Raisons de la ténacité à faible impact dans la zone de soudure de frottement de quelques tuyaux de forage S135 de mauvaise qualité

Le tuyau de forage à huile est une sorte d'outil de forage du champ pétrolier et le composant principal de la chaîne de forage à huile. Il joue le rôle de la connexion des chaînes de forage, de la transmission de la boue et de la transmission du couple pendant le forage. Il est soumis à des charges complexes telles que la compression, la tension, la torsion et la flexion pendant le fonctionnement, et est soumise à de fortes vibrations et impact. À l'heure actuelle, les tuyaux de forage à huile sont tous composés de joints de tuyaux de forage et de corps de tuyaux par soudage à la friction, et la zone de soudure est éteinte localement et trempée après le soudage. Des études ont montré que la fracture fragile à faible stress dans la zone de soudure du tuyau de forage est le phénomène le plus courant, et la zone de soudure devient la zone faible de l'ensemble du tuyau de forage. Par conséquent, le contrôle des propriétés mécaniques de la zone de soudure est la clé pour assurer la qualité du tuyau de forage, et la ténacité à impact est l'indicateur clé pour juger les propriétés mécaniques de la zone de soudure du tuyau de forage.

À l'exception de la ténacité à impact non qualifié, les autres propriétés mécaniques des échantillons de soudure de tuyau de forage répondent aux exigences de l'API Spec 5DP: 2009. La microstructure des deux côtés de la soudure est le trroostite tempéré + une petite quantité de ferrite, il n'y a pas de martensite non tempérée et de structure surchauffée grossière, il y a de nombreuses inclusions non métalliques de classe A dans la zone de soudure, et le système fin atteint le niveau 1.5. La teneur en phosphore et en soufre du matériau du corps du tuyau est faible, et le niveau d'inclusions non métalliques est également faible, mais la teneur en soufre du matériau de joint de tuyau de forage dépasse la norme, avec une fraction de masse de 0,016%, et la grossière Le système d'inclusions non métalliques de classe A atteint le niveau 2.0 et le contenu est relativement élevé. Grâce à l'analyse macroscopique et microscopique de la fracture de l'échantillon d'impact de soudure, il peut être jugé qu'il existe de nombreuses inclusions non métalliques mixtes de FES et de MN à la fracture. En raison de la teneur élevée des inclusions non métalliques de classe A à la fracture de l'échantillon d'impact, la continuité de l'organisation dans la zone de soudure est détruite. La plasticité et l'élasticité des inclusions non métalliques sont très différentes de celles de l'acier. Les inclusions non métalliques ne peuvent pas être déformées de manière plastiquement avec acier, donc de plus en plus de concentration de contrainte est générée autour des inclusions non métalliques, formant une surface de liaison faible. Lorsqu'elles sont soumises à une force d'impact, les fissures apparaissent d'abord à la faible surface de liaison, et finalement, les fissures s'étendent sur la surface de liaison de soudage, provoquant la rupture de l'échantillon. Par conséquent, la teneur élevée des inclusions non métalliques dans la zone de soudure de l'échantillon réduira considérablement la ténacité à l'impact. L'élément de soufre dans le matériau de joint de tuyau de forage est généré pendant le processus de fusion. La plupart des éléments de soufre se réunissent en groupes aux limites des grains de la dendrite pour former des sulfures. Les sulfures du processus de roulement chaud sont faciles à déformer, s'étendant souvent sous la forme de fuseaux minces et distribués dans l'organisation à bandes, provoquant l'anisotropie de l'acier. Pendant le soudage à la friction, le joint du tuyau de forage et le corps du tuyau sont soudés à haute température et à haute pression. Avec le débit plastique du métal sur la surface de la soudure, la direction de distribution d'origine du sulfure est passée de parallèle à l'axe du joint de tuyau de forage à parallèle à la direction de la soudure, c'est-à-dire perpendiculaire à la direction de l'axe, de sorte que le sulfure est distribué le long de la soudure.

En raison de la teneur élevée des inclusions non métalliques de classe A dans la zone de soudure de l'échantillon de soudure, la continuité de l'organisation est détruite, entraînant la ténacité à l'impact ne répondant pas aux exigences de l'API Spec 5DP: 2009, mais la résistance à la traction atteint 880MPA. Des études connexes montrent que lorsque l'échantillon est soumis à une contrainte de traction, la contrainte de traction est perpendiculaire à la surface de l'articulation de la soudure et est répartie uniformément sur toute la surface de l'articulation de la soudure. Par conséquent, le taux de propagation des fissures causé par des inclusions non métalliques est relativement lent, mais lorsque l'échantillon est soumis à une force d'impact, la surface de l'articulation de la soudure est soumise à une contrainte de cisaillement inégale et le taux de propagation de fissure formé par des inclusions non métalliques est relativement rapide. Par conséquent, les défauts de liaison faibles formés par des inclusions non métalliques ont peu d'effet sur la résistance à la traction de l'échantillon de soudure, mais ont un grand effet sur la ténacité à impact de l'échantillon de soudure.

Conclusion et suggestions

(1) La ténacité à impact de la zone de soudure du tuyau de forage est faible et ne répond pas aux exigences de l'API Spec5DP: 2009. En effet, le contenu des inclusions non métalliques de classe A dans la zone de soudure est élevé, ce qui détruit la continuité de la structure. Lorsqu'elles sont soumises à une force d'impact, les fissures apparaissent d'abord à la faible surface de liaison du défaut, et les fissures se développent rapidement et finalement provoquent la rupture de l'échantillon.

(2) La teneur élevée en soufre du matériau de joint de tuyau de forage et le niveau élevé et la teneur en inclusions non métalliques de classe A sont les principales raisons du grand nombre de défauts d'inclusion non métallique de classe A dans la zone de soudure.

(3) Les défauts de liaison faibles formés par des inclusions non métalliques dans la zone de soudure ont peu d'effet sur la résistance à la traction mais ont un grand impact sur la ténacité à l'impact de l'échantillon de soudure.

(4) Il est recommandé d'augmenter l'inspection d'inclusion non métallique lorsque le joint de perceuse pénètre dans l'usine pour s'assurer que la pureté du matériau du joint de tuyau de forage répond aux exigences, garantissant ainsi que les performances de la zone de soudure de soudure du tuyau de forage Répond aux exigences standard.