分享：某西部油田高温高压气井连续油管断裂缘由

摘 要:某西部油田高温高压气井连续油管在下井过程中发作断裂,采用宏观察看、无损探伤、 化学成分剖析、力学性能实验、金相检验、扫描电镜及能谱剖析等措施,剖析了连续油管断裂的原 因。结果表明:该连续油管在下井过程中,管壁发作结腊,连续油管遭到紧缩载荷,招致下井受阻, 当紧缩载荷超越资料屈从强度后,连续油管发作紧缩变形,随后发作断裂。

关键词:连续油管;断裂;失效剖析

中图分类号:TG115 文献标记码:B 文章编号:1001-4012(2022)01-0018-05。

20世纪60年代初,连续管技术开端应用于石 油工业,因连续管作业机移动方便、作业成本低等优 点,已被普遍应用于侧钻井、完井、修井和集输等作 业中[1-5]。目前,国内连续管技术还不够成熟,因油 管退役环境恶劣,受力状况复杂,连续油管失效方式 多种多样[6],失效的主要缘由有腐蚀、疲倦、操作不 当等[7-9]。

2017年10月,某西部油田高温高压气井在进 行连续油管(资料为 CT110钢)替液作业时,泵入密 度为1.13g/cm 3 的 有 机 盐 完 井 液,泵 压 为 50~ 63MPa,排量为60~160L/min,当连续油管下至 井深576m 时,有液体从注入头处渗出,在立刻停 泵并增大防喷盒系统压力后依旧无法阻止液体渗 出,疾速经过关卡瓦、半封,卸掉液压系统压力。对 注入头中止检查发现,连续油管管体在防喷盒链条 中上部发作断裂,上下管体错位,堆叠段长度约为 1m,断裂位置见图1。

笔者通 过 宏 观 观 察、无 损 探 伤、化 学 成 分 分 析、拉伸试 验、硬 度 试 验、扩 口 试 验、压 扁 试 验、金 相检验、扫描电镜及能谱剖析等措施,对该连续油 管的断裂原 因 进 行 分 析,以 预 防 此 类 事 故 的 再 次 发作。

1 理化检验

1.1 宏观察看

断裂连续油管上、下侧管段的宏观形貌如图2 所示,两节连续油管管段外名义润滑,无腐蚀痕迹; 下侧管段有一处被折断,据现场了解,这是连续油管发作断裂后,为避免连续油管落井,关闭防喷器时夹 伤所致。

如图3所示,上侧管段断口侧面未见变形,无明 显颈缩现象,断口左近可见细微损伤痕迹;断口名义 细微胀大,大部分区域遭到损坏,部分区域断面平 坦,名义呈细微金属色,无明显剪切唇。

1.2 无损探伤

依据 NB/T47013.4-2015《承压设备无损检测 第4部分:磁粉检测 PPT》规范,采用 CJZ-212E 型 磁轭设备,对断裂连续油管外名义中止磁粉探伤检 测。如图4所示,该断裂连续油管上、下侧管段名义 面未发现裂纹。

1.3 化学成分剖析

分别从断裂连续油管上侧和下侧管段上截取试 样,依据 ASTM A751-14a《钢产品化学剖析的实验 措施、规程和术语》规范,采用 ARL4460型直读光 谱仪中止化学成分剖析。由表1可见,连续油管上、 下侧管段的化学成分均满足 SY/T6895-2012《连续油管》规范对 CT110钢的技术请求。

1.4 力学性能实验

1.4.1 拉伸实验

依据 ASTM A370-17《钢产品力学性能实验的 规范实验措施和定义》,在断裂连续油管上侧管段截 取 纵 向 拉 伸 试 样 ,拉 伸 试 样 尺 寸 为44.5mm×3.68mm×50 mm。由表2可见,连续油管上侧管 段的屈从强度略低于 SY/T6895-2012规范对求 CT110钢请求的下限值。由图5可见,连续油管拉 伸断口呈倾斜状,可见明显颈缩现象,断口名义主要 呈现剪切唇形貌。

1.4.2 硬度实验

在连 续 油 管 上 侧 管 段 截 取 环 形 试 样,根 据 ASTM E18-17《金属资料洛氏硬度规范实验措施》, 采用 BH3000型硬度丈量系统中止硬度测试,丈量 位置如图6所示。由表3可见,断裂连续油管上侧管段的硬度满足 SY/T6895-2012规范对 CT110 钢的请求。

1.4.3 扩口实验

分别在断裂连续油管上侧和下侧管段截取扩口 试样,试样尺寸为44.5mm×3.68mm×50mm, 根 据 ASTM A450/A450M-21 Standard SpecificationforGeneralRequirementsforCarbon and Low Alloy Steel Tubes 标 准,采 用 UHF500KNI型实验设备中止扩口实验,结果见表4,未 发现连续油管名义有裂纹萌发。

1.4.4 压扁实验

在断裂连续油管下侧管段截取压扁试样,试样 尺寸为44.5mm×3.68mm×70mm,依据 GB/T 246-2007《金 属 管 压 扁 试 验 方 法 》,采 用 UHF500KNI型压扁实验设备中止压扁实验,丈量结果 见表5,未发现连续油管下侧管段名义有裂纹萌发 (表5中D 为连续油管外径)。

1.5 金相检验

分别在断裂连续油管上、下侧管段截取试样,根 据 ASTM E3-11-2011《金 相 试 样 的 制 备 标 准》、 ASTM E45-13《夹杂物剖析规范》及 ASTM E112-13-2013《测定平均晶粒度的规范实验措施》,采用 MEF4M 型金相显微镜、图像剖析系统和 OLS4100 型激光共聚焦显微镜分别中止显微组织察看、晶粒 度剖析及非金属夹杂物剖析。由表6和图7可见: 断裂连续油管上、下侧管段的显微组织未见异常,均 为粒状 贝 氏 体 组 织;晶 粒 度 为 12.0 级,晶 粒 度 无 异常。

1.6 断口剖析

将断裂连续油管上侧管段断口用酒精超声清洗 后,采用 TESCAN VEGA Ⅱ型扫描电镜(SEM)进 行断口形貌察看。由图8可见:该连续油管断口未 见颈缩现象,呈现明显挤压形貌;将图8a)中方框处 放大察看发现,起裂区域管体外名义呈明显的撕裂 特征,见图8b)中箭头处,为断口的裂纹源区,从撕 裂区向内名义过渡的扩展区可见明显的平台区,平 台区外靠近内名义为剪切瞬断区;裂纹源区及扩展 区均呈挤压构成的拉长状韧窝形貌。

采用能谱仪(EDS)对断口裂纹源区及扩展区进 行剖析。如图9所示,其名义主要含有碳、氧、铁元 素,未发现硫、氯等井下腐蚀性元素,阐明该连续油 管未发作明显的腐蚀。

2 剖析与讨论

该断裂连续油管属于 Cr-Mo低合金钢,其化学 成分契合规范 SY/T6895-2012的技术请求。连 续油管显微组织为粒状贝氏体,晶粒度无异常。压 扁和扩 口 试 验 后 油 管 表 面 均 未 出 现 裂 纹,符 合 SY/T6895-2012的技术请求。连续油管硬度低 于30HRC,契合规范 SY/T6895-2012请求。拉 伸实验中试样取自断裂连续油管,而 SY/T6895- 2012规范请求拉伸试样取自连续油管断裂之前,故 拉伸实验结果仅供参考。综上所述,该连续油管断 裂与其材质无关。

依据连续油管断裂形貌及退役工况,对其断裂 缘由中止进一步剖析。连续油管断口平齐,整体无 明显颈缩变形,呈细微“胀大”形貌,且断口名义未见 明显剪切唇。连续油管拉伸试样断口呈倾斜状,可 见明显颈缩现象,断口名义主要呈现剪切唇形貌。 由此能够推断,该连续油管断裂时与拉伸实验断裂 时所接受的载荷完整不同。该断裂连续管断口起裂 于外名义撕裂区域,裂纹源区及扩展区均呈现挤压 构成的拉长状韧窝形貌,断口左近管体外名义可见 明显的挤压损伤痕迹,并延伸至断口区域。此外,断 口名义未检测到硫、氯等腐蚀性元素,可进一步扫除 环境腐蚀招致连续油管断裂的可能性。

连续油管在下至井深576m 时,其轴向拉伸载 荷约为44.32MPa,该载荷远低于连续油管的屈从 强度。同时,依据现场调研得知,连续油管断裂后, 其断口以下的连续油管无明显落井现象,由此能够 肯定,该连续油管断裂并非拉伸载荷所致。

依据现场了解,该井含凝析气藏,井筒内含有一 定的蜡,并且,连续油管断口名义可见大量被挤压的 韧窝棱,阐明在连续油管下井过程中,管壁发作结 腊,连续油管遭到紧缩载荷,招致下井受阻,当紧缩载荷超越资料屈从强度后,连续油管发作紧缩变形, 随后发作断裂。

3 结论与倡议

(1)该连续油管断裂的缘由是:连续油管在下 井过程中,管壁发作结腊,招致下井受阻,连续油管 遭到紧缩载荷,当紧缩载荷超越资料屈从强度后,连 续油管发作紧缩变形,使其发作断裂。

(2)倡议增强现场作业过程监控,避免此类事 件发作。

参考文献:

[1] 赵广慧,梁政.连续油管力学性能研讨停顿[J].钻采 工艺,2008,31(4):97-101,2,1.

[2] 张帅,张燕萍,郭慧娟.国内外连续管钻井技术展开示 状[J].石油矿场机械,2019,48(6):77-82.

[3] 刘俊廷.连续管作业技术在快速修井范畴的应用[J]. 石油石化节能,2020,10(11):19-21,3.

[4] 于东兵,刘寿军,张富强,等.国内连续管侧钻定向井 现状与 难 点 分 析 [J].辽 宁 化 工,2020,49(5):572- 575.

[5] 龚建凯,尹方雷,李寅,等.小井眼连续管侧钻井技术 现状剖析[J].焊管,2019,42(3):55-58.

[6] 鲁明春,姜方林,章志轩.我国连续管技术的展开与展 望[J].焊管,2019,42(12):1-5.

[7] ZHAO L,ZHANG H,DUAN Q Q,etal.Failure analysis oflarge-diameter coiled tubing based on diametergrowth [J].Journal of Pressure Vessel Technology,2020,142(3):031301.

[8] LI N,ZHU L X,CONG S,etal.Fracturefailure analysisof50.8 mm coiledtubing[J].Materials ScienceForum,2020,993:1235-1241.

[9] WAINSTEIN J,IPIA J P.Ductile instability analysis of HSLA coiled tubing [J].Procedia MaterialsScience,2012,1:297-304.

<文章来源 >资料与测试网 > 期刊论文 > 理化检验－物理分册 > 58卷 > 1期 (pp:18-22)>