁
穿孔位置
较光区
结晶区
无龟裂状腐蚀产物区龟裂状腐蚀产物区
质量分数%原子分数%质量分数%原子分数%质量分数%原子分数%质量分数%原子分数%质量分数%原子分数%
C 38.156.0927.8547.4136.8759.9517.3939.316.1334.85O 26.5429.3327.5835.2518.022216.1727.4421.5634.96Na 2.93 2.250.930.82 2.68 2.280.210.250.580.65
Al 1.030.680.140.110.260.190.190.190.150.14Si 2.45 1.540.370.270.440.30.40.380.290.27S 0.830.460.380.250.370.230.280.240.990.81Cl 2.4 1.190.850.49 2.22 1.22 1.040.790.720.53Ca 2.55 1.120.480.240.960.470.60.40.570.37Mn 0.330.110.610.230.610.22 1.310.6510.47Fe
22.84
7.23
40.81
14.94
37.57
13.14
62.43
30.35
58.01
26.95
?
081?
关,在结构突变部位紊流严重,磨粒集中,冲刷腐蚀加剧[3]。在存在腐蚀的情况下,冲刷腐蚀更快。
该井油管下井使用不到3年就腐蚀穿孔,腐蚀原因还与以下因素有关。4.1 油管接头结构
油管腐蚀最严重的位置在现场端外螺纹接头端面。这与油管接头结构形状有关。特殊螺纹油管接头虽然为内壁平滑的油管接头,但由于外螺纹接头端面和接箍副扭矩台肩位置有一定的倒角,内外螺纹接头上扣配合之后在副扭矩台肩位置存在有一V 形槽,即该部位存在小的结构突变(图6)。当流体在油管里流过结构突变部位时会形成紊流,导致对管壁的剪切应力提高,从而产生冲刷腐蚀。同时,由于CO 2和Cl -的存在,会在油管内壁产生腐蚀。由于腐蚀产物不致密,且强度差,很容易冲刷剥落,最终加速了该部位的冲刷腐蚀。油管接头现场端和工厂端结构相同,现场端外螺纹接头靠端面部位腐蚀穿孔,而工厂端外螺纹接头内壁腐蚀相对较轻,这与接头现场端和工厂端上扣扭矩不同有关。接头上扣后由于径向密封和台肩接触,会导致内径缩小。如果接头现场端上扣扭矩偏大,会增大接头现场端副扭矩台肩位置的结构突变,最终加剧该部位的冲刷腐蚀;如果现场端接头上扣扭矩不足,接头现场端副扭矩台肩不接触,存在一定间隙,结构突变将加剧,此处将形成严重的紊流,产生很大的剪切应力,最终导致该部位冲刷腐蚀[4]
。
图6 特殊螺纹接头结构形状示意图
油管接头内壁副扭矩台肩位置有结构突变,其它部位内壁平滑没有结构突变。而油管腐蚀位置在接箍长度范围内,即油管内壁严重腐蚀区域从接箍下端面对应位置开始,到接箍上端面对应位置结束。油管内壁腐蚀部位的这种分布可能与上扣后接头内径变化和应力变化有关。油管接头上扣之后在内外螺纹配合部位接箍会胀大,外螺纹接头内径会缩小,最终会因上扣在接头内壁形成微量结构变化。当原油流过结构突变位置时会形成腐蚀集中。另外,上
扣后接头内壁的应力状态会发生变化。上扣后接头内壁应力状态的变化对材料抗腐蚀性能的影响有待进一步研究。
4.2 腐蚀介质及腐蚀过程
该井CO 2含量0.69%,分压0.2～0.4M Pa ,还含有氯离子、水等介质,具备发生CO 2腐蚀的环境条件。腐蚀产物中发现碳酸盐和氯化物,碳酸盐腐蚀产物的形成与井内发生的CO 2腐蚀有关,氯化物的沉积是凝析水含盐结晶造成的。因此从腐蚀产物和沉积物分析也可以证明发生了CO 2腐蚀,造成油管腐蚀的主要介质是CO 2和含盐的凝析水。研究表明[1],在90℃附近时CO 2导致油管的腐蚀速率最高。在90℃附近CO 2腐蚀生成的Fe 2CO 3膜很厚,但松软不致密,不具有保护作用。在更
高的温度条件下,CO 2腐蚀生成的FeCO 3膜较薄,但很致密,对材料具有保护作用。该井油管腐蚀严重井段(740m ～1300m )温度89～96℃。油管严重腐蚀井段的温度与研究结果一致。
在CO 2发生过程中,Cl -的存在主要是加速腐蚀。试验结果表明[1],随着流速提高油管CO 2腐蚀速率加剧。当流速从0.1m/s 增加至1.0m/s 时,腐蚀速率约增加68%。该井日产量为178t ,流速0186m/s (按密度0.80计算),这样的高流速增大了腐蚀速率。
5 结论与建议
(1)油管失效是由于局部冲刷腐蚀及CO 2腐
蚀联合作用所致。
(2)油管局部冲刷腐蚀的原因主要是由于接头内壁结构变化部位存在紊流,井内含CO 2和Cl -腐蚀介质。
(3)建议严格执行特殊螺纹接头油管下井操作规程,确保特殊螺纹接头的上扣扭矩和上扣位置。
参考文献:
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Corrosion ,1995,(11):
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corrosion[J ].Material Performance ,2004,(10):
?
181?
常用螺纹详细尺寸参数
螺纹类型外圆刀具尺寸 攻(车)螺纹前外径(工序 卡标注用） 外螺纹6g(2A) 零件图标注用 内螺纹 6H(2B) 零件图标注用 内孔刀具尺寸 攻(车)螺纹前内径(工序 卡标注用) M3*0.5 Φ3(-0.05/-0.1)Φ3(-0.02/-0.126)Φ2.459(+0.14/0)Φ2.5(+0.08/0) M3*0.35 Φ3(-0.05/-0.1)Φ3(-0.019/-0.104)Φ2.621(+0.1/0)Φ2.6(+0.12/+0.04) M4*0.7 Φ4(-0.05/-0.15)Φ4(-0.022/-0.162)Φ3.242(+0.18/0)Φ3.3(+0.1/0) M4*0.5 Φ4(-0.05/-0.1)Φ4(-0.02/-0.126)Φ3.459(+0.14/0)Φ3.5(+0.1/0) M5*0.8 Φ5(-0.05/-0.15)Φ5(-0.024/-0.174)Φ4.134(+0.2/0)Φ4.2(+0.1/0) M5*0.5 Φ5(-0.05/-0.1)Φ5(-0.02/-0.126)Φ4.459(+0.14/0)Φ4.5(+0.1/0) M6*1 Φ6(-0.05/-0.15)Φ6(-0.026/-0.206)Φ4.917(+0.236/0)Φ5(+0.1/0) M6*0.75 Φ6(-0.05/-0.15)Φ6(-0.022/--0.162)Φ5.188(+0.19/0)Φ5.2(+0.1/0) M8*1.25 Φ8(-0.1/-0.2)Φ8(-0.028/--0.240)Φ6.647(+0.265/0)Φ6.8(+0.1/0) M8*1 Φ8(-0.1/-0.2)Φ8(-0.026/-0.206)Φ6.917(+0.236/0)Φ7(+0.1/0) M8*0.75 Φ8(-0.05/-0.15)Φ8(-0.022/-0.162)Φ7.188(+0.19/0)Φ7.2(+0.1/0) M10*1.5 Φ10(-0.1/-0.2)Φ10(-0.032/-0.268)Φ8.376(+0.3/0)Φ8.5(+0.1/0) M10*1.25 Φ10(-0.1/-0.2)Φ10(-0.028/-0.24)Φ8.647(+0.0.265/0)Φ8.8(+0.1/0) M10*0.75 Φ10(-0.05/-0.15)Φ10(-0.022/-0.162)Φ9.188(+0.19/0)Φ9.25(+0.1/0) M10*1 Φ10(-0.1/-0.2)Φ10(-0.026/-0.206)Φ8.917(+0.236/0)Φ9(+0.1/0) M12*1 Φ12(-0.1/-0.2)Φ12(-0.026/-0.206)Φ10.917(+0.236/0)Φ11(+0.1/0) M12*1.75 Φ12(-0.1/-0.2)Φ12(-0.034/-0.299)Φ10.106(+0.335/0)Φ10.3(+0.1/0) M12*1.25 Φ12(-0.1/-0.2)Φ12(-0.028/-0.24)Φ10.647(+0.265/0)Φ10.8(+0.1/0) M12*1.5 Φ12(-0.1/-0.2)Φ12(-0.032/-0.268)Φ10.376(+0.3/0)Φ10.5(+0.1/0) M14*2 Φ14(-0.15/-0.25)Φ14(-0.038/-0.318)Φ11.835(+0.375/0)Φ12.1(+0.1/0) M14*1.5 Φ14(-0.15/-0.25)Φ14(-0.032/-0.268)Φ12.376(+0.3/0)Φ12.5(+0.1/0) M14*1 Φ14(-0.05/-0.15)Φ14(-0.026/-0.206)Φ12.917(+0.236/0)Φ13(+0.1/0) M16*1 Φ16(-0.05/-0.15)Φ16(-0.026/-0.206)Φ14.917(+0.236/0)Φ15((+0.1/0) M16*2 Φ16(-0.15/-0.25)Φ16(-0.038/-0.318)Φ13.835(+0.375/0)Φ14.1(+0.1/0) M16*1.5 Φ16(-0.15/-0.25)Φ16(-0.032/-0.268)Φ14.376(+0.3/0)Φ14.5(+0.1/0) M18*1.5 Φ18(-0.15/-0.25)Φ18(-0.032/-0.268)Φ16.376(+0.3/0)Φ16.5(+0.1/0)
钻杆失效原因
钻杆失效原因分析 在钻井过程中，钻杆在任何部位失效都会造成严重的后果，甚至使井报废。我国各油田每年发生钻杆事故约五六百起，经济损失巨大，每年进口各种规格的钻杆就要耗用数亿元人民币的外汇。随着浅层资源的不断枯竭，今后越来越多的钻深井、超深井，钻杆的安全可靠性就成为一个十分突出的问题。 钻杆失效一般表现为本体断裂和刺漏，钻杆螺纹处失效等。原因大致是由以下一些因素引起的：钻进时钻杆的基本力学工况，钻具的组合及钻井工艺，井径规则性，偏磨，螺纹密封脂，钻井液，钻杆结构和材料，地层因素，井内腐蚀介质等，以上因素交互作用的结果导致钻杆失效。 钻杆的基本力学工况钻杆在内外充满钻井液的狭长井眼里工作，通常承受压、弯、扭、液力等载荷。如果钻杆所受应力小于每平方米206.8牛顿时，钻杆虽经过无数次的弯曲，也不会产生疲劳裂纹。钻井时钻杆承受弯曲、扭转和拉伸应力组成的复合应力很大，特别是在大位移定向井及水平井中扭矩极大，钻杆在远远小于100万次弯曲次数时便产生疲劳微裂纹；微裂纹产生后便不断扩大延伸，此时如果具有腐蚀作用的高压钻井液进入微裂纹中，就会加速裂纹扩展，最终导致钻井液刺穿钻杆的失效事故。刺穿发展的结果，使钻杆有效断面不断缩小，刺孔加裂纹的总长度超过其临界裂纹尺寸时，即发生断裂。除旋转向下的运动，同时还有钻杆的各种振动和涡动。 钻具组合及钻井工艺钻杆作为一个旋转的细长弹性杆件，有其固有振动频率，钻具的组合决定了此固有频率。钻杆旋转时还会产生纵向、横向和扭转3种形式的振动，当它们的频率与固有频率相吻合时则产生共振。共振的结果会在原来钻杆疲劳应力的基础上附加一个额外的疲劳应力，加速钻杆的失效。采用长效螺杆钻杆替代转盘钻定向井、水平井的钻井工艺可以减少钻杆的旋转弯曲疲劳程度。 如牙轮钻头轴产生的纵向振动频率与钻头－钻柱系统的固有自振频率相同时会出现共振，使钻头的振幅增大，产生极大的冲击载荷，加剧钻杆疲劳。再如用于不同直径或不同扣型钻杆过渡的配合接头使用不当，配合接头本身螺纹(主要是公扣)和与之相连的钻杆螺纹就可能断裂。
度管螺纹标准尺寸对照表
55°圆锥管螺纹(BSPT) 螺纹代 号基本尺寸 英 寸 大径 mm d=D 螺距 mm p 每英寸牙 数 tpi 中径 mm d2=D 2 小径 外螺 纹 d3 牙型高 度 H1 圆弧尺 寸 r 底孔尺 寸 mm R 1/16 1/16" 7.723 0.907 28 7.142 6.561 0.581 0.125 6.4 R 1/8 1/8" 9.728 0.907 28 9.147 8.566 0.581 0.125 8.4 R 1/4 1/4" 13.157 1.337 19 12.301 11.445 0.856 0.184 11.2 R 3/8 3/8" 16.662 1.337 19 15.806 14.950 0.856 0.184 14.75 R 1/2 1/2" 20.955 1.814 14 19.793 18.631 1.162 0.249 18.25 R 3/4 3/4" 26.441 1.814 14 25.279 24.117 1.162 0.249 23.75 R 1 1" 33.249 2.309 11 31.77 30.291 1.479 0.317 30 R 1 1/4 1 1/4" 41.910 2.309 11 40.431 38.952 1.479 0.317 38.5 R 1 1/2 1 1/2" 47.803 2.309 11 46.324 44.845 1.479 0.317 44.5 R 2 2" 59.614 2.309 11 58.135 56.656 1.479 0.317 56 R 2 1/2 2 1/2" 75.184 2.309 11 73.705 72.226 1.479 0.317 71 R 3 3" 87.884 2.309 11 86.405 84.926 1.479 0.317 85.5 R 4 4" 113.030 2.309 11 111.551 110.072 1.479 0.317 110.5 R 5 5" 138.430 2.309 11 136.951 135.472 1.479 0.317 136 R 6 6" 163.830 2.309 11 162.351 160.872 1.479 0.317 161.5
油品质量知识培训
同标号油品颜色会有不同？天气原因会引起油品颜色改变吗？由于油品密度的不同，会使得油品有不同的颜色吗？ 解释： 品颜色的差异和汽油原油的来源地及炼厂的加工工艺不同有关。因为我国使用的汽油原料，有的来自东欧，有的来自非洲或中东，所以原油炼制之后会呈现不同的颜色，有的汽油呈现白色有的汽油会带一点黄色；炼厂在加工过程中，加入不同的添加剂也会使得汽油呈现出不同的颜色。另外，国家标准对汽油的颜色没有要求，所以汽油颜色的差异与油品本身质量优劣无关。 一般情况下，气温高低不同、油品密度差异，对油品颜色的差异会有轻微影响，但不是主要影响因素。 一个油库存放和存放的时间长短会产生油品颜色的不同吗？ 解释： 的不同以及炼厂加工工艺的不同是造成不同批次同种油品颜色差异的主要因素。油品会随着储存时间的长短产生不同程度的氧化作用，从而使得油品颜色会有逐渐加深的现象。汽油颜色与油品本身质量优劣无关。 注完油品后车辆有时会出现无法启动的现象？ 解释： 启动的原因有很多，如车辆电瓶是否亏电、电路是否正常、油泵工作是否正常、车辆点火系统是否正常等等，出现这种情况还是建议客户将车辆送到4S店等专业维修机构进行检修，找出车辆故障的原
因。如果客户固执地认为车辆无法启动的原因是加油站所加油品的质量问题造成的，更多加油站资讯油品信息调油技术请关注公众号加油站资讯也可以耐心向对方说明，车辆来油站加油前，车辆的油箱以及油路中必然会带有原有的余油，那么车辆在加注油品后启动时应该仍然使用的是车辆原有的余油。所以车辆出现无法启动的现象和加油站所加的油品没有必然联系，加油站不是专业车辆维修机构，还是建议客户将车辆送到专业的车辆维修机构检修，查明故障原因。 温天气时，0号柴油易析蜡堵塞油路？ 解释： 标准的规定，0号柴油低于或等于0℃时可能出现固态情况，国家标准原文：0号柴油适合用于风险率为10%的最低气温在4℃以上的地区使用；-10号柴油适用于风险率为10%的最低气温在-5℃以上地区使用。所以当气温降低到4℃以下时，可能会出现因0号柴油析蜡从而堵塞油路的情况。 了-10#柴油，车辆仍然有冻住的现象发生？ 解释： 标准的规定，-10号柴油适用于风险率为10%的最低气温在-5℃以上地区使用。所以当最低气温低于-5℃时，-10号柴油有可能会析蜡产生浑浊，按国家标准规定，此时应使用-20号柴油。另外，天气预报温度和实际气温会有一定差异，特别是山区、市郊空旷通风场地等的实际温度往往低于预报的最低温度。还有，柴油的实际使用性能与车辆的供油管路结构、滤清器有关。对于燃油滤清器较长时间没有
钻杆失效分析
地质钴杆工作环境恶劣，工作环境差易磨损、易腐蚀、易疲劳综合力学要求高。钻杆失效形式主要是钻杆的断裂。钻杆在导向、定向钻进过程中一但断裂, 将会对工程造成严重影响，不仅是经济上的巨大损失，而且影响工期，失去信誉, 后果不堪设想。因此，作为施工个人或企业，一定要学会如何正确地选择和使用钻杆；而作为钻杆生产厂家，要知道各种开挖或非开挖工程对钻杆的特殊要求, 生产出高强度、高韧性和高可靠性的钻杆。 地址钻杆失效原因我们可从两方面来分析，人为因素和钻杆本身存在的缺陷，钻杆本身的缺陷又分设计缺陷和材料本身存在的缺陷。 钻杆在导向、定向钻进时往往在受到较大拉力和扭力作用的同时，还受到弯曲力的作用。钻杆通过曲线段时，钻杆被迫弯曲，弧线内侧受压应力作用，弧线外侧受拉应力作用。当钻杆在曲线段旋转时，杆体就受到拉压交变应力的作力，而钻孔曲率半径越小交变应力就越大。研究表明这个交变应力达到一定值后，就极容易使钻杆产生疲劳裂纹。钻杆刚开始产生的疲劳裂纹疲劳裂纹非常微小，肉眼很难发现，但疲劳裂纹发展速度极快，最后表现为突然的脆性断裂。试验证明，钻杆受交变应力作用而疲劳断裂是钻杆断裂失效的主要原因。 施工队伍有很多是经验丰富素质高的专业公司，也有临时拼凑起来的没有任何施工经验和技术的队伍，他们往往连钻杆（或钻孔）的曲率半径都没听说过，不太了解地址钻杆的特性是造成钻杆断裂的人为方面的主要原因。这要通过学习和培训加规范施工来解决。下表中列出来地质钻杆失效的部位和表现形式及原因。 表一
三、避免钻杆非正常失效的措施 钻杆的基本力学工况钻杆在内外充满钻井液的狹长井眼里工作，通常承受压、弯、扭、液力等载荷。如果钻杆所受应力小于每平方米206.8牛顿时，钻杆虽经过无数次的弯曲，也不会产生疲劳裂纹。钻井时钻杆承受弯曲、扭转和拉伸应力组成的复合应力很大，特别是在大位移定向井及水平井中扭矩极大，钻杆在100万次弯曲次数时便产生疲劳微裂纹；微裂纹产生后便不断扩大延伸，此时如果具有腐蚀作用的高压钻井液进入微裂纹中，就会加速裂纹扩展，最终导致钻井液刺穿钻杆的失效事故。刺穿发展的结果，使钻杆有效断面不断缩小，刺孔加裂纹的总长度超过其临界裂纹尺寸时，即发生断裂。除旋转向下的运动，同时还有钻杆的各种振动和涡动。 根据钻杆的失效原因分析，钻杆除正常磨损而失效外，钻杆的非正常失效原因可分为为两个方而：工人操作原因和钻杆自身质量原因。因此，我们可以从提高钻杆质M和规范操作两方而来避免钻杆非正常失效。 1.提高钻杆质量 (1)钻杆材料选择：为适应钻杆的受力分析，钻杆杆体应有较高的抗拉强度、较好抗弯性能和较好的冲击韧性。杆体材料应选择中碳合金结构无缝钢管，合金元素中应含有较多的 Cr、Mo等元素以提高材料的抗拉强度和冲击韧性，含有Mn、Si等元素以提高材料的弹性
油、套管、钻杆螺纹实用尺寸
油套管螺纹参数GB9553.1-1999 二○○三年四月
说明 1、手紧紧密距“A”是基本机紧上扣内的基本留量。 2、对于基本机紧上扣，接箍或内螺纹端面旋紧至消失点端面。 3、对于8牙/25.4mm圆螺纹套管，Lc=(L4-28.58)mm。对于偏梯形套管螺纹Lc=(L7-10.16)mm。 4、对于井下工具上的圆螺纹，消失锥角任选。 5、手紧面即基面。 6、完整螺纹 对于外螺纹，第1牙完整螺纹是靠近倒角的螺纹，对于内螺纹，是靠近端面的螺纹，且牙底两侧都是完整螺纹。 对于油管最后一牙完整螺纹的位置在距外螺纹端面（L4-g）处，对于偏梯形螺纹，在距外螺纹端面L7处；对于圆螺纹套管，在管端至螺纹消失点长度(L4-12.70)处。对于内螺纹，最后一牙完整螺纹的位置应距接箍中心或整体连接油管内螺纹小端J+1p。 7、偏梯形套管螺纹上的中径是大径和小径的中间值。 8、偏梯形外螺纹的完全螺纹长度L7即为管端至E7平面长度。 9、计算值说明： （1）圆螺纹内螺纹大端小径 8牙/25.4mm圆螺纹D6=E1+M/16-（H－2Scn）＝E1＋M/16-1.734； 10牙/25.4mm圆螺纹D6＝E1＋M/16-（H－2Scn）=E1+M/16-1.336; (2)圆螺纹外螺纹小端大径 8牙/25.4mm圆螺纹D5=(E1-L1/16)+(H-2S cs)=E1-L1/16+1.734 10牙/25.4mm圆螺纹D5=(E1-L1/16)+(H-2S cs)=E1-L1+1.336 (3)偏梯螺纹外螺纹小端大径 41/2-133/8 (锥度1:16) D5=E7-L7/16+1.575 16-20(锥度1:12) D5=E7-L7/12+1.575 (4) 偏梯螺纹内螺纹大端小径 41/2-133/8 (锥度1:16) D6=E7+M/16-1.575 16-20(锥度1:12) D6=E7-M/12-1.575
钻杆失效
三、避免钻杆非正常失效的措施 钻杆的基本力学工况钻杆在内外充满钻井液的狭长井眼里工作，通常承受压、弯、扭、液力等载荷。如果钻杆所受应力小于每平方米206.8牛顿时，钻杆虽经过无数次的弯曲，也不会产生疲劳裂纹。钻井时钻杆承受弯曲、扭转和拉伸应力组成的复合应力很大，特别是在大位移定向井及水平井中扭矩极大，钻杆在100万次弯曲次数时便产生疲劳微裂纹；微裂纹产生后便不断扩大延伸，此时如果具有腐蚀作用的高压钻井液进入微裂纹中，就会加速裂纹扩展，最终导致钻井液刺穿钻杆的失效事故。刺穿发展的结果，使钻杆有效断面不断缩小，刺孔加裂纹的总长度超过其临界裂纹尺寸时，即发生断裂。除旋转向下的运动，同时还有钻杆的各种振动和涡动。 根据钻杆的失效原因分析，钻杆除正常磨损而失效外，钻杆的非正常失效原因可分为为两个方面：工人操作原因和钻杆自身质量原因。因此，我们可以从提高钻杆质量和规范操作两方面来避免钻杆非正常失效。 1．提高钻杆质量 （1）钻杆材料选择：为适应钻杆的受力分析，钻杆杆体应有较高的抗拉强度、较好抗弯性能和较好的冲击韧性。杆体材料应选择中碳合金结构无缝钢管，合金元素中应含有较多的Cr、Mo等元素以提高材料的抗拉强度和冲击韧性，含有Mn、Si等元素以提高材料的弹性
（即抗弯性能）。有时还含有微量的B、V等元素以提高材料的淬透性。常用的杆体材料有：36Mn2V、35CrMo、42MnMo7、35CrMnSi、45MnMoB等。 用于杆体的无缝钢管的壁厚均匀度和轧制缺陷也是影响钻杆质量的重要因素。如轧制的钢管壁厚均匀情况严重，当钻杆较大的扭力作用时，容易在壁厚较薄处纵向裂开。有的钢管有重皮、气孔等缺陷，钻杆易从此处产生应力集中断裂或刺漏。 钻杆接头受力最为复杂，接头材料须有很高综合机械性能。钻杆接头多采用35CrMo或42CrMo.30CrMnSiA棒料制造，但经过锻造的接头材料能大大提高其综合机械性能。 （2）加工工艺选择：目前国内钻杆从加工工艺分主要有整体锻造钻杆（简称整体钻杆）、镦粗＋摩擦焊钻杆（简称镦焊钻杆）和单纯摩擦焊钻杆（简称摩擦焊钻杆）。三种钻杆的优缺点比较如表二。 表二 性能、价格摩擦焊钻杆整体钻杆镦焊钻杆 丝扣耐磨性好差好 接头强度高中高 接头加工精度高差高 保定尺长度易难易 焊缝强度低——高 整体性能差（易断）较好很好 价格低高低 性价比低中高 （3）镦粗加厚段的处理：不管是整体钻杆还是镦焊钻杆，镦厚部分与未镦厚部分之间的过渡段处理好坏是影响镦锻质量的主因素。过渡段应有足够的长度，壁厚过渡均匀、光滑，无折皱。杆体经镦锻后最好进行整体调质处理，以去除过渡段内应力，并提高其综合机械性能。 （4）接头结构型式 a. 应力分散槽：试验研究表明，导向、定向钻杆受循环弯曲应力作用而疲劳断裂是钻杆的主要失效形式，而这种失效主要发生在钻杆公接头根部或公接头螺纹根部。在钻杆公接头根部设计应力分散槽可有效地减小该处应力集中，从而提高其抗弯能力。此外，尽量增大螺纹直径、锥度螺纹设计和加大螺纹丝底圆弧半径也能明显改善钻杆公接头根部的抗弯能力。
螺栓断裂失效原因分析
测试与分析 螺栓断裂失效原因分析 华南理工大学机电系(广州 510641) 高 岩 李 林 许麟康 【摘要】 合金结构钢(相当于我国35CrMo钢)制螺栓用于空调压缩机内连接气缸体与气缸盖,在生产线上用气动搬手装配时相当部分发生断裂。失效分析结果表明,机加工时螺纹根部及表面形成微裂纹,以及回火不足,硬度偏高,共同造成了螺栓失效。 关键词:低合金钢 螺栓 微裂纹 F ailure Analysis on the Fracture of Bolts G ao Yan,Li Lin,Xu Linkang (Department of Mechano2Electronic Engineering,S outh China University of Technology,Guangzhou510641)【Abstract】 A batch of bolts with size of M4×1135used to connect cylinder body and cover of air conditioner com pressor were made of imported low alloy steel close to35CrMo in com position1However,a great proportion of the bolts fractured when being assembled us2 ing pneumatic spanner1After failure analysis,it was found that the main reason for the ru pture of bolts was the micro2cracks induced by machining.At the same time,non2enough tempering which resulted in the brittleness of the material also accounted for the fracture1 K ey w ords:low alloy steel,bolt,micro2crack 某标准件公司一批螺栓,规格为M4×1135,材料为合金结构钢,相当于我国的35CrMo钢,冷墩头部,搓制螺纹,热处理工艺为淬火+回火,并进行发兰处理,规定σb>1000MPa, (32～38)HRC。螺栓用于空调压缩机内连接气缸体与气缸盖,但在生产线上用气动搬手装配时相当部分螺栓在与螺栓交截的第二、第三螺纹牙根处发生断裂。我们对该批螺栓的断裂原因进行了分析。 1 金相观察及硬度分析 在一批断裂螺栓中随机选取2个断裂螺栓头,将其沿轴向剖开,制备轴向剖面的金相试样,抛光状态(未侵蚀)下可见在螺纹尖端和根部有明显裂纹存在(图略);这些微裂纹由于高度的应力集中,在外力作用下极容易发生失稳扩展,从而导致螺栓断裂。 将上述抛光态试样用3%硝酸酒精溶液侵蚀后在显微镜下观察,发现其组织形态都很相似,为保持原马氏体位向的回火索氏体,见图1所示。35CrMo钢用作螺栓时,应有较好的综合力学性能,其组织应以调质状态为佳,即淬火+回火后得到回火索氏体。而本例中螺栓组织状态虽是回火索氏体,但原马氏体位向十分明显,显然会使材料的塑性和韧性受损,脆性增加,材料硬度也会增加。沿螺牙顶端到根部依次打硬度,所得结果见表1,可见硬度范围为(37～41)HRC,偏高于螺栓规定的硬度范围。螺栓硬度偏高的原因主要是回火不足或不充分造成的。 2 扫描电镜观察分析 为弄清螺栓断裂的机理,按断口形貌特征选取了9个样品,将其用物理方法清洗干净后置于扫描电镜下进行观察,发现断口有3种类型:第1类是断口边缘只有一个剪切唇(1号样品),第2类是断口边缘有2个剪切唇(2号样品),第3 高岩:女,35岁,工学硕士,讲师,曾以访问学者身份在葡萄牙焊接质量研究所(ISQ)工作,兼任中国机械工程学会失效分析分会失效分析工程师。主要从事高温合金,金属材料的腐蚀与防护,失效分析及工业设备寿命评估等方面的工作。已在国内外学术刊物上发表论文10余篇。收稿日期:1997年8月19 日。 图1 螺栓基体组织 ×500 表1 螺栓的硬度HRC 选点12345 试样14137393937 试样24039.5413937 类是断口边缘有3个剪切唇(3号样品),且以第3类断口数量居多。图2是2号样品的宏观断口形貌。这些断口边缘除剪切唇处或凸起或凹进以外,其余边缘处都较平滑,这与一般断裂由心部起源,最后断裂边缘处为杯口状剪切唇的断口形貌特征显然不同,而且,从断口的放射辉纹的走向看,断裂的起源都在断口的边缘即螺纹的根部上,而不是在螺栓的心部。对3类断口分别在扫描电镜下进行了详细的观察,图3a～3d 为2号样品的微观形貌。a是始断区,从右侧的螺纹面上可见明显发兰处理后的表面氧化膜,在螺纹面与断口的交界处(即螺纹根部)可见二次裂纹和摩擦痕存在;将a放大至b,可见摩擦痕底下是氧化物,而摩擦痕明显位于断口一侧,由此可以推断:此摩擦痕处在断裂前就已经有裂纹存在,裂纹为搓制螺纹时所产生,在随后的发兰处理过程中此裂纹内部也进行了发兰处理,形成了氧化膜,其形态与螺旋表面的发兰膜相 43《金属热处理》1998年第2期
螺纹断裂分析
螺纹断裂分析 螺纹 一般情况下，我们对于螺栓断裂从以下四个方面来分析： 第一、螺栓的质量 第二、螺栓的预紧力矩 第三、螺栓的强度 第四、螺栓的疲劳强度 实际上，螺栓断裂绝大多数情况都是因为松动而断裂的，是由于松动而被打坏的。因为螺栓松动打断的情况和疲劳断裂的情况大体相同，最后，我们总能从疲劳强度上找到原因，实际上，疲劳强度大得我们无法想象，螺栓在使用过程中根本用不到疲劳强度。 螺纹紧固件的松动不是由于螺栓的疲劳强度： 螺纹紧固件在横向振松实验中只需一百次即可松动，而在疲劳强度实验中需反复振动一百万次。换句话说，螺纹紧固件在使用其疲劳强度的万分之一时即松动了，我们只使用了它大能力的万分之一，所以说螺纹紧固件的松动也不是因为螺栓疲劳强度。 螺纹紧固件损坏的真正原因是松动： 螺纹紧固件松动后，产生巨大的动能mv2，这种巨大的动能直接作用于紧固件及设备，致使紧固件损坏，紧固件损坏后，设备无法在正常的状态下工作，进一步导致设备损坏。 受轴向力作用的紧固件，螺纹被破坏，螺栓被拉断。 受径向力作用的紧固件，螺栓被剪断，螺栓孔被打成橢圆。 选用防松效果优异的螺纹防松方式是解决问题的根本所在：目前，最先进和效果最好的防松方式是唐氏螺纹紧固件防松方式。唐氏螺栓在四辊破碎机上使用、在液压破碎锤上使用，其强度都没有增加，而螺栓不再断裂了。 唐氏螺纹防松方式 唐氏, 螺纹 目前，最先进和效果最好的防松方式是唐氏螺纹紧固件防松方式。 唐氏螺纹同时具有左旋和右旋螺纹的特点。它既可以和左旋螺纹配合，又可以和右旋螺纹 配合。 联接时使用两种不同旋向的螺母。工作支承面上的螺母称为紧固螺母，非支承面上的螺母称为锁紧螺母。使用时先将紧固螺母预紧，再将锁紧螺母预紧。 在振动、冲击的情况下，紧固螺母会发生松动的趋势，但是，由于紧固螺母的松退方向是
螺纹基本尺寸对照表
英制锥管螺纹基本尺寸及公差（牙形角55o）BSPT
公制螺纹基本尺寸及公差(牙形角60o) M 55°圆锥管螺纹基本尺寸对照表最新下载-汇兴达
55°圆锥管螺纹基本尺寸对照表最新下载-汇兴达55°圆锥管螺纹(BSPT)
聊城市鑫茂祥管业有限公司专业经营钢管规格：5mm*1mm—1020mm*200mm合金钢管、外径22mm-127mm冷轧无缝钢管、外径 127mm-600mm，壁厚16mm-100mm，外径精度±%,壁厚精度±5%热轧中厚壁无缝钢管、16Mn外径400—1600mm、壁厚20—60mm 的大口径厚壁卷管，可定尺到16米及各种规格的无缝方管、异型无缝钢管等.常备钢管种类有:构造用无缝钢管、流体用无 缝钢管、液压无缝钢管、电力用无缝钢管、石油输送用无缝钢管、化肥设备用无缝钢管、煤矿用无缝钢管、不锈钢无缝钢管、化工用无缝钢管、纺织机械用无缝钢管、汽车；水利用无缝钢管，精密无缝钢管、光亮无缝钢管、军工医疗用无缝钢管、管道用无缝钢管、支柱用无缝钢管、合金无缝管、高压无缝管、大口径直缝焊管等。适用于工程、煤矿、纺织、电力、锅炉、机械、军工等各个领域。公司以良好的信用、优质的产品、雄厚的实力、低廉的价钱享誉全国30多个省、市、自治区、直 辖市及国外，产品深得用户依赖。 公司常年销售成都钢铁集团、冶钢集团、包头钢厂、宝钢集团、鞍钢集团、天津大无缝、西宁特钢厂、无锡钢厂、衡阳钢厂等各大钢厂生产的各种无缝钢管及合金管。主营材质：20#、35#、45#、20G、20A、40Mn2、45Mn2、27SiMn、40MnB、20MnVB、20Cr、30Cr、35Cr、40Cr、45Cr、50Cr、 38CrSi、12CrMo 、20CrMo、35CrMo、42CrMo、12CrMoV、12Cr1MoV、38CrMoAL、50CrV、20CrMnSi、30CrMnSi、35CrMnSi、 20CrMnTi、30CrMnTi、12CrNi2、 12CrNi3、12Cr2Ni4、40CrNiMoA、45CrNiMoVA、20G、20MnG、25MnG、12CrMoG、15CrMoG、12Cr2MoG、12Cr1MoVG、12Cr2MoWVTiB、 12Cr3MoVSiTiB等实行标准：GB/T8162-99构造管、GB/T8163-99流体管、GB/T3087-99中低压锅炉管、GB/T5310-95高压锅炉管、GB/T6479-2000化肥专用管、27SiMn 液压支架管、高压合金管、GB/T9948-85石油裂化管GB9948-88、地质钻探用管YB235-70、汽车半轴套管YB/T5035-96。 现我公司有大量合金管、高压管、无缝方管、异型无缝钢管现货，将以优惠的价钱，批零兼营的方式，为您提供快捷优质的服务，欢迎新老客户前来洽谈、电议。 管螺纹的基本尺寸表 (2010-10-25 15:57:35) 转载▼ 标签： 杂谈 表（1）螺纹基本尺寸G1/2 、ZG1/2 (单位:mm)
煤矿用钻杆断裂原因及解决措施浅析
煤矿用钻杆断裂原因及解决措施浅析 【摘要】安全一直是煤矿井下施工的重中之重，在煤矿井下瓦斯抽采、煤矿探放水钻孔等施工过程中，钻杆是钻孔装备的重要组成部分，钻杆在钻进过程中的受力状态复杂，实际工况要求钻杆具备良好的性能。在实际的煤矿施工中如果钻杆断裂，必定会对造成安全事故，本文分析了煤矿钻孔用钻杆材质、加工工艺与质量、现场使用时钻进工艺等产生钻杆断裂的原因，并提出了如何提高并稳定钻杆质量、减少防止钻杆施工过程中发生断裂事故的措施。 【关键词】钻杆煤矿坑道钻机钻杆断裂原因分析解决措施 在煤矿井下瓦斯抽采、探放水的钻孔施工中，经常使用煤矿坑道钻机，钻杆作为钻机的重要组成部分，在钻孔施工现场大量使用。实际钻进过程中，钻杆处于孔内复杂的工作状态，通常承受拉、压、弯、剪扭、液力、振动等交变载荷，并伴随着液体的冲刷，钻进时经常出现钻杆断裂现象。钻杆断裂不仅影响正常生产，而且还因打捞困难使事故恶化，造成人力、财力的损失，给煤矿的施工安全带来很大影响。因此，正确客观分析钻杆的断裂原因，提前采取有效预防措施，提高控制钻杆质量，降低钻孔事故率，有重要的意义。 1 煤矿勘探用全液压动力头式钻机介绍 分体式全液压动力头式煤矿坑道钻机现已成为国内普遍生产的一种矿用回转式钻机。在煤矿井下钻孔施工中被广泛应用，其结构分主机、泵站、操纵台三大部分，适用于回转和冲击回转给进，主要用于煤矿瓦斯抽采、煤矿井下探放水、探地质构造、探煤层厚度、煤层注浆注水及管棚等各类工程钻孔的施工。 其解体性好，搬迁方便，机械式拧卸钻具，卡盘、夹持器与油缸之间，回转器与夹持器之间可联动操作，自动化程度高，工作效率高，操作简便，工人劳动强度小；采用双泵系统，回转参数与给进参数独立调节，提高了钻机对各种不同钻机工艺的适应能力，用支撑油缸调整机身倾角方便省力，回转器采用通孔结构，钻杆长度不受给进行程的限制，操作台集中操作，人员可远离孔口，有利于人身安全。 2 煤矿用钻杆介绍 在煤矿瓦斯抽放、对煤层注水等钻孔施工过程中，钻杆是必不可少的设备，作为钻机的配套设备，钻杆质量的好坏就直接影响施工的安全与进度，然而由于煤矿中钻杆需要承受的压力、材质、以及加工工艺的不同，使得钻杆存在一些质量的问题，这必将影响煤矿施工的进度。下图是直径为42毫米的钻杆结构图，不仅包括外锥螺纹接头、无缝地质钢管还包括内锥螺纹接头，这个就是矿用钻杆的最基本结构。因此我们要想提高钻杆的质量，就要先从钻杆断裂的原因着手，从而找到对钻杆质量安全的控制对策（如图1）。
钻杆失效原因分析
在钻井过程中，钻杆在任何部位失效都会造成严重的后果，甚至使井报废。我国各油田每年发生钻杆事故约五六百起，经济损失巨大，每年进口各种规格的钻杆就要耗用数亿元人民币的外汇。随着浅层资源的不断枯竭，今后越来越多的钻深井、超深井，钻杆的安全可靠性就成为一个十分突出的问题。 钻杆失效一般表现为本体断裂和刺漏，钻杆螺纹处失效等。原因大致是由以下一些因素引起的：钻进时钻杆的基本力学工况，钻具的组合及钻井工艺，井径规则性，偏磨，螺纹密封脂，钻井液，钻杆结构和材料，地层因素，井内腐蚀介质等，以上因素交互作用的结果导致钻杆失效。 钻杆的基本力学工况钻杆在内外充满钻井液的狭长井眼里工作，通常承受压、弯、扭、液力等载荷。如果钻杆所受应力小于每平方米206.8牛顿时，钻杆虽经过无数次的弯曲，也不会产生疲劳裂纹。钻井时钻杆承受弯曲、扭转和拉伸应力组成的复合应力很大，特别是在大位移定向井及水平井中扭矩极大，钻杆在远远小于100万次弯曲次数时便产生疲劳微裂纹；微裂纹产生后便不断扩大延伸，此时如果具有腐蚀作用的高压钻井液进入微裂纹中，就会加速裂纹扩展，最终导致钻井液刺穿钻杆的失效事故。刺穿发展的结果，使钻杆有效断面不断缩小，刺孔加裂纹的总长度超过其临界裂纹尺寸时，即发生断裂。除旋转向下的运动，同时还有钻杆的各种振动和涡动。 钻具组合及钻井工艺钻杆作为一个旋转的细长弹性杆件，有其固有振动频率，钻具的组合决定了此固有频率。钻杆旋转时还会产生纵向、横向和扭转3种形式的振动，当它们的频率与固有频率相吻合时则产生共振。共振的结果会在原来钻杆疲劳应力的基础上附加一个额外的疲劳应力，加速钻杆的失效。采用长效螺杆钻杆替代转盘钻定向井、水平井的钻井工艺可以减少钻杆的旋转弯曲疲劳程度。 如牙轮钻头轴产生的纵向振动频率与钻头－钻柱系统的固有自振频率相同时会出现共振，使钻头的振幅增大，产生极大的冲击载荷，加剧钻杆疲劳。再如用于不同直径或不同扣型钻杆过渡的配合接头使用不当，配合接头本身螺纹(主要是公扣)和与之相连的钻杆螺纹就可能断裂。 井径不规则影响井径不规则或扩径严重的井段，钻杆的弯曲程度随之相应增大，钻杆旋转时连接螺纹部位受交变弯曲应力加速钻杆疲劳失效，同时螺纹连接受力复杂化，加剧了螺纹疲劳损坏。 偏磨井下钻杆旋转时存在着自转、公转、自转和公转共存3种形式。自转引起钻杆的均匀磨损，公转引起钻杆的偏磨，磨损后使钻杆强度下降。 螺纹密封脂使用或涂抹方法不当，如用柴油清洗钻杆丝扣、螺纹密封脂不加盖混入钻井液、杂质或加机油稀释使螺纹密封脂附着困难、螺纹密封脂涂抹量少或涂抹不到位等，造成钻杆螺纹连接时不能进行有效的密封和润滑而发生丝扣黏结。
油管、套管等规格对照表
API油管规格及尺寸 公称尺寸（in）不加厚外径 （mm） 不加厚内径 （mm） 加厚外径 （mm） 加厚内径 （mm） 不加厚接箍 外径（mm） 加厚接箍 外径（mm） 1 1/ 2 48.3 40.3 53.2 40.3 55 63.5 2 3/ 8 60.3 50.3 65.9 50.3 73 78 2 7/ 8 73.0 62.0 78.6 62.0 89.5 93 3 1/ 2 88.9 75.9 95.25 75.9 107 114.5 4 101.6 88.6 107.95 88.6 121 127 4 1/ 2 114.3 100.3 120.65 100.3 132.5 141.5 －1－
石油油管螺纹代号对照表 平式油管螺纹外加厚油管螺纹 GB9253.3 YB239-63 GB9253.3 YB239-63 1.900TBG 1 1/ 2 " 平式扣 1.900UPTBG 1 1/ 2 " 外加厚扣 2 3/ 8 TBG 2" 平式扣 2 3/ 8 UPTBG 2" 外加厚扣 2 7/ 8 TBG 2 1/ 2 " 平式扣 2 7/ 8 UPTBG 2 1/ 2 " 外加厚扣 3 1/ 2 TBG 3" 平式扣 3 1/ 2 UPTBG 3" 外加厚扣 4 TBG 3 1/ 2" 平式扣4UPTBG 3 1/ 2 " 外加厚扣 4 1/ 2 TBG 4" 平式扣 4 1/ 2 UPTBG 4" 外加厚扣 －2－
套管规格及尺寸 外径mm（in）接箍外径 （mm） 内径 （mm） 通径 （mm） 外径 mm（in） 接箍外径 （mm） 内径 （mm） 通径 （mm） 114.3 （4 1/ 2） 127.0 103.9 100.7 177.8 （7） 194.5 166.1 162.9 102.9 99.7 164.0 160.8 101.6 98.4 161.7 158.5 99.6 96.4 159.4 156.2 127 （5）141.3 115.8 112.6 193.7 （7 5/ 8 ） 215.9 178.5 175.3 114.1 111.0 177.0 173.8 112.0 108.8 174.6 171.5 108.6 105.4 171.8 168.7 139.7 （5 1/ 2） 153.7 127.3 124.1 219.1 （8 5/ 8 ） 244.5 205.7 202.5 125.7 122.6 203.7 200.5 124.3 121.1 201.2 198.0 121.4 118.2 198.8 195.6 －3－
石油常用专用管螺纹和管材的类型及规格
石油常用专用管螺纹和管材的类型及规格 一、前言 在石油工业发展过程中，API系列规范的石油管专用螺纹起着不可或缺的作用。石油管专用螺纹主要分为两大类：用于井下工具及钻柱构件连接的石油钻具接头螺纹及用于油套管连接的油套管接头螺纹。 随着油井气钻采作业向更深、更高压力和更高温度等更苛刻工况条件的方向发展，而且石油钻采工艺技术不断的进步，常规石油管螺纹很难满足油田的开发需求。本文就石油常用专用管螺纹和管材的主要类型、规格及发展现状作相应的介绍。 二、钻具接头螺纹 钻具接头螺纹用于如钻铤、钻杆、钻具稳定器及转换接头等钻井工具及钻柱构件的连接。目前生产和检验依据的标准主要是API SPEC 7。（螺纹外观见图3） API SPEC 7称钻具接头螺纹为“旋转台肩连接”，是石油钻探行业连接钻柱构件最主要的机械机构。这种带锥螺纹具有通过轴向位移来补偿连结部分直径误差的特点，因此互换性程度高、结合紧密和装拆容易。其技术特点为英制锥管螺纹、有台肩连接、三角形螺纹，在管材连接中应用极为广泛。其主要螺纹型式如表1所示。 表1：钻具接头螺纹类型 序号螺纹型式英文写法螺纹牙型规格与种类 1 数字型 （NC） Number style connection theads V-0.038R NC23-NC77 共计13种 2 内平型 （IF） Internal-flush style connection threads V-0.065 23/8in-51/2in 共计6种 3 贯眼型 （FH） Full-hole style connection threads V-0.065 V-0.050 V-0.040 31/2in-65/8in 共计5种 4 正规型 （REG） Regular style connection threads V-0.050 V-0.040 23/8in-85/8in 共计8种 1. 内平型螺纹 该型钻具接头螺纹连接外加厚或内外加厚钻杆，形成钻杆接头内径、管体加厚内径与管体内径相等或近似的通径。所有规格螺纹均采用V-0.065平顶平底三角形牙型，这种牙型为平牙底，牙顶较宽度为0.065英寸（1.651mm）。除51/2IF外，其它规格螺纹的因结构尺寸与相应的数字型螺纹完全相同，故具有互换性。该型螺纹因其牙型结构易导致应力集中，API 已将其淘汰，其中包括41/2IF和4IF，它们就是曾经在我油田被大量使用的410、411和4A10、4A11，取而代之的是NC50和NC46数字型螺纹。
钻杆管体横向开裂失效原因分析与预防
钻杆管体横向开裂失效原因分析与预防 发表时间：2018-11-24T15:54:40.277Z 来源：《防护工程》2018年第22期作者：张国辉 [导读] 经济和科技不断的发展，使得钻井技术水平不断提升，本文就对发生横向开裂的失效钻杆进行断口形貌的宏观及微观观察、金相分析、物相分析 天津德华石油装备制造有限公司天津市 300350 摘要：经济和科技不断的发展，使得钻井技术水平不断提升，本文就对发生横向开裂的失效钻杆进行断口形貌的宏观及微观观察、金相分析、物相分析，以及对钻杆尺寸、化学成分及力学性能的综合分析，并结合钻杆的受力状态，指出钻杆的失效原因是钻井液中的氧气对钻杆的内外表面产生严重腐蚀。并提出了预防措施及建议。 关键词：钻杆；腐蚀；交变载荷；横向开裂；失效分析 引言 钻杆作为钻柱系统的重要组成部分，是影响钻井安全和钻进效率的关键部件，由于钻杆在使用过程中承受拉压弯扭等复杂交变载荷的作用，同时还受环境介质的影响，钻杆的主要失效有管体刺穿和断裂、接头螺纹黏扣、刺漏和断裂等形式。一旦发生钻杆失效，尤其是断裂，极易引发严重的钻井事故，造成重大经济损失。所以针对钻杆失效形式进行原因分析并采取措施避免，具有重要意义。 1实例 某钻井公司在吉林省白山市进行地热井施工。该区域为中朝准台地北缘东段，处于浑江凹陷、褶皱断层带上，为单斜构造。地层总体走向北东45°，倾向东南，倾角在30～40°。地热井主要钻遇地层为：0～10m，新生界第四系，岩性为砂层、砾石层黏土层；10～ 695.5m，中生界侏罗－白垩系，岩性为黄绿色、粉色砂岩，夹泥岩；695.50～1930m，元古界震旦系桥头组、万隆组和八道江组，岩性为灰岩、板状粉砂岩、石英砂岩。地热井设计井深2500m，施工目的层为1200～2500m的含水层段。施工使用钻机为石油30。事故发生时井深1320m，距井底135～140m的一支Φ127mm×9.19mm，G105钢级钻杆，提钻时发现管体有横向裂纹，尚未造成刺漏和折断，钻杆管体材质为26CrMo4s/2钢，钻杆开裂部位距内螺纹接头端面2.5m处。钻具配置为Φ215.9mm镶齿牙轮钻头+Φ178mm钻铤4支+Φ165mm钻铤8支+Φ127mm钻杆，钻进过程中泵压4.5MPa，钻压2～3t，钻井液pH=7。为了查明钻杆管体横向开裂的原因，避免此类失效事故的再次发生，本文对失效样品进行了分析，并提出了相应的改善实施与建议。 1.1失效情况概况 在使用过程中发生了多根钻杆管体的横向开裂。据现场调研收集到的材料，在钻杆执役过程中，井底返出的泥浆检测出了Ｈ2Ｓ气体，井口Ｈ2Ｓ浓度最高200ＰＰｍ。为了分析该批钻杆发生管体横向开裂的原因，从失效的钻杆中抽取部分样品进行分析，经肉眼检测，钻杆内涂层无缺，外表没有显着的腐蚀坑或机械损害。 2微观分析 2.1内外壁形貌 在钻杆断口附近取样，扫描电子显微镜下观察其外壁和内壁形貌。断口外壁腐蚀较为严重，断口附近存在环向裂纹，该裂纹起源于腐蚀坑；断口扩展区及内壁裂纹扩展区均存在疲劳辉纹。 2.2腐蚀产物的物相分析 分别在管体内壁和外壁刮取腐蚀产物，通过X射线衍射分析物相组成，该钻杆外壁腐蚀产物主要含有Fe2O3·H2O，内壁腐蚀产物主要含有Fe3O4。 3宏观分析 钻杆管体横向裂纹清晰可见，裂口平齐锐直，贯穿整个壁厚，裂纹环向长度占周长的60%，断口外侧平坦，颜色较深，靠近断口内侧存在一条圆弧线，线外侧平坦，内侧倾斜，判断该线即为裂纹扩展区与撕裂区的边界线。另外，管体外壁存在较多肉眼可见腐蚀坑，管体内壁存在很多小鼓包、凸起，鼓包物质疏松、易剥落，清除鼓包后，下面清晰可见大量深浅不一腐蚀坑。 4材质分析 4.1力学性能分析 在断口附近分别取板状拉伸试样和夏比V型缺口纵向冲击试样，拉伸试样规格为25.4mm，厚为钻杆壁厚9.19mm，按照ASTMA370－2010钢制品力学性能试验的标准试验方法和定义和ASTME23金属材料缺口冲击试验标准方法进行试验。 4.2化学成分分析 对开裂管子取样，按照ASTMA751《钢制品化学分析方法及定义》对试样进行化学成分分析，结果表明该钻杆管体化学成分符合APISPEC5DP－2009钻杆规范的要求，同时也符合材料用钢26CrMo4s/2的成分要求。 4.3金相分析 在钻杆开裂处附近取样进行金相分析，发现管体内壁存在较多裂纹，裂纹两侧未发现脱碳和氧化现象。 5分析原因 根据以上分析，开裂钻杆的化学成分、力学性能均符合APISPEC5DP钻杆规范的要求。钻杆内外壁受到严重腐蚀，根据断口的纹路可以确定该断口起源于外壁，微观分析断口扩展区存在疲劳辉纹；钻杆内、外壁存在腐蚀凹坑和微裂纹，因此可以确定横向开裂断口与外壁微裂纹性质相同，另外内壁裂纹的扩展区存在疲劳辉纹均为腐蚀疲劳。钻杆内外壁腐蚀产物X射线物相分析内外壁腐蚀产物均为氧腐蚀产物，因此确定该钻杆内外壁腐蚀均属于氧腐蚀。 钻井液循环系统是一个半敞开系统，钻井过程中，钻井液在地面搅拌，在储罐、振动筛、离心泵、除砂器等设备处通过，都会与大气接触，导致大气中的氧进入钻井液中而成为游离态的氧，由于溶解氧的强去极化作用使得即使是质量分数很低的氧也可以引起钻杆的腐蚀，造成严重的钻杆腐蚀损伤；另外受含水层的影响，本起事故案例中钻井液属于低pH值的淡水钻井液，也具有较强的腐蚀性，钻井液作