鋁合金鉆桿旋轉彎曲疲勞斷口特征

舒志強, 袁鵬斌, 歐陽志英, 龔丹梅, 余榮華, 曹晶晶

(上海海隆石油管材研究所, 上海 200949)

試驗與研究

鋁合金鉆桿旋轉彎曲疲勞斷口特征

舒志強, 袁鵬斌, 歐陽志英, 龔丹梅, 余榮華, 曹晶晶

(上海海隆石油管材研究所, 上海 200949)

首先對鋁合金鉆桿進行了不同應力幅值的旋轉彎曲疲勞試驗，然后采用掃描電鏡觀察其斷口微觀形貌特征。結果表明：在170 MPa低應力下，鋁合金鉆桿的疲勞斷口可分為疲勞源區、裂紋擴展區及瞬斷區3個區域，微裂紋在試樣次表面相界處萌生，裂紋穩態擴展區面積較大，占60%以上；在290 MPa高應力下，鋁合金鉆桿的疲勞斷口上有多個疲勞源區，微裂紋于試樣表面或近表面位置形核，裂紋擴展區面積僅占15%～30%。對于同一試樣，隨著裂紋的擴展，斷口上疲勞滑移臺階變寬，疲勞條帶逐漸清晰；對于不同試樣，隨著應力的提高，裂紋擴展速率增大，疲勞條帶間距變寬，更易出現二次疲勞裂紋，斷口上裂紋擴展區面積明顯減小，相應的疲勞壽命也大幅降低。

鋁合金鉆桿；疲勞斷口；疲勞裂紋；萌生；擴展

與鋼質鉆桿相比，鋁合金鉆桿比強度高、彈性模量小，具有良好的抗彎曲性能，適合于曲率大的定向井和水平井，在未來油氣開采中具有廣闊的應用前景[1-4]。石油鉆桿在鉆井作業中用于傳遞扭矩、輸送鉆井液，主要承受拉、壓、彎、扭、振動等載荷，服役環境惡劣，受力狀況復雜。隨著深井、超深井、大斜度井和大位移水平井等鉆井技術的迅速發展，鉆桿失效事件時有發生。……