Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Влияние микроструктуры на характер разрушения и усталостные свойства бурильных труб из алюминиевых сплавов 1953Т1 и Д16Т

О. В. Швецов, А. Д. Алфимов, Б. С. Ермаков, С. Ю. Кондратьев

Аннотация


Исследовано влияние микроструктуры на усталостные свойства и механизмы разрушения бурильных труб из алюминиевых сплавов 1953Т1 и Д16Т. Определен химический состав труб в различных участках, проведены испытания на статическое растяжение и многоцикловую усталость. Исследованы структура и поверхности разрушения образцов после испытаний. Установлено, что более прочный a-твердый раствор и наличие упрочняющих интерметаллидов MgZn2 и Al2CuMg в структуре обеспечивают сплаву 1953Т1 более эффективное сопротивление зарождению усталостной трещины, чем сплаву Д16Т с менее прочным a-твердым раствором и частицами Al2CuMg и Al2C. Предел выносливости трубы из сплава 1953Т1 составляет 192 МПа, а из сплава Д16Т — 179 МПа. Однако отношение предела выносливости к пределу текучести алюминиевого сплава Д16Т достигает 40 %, а сплава 1953Т1 — всего 32 %. Такой эффект предположено связан с более высоким запасом пластичности и однородности структуры сплава Д16Т, чем сплава 1953Т1.

Ключевые слова


бурильная труба; алюминиевые сплавы; 1953Т1; Д16Т; микроструктура; усталость; предел выносливости; изгиб с вращением; усталостное разрушение

Полный текст:

PDF

Литература


Moradi S., Ranjbar K. Experimental and computational failure analysis of drillstrings // Eng. Fail. Anal. 2009. V. 6. P. 923 – 933.

Bert D., Storaune A., Zheng N. Case study: drillstring failure analysis and new deep-well guidelines lead to success // SPE Drill. Complet. 2009. V. 24, Is. 4. 110708-PA.

Argirov J., Yankova R., Antonov G. Study fatigue in materials of drill pipes // TEM J. 2016. V. 5, Is. 1. P. 50 – 55.

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.

Li F. P. Research on drill pipe’s fatigue life prediction based on reliability // Mater. Sci. Forum. 2019. V. 944. P. 975 – 980.

ISO 15546:2011. Petroleum and Natural Gas Industries — Aluminium Alloy Drill Pipe, 2011. 52 p.

Kondrat’ev S., Shvetcov O. Real and imaginary obstacles of aluminum alloys application in petrochemical industry // METAL 2017 — 26th International Conference on Metallurgy and Materials, Conference proceedings. TANGER Ltd., Ostrava, Czech Republic, EU. 1st Edition, 2018. P. 1481 – 1489.

Кондратьев С. Ю., Швецов О. В. Влияние высокотемпературных нагревов на структуру и свойства алюминиевых сплавов при изготовлении бурильных труб // МиТОМ. 2013. № 4(694). С. 24 – 30. (Kondrat’ev S. Yu., Shvetsov O. V. Effect of high-temperature heating on the structure and properties of aluminum alloys in the production of drill pipes // Met. Sci. Heat Treat. 2013. V. 55, № 3 – 4. P. 191 – 196.)

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, № 9 – 10. P. 526 – 532.)

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

Яворский А. А., Миленький А. М., Рублев С. С. и др. Методика определения усталостного износа бурильного инструмента // Бурение и нефть. 2021. № 7. С. 35 – 39.

Cheng A., Chen N. An extended engineering critical assessment for corrosion fatigue of subsea pipeline steels // Eng. Fail. Anal. 2018. V. 84. P. 262 – 275.

Kondrat’ev S. Yu., Yaroslavskii G. Ya., Chaikovskii B. S. Classification of high-damping metallic materials // Strength of Materials. 1986. V. 18, Is. 10. P. 1325 – 1329.

Hossain M. M., Rahman M. K., Rahman S. S. et al. Fatigue life evaluation: a key to avoid drillpipe failure due to die-marks / In: Asia Pasific Drilling Conference Indonesia, 1998. IADC/SPE 47789.

Lin Y., Qi X., Zhu D. et al. Failure analysis and appropriate design of drill pipe upset transition area // Eng. Fail. Anal. 2013. V. 31. P. 255 – 267.

Мыльников В. В., Скуднов В. А. Влияние различных параметров состояния на закономерности поведения кривых усталости // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 2018. Т. 61, № 3. С. 244 – 250.

Терентьев В. Ф. Усталостная прочность металлов и сплавов. М.: Интермет Инжиниринг, 2002. 287 с.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2024.3.20-26

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2025