TS-90 连续油管断裂失效分析

1 事故概况

目前， 连续油管作业技术的应用处于上升态势， 具有很大的发展潜力。 连续油管广泛用于气举作业， 可以最大限度提升采油量

。 但是，受井下服役环境的影响， 腐蚀性介质常造成连续油管失效， 其中应力腐蚀开裂是最严重的失效，短期内即可造成断裂。 因此， 研究连续油管的腐蚀失效， 尽早采取有效的预防措施， 对推动气举采油作业具有重大意义。

本文在北京市某出租车公司307位司机中，不分析司机的驾驶行为与油耗情况 ，随机挑选200位驾驶员作为样本集，以单辆出租车每50 km为一段样本行程，计算不同参数值的分布情况，综合专家意见，确立隶属度函数的相关阈值. 从剩余107位司机中随机选择驾驶员作为实验对象，进行评价.

本研究的失效连续油管在某井气举作业上提至2 800 m 处时出现漏点， 上提过程中断裂数节， 剩余2 400 m 断在井内， 井内物质检测中发现存在硫化物。 失效连续油管钢级为TS-90 （CT90 钢级）， 规格为Φ31.8 mm×3.2 mm，技术条件为API SPEC 5ST—2010 《连续油管规范》。

2 失效连续油管宏观分析

失效连续油管如图1 所示， 整个油管已腐蚀呈黄褐色。 失效连续油管开裂部位宏观可见， 沿连续油管周向存在2 处台阶状裂纹。 裂口最大区域位于连续油管弯曲外侧区域， 贯穿整个管壁，裂纹止于连续油管弯曲内侧区域， 整个裂纹区域约占连续油管3/4 周长。

5.2 推广秸秆气化技术，有利于秸秆资源的综合利用，实现农业可持续发展。农民每年直接燃烧秸秆占全部秸秆总量的64%，大量的秸秆直接燃烧，不仅造成资源的严重浪费，也导致秸秆养畜、秸秆然扫后，还产生大量的co2气体和烟尘，造成空气污染，而秸秆气化技术可以有效解决这些问题。同时秸秆燃气比传统的直接燃烧热效率提高近一倍，可明显减小秸秆和森林资源的消耗，对退耕还林、天然林保护工程、控制水土流失，起到积极地促进作用。

3 试验方法和结果

3.1 尺寸测量

对失效连续油管管体壁厚、 外径进行测量， 结果见表1。 测量结果表明， 失效连续油管的管体壁厚、 外径检测结果符合API SPEC 5ST—2010 标准要求 （壁厚3.0～3.5 mm， 外径31.55～32.05 mm）。

3.2 磁粉检测

(2)岚弟,你不以为我残暴么?打狼不能用打狗的方法的,你看,这位妇人为什么病了?从她底呓语里可以知道她病底根由。

3.3 化学成分分析

在失效连续油管的管体上取样， 使用直读光谱仪， 依据ASTM A751—2020

标准进行化学成分分析， 结果见表2。 结果表明， 失效连续油管管体化学成分符合API SPEC 5ST—2010 标准要求。

3.4 显微硬度试验

将多企业离散态的多品种、小批量的人才需求，按照所需人才的职业进行聚类，然后根据具体行业进行整合，进而形成产业集群的集约化人才需求。

3.5 金相分析

在失效连续油管裂纹处取A、 B 金相试样， 取样位置如图5 所示。 使用激光共聚焦显微镜进行金相微观特征分析。 结果显示， 裂纹起源于管体外表面， 裂纹萌生于腐蚀坑底， 且主裂纹扩展区存在大量“树枝状” 次生裂纹， 裂纹尖端曲折扩展， 呈局部沿晶形貌

， 如图6、 图7 所示。

在农业节水灌溉技术中，农艺节水技术是提高水利用效率的重要措施，其中包括科学的灌溉施肥和耕作以及合适的农作物品种等措施，从而实现节水高产的目标。相对来说农艺节水技术简单易行，而且投资少见效快。

3.6 连续油管失效部位微观特征分析

（1） 该失效连续油管表面布满台阶状横向裂纹， 裂纹沿油管周向扩展。 作业时主要承受反复拉应力、 摩擦力， 断口断面与油管轴线（即受力方向） 垂直， 且失效连续油管开裂部位均位于弯曲外侧， 由此可知断裂部位承受拉伸载荷较高。

在失效连续油管管体、 焊缝上取试样， 使用激光共聚焦显微镜， 依据ASTM E3-11 (2017)

、ASTM E45-18a

、 ASTM E112-13

标准对管体和焊缝进行金相分析， 结果分别见表4、 表5 和图4。

3.6.2 断口表面扫描分析

在失效连续油管上取一段管环试样， 进行显微硬度测试。 因试样尺寸限制， 采用HV

维氏硬度代替洛氏硬度试验。 将试样两端横截面磨平后， 使用维氏硬度计， 依据ASTM E384—2017

标准要求进行试验。 试验位置如图3所示， 试验结果见表3。 从表3 可以看出， 失效连续油管硬度最大值为239HV

， 换算成洛氏硬度值为20.3HRC。 试验结果表明， 失效连续油管的硬度值符合API SPEC 5ST—2010 标准要求 （HRC≤22）。

按照壁厚方向对裂纹进行不同壁厚深度的元素分析。 为了表征裂纹内各元素含量随壁厚方向的分布情况， 从连续油管外壁到内壁方向（裂纹源区→裂纹尖端） 共选择4 个不同深度的位置进行能谱分析， 每个部位的具体位置及分析结果见表7。 从表7 可以看出， S 元素从裂纹源区到裂纹尖端部位始终存在。 图10 为裂纹的总体形貌，可以看出该裂纹呈“树枝” 状从连续油管外壁向内壁扩展。

3.6.3 壁厚方向裂纹扫描电镜及能谱分析

依据NB/T 47013.5—2015 标准， 使用磁粉探伤仪对送检失效连续油管进行磁粉检测。 检测结果如图2 所示， 可以看出， 失效连续油管整管均布满台阶状横向裂纹， 且裂纹均位于管体弯曲段外侧表面。

将失效连续油管裂纹部分断口经超声波清洗后， 使用扫描电子显微镜对断口进行显微观察，如图8 所示。 放大观察断口靠近管体外表面部位， 断口外表面附近可见解理脆性形貌

。 断口存在大量的腐蚀产物， 使用能谱分析仪分别对腐蚀产物进行能谱分析， 腐蚀产物形貌及分析谱图如图9 所示， 腐蚀产物能谱分析结果见表6。 由能谱分析结果可知， 腐蚀产物主要组成元素为Fe、 C、 O、 S 等。

4 综合分析

失效连续油管管体外径、 壁厚、 化学成分、显微硬度、 晶粒度符合API SPEC 5ST—2010 标准要求， 其管体金相组织为铁素体+珠光体， 未见异常。 对失效连续油管的裂纹部位进行检测， 该裂纹具有以下特征：

3.6.1 裂纹金相分析

（2） 原始裂纹断口表面大量腐蚀产物覆盖，且从裂纹源区到裂纹尖端部位， 始终存在少量导致应力腐蚀开裂的S 元素。

（3） 原始裂纹断口呈明显的多源台阶状特征， 裂纹扩展的弧形前沿线亦明显可见。

滤波作为相位解缠的前步，其效果好坏直接影响相位解缠的成败.在最小二乘相位解缠中，噪声会引起误差的空间传播，导致解缠出来的相位误差太大；在N步相移法解缠中，噪声将导致解缠相位出现严重的“拉丝”现象；在质量图导引算法解包中，噪声会造成相位突变，在解缠相位中出现“黑点”等.因此，提高滤波的有效性和相位计算的准确性，同时增强可靠性是相位信息提取的难点和重点[18,19].

（4） 原始裂纹萌生于腐蚀坑底， 裂纹尖端呈局部沿晶脆性断裂（图6 （c）、 图7 （c））， 同时分布大量树枝状次生裂纹， 且断口外表面附近呈解理形貌（图8 （b））。 这些均符合应力腐蚀开裂的基本特征， 即断裂前没有明显的宏观塑性变形，大多数为脆性断口， 即解理、 准解理或沿晶

。

应力腐蚀开裂是金属构件在一定的拉应力和腐蚀介质共同作用下的一种失效形式， 且某些金属只对某些腐蚀介质敏感， 常在应力远低于抗拉强度而介质腐蚀又轻微情况下发生。 因此， 该失效连续油管断裂根本原因是应力腐蚀开裂， 且起裂于连续油管管体外表面， 连续油管在外界腐蚀介质和应力的共同作用下， 管体外表面萌生应力腐蚀裂纹， 裂纹扩展并最终导致管体断裂失效。

5 结束语

通过对失效连续油管管体外径、 壁厚、 化学成分、 显微硬度、 晶粒度和组织进行分析， 未见异常。 进而对失效连续油管的裂纹部位进行检测和分析， 结果表明导致该连续油管断裂失效的根本原因是应力腐蚀开裂。 连续油管在井下作业时， 受到腐蚀因素和应力载荷的共同作用， 管体外表面萌生应力腐蚀裂纹， 裂纹扩展并最终导致管体断裂失效。

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[6] American Society of Testing Materials. Standard test methods for rockwell hardness of metallic materials：ASTM E45—18a[S]. [S.l.]：ASTM，2018.

[7] American Society of Testing Materials.Standard test methods for determining average grain size：ASTM E112—13[S].[S.l.]：ASTM，2013.

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