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摘要：本文根据实例对某钻井钻杆的失效原因进行了详细的分析探讨，值得同行参考。
关键词：石油钻杆、失效原因、措施及建议
Abstract: Based on the example of a drilling tool failure are discussed in detail, worthy of reference.
Keywords: oi l drill pipe, failure reason, measures and suggestions
中图分类号：TE921文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
1．事故概况
2009年12月7号，在某项目部钻井现场，技术人员对现场起出的钻杆进行超声波探伤，发现多根钻杆存在超标缺陷，现场取一根缺陷超标钻杆进行失效原因分析。据井队人员介绍，该批钻杆已累计完成3口定向井钻井作业，其中001井井深2508m，1480m处造斜， 002井井深2408，1500m处造斜，003井井深2445m，1400m处造斜，累计进尺约9000m。
钻井过程中，钻压为40-140kN，转速为60-90r/min，扭矩为5-8kN.m，泥浆PH值在9-10之间。以下对其进行失效原因分析。
2． 失效分析
2.1宏观分析
失效钻杆样品样品总长约为125mm，超声波探伤发现缺陷部位距外螺纹接头台肩面的距离约为440mm，钻杆加厚过渡区外表面存在明显的折皱。将失效钻杆样品剖开，钻杆内壁涂层完好，钻杆内加厚过渡锥面存在明显的两段结构，锥面总长度约为205mm，第1段长度约为115mm，对应的外加厚锥面长度约为35mm，第2段长度约为95mm。内加厚过渡锥面的第1段由一段长度为45mm的锥面和长度为70mm的水平段组成，水平段对应的壁厚约为15.7mm，在该区域对應的管体外表面存在明显的折皱，超声波探伤发现的超标缺陷也位于该区域。
2.2化学成分分析
从失效钻杆管体加厚过渡区取样，检测其化学成分，结果如表1所示。由表可以看出，钻杆化学成分中的S和P含量符合API Spec 5D标准。
2.3力学性能分析
从失效钻杆本体上分别取宽度为25.4mm的全壁厚条形拉伸试样和规格为7.5×10×55mm的纵向夏比V型缺口冲击试样，拉伸实验条件为室温，冲击实验条件分别为21C和-20C，在钻杆加厚过渡区部位取直径为10mm的拉伸试样和规格为10×10×55mm的纵向夏比V型缺口冲击试样，实验条件为室温，根据实验结果表明，失效钻杆的拉伸性能和纵向冲击功符合API Spec 5D标准。
2.4金相分析
在失效钻杆探伤缺陷部位取样，评定试样材料中的非金属夹杂物等级为A0.5，B0.5，D0.5。试样外表面有许多灰色物质条带，在灰色物质条带尖端部位有裂纹萌生，由外表面向内穿晶扩展，如图1、图2所示，测量试样观察截面内的灰色物质最大深度为1.28mm，灰色物质周围环绕着明显的脱碳层，脱碳深度远大于其他部位，试样基体组织为回火索氏体和少量上贝氏体。
图1外表面的灰色物质 图2灰色物质周围的脱碳现象
2.5能谱分析
用扫描电子显微镜对金相试样表面的灰色物质条带和及其尖端的裂纹内物质进行能谱分析发现，灰色物质条带的主要组成元素为Fe、O、C和Mn，裂纹内的主要组成元素为Fe、O、C、Mn、Si、Al、Cr和S。由分析结果可知，灰色物质主要为铁的氧化物，裂纹内物质主要为铁的氧化物和部分泥浆、岩屑组分。
2.6综合分析
失效钻杆的化学成分、拉伸性能和冲击功符合API Spec 5D标准。
钻杆内加厚过渡锥面存在明显的两段结构，第1段长度约为115mm，由一段长度为45mm的锥面和长度为70mm的水平段组成，水平段对应的壁厚为15.7mm，水平段区域对应的管体外表面存在明显的折皱，这种折皱为钻杆墩粗过程中形成的。超声波探伤发现，部分折皱部位存在超标缺陷。
钻杆探伤缺陷部位金相分析表明，试样外表面有许多灰色物质条带，灰色物质周围环绕着明显的脱碳现象，脱碳现象延伸深度远大于表面组织脱碳层深度，在灰色物质条带尖端部位有穿晶扩展的裂纹萌生。能谱分析表明，试样外表面的灰色物质为铁的氧化物。通过金相组织和能谱分析可以确定，脱碳现象环绕的灰色氧化物为礅粗加工过程中形成的折皱，裂纹萌生于深折皱底部。金相试样截面所能观察到的折皱最大深度为1.28mm，该部位管体壁厚（含内涂层）为15.70mm，折皱深度达有效壁厚的8.15%，超过API Spec 5D允许的5%壁厚的折皱缺欠，属于超标缺陷。通过金相分析发现，钻杆远离加厚部位的本体外壁并无脱碳现象，由此推断，折皱周围的脱碳现象是在礅粗过程中形成的。
据现场了解情况，该批钻杆已服役3口定向井，累计进尺约9000m，钻杆在服役过程中承受复杂的拉伸、扭转和弯曲载荷。钻杆加厚部位外表面的折皱造成明显的应力集中，在钻井过程中复杂交变载荷作用下，钻杆加厚部位严重折皱底部首先萌生疲劳裂纹，从而导致钻杆失效。
3. 结论与建议
（1）钻杆的化学成分、拉伸性能和冲击功符合API Spec 5D标准。
（2）钻杆加厚过渡区外表面存在超出API Spec 5D标准要求的折皱缺陷。
（3）导致钻杆失效的裂纹起源于折皱底部。
（4）建议改善钻杆加厚区礅粗工艺，避免超标折皱缺陷的形成。
参考文献：
李鹤林、李平全、冯耀荣.石油钻柱失效分析及预防[M].北京:石油工业出版社，1999.
【2】冯耀荣，王新虎，林凯，等，油井管失效分析预测预防技术进展及发展方向.理化检验一物理分册，2005, 41(增刊):55-58.
关键词：石油钻杆、失效原因、措施及建议
Abstract: Based on the example of a drilling tool failure are discussed in detail, worthy of reference.
Keywords: oi l drill pipe, failure reason, measures and suggestions
中图分类号：TE921文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
1．事故概况
2009年12月7号，在某项目部钻井现场，技术人员对现场起出的钻杆进行超声波探伤，发现多根钻杆存在超标缺陷，现场取一根缺陷超标钻杆进行失效原因分析。据井队人员介绍，该批钻杆已累计完成3口定向井钻井作业，其中001井井深2508m，1480m处造斜， 002井井深2408，1500m处造斜，003井井深2445m，1400m处造斜，累计进尺约9000m。
钻井过程中，钻压为40-140kN，转速为60-90r/min，扭矩为5-8kN.m，泥浆PH值在9-10之间。以下对其进行失效原因分析。
2． 失效分析
2.1宏观分析
失效钻杆样品样品总长约为125mm，超声波探伤发现缺陷部位距外螺纹接头台肩面的距离约为440mm，钻杆加厚过渡区外表面存在明显的折皱。将失效钻杆样品剖开，钻杆内壁涂层完好，钻杆内加厚过渡锥面存在明显的两段结构，锥面总长度约为205mm，第1段长度约为115mm，对应的外加厚锥面长度约为35mm，第2段长度约为95mm。内加厚过渡锥面的第1段由一段长度为45mm的锥面和长度为70mm的水平段组成，水平段对应的壁厚约为15.7mm，在该区域对應的管体外表面存在明显的折皱，超声波探伤发现的超标缺陷也位于该区域。
2.2化学成分分析
从失效钻杆管体加厚过渡区取样，检测其化学成分，结果如表1所示。由表可以看出，钻杆化学成分中的S和P含量符合API Spec 5D标准。
2.3力学性能分析
从失效钻杆本体上分别取宽度为25.4mm的全壁厚条形拉伸试样和规格为7.5×10×55mm的纵向夏比V型缺口冲击试样，拉伸实验条件为室温，冲击实验条件分别为21C和-20C，在钻杆加厚过渡区部位取直径为10mm的拉伸试样和规格为10×10×55mm的纵向夏比V型缺口冲击试样，实验条件为室温，根据实验结果表明，失效钻杆的拉伸性能和纵向冲击功符合API Spec 5D标准。
2.4金相分析
在失效钻杆探伤缺陷部位取样，评定试样材料中的非金属夹杂物等级为A0.5，B0.5，D0.5。试样外表面有许多灰色物质条带，在灰色物质条带尖端部位有裂纹萌生，由外表面向内穿晶扩展，如图1、图2所示，测量试样观察截面内的灰色物质最大深度为1.28mm，灰色物质周围环绕着明显的脱碳层，脱碳深度远大于其他部位，试样基体组织为回火索氏体和少量上贝氏体。
图1外表面的灰色物质 图2灰色物质周围的脱碳现象
2.5能谱分析
用扫描电子显微镜对金相试样表面的灰色物质条带和及其尖端的裂纹内物质进行能谱分析发现，灰色物质条带的主要组成元素为Fe、O、C和Mn，裂纹内的主要组成元素为Fe、O、C、Mn、Si、Al、Cr和S。由分析结果可知，灰色物质主要为铁的氧化物，裂纹内物质主要为铁的氧化物和部分泥浆、岩屑组分。
2.6综合分析
失效钻杆的化学成分、拉伸性能和冲击功符合API Spec 5D标准。
钻杆内加厚过渡锥面存在明显的两段结构，第1段长度约为115mm，由一段长度为45mm的锥面和长度为70mm的水平段组成，水平段对应的壁厚为15.7mm，水平段区域对应的管体外表面存在明显的折皱，这种折皱为钻杆墩粗过程中形成的。超声波探伤发现，部分折皱部位存在超标缺陷。
钻杆探伤缺陷部位金相分析表明，试样外表面有许多灰色物质条带，灰色物质周围环绕着明显的脱碳现象，脱碳现象延伸深度远大于表面组织脱碳层深度，在灰色物质条带尖端部位有穿晶扩展的裂纹萌生。能谱分析表明，试样外表面的灰色物质为铁的氧化物。通过金相组织和能谱分析可以确定，脱碳现象环绕的灰色氧化物为礅粗加工过程中形成的折皱，裂纹萌生于深折皱底部。金相试样截面所能观察到的折皱最大深度为1.28mm，该部位管体壁厚（含内涂层）为15.70mm，折皱深度达有效壁厚的8.15%，超过API Spec 5D允许的5%壁厚的折皱缺欠，属于超标缺陷。通过金相分析发现，钻杆远离加厚部位的本体外壁并无脱碳现象，由此推断，折皱周围的脱碳现象是在礅粗过程中形成的。
据现场了解情况，该批钻杆已服役3口定向井，累计进尺约9000m，钻杆在服役过程中承受复杂的拉伸、扭转和弯曲载荷。钻杆加厚部位外表面的折皱造成明显的应力集中，在钻井过程中复杂交变载荷作用下，钻杆加厚部位严重折皱底部首先萌生疲劳裂纹，从而导致钻杆失效。
3. 结论与建议
（1）钻杆的化学成分、拉伸性能和冲击功符合API Spec 5D标准。
（2）钻杆加厚过渡区外表面存在超出API Spec 5D标准要求的折皱缺陷。
（3）导致钻杆失效的裂纹起源于折皱底部。
（4）建议改善钻杆加厚区礅粗工艺，避免超标折皱缺陷的形成。
参考文献：
李鹤林、李平全、冯耀荣.石油钻柱失效分析及预防[M].北京:石油工业出版社，1999.
【2】冯耀荣，王新虎，林凯，等，油井管失效分析预测预防技术进展及发展方向.理化检验一物理分册，2005, 41(增刊):55-58.