劉鵬

摘 要：J55石油套管接箍是用于石油鉆探的重要器材，在一些復(fù)雜工況及長時(shí)間的工作狀態(tài)下，套管接箍易發(fā)生各種失效。延長油田套管接箍最常見的失效形式是脫扣和斷裂。為了分析J55套管接箍的抗沖擊能力，利用沖擊設(shè)備對多組接箍試樣在不同條件下進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，根據(jù)記錄的沖擊數(shù)據(jù)和金相檢驗(yàn)的結(jié)果，分析了不同條件下套管接箍材料抗沖擊性能的變化。

關(guān)鍵詞：J55套管接箍;沖擊試驗(yàn);沖擊功;分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.054

石油套管及接箍是維持油井運(yùn)行的生命線，主要用于鉆井過程中和完井后對井壁的支撐，以保證鉆井過程的進(jìn)行和完井后整個(gè)油井的正常運(yùn)行。由于地質(zhì)條件不同，井下受力狀態(tài)復(fù)雜，拉、壓、彎、扭應(yīng)力綜合作用于管體接箍，這對套管接箍本身的強(qiáng)度和韌性提出了較高的要求。為此，筆者對外徑244.48mm壁厚8.94 mm的J55套管接箍據(jù)API Spec 5CT及ASTM E23-16b標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了橫縱兩個(gè)方向，不同溫度下的沖擊試驗(yàn)，據(jù)GB/T13298—2015對沖擊后斷面進(jìn)行金相樣品制備并觀察金相組織。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，分析了不同條件下套管接箍材料抗沖擊性能的變化。

1試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

（1）選取美特斯（中國）有限公司生產(chǎn)的ZBC2452-C型擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行沖擊，選取150J美標(biāo)V型擺錘。采用沖擊試驗(yàn)低溫槽進(jìn)行溫度控制，控溫范圍為-60～30℃。

（2）選取濟(jì)南聯(lián)工生產(chǎn)的XJG-05型金相顯微鏡進(jìn)行金相分析，目鏡選取10倍，物鏡選取40倍。

1.2 試樣制備及分組

在φ244.48×8.94mm LC J55套管接箍上分別進(jìn)行橫向和縱向取樣，取樣位置及方向如圖1所示。其中1為縱向試樣，2為橫向試樣。

試樣尺寸大小為55mm×10mm×7.5mm，每組試樣數(shù)量為3個(gè)，共取6組，試樣分組明細(xì)如表1。

缺口形式KV8，拉槽后形貌如圖2所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

（1）通過對橫縱兩個(gè)取樣方向，21℃、0℃、-20℃三個(gè)溫度共計(jì)6組18個(gè)樣品的沖擊試驗(yàn)，得到以下相關(guān)數(shù)據(jù)，見表2。

（2）試樣沖擊后斷口形貌如圖3。

（3）對橫向及縱向試樣在金相顯微鏡下進(jìn)行組織分析，得到不同的金相組織圖，如圖4、圖5。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）通過對圖4分析，可知試樣組織為P（珠光體）和F（鐵素體），且橫向和縱向的組織結(jié)構(gòu)差別不大，縱向試樣帶狀組織不明顯。

（2）同溫度下橫縱向沖擊試驗(yàn)結(jié)果分析。將①④組、②⑤組、③⑥組分別進(jìn)行比較可知，在同一溫度下，縱向較橫向沖擊功偏高20%-30%左右。

原因分析：由于套管接箍在軋制過程中會(huì)形成沿軋制方向的帶狀組織，導(dǎo)致各個(gè)方向的力學(xué)性能存在差異。雖經(jīng)過常化處理后，帶狀組織在一定程度是得到減弱，但帶狀組織中雜質(zhì)腐化現(xiàn)象依舊存在，所以材料的機(jī)械性能產(chǎn)生方向性，使橫向塑性和韌性顯著降低。

（3）同一取樣方向不同溫度下沖擊試驗(yàn)結(jié)果分析。將①②③組和④⑤⑥組各自比較可知，在同一取向不同溫度下，J55套管接箍隨沖擊溫度的降低，沖擊功逐步下降。

原因分析：隨著溫度降低，金屬中的晶粒和相中金屬鍵的結(jié)合能下降，晶粒之間，相之間，原子活動(dòng)能力降低。這些因素均造成難以發(fā)生形變的條件，形變的形成越來越受抑制，材料阻礙破壞發(fā)展的能力便減小，導(dǎo)致材料自身的塑性降低，脆性增加。即使沒有達(dá)到材料自身的韌性-脆性轉(zhuǎn)變溫度，材料的脆性依舊會(huì)增加，從而導(dǎo)致沖擊功隨溫度下降逐步降低。

3結(jié)論

（1）通過金相分析得到該套管接箍的組織為P（珠光體）和F（鐵素體），組織形態(tài)均勻。

（2）通過同一溫度下不同取樣方向的沖擊功分析，可知該套管縱向較橫向抗沖擊性能有明顯增強(qiáng)。

（3）通過不同溫度相同取樣方向的沖擊功分析，可知該套管的抗沖擊性能隨溫度的降低而降低。

參考文獻(xiàn)：

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