Page 89 - 理化检验-物理分册2024年第十二期

袁 琴，等：J55套管断裂原因

质条件、深度及作业环境等比油气井好，因此在水井 拉力作用并发生塑性变形，导致钢管断裂，且钢管塑
的开采中常常使用J55油井管产品。 性变形量较大。
某水井开采时，设计使用规格为 177.8 mm×
8.05 mm（外径×壁厚，下同）的J55套管，工程实际
采用规格为 177.8 mm×6.91 mm 的J55 套管，钢管
在下井过程中发生断裂现象。共计下井80多支钢管，
断裂发生在从井口向下的第10支钢管上，断裂位置
为非接箍处。笔者采用一系列理化检验方法对钢管
断裂原因进行分析，以避免该类问题再次发生。
1 理化检验 图 1 断裂钢管试样的宏观形貌

1.1 宏观观察 钢管断口4号试样外表面有明显的纵向裂纹缺
截取断裂钢管的上半部分作为试样，断裂钢管 陷（见图2），纵向裂纹与断裂横截面垂直相交，呈丁
试样的宏观形貌如图1所示。钢管表面及断口被氧 字形,判断裂纹源在4号位置附近。从截面看，该处
化锈蚀，从钢管整体形貌判断，钢管在竖直井中受到 裂纹已贯穿钢管的内、外表面。

图 2 钢管断口 4 号试样宏观形貌
1.2 化学成分分析 表2 断裂钢管试样的力学性能测试结果
从断裂钢管上取样，利用ICP-AES电感耦合等 屈服强度/ 抗拉强度/ 断后伸长率/ 冲击吸收能
项目
离子发射光谱仪测试其化学成分,结果如表1所示。 MPa MPa % 量/J
由表1可知：试样的化学成分满足API 5CT 《套管 实测值 440 720 28.5 19，20，30
和油管规范》要求，且P、S元素含量控制得较好。 标准值 379~552 ≥517 ≥20 ≥15

表1 断裂钢管试样的化学成分分析结果 %
素体，内表面存在混晶组织，中部和外表面的组织比
质量分数 较均匀，晶粒度为5.5级。
项目
C Si Mn P S Cr Ti
对钢管断面的5个部位进行分析，分别编号为
实测值 0.36 0.29 1.45 0.010 0.007 0.030 0.015
1~5号，其中1号和4号试样的裂纹比较典型，分别
标准值 — — — ≤0.030 ≤0.030 — —
对这两个试样的情况进行分析。
1.3 力学性能测试 将4号试样切掉上半部分后观察， 发现裂纹从外
在远离断口位置取样，并按API 5CT要求进行室 表面起裂，深入基体约4 mm。
温拉伸试验和冲击试验，试验结果如表2所示。由表 对断口面进行磨制、抛光，再置于光学显微镜下
2可知： 所取试样的力学性能均符合材料的使用要求。 观察，结果如图4所示。由图4可知，裂纹周围无明
1.4 金相检验 显非金属夹杂物。用体积分数为4%的硝酸乙醇溶
用光学显微镜对试样的组织进行观察，结果如 液腐蚀试样，再将试样置于光学显微镜下观察，结果
图3所示。由图3可知： 试样组织为珠光体+网状铁 如图5所示。由图5可知，该部位组织存在明显的混

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