Una tubazione di perforazione petrolifera è uno strumento di perforazione per giacimenti petroliferi e il componente principale della batteria di perforazione. Svolge il ruolo di collegare la batteria di perforazione, convogliare il fango e trasmettere la coppia durante la perforazione. È soggetta a carichi complessi come compressione, tensione, torsione e flessione durante il lavoro, ed è soggetta a forti vibrazioni e urti. Attualmente, le tubature di perforazione petrolifera sono costituite da giunti e corpi saldati per attrito, e la zona di saldatura viene temprata e rinvenuta localmente dopo la saldatura. Studi hanno dimostrato che la frattura fragile a basso stress nella zona di saldatura della tubazione di perforazione è il fenomeno più comune, e la zona di saldatura diventa l'area debole dell'intera tubazione di perforazione. Pertanto, il controllo delle proprietà meccaniche della zona di saldatura è fondamentale per garantire la qualità della tubazione di perforazione, e la tenacità all'impatto è l'indicatore chiave per valutare le proprietà meccaniche della zona di saldatura della tubazione di perforazione.
Innanzitutto, il motivo dell'analisi della tenacità a basso impatto
Ad eccezione della tenacità all'impatto non qualificata, le altre proprietà meccaniche dei campioni di saldatura delle aste di perforazione soddisfano i requisiti API SPEC 5DP:2009. La microstruttura su entrambi i lati della saldatura è costituita da troostite rinvenuta + una piccola quantità di ferrite, non vi è martensite non rinvenuta né struttura grossolana surriscaldata, sono presenti numerose inclusioni non metalliche di Classe A nell'area di saldatura e il sistema fine raggiunge il livello 1,5. Il contenuto di fosforo e zolfo del materiale del corpo della tubazione è basso, così come il livello di inclusioni non metalliche, ma il contenuto di zolfo del materiale del giunto delle aste di perforazione supera lo standard, con una frazione in massa dello 0,016%, e il sistema grossolano di inclusioni non metalliche di Classe A raggiunge il livello 2,0, con un contenuto relativamente elevato. Attraverso l'analisi macroscopica e microscopica della frattura del campione di saldatura d'impatto, si può affermare che sono presenti numerose inclusioni non metalliche miste di FeS e MnS nella frattura. A causa dell'elevato contenuto di inclusioni non metalliche di Classe A in corrispondenza della frattura del provino d'impatto, la continuità dell'organizzazione nella zona di saldatura viene compromessa. La plasticità e l'elasticità delle inclusioni non metalliche sono molto diverse da quelle dell'acciaio. Le inclusioni non metalliche non possono essere deformate plasticamente in sincronia con l'acciaio, quindi si genera una concentrazione di sforzi sempre maggiore attorno alle inclusioni non metalliche, formando una superficie di legame debole. Quando sottoposto a forza d'impatto, le cricche compaiono inizialmente sulla superficie di legame debole e, successivamente, si estendono alla superficie di saldatura, causando la rottura del provino. Pertanto, l'elevato contenuto di inclusioni non metalliche nella zona di saldatura del provino ridurrà notevolmente la tenacità all'impatto. L'elemento di zolfo nel materiale del giunto del tubo di perforazione viene generato durante il processo di fusione. La maggior parte degli elementi di zolfo si raggruppa ai bordi dei grani dendritici per formare solfuri. I solfuri presenti nel processo di laminazione a caldo sono facili da deformare, spesso estendendosi sotto forma di sottili fusi e distribuiti in una struttura a bande, causando l'anisotropia dell'acciaio. Durante la saldatura a frizione, il giunto del tubo di perforazione e il corpo del tubo vengono saldati ad alta temperatura e alta pressione. Con il flusso plastico del metallo sulla superficie di saldatura, la direzione di distribuzione originale del solfuro cambia da parallela all'asse del giunto del tubo di perforazione a parallela alla direzione di saldatura, ovvero perpendicolare alla direzione dell'asse, in modo che il solfuro si distribuisca lungo la saldatura.
A causa dell'elevato contenuto di inclusioni non metalliche di Classe A nell'area di saldatura del campione, la continuità dell'organizzazione viene compromessa, con conseguente mancata conformità della tenacità all'impatto ai requisiti API SPEC 5DP:2009, ma con una resistenza alla trazione di 880 MPa. Studi correlati dimostrano che quando il campione è sottoposto a sollecitazione di trazione, questa è perpendicolare alla superficie del giunto di saldatura ed è distribuita uniformemente su tutta la superficie. Pertanto, la velocità di propagazione delle cricche causate da inclusioni non metalliche è relativamente lenta, ma quando il campione è sottoposto a forza d'impatto, la superficie del giunto di saldatura è soggetta a sollecitazioni di taglio irregolari e la velocità di propagazione delle cricche causate da inclusioni non metalliche è relativamente rapida. Pertanto, i deboli difetti di legame causati da inclusioni non metalliche hanno scarso effetto sulla resistenza alla trazione del campione di saldatura, ma hanno un effetto significativo sulla tenacità all'impatto del campione di saldatura.
In secondo luogo, conclusioni e suggerimenti
(1) La tenacità all'impatto della zona di saldatura del tubo di perforazione è bassa e non soddisfa i requisiti API SPEC5DP:2009. Ciò è dovuto all'elevato contenuto di inclusioni non metalliche di Classe A nella zona di saldatura, che compromette la continuità della struttura. Sottoposte a forza d'impatto, le crepe compaiono inizialmente sulla superficie di legame debole del difetto, per poi espandersi rapidamente e infine causare la rottura del campione.
(2) L'elevato contenuto di zolfo nel materiale di giunzione del tubo di perforazione e l'elevato livello e contenuto di inclusioni non metalliche di Classe A sono le ragioni principali del gran numero di difetti di inclusioni non metalliche di Classe A nella zona di saldatura.
(3) I difetti di legame deboli formati da inclusioni non metalliche nella zona di saldatura hanno scarso effetto sulla resistenza alla trazione ma hanno un grande impatto sulla tenacità all'impatto del campione di saldatura.
(4) Si raccomanda di aumentare l'ispezione delle inclusioni non metalliche quando il giunto del tubo di perforazione entra in fabbrica per garantire che la purezza del materiale del giunto del tubo di perforazione soddisfi i requisiti, garantendo così che le prestazioni della zona di saldatura per attrito del tubo di perforazione soddisfino i requisiti standard.
Data di pubblicazione: 15-10-2024