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RTTS封隔器中心管外螺纹接头断裂分析

2012-6-6 13:48| 发布者: 花瓣七七| 查看: 2561| 评论: 0|原作者: 刘箐霖,李玉民,张金源|来自: 中国电镜网

摘要: 采用宏观检验、化学成分分析、力学性能测试、金相检验、断口分析和有限元计算等手段对一φ60.4mm封隔器中心管外螺纹接头断裂的原因进行了分析。结果表明:封隔器中心管外螺纹接头断裂失效模式为外螺纹接头第一完整扣 ...

摘要:采用宏观检验、化学成分分析、力学性能测试、金相检验、断口分析和有限元计算等手段对一φ60.4mm封隔器中心管外螺纹接头断裂的原因进行了分析。结果表明:封隔器中心管外螺纹接头断裂失效模式为外螺纹接头第一完整扣根部过载拉伸断裂,是在高压射孔作业时(以及射孔枪爆炸后形成低压的瞬间)中心管外螺纹根部应力值已达到或接近材料的屈服强度,进而出现的塑性屈服破坏。

关键词:封隔器;中心管;射孔;过载断裂;应力集中

中图分类号:TE28    文献标志码:B    文章编号:1001-4012201205-0337-05

 

Fracture Analysis on Pin Thread Joint of Central Tube of RTTS Packer

 

LIU Qing-linLI Yu-minZHANG Jin-yuan

(1.    China University of PetroleumBeijing 102249China2. DTTSC of ZPEBPuyang 457331China)

 

AbstractThe fracture reasons for the pin thread joint of central tube of RTTS packer were analyzed through macroscopic examinationchemical composition analysismechanical property testingmetallographic examinationfracture analysis and finite element calculation. The results showed that failure form was overload breakage in the root of the first complete buckle of pin thread. It becaused the stress value in the root of pin thread had already at or near the material yield strength when the high-pressure perforating operation had on (and at the moment of low pressure after the explosion of the bullet gun)which resulted in plastic yield damage.

Keywordspackercentral tubeperforationoverload breakagestress concentration

 

RTTS封隔器是用于井下套管里封隔油、气、水层的专用工具,它通过外力作用,使胶皮筒长度缩短,直径变大,密封油、套环形空间,分隔封隔器上下的油(气、水)层,从而实现油气井的测试目的。RTTS封隔器因水力锚自身特有的防窜功能,在浅井测试及负压测试中具有广泛的应用[1-2]

某井下作业公司测试人员对一口事故井进行测试工具调试、试压。20111201700开始组下APR射孔试挤管柱,1211200管柱于3881m(上部为193.7mm套管,自3647.5m开始为139.7mm尾管,遇阻时射孔枪和测试工具均已通过回接筒)处遇阻200MPa,活动多次仍遇阻200MPa,且遇阻位置不变;后上提管柱至193.7mm套管内3585m处,再下放,顺利通过原遇阻位置,无遇阻现象;122400下管柱至预定位置。221300—1640拆防喷器、更换密封件。1221640—1700座封:上提管柱6.2m,正转11圈,加压1900MPa。成功座封RTTS封隔器(87↓68t,即8700↓6800MPa,其中表示下降,下同)。1221700—231050恢复井口采气树及流程,并试压合格。1231050—1100验封:油压加压20MPa,套压2MPa,油套压稳定无变化,验封合格。1231100—1116射孔:环空打平衡压至20MPa,油压20↑21.5MPa表示上升,下同),油管内加压至35MPa补射孔,油压35↓4MPa,套压20↓18MPa,射孔井段6797~6811m6835~6847m1231116—1215试挤、测压降:油管加压试挤,成功压开地层,泵压4↑23↑30.4↓25.5MPa,排量0.5m3/min,累计挤入5.8m3。后测压降30min,油压25.5↓4MPa,泄套压至2MPa1231215—1230环空加压至48.5MPa打开破裂盘式(RD)阀,套压50↓40MPa,油压4↑20MPa,后泄套压至01231230—241630反循环压井泵压12~13MPa,排量0.5m3/min,密度1.25g/cm3,无溢流、无漏失;后拆井口、装防喷器并试压合格。1241630—17.00解封:上提管柱,悬重98↓87t,解封成功(原悬重87t)。1241700—261400循环观察:反循环压井,泵压13MPa,密度1.26g/cm3,排量0.5m3/min,粘度47S,后无溢流、无漏失。1261400—27900起钻,起出射孔试挤管柱,发现RTTS封隔器中心管(外径60.4mm、内径51.0mm)在上鞋处(接近丝扣边缘,扣型为2 3/8 10UN)断裂,断裂面较平整,丝扣仍在水力锚及上鞋内,封隔器容积管轻微变形。为查清封隔器中心管断裂的原因,笔者对上述过程中断裂的封隔器中心管进行了理化检验和分析。

1.       理化检验

1.1.       宏观检验

断裂的封隔器中心管总长约为1m,宏观形貌见图1,除上接头外螺纹有明显断裂现象外,还在断口附近、外壁发现有摩擦、刮伤的痕迹。断裂外螺纹接头试样总长约64.2mm,经测量,接头外径为60.4mm;内径为51.2mm;壁厚为5.02mm。试样外螺纹根部可见较深大钳牙印,如图2所示。

1  封隔器中心管的断裂位置

Fig. 1  Fracture location of packer central tube

 

2  中心管外螺纹接头侧面的宏观形貌

Fig. 2  Macro morphology of one side of pin thread joint of central tube

 

封隔器中心管断裂位置如图1所示。断口位于中心管外螺纹根部第二扣处。宏观观察螺纹扣没有缩颈现象。断口基本为斜断口,与轴线夹角约为40,如图3所示,断口粗糙不平,呈浅灰色,斜断口方向有横向撕裂痕迹。中心管断口附近内壁有摩擦,内壁表面发亮,有横向划伤的细小缺口。接头外螺纹从顶端到底端螺纹表面基本完好,无挤压、磨损情况。接着底端由于打捞受到钳牙的压力,存在较大的挤压痕迹,使螺纹底端出现挤压棱边。

3  断口的宏观形貌

Fig. 3  Macro morphology of the fracture

 

通过上述分析可归纳出:封隔器中心管外螺纹接头断裂起源于螺纹根部,断口方向为40斜断口。以剪切断裂为主,可以观察到断裂是起源于外螺纹接头的内壁。因此,中心管外螺纹断裂为过载拉伸断裂。

1.2.       化学成分分析

在失效封隔器中心管断口附近管体上取样,采用直读光谱仪结合湿法对其进行化学成分分析,结果如表1所示,可见符合ISO143102001的要求。

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