1、第 14 卷 第 4 期2023 年 2 月黑龙江科学HEILONGJIANG SCIENCEVol.14Feb.2023某井循环滑套断裂原因分析王瑞祥1，张辉2，霍通达1，马铨峥2(1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452;2.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)摘要:某井在解封过电缆封隔器时循环滑套发生断裂事故，采用光谱分析、金相分析、扫描电镜及力学分析法检测了滑套断口的形貌和组分，讨论了滑套断裂的原因。结果表明，该滑套的失效机理为过载断裂，解封过电缆封隔器时，由于管柱过提载荷接近滑套的最大承载能力，导致发生了断裂。循环孔的存在及排列形式造成工件
2、结构不连续、承载能力下降、循环孔部位存在应力集中情况，为滑套本体最薄弱的位置，在较大外加载荷作用下发生断裂。为了防止发生类似断裂事故，应严格控制管柱过提载荷，考虑工具井下服役情况及动载荷的影响，建议最大上提载荷不超过管柱薄弱点抗拉强度的 85%。关键词:生产管柱;循环滑套;过载断裂;分析中图分类号:TE53文献标志码:A文章编号:1674 8646(2023)04 0130 03Fracture Analysis of Circulating Sliding Sleeve in an WellWang Ruixiang1，Zhang Hui2，Huo Tongda1，Ma Quanzheng2
3、(1.Engineering Technology Branch of CNOOC Energy Development Co.LTD，Tianjin 300452，China;2.Tianjin Branch of CNOOC(China)Limited，Tianjin 300459，China)Abstract:Cracking accident occurs in circulating sliding sleeve while deblocking cable packer in an oil well.The studyadopts spectral analysis，metallo
4、graphic analysis，scanning electron microscope and mechanical analysis to detect themorphology and component of the fracture of sliding sleeve;and discusses the causes of sliding sleeve crackling.Theresults show that the failure mechanism of sliding sleeve is overload crackling，i.e.the overload crack
5、ling caused byoverlift load of the string being close to the maximum bearing capacity of the sleeve while deblocking through-linepacker.The existence and spread pattern of circulating hole cause the incontinuity of workpiece structure，descendingcarrying capacity，and the stress concentration of circu
6、lating hole site.Circulating hole is the weakest location of slidingsleeves，and crackling occurs under greater applied load.In order to prevent similar crackling accidents，it is suggestedto control string overlift load，and consider the working situation under downhole service.The maximum overlift lo
7、addoes not exceed 85%extension strength of tubular column weak spots.Key words:Product tubular column;Circulating sleeve;Overload crackling;Analysis收稿日期:2022 12 07作者简介:王瑞祥(1991 )，男，工程师。某井为一口 9 5/8套管常规定向生产井，井深3 050 m，完井阶段下入 Y 型电泵分采生产管柱，平稳运行生产两年后进行修井作业。上提管柱至过提 40 t，解封过电缆封隔，但起出生产管柱后发现，循环滑套于循环孔处发生断裂。该滑套
8、下入深度2 674.63 m，扣型为 2 7/8EUE，材质为 13Cr L80。为明确断裂原因，避免类似事故再次发生，对断裂滑套进行了分析。1宏观分析循环滑套断裂宏观形貌如图 1(a)所示，滑套本体循环孔处发生断裂。在上端凹槽处可见钢印编号231GX03695，如图 1(b)所示。断裂位于两排循环孔连接处，每周向开 8 个孔间隔排列，且下排循环孔已发生明显拉伸变形，如图 1(c、d)所示。图 1断裂滑套宏观形貌Fig.1Macro morphology of fracture sliding sleeve031对滑套断口处进行尺寸测量，结果如表 1 所示。对比图 1(d)标记的 1、2、3
9、部位外径可知，越靠近断口部位，外径越小，由此可知，断口部位发生缩颈变形。表 1断口尺寸测量(mm)Tab.1Measurement of fracture size(mm)样品名称远离断口外径内径上排循环孔壁厚断口附近外径测量部位如图 1(d)箭头所示滑套92.9092.8881.9481.915.15 5.19 5.28 5.205.17 5.14 5.13 5.131 91.32 91.882 92.80 92.683 92.76 92.92循环孔直径13.92 13.69 14.19 14.26 14.20 14.36 14.02 14.092理化性能分析2.1化学成分采用 ARL 34
10、60 直读光谱仪对断裂滑套本体进行化学成分分析，分析结果见表 2。该循环滑套化学成分满足 API Spec 5CT 2012 标准要求。2.2力学性能在断裂滑套本体取力学性能试样。拉伸试验采用纵向棒状拉伸试样，标距内直径6.25 mm，试验温度为室温，结果见表 3。滑套抗拉强度及屈服强度满足 API Spec 5CT 2012 标准要求。表 2化学成分分析结果(wt.%)Tab.2Results of chemical composition analysis(wt.%)元素CSiMnPSNiCrMowt%0.180.390.830.0140.0020.1213.370.03API Spec
11、5CT 20120.15 0.221.000.25 1.000.0200.0100.5012.0 14.0/表 3拉伸性能试验结果Tab.3Test results of tensile property样品抗拉强度Rm/MPa屈服强度Rp0.2/MPa伸长率A/%滑套78361125.20API Spec 5CT 2012655552 655/冲击试验采用纵向夏比冲击试样，尺寸为 10 mm10 mm 55 mm。沿壁厚方向开 V 型缺口，试验温度为 21，结果见表 4。表 4冲击性能试验结果Tab.4Test results of impact property样品位置纵向冲击吸收功/J单
12、个值平均值滑套纵向91.0 87.2 93.790.6在滑套本体上取样，高度 20 mm，分别对样品外壁、中部、内壁进行维氏硬度检测，结果见表 5。该滑套外壁、中部、内壁硬度值满足 API Spec 5CT 2012标准要求。表 5维氏硬度试验结果Tab.5Test results of Vickers hardness位置维氏硬度试验结果(HV10)平均值(HV10)HRC外壁234 237 236 237 23823619.4中部236 238 240 241 23923920.1内部236 238 240 241 23924020.3API Spec 5CT 201223HRC2.3金相
13、组织分析在断裂滑套本体外壁、中部、内壁取金相试样，在光学显微镜下进行金相观察，如图 2 所示。结果表明，该滑套外壁、中部、内壁金相组织为回火索氏体，对其进行非金属夹杂及晶粒度检测，结果见表 6。图 2滑套金相组织Fig.2Metallographic structure of slide sleeve131表 6钢中非金属夹杂评Tab.6Evaluation of nonmetallic inclusion in steel样品名称ABCD粗系细系粗系细系粗系细系粗系细系晶粒度滑套0 级0 级0 级0 级0 级0 级0 级0.5 级11 级在断口处取样，进行磨制、抛光、浸蚀处理，光学显微镜下观
14、察断裂部位金相组织情况，如图 3 所示。发现断口处存在几处腐蚀坑，且腐蚀坑底部已萌生出裂纹，测量该裂纹扩展深度，最大为 91 m;浸蚀后发现断口处组织有拉伸变形产生的变形流线特征。图 3断口处组织Fig.3Tissue at the fracture3微观分析在断口处取样，扫描电子显微镜下观察其微观形貌，如图 4 所示。观察可知，断口微观形貌为韧窝，具备过载断裂的典型特征。图 4断口微观形貌Fig.4Microstructure of fracture4综合分析与结论循环滑套断裂于两排循环孔连接处，每排周向开8 个循环孔间隔排列，且下排循环孔已发生明显的拉伸变形，滑套越靠近断口部位外径越小，该
15、滑套断口部位发生了缩颈变形。对断口处金相组织观察发现有拉伸变形产生的变形流线特征，断口微观形貌为韧窝，为过载断裂的典型特征。该滑套理论最大承载能力为 43.2 t，断裂发生时正在进行解封过电缆封隔器作业，现场生产管柱过提载荷为 40 t，已接近最大承载能力，且在上提过程中为动态载荷，瞬间动态载荷将导致超过滑套抗拉强度，从而发生过载断裂。滑套于中部循环孔处断裂，循环孔的存在及排列形式造成工件结构不连续，导致该部位承载能力下降。循环孔部位存在应力集中，这将使此处应力远远高于整个部件的平均应力，两者叠加，使得该部位成为最薄弱的位置，因此滑套发生过载断裂。该油井在上提解封过电缆封隔器时，由于管柱过提载
16、荷接近滑套本体理论抗拉强度，导致生过载断裂事故。为了防止发生类似断裂事故，现场作业应严格控制管柱过提载荷。考虑工具井下服役情况及动载荷的影响，建议最大上提载荷不超过管柱薄弱点抗拉强度的 85%。参考文献:1 赵金兰，程佩，王彬.TS 90 连续油管断裂失效分析J 焊管，2022，(06):45 50.2 高进，孙金厂.金属材料应力腐蚀失效分析J 山东轻工业学院学报(自然科学版)，2001，(01):47 50.3 王立翀，吕祥鸿，张志雄，等.断裂油管失效分析 J 腐蚀与防护，2014，35(03):108 111.4 王平双，郭士生，范白涛，等.海洋完井手册M 北京:石油工业出版社，2009:315 319.231
