Una tubería de perforación petrolera es una herramienta de perforación petrolera y el componente principal de la sarta de perforación petrolera. Desempeña la función de conectar la sarta de perforación, transportar lodo y transmitir torque durante la perforación. Está sujeta a cargas complejas como compresión, tensión, torsión y flexión durante el trabajo, y está sujeta a fuertes vibraciones e impactos. En la actualidad, las tuberías de perforación petrolera están hechas de juntas de tubería de perforación y cuerpos de tubería soldados por fricción, y la zona de soldadura se templa y revene localmente después de la soldadura. Los estudios han encontrado que la fractura frágil de baja tensión en la zona de soldadura de la tubería de perforación es el fenómeno más común, y la zona de soldadura se convierte en el área débil de toda la tubería de perforación. Por lo tanto, controlar las propiedades mecánicas de la zona de soldadura es la clave para garantizar la calidad de la tubería de perforación, y la tenacidad al impacto es el indicador clave para juzgar las propiedades mecánicas de la zona de soldadura de la tubería de perforación.
En primer lugar, la razón del análisis de tenacidad de bajo impacto
A excepción de la tenacidad al impacto no calificada, las demás propiedades mecánicas de las muestras de soldadura de la tubería de perforación cumplen con los requisitos de API SPEC 5DP:2009. La microestructura en ambos lados de la soldadura es troostita templada + una pequeña cantidad de ferrita, no hay martensita sin templar y estructura gruesa sobrecalentada, hay muchas inclusiones no metálicas de Clase A en el área de la soldadura, y el sistema fino alcanza el nivel 1.5. El contenido de fósforo y azufre del material del cuerpo de la tubería es bajo, y el nivel de inclusiones no metálicas también es bajo, pero el contenido de azufre del material de la junta de la tubería de perforación excede el estándar, con una fracción de masa del 0.016%, y el sistema grueso de inclusiones no metálicas de Clase A alcanza el nivel 2.0 y el contenido es relativamente alto. A través del análisis macroscópico y microscópico de la fractura de la muestra de impacto de soldadura, se puede juzgar que hay muchas inclusiones no metálicas mixtas de FeS y MnS en la fractura. Debido al alto contenido de inclusiones no metálicas de Clase A en la fractura de la muestra de impacto, se destruye la continuidad de la organización en la zona de soldadura. La plasticidad y elasticidad de las inclusiones no metálicas son muy diferentes a las del acero. Las inclusiones no metálicas no pueden deformarse plásticamente de forma sincronizada con el acero, por lo que se genera una mayor concentración de tensiones alrededor de las inclusiones no metálicas, formando una superficie de unión débil. Cuando se somete a una fuerza de impacto, primero aparecen grietas en la superficie de unión débil y, finalmente, las grietas se extienden a la superficie de unión de la soldadura, provocando la rotura de la muestra. Por lo tanto, el alto contenido de inclusiones no metálicas en la zona de soldadura de la muestra reducirá en gran medida la tenacidad al impacto. El elemento azufre en el material de la junta de la tubería de perforación se genera durante el proceso de fundición. La mayoría de los elementos azufre se agrupan en los límites de grano de las dendritas para formar sulfuros. Los sulfuros en el proceso de laminación en caliente se deforman fácilmente, extendiéndose a menudo en forma de husos delgados y distribuyéndose en bandas, lo que provoca la anisotropía del acero. Durante la soldadura por fricción, la unión de la tubería de perforación y el cuerpo de la tubería se sueldan a alta temperatura y presión. Con el flujo plástico del metal sobre la superficie de la soldadura, la dirección original de distribución del sulfuro cambia de paralela al eje de la unión de la tubería de perforación a paralela a la dirección de la soldadura, es decir, perpendicular a la dirección del eje, de modo que el sulfuro se distribuye a lo largo de la soldadura.
Debido al alto contenido de inclusiones no metálicas de Clase A en el área de soldadura de la muestra de soldadura, la continuidad de la organización se destruye, lo que resulta en que la tenacidad al impacto no cumpla con los requisitos de API SPEC 5DP:2009, pero la resistencia a la tracción alcanza los 880 MPa. Estudios relacionados muestran que cuando la muestra se somete a tensión de tracción, esta es perpendicular a la superficie de la junta de soldadura y se distribuye uniformemente en toda su superficie. Por lo tanto, la velocidad de propagación de grietas causada por inclusiones no metálicas es relativamente lenta, pero cuando la muestra se somete a una fuerza de impacto, la superficie de la junta de soldadura se somete a una tensión cortante desigual y la velocidad de propagación de grietas formadas por inclusiones no metálicas es relativamente rápida. Por lo tanto, los defectos de unión débiles formados por inclusiones no metálicas tienen poco efecto en la resistencia a la tracción de la muestra de soldadura, pero tienen un gran efecto en la tenacidad al impacto de la muestra de soldadura.
En segundo lugar, conclusiones y sugerencias
(1) La tenacidad al impacto de la zona de soldadura de la tubería de perforación es baja y no cumple con los requisitos de API SPEC5DP:2009. Esto se debe a un alto contenido de inclusiones no metálicas de Clase A en la zona de soldadura, lo que afecta la continuidad de la estructura. Al someterse a una fuerza de impacto, las grietas aparecen primero en la superficie de unión débil del defecto, las cuales se expanden rápidamente y finalmente provocan la rotura de la muestra.
(2) El alto contenido de azufre del material de unión de la tubería de perforación y el alto nivel y contenido de inclusiones no metálicas de Clase A son las principales razones de la gran cantidad de defectos de inclusión no metálica de Clase A en la zona de soldadura.
(3) Los defectos de unión débiles formados por inclusiones no metálicas en la zona de soldadura tienen poco efecto en la resistencia a la tracción pero tienen un gran impacto en la tenacidad al impacto de la muestra de soldadura.
(4) Se recomienda aumentar la inspección de inclusión no metálica cuando la unión de la tubería de perforación ingresa a la fábrica para garantizar que la pureza del material de la unión de la tubería de perforación cumpla con los requisitos, asegurando así que el rendimiento de la zona de soldadura por fricción de la tubería de perforación cumpla con los requisitos estándar.
Hora de publicación: 15 de octubre de 2024