整体螺旋式扶正器内螺纹接头断裂失效原因分析

摘要

目的 分析某油田整体螺旋式扶正器内螺纹接头失效行为,便于确定该油田整体螺旋式扶正器内螺纹断裂失效类型、分析其裂纹产生特点并对该井工况和作业进行了分析,从而证实断裂失效的环境介质因素,对类似井况改善整体螺旋式扶正器的使用现状,延长使用寿命,提供了支持.方法 基于断裂整体螺旋式扶正器内螺纹接头宏观分析的初步判断,采用扫描电镜微观分析、金相组织分析等方法,对失效的整体螺旋式扶正器内螺纹接头展开了系统分析.结果 该整体螺旋式扶正器力学性能、化学成分及金相组织均符合ASTM A304中4145H要求标准.纹断口微观形貌为沿晶,晶粒表面有腐蚀痕迹,通过对腐蚀产物分析发现含有Fe、C、O、Cr、Mn、S、Na、Si、Ca等元素,S元素的出现,可以证实工况中含有硫化氢,这些特征说明整体螺旋式扶正器内螺纹裂纹开裂机理为氢应力腐蚀开裂.利用X射线能谱对断口表面腐蚀产物分析也发现硫的存在,证实了FeSx的存在.而钻井过程中所用的高温钻井液为抗高温硫酸盐水基泥浆.此种水基泥浆温度高于155℃时化学分解出H2S,从而证实了硫化物腐蚀的介质因素.该井的钻井日报显示实际钻井时井底温度达到了165℃,并且出现倒滑眼困难,频繁蹩扭矩的现象,证实了应力因素.结论 该油田整体螺旋式扶正器内螺纹接头断裂失效,是在次生H2S环境下,以硫化氢腐蚀为主,由于局部应力过大,而产生的氢应力开裂;由于该整体螺旋式扶正器所用材料为4145H,是高强度合金结构钢,对于硫化氢应力敏感指数较高,故更容易发生硫化氢应力腐蚀开裂.对于类似井况,合理减缓和屏蔽硫化氢应力开裂,对延长钻柱及钻井工具使用寿命具有重要的理论支持.