Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Влияние эксплуатационных факторов на усталостное разрушение стальных бурильных труб

С. С. Рублев, О. В. Швецов, А. Д. Алфимов, С. Ю. Кондратьев

Аннотация


Исследовано влияние наработки при эксплуатации, шероховатости поверхности и коррозионной среды на количество циклов до разрушения при испытании на усталость стальных бурильных труб групп прочности S-135 и G-105 различных диаметров. Проведены испытания на многоцикловую усталость по схеме нагружения “изгиб с вращением”, имитирующей условия эксплуатации бурильных труб. Установлено, что снижение сопротивления разрушению в результате наработки труб достигает 20 % за счет накопления внутренних дефектов в процессе эксплуатации. Показано существенное влияние масштабного фактора на предел выносливости сталей, значение которого снижается при увеличении диаметра трубы. Увеличение шероховатости поверхности и действие агрессивной среды значительно снижают циклическую долговечность за счет образования на поверхности труб концентраторов напряжений.

Ключевые слова


стальные бурильные трубы; усталость металла; предел выносливости; коррозионно-усталостное разрушение; микроструктура.

Полный текст:

PDF

Литература


Фомин О. И. Усталостное разрушение бурильных труб, его прогнозирование и профилактика // Российские нефтегазовые технологии. Бурение. 2018. № 1. С. 16 – 29.

Кондратьев С. Ю., Швецов О. В. Технологические и эксплуатационные особенности бурильных труб из алюминиевых сплавов 2024 и 1953 // МиТОМ. 2018. № 1(751). С. 33 – 39. (Kondrat’ev S. Yu., Shvetsov O. V. Technological and operational features of drill pipes from aluminum alloys 2024 and 1953 // Met. Sci. Heat Treat. 2018. V. 60, Is. 1 – 2. P. 32 – 38.)

Кондратьев С. Ю., Швецов О. В. Эксплуатационные возможности бурильных труб из алюминиевых сплавов 1160 и 1953 // Заготовительные производства в машиностроении. 2017. Т. 15, № 5. С. 231 – 239.

Zamani S. M., Hassanzadeh-Tabrizi S. A., Sharifi H. Failure analysis of drill pipe: A review // Eng. Fail. Anal. 2016. V. 59. P. 605 – 623.

Moradi S., Ranjbar K. Experimental and computational failure analysis of drillstrings // Eng. Fail. Anal. 2009. V. 16, Is. 3. P. 923 – 933.

Bert D., Storaune A., Zheng N. Case study: Drillstring failure analysis and new deep-well guidelines lead to success // SPE Drilling and Completion. 2007. V. 24, Is. 4. SPE-110708-MS.

Hossain M. M., Rahman M. K., Rahman S. S., Akgun F. Fatigue life evaluation: a key to avoid drillpipe failure due to die-marks // IADC/SPE: Asia Pacific Drilling Conference. Jakarta, Indonesia. 1998. IADC/SPE 47789.

API RP 7G. Recommended Practice for Drill Stem Design and Operating Limits, 16 Ed., 1998. 204 p.

Xiao W. L., Chen H. B., Yin Y. Effects of surface roughness on the fatigue life of alloy steel // Key Engineering Materials. 2012. V. 525 – 526. P. 417 – 420.

Кондратьев С. Ю., Альхименко А. А., Харьков А. А. и др. Критерии ускоренной оценки склонности трубных сталей к коррозионному растрескиванию в условиях нефтедобычи // МиТОМ. 2021. № 10(796). С. 16 – 22. (Kondrat’ev S. Yu., Al’khimenko A. A., Khar’kov A. A. et al. Criteria for accelerated estimation of susceptibility of pipe steels to corrosion cracking under oilfield conditions // Met. Sci. Heat Treat. 2022. V. 63, Is. 9 – 10. P. 533 – 539.)

Shvetsov O. V., Kondrat’ev S. Y., Yakhimovich V. A., Kurakin M. K. Operational properties of drill pipes made of coated aluminum alloy 2024 // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. V. 889. 012021.

Takase T., Setoguchi K., Wakahara T. Effect of surface roughness on fatigue strength of 0.25% C annealed steel and policarbonate // Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. A. 1998. V. 64, Is. 622. P. 1463 – 1467.

Morgantini M., MacKenzie D., Gorash Y., Van Rijswick R. The effect of corrosive environment on fatigue life and on mean stress sensitivity factor // MATEC Web of Conferences. 2018. V. 165. 03001.

Szala J., Szala G. A fatigue life calculation method for structural elements made of D16CzATW aluminium alloy // Polish Marit. Res. 2010. V. 17, Is. 3(65). P. 8 – 17.

Кондратьев С. Ю., Зотов О. Г., Швецов О. В. Структурная стабильность и изменение свойств алюминиевых сплавов Д16 и 1953 в процессе изготовления и эксплуатации бурильных труб // МиТОМ. 2013. № 10(700). С. 15 – 21. (Kondrat’ev S. Yu., Zotov O. G., Shvetsov O. V. Structural stability and variation of properties of aluminum alloys D16 and 1953 in production and operation of drill pipes // Met. Sci. Heat Treat. 2014. V. 55, Is. 9 – 10. P. 526 – 532.)

Zhiming Y., Dezhi Z., Shurui H. et al. The failure patterns and analysis process of drill pipes in oil and gas well: A case study of fracture S135 drill pipe // Eng. Fail. Anal. 2022. V. 138. 106171.

Han L., Liu M., Luo S., Lu T. J. Fatigue and corrosion fatigue of G105 and S135 high-strength drill pipe steels in air and H2S environment // Process Saf. Environ. Prot. 2019. V. 124. P. 63 – 74.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2023.2.34-39

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2024