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經(jīng)磁粉探傷，在D242號(hào)油管管體上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋。

圖1 金相試樣分割示意圖

在距D242號(hào)油管外螺紋接頭端面85~100mm管體位置取長(zhǎng)度為15mm的圓環(huán)，將其沿周向分為14等份試樣進(jìn)行金相檢驗(yàn)。結(jié)果表明在試樣外表面及內(nèi)表面并未發(fā)現(xiàn)有裂紋存在。在距D242號(hào)油管外螺紋接頭端面750~765mm管體位置取長(zhǎng)度為15mm的圓環(huán)，將其沿周向分為16等份試樣(圖1)進(jìn)行金相檢驗(yàn)。結(jié)果表明1，3，8，9，13及16號(hào)試樣外表面存在縱向裂紋，內(nèi)表面無(wú)裂紋存在。

圖2 油管管體不同編號(hào)試樣的裂紋微觀形貌

采用Nano Measurer粒徑計(jì)算軟件對(duì)每一個(gè)試樣中的裂紋長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，并且取其最大值作為對(duì)比，測(cè)量結(jié)果如圖2所示?？梢?jiàn)1號(hào)和8號(hào)試樣外壁裂紋深度較深，分別約為206.9μm和240.5μm。所有裂紋均起源于油管外壁局部腐蝕坑，呈樹(shù)枝狀，在主裂紋周圍存在大量次生裂紋，裂紋具有典型的應(yīng)力腐蝕裂紋形貌特征。

圖3 8號(hào)試樣橫截面裂紋微觀形貌

對(duì)裂紋密集且深度較深的8號(hào)試樣浸蝕之后進(jìn)行金相分析，裂紋擴(kuò)展方式以穿晶擴(kuò)展為主，也有沿晶擴(kuò)展，如圖3所示。D242號(hào)油管管體非金屬夾雜物評(píng)級(jí)結(jié)果為D1.0級(jí)，晶粒度為9.5級(jí)，顯微組織為回火索氏體。

采用Olympus BX51型金相顯微鏡對(duì)在D242號(hào)油管距外螺紋接頭端面85~100mm管體位置所取的14個(gè)試樣及距外螺紋接頭端面750~765mm管體位置所取的16個(gè)試樣的外壁點(diǎn)蝕坑進(jìn)行觀察，采用Nano Measurer粒徑計(jì)算軟件對(duì)點(diǎn)蝕坑深度進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)，點(diǎn)蝕坑形貌如圖4所示。

圖4 油管外壁點(diǎn)蝕坑微觀形貌

由圖4可知，在試樣外壁分布有較多的點(diǎn)蝕坑，且點(diǎn)蝕坑底部有較多晶間腐蝕區(qū)域，這些點(diǎn)蝕坑和晶間腐蝕易引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。在D242號(hào)油管距外螺紋接頭端面85~100mm管體外壁的點(diǎn)蝕坑深度分布在20~120μm，其中在40~70μm較集中；在D242號(hào)油管距外螺紋接頭端面750~765mm管體外壁的點(diǎn)蝕坑深度分布在10~180μm，其中在30~60μm較集中。

對(duì)D242號(hào)油管化學(xué)成分進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表1，可知油管的化學(xué)成分符合設(shè)計(jì)要求和用戶要求。

表1 D242號(hào)油管的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))％

對(duì)D242號(hào)油管取樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2，可知油管的拉伸性能符合用戶要求。

表2 D242號(hào)油管的拉伸試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)D242號(hào)油管試樣橫截面進(jìn)行硬度測(cè)試，結(jié)果表明油管硬度為27.5~27.9HRC，符合用戶要求。對(duì)D242號(hào)油管取10mm×5mm×55mm沖擊試樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，結(jié)果表明油管沖擊吸收能量為103J，符合用戶要求。

有表面或近表面缺陷的工件被磁化后，當(dāng)缺陷方向與磁場(chǎng)方向成一定角度時(shí)，由于缺陷處的磁導(dǎo)率變化，磁力線溢出工件表面，產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，吸附磁粉形成磁痕。用磁粉探傷方法檢驗(yàn)工件表面裂紋，與超聲探傷和射線探傷方法相比較，其靈敏度高、操作簡(jiǎn)單、結(jié)果可靠、重復(fù)性好、缺陷容易辨認(rèn)。因此，在檢查工件外壁裂紋時(shí)通常采用磁粉探傷。該井的油管采用金相檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了裂紋，但采用磁粉探傷卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋，其原因是該井油管裂紋細(xì)小，油管表面附著的結(jié)垢層填充了裂紋，裂紋表面無(wú)法吸附磁粉形成磁痕，因此磁粉探傷未發(fā)現(xiàn)裂紋。為解決使用過(guò)的油管磁粉探傷精度不高的問(wèn)題，在磁粉探傷之前，應(yīng)首先采用布砂輪對(duì)油管外壁結(jié)垢進(jìn)行徹底打磨，使其露出金屬本色，然后再進(jìn)行磁粉探傷。

該井?88.90mm×6.45mm S13Cr110鋼油管在井下使用時(shí)間還不足8個(gè)月就產(chǎn)生了裂紋，檢驗(yàn)結(jié)果表明，油管縱向裂紋具有應(yīng)力腐蝕裂紋的特征。應(yīng)力腐蝕裂紋與材料應(yīng)力腐蝕敏感性、腐蝕環(huán)境和受力條件有關(guān)。

該井所用油管材料為S13Cr110鋼，該材料對(duì)應(yīng)力腐蝕敏感，很容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。同一鋼級(jí)的材料，硬度越高，對(duì)應(yīng)力腐蝕越敏感。該?88.90mm×6.45mm TN110Cr13S TSH563油管實(shí)測(cè)硬度為27.1~28.2HRC，平均硬度為27.6HRC。在塔里木油田其他井的?88.90mm×6.45mm S13Cr110鋼油管實(shí)測(cè)硬度為28.2~30.9HRC，平均硬度為29.6HRC，雖然該井?88.90mm×6.45mm TN110Cr13S TSH563油管硬度比其他井?88.90mm×6.45mm S13Cr110鋼油管硬度低2.0HRC，但在井下使用不到8個(gè)月之后也產(chǎn)生了裂紋，這說(shuō)明硬度為27.1~28.2HRC的油管也具有應(yīng)力腐蝕敏感性。

該井完井液為Weigh4有機(jī)鹽完井液，油管縱向裂紋為應(yīng)力腐蝕裂紋，腐蝕環(huán)境主要與A環(huán)空Weigh4有機(jī)鹽完井液且沒(méi)有脫氧有關(guān)。S13Cr110鋼油管不適合在含有氧氣的水中使用，在這種情況下，其耐腐蝕性能比低合金鋼的還要低。

油管僅有縱向裂紋，沒(méi)有橫向裂紋，這主要與油管柱承受的內(nèi)壓載荷有關(guān)。如果沒(méi)有內(nèi)壓載荷，油管不會(huì)產(chǎn)生縱向應(yīng)力腐蝕裂紋。

該井采用關(guān)井熱洗方式清蠟。油管柱內(nèi)壁結(jié)蠟，油壓下降，實(shí)際下部油管由于溫度高并不結(jié)蠟，上部油管結(jié)蠟相當(dāng)于不完全關(guān)井。如上所述，該井經(jīng)過(guò)了多次熱洗，熱洗前后油壓、套壓和溫度都會(huì)發(fā)生變化，這必然會(huì)導(dǎo)致油管柱內(nèi)外壓差變化，使油管柱承受交變內(nèi)壓載荷。

該井2014年11月29日投產(chǎn)，投產(chǎn)時(shí)完井液為密度1.25g·cm^-3的Weigh4有機(jī)鹽完井液。塔里木油田多口井油管失效分析結(jié)果均表明，裂紋是因完井液與S13Cr110鋼油管材料不匹配而產(chǎn)生的。

為了改善A環(huán)空腐蝕環(huán)境，塔里木油田從2015年1月開(kāi)始在27口井采用甲酸鉀作為環(huán)空保護(hù)液，截止2018年7月19日，這些井沒(méi)有發(fā)生油管開(kāi)裂失效事故。