S135钻杆接头缺口疲劳行为研究

李皓; 曾德智; 高定祥; 刘飞; 田刚; 施太和

doi:10.11911/syztjs.2019013

S135钻杆接头缺口疲劳行为研究

李皓^1,,
曾德智^1,*, ,,
高定祥²,
刘飞³,
田刚⁴,
施太和¹

1.
油气藏地质及开发工程国家重点实验室（西南石油大学），四川成都 610500
2.
中国石化西北油田分公司石油工程技术研究院，新疆乌鲁木齐 830011
3.
中国石化石油工程技术研究院，北京 100101
4.
中国石油新疆油田分公司工程技术研究院，新疆克拉玛依 834000

基金项目: 国家自然科学基金项目“静载、振动与腐蚀耦合作用下H₂S/CO₂气井完井管柱螺纹密封面的力化学损伤机制研究”（编号：51774249）、中国石化科技重大专项“顺北一区采输关键技术研究与应用”子课题“顺北一区高效采油技术研究”（编号：ZDP17004）联合资助

详细信息

作者简介:
李皓（1988—），男，甘肃陇南人，2011年毕业于兰州城市学院石油工程专业，2018年获西南石油大学油气井工程专业硕士学位，主要从事油气设施腐蚀与防护工作。E-mail：lihao1477024473@163.com

通讯作者:
曾德智，zengdezhi1980@163.com

中图分类号: TE28
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出版历程
- 收稿日期: 2018-05-29
- 修回日期: 2018-12-12
- 网络出版日期: 2019-01-16
- 刊出日期: 2019-06-30

A Study of the Notch Fatigue Behavior of S135 Drill Pipe Joint

1.
State Key Laboratory of Oil & Gas Reservoir Geology and Exploration(Southwest Petroleum University), Chengdu, Sichuang, 610500, China
2.
Research Institute of Petroleum Engineering, Sinopec Northwest Oil Field Company, Urumqi, Xinjiang, 830011
3.
Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering, Beijing, 100101, China
4.
Research Institute of Engineering Technology, PetroChina Xinjiang Oilfield Company, Karamay, Xijiang, 834000, China

摘要

摘要:
钻杆接头疲劳失效是钻杆失效的主要形式，因此，为提高钻杆的使用寿命，对S135钻杆接头的疲劳行为进行了研究。根据钻杆接头的受力特征设计了疲劳试样，采用PQ–6型旋转弯曲疲劳试验机和扫描电镜研究了应力集中对S135钻杆疲劳性能的影响。结果表明：S135钻杆疲劳性能对V形缺口具有一定的敏感性；缺口根部半径越小，应力集中系数越大，对疲劳性能的影响越严重，应力集中系数和疲劳强度符合幂函数关系；疲劳裂纹从缺口根部开始萌生，存在许多裂纹源（呈环形排列）；应力相同时，随着应力集中系数增大，缺口根部的撕裂现象减弱，断口变得光滑、平整，疲劳条纹变得细而密。研究结果表明：对钻杆接头螺纹的牙型进行优化设计，可以降低或减缓齿根的应力集中，降低S135钻杆疲劳对缺口的敏感性，提高S135钻杆的使用寿命。
- S135钻杆 /
- 钻杆接头 /
- 缺口疲劳 /
- 应力集中 /
- 断口形貌
Abstract:
Drill pipe joint fatigue is the main form of drill pipe failure. In order to improve the safety fatigue life of drill pipe, the notch fatigue behavior of S135 drill pipe joint has been studied. The fatigue specimens were designed according to the force characteristics of drill pipe joint, and the influence of stress concentration on the fatigue performance of S135 drill pipe was studied by PQ-6 rotary bending fatigue tester and scanning electron microscope. The results showed that the fatigue of S135 drill pipe exhibited certain sensitivity to the V-notch. The smaller the notch root radius, the larger the stress concentration factor, and the more serious impact on the fatigue performance. The stress concentration factor and the fatigue strength are in accordance with the power function relationship. The process is as follows: the fatigue crack starts from the root of notch, and many sources of cracks existed (in annular arrangement). When the stress is the same, the tearing phenomenon at the root of notch weakens with the increase of stress concentration factor, the fracture becomes smooth and flat, and the fatigue fringes become fine and dense. The research results showed that the optimal design of the drill pipe thread joint could reduce or alleviate the stress concentration of the root, reduce the fatigue sensitivity of S135 drill pipe to the notch, and improve the safety by better mapping the fatigue life of S135 drill pipe.
- S135 drill pipe /
- drill pipe joint /
- notch fatigue /
- stress concentration /
- fracture morphology

HTML全文

随着石油天然气勘探开发的不断深入，钻遇高温高压地层、泥页岩地层等复杂地层的概率越来越大，对钻井液性能的要求越来越高。因此，油基钻井液的应用越来越多，但随着环境保护的要求越来越严，其面临的问题也日益凸显^[1-2]。早期油基钻井液的基础油多为柴油，毒性高、难降解、污染严重，根本无法达到环保要求^[3-5]。现在最常用的基础油是低毒矿物精炼油，即白油，其芳烃组分含量虽然很低，但仍存在降解周期长的缺点。随着人们对生态环境保护越来越重视，对钻井液提出了更高的要求，所以需要研究低毒、可降解、可再生的环境友好型钻井液用基础油及环保的油基钻井液。近期，国内研制出很多合成型基础油，如酯类、醚类和聚烯类基础油，还有由饱和烷烃、烯烃合成的气制油，以及对石化原料油进行分子重整、精制提纯的各类合成基础油^[6-8]。合成基础油虽然具有无毒、高闪点、可降解等优点，但都是石化类的不可再生物质。因此，笔者利用天然生物油脂，通过催化加氢、分子异构等方法合成了可再生的生物基础油，并通过优选其他钻井液添加剂，形成了可再生生物合成基钻井液。性能评价结果表明，其性能满足优质高效钻井要求，且生物毒性很低，具有很好的环保性能。

1. 生物合成基础油和有机土的选择

生物质是指一切有生命的、可以生长的有机物质，包括动物、植物和微生物。与化石物质相比，生物质来源广、可再生、无污染、分布广泛，是一种取之不尽、用之不竭的可再生资源^[9-11]。以生物质为原料开发生物合成基钻井液，既可解决钻井作业对钻井液性能的要求，又可解决石油开发与环保、可持续发展之间的矛盾。

动植物油脂、微生物油脂，以及地沟油等餐饮废弃油脂，都可以作为生物合成基础油的原料油。天然油脂的分子结构是含双键或不含双键的直链脂肪酸甘油酯，而且不同种类、不同来源的天然原料油的分子结构差异较大，需要有针对性地进行分子结构重整，才能得到性能优良且稳定的钻井液用基础油。天然原料油与催化剂在200～500 ℃、2～15 MPa条件下，通过加氢使不饱和键饱和生成长链正构烷烃，同时除去分子中所含的氧、氮、磷和硫等杂质。接下来，正构烷烃在金属位上脱氢生成烯烃，然后烯烃在酸性位上发生质子化反应生成正构碳正离子，随后正构碳正离子发生重整、去质子化反应生成烯烃，最终烯烃转移到金属位上并加氢生成异构烷烃，即为生物合成基础油。

生物合成基础油是C₁₂—C₂₄的支链异构烷烃混合物，苯胺点很高且几乎不含芳烃和硫，96 h 半致死浓度（LC₅₀）大于1 000 000 mg/L（见表1）。闪点较高，表明其无毒，且在生产、储运、应用过程中安全性高。其在低温段（0～20 ℃）黏度变化幅度很小，容易配制出性能优良的钻井液，且所配制钻井液的性能易于维护。

表 1 油基钻井液常用基础油的性能参数

Table 1. Performance parameters of common base oils for oil-based drilling fluids

常用基础油	密度/（kg·m^–3）	闪点/℃	苯胺点/℃	芳烃含量/（mg·kg^–1）	硫含量/（mg·kg^–1）	运动黏度/（mm²·s^–1）	96 h LC₅₀/（mg·L^–1）
天然气制油	851	110	88	1.20	1.00	3.0	>1 000 000
白油	810	144	83	2.00	3.00	5.8	>1 000 000
BP8313	785	83	80	20 000.00	13.00	2.7	820 000
柴油	841	83	57	30 000.00～50 000.00	250.00	5.9	80 000
Mentor26	838	74	78	10 000.00～20 000.00	5.90	2.7	480 000
生物合成基础油	802	147	92	0.05	0.45	1.9	>1 000 000
注：依据标准《车用柴油（Ⅴ）》（GB/T 19147—2013）和《钻井液生物鉴定推荐作法》（API RP13H）测得。

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有机土分散在基础油中起增黏提切、降滤失和维持乳化体系稳定的作用，其性能好坏直接影响钻井液的流变性、滤失造壁性和乳状液的稳定性。常规有机土在矿物油或合成类基础油中的成胶率普遍低于10%，其原因是合成类基础油主要为饱和烷烃，极性弱，而常规有机土在这类极性弱的基液中不能充分发挥增黏提切的作用。因此笔者采用文献[12]中研制的改性有机土，该有机土疏水亲油性强，不易吸水，层间疏松，片层剥离明显。表2为不同基础油加入改性有机土后的黏切性能。

表 2 不同基础油加入改性有机土后的黏切性能

Table 2. Adhesive performance of different base oils after adding modified organic soil

基础油	条件	成胶率，%	表观黏度/ （mPa·s）	塑性黏度/ （mPa·s）	动切力/ Pa
柴油	老化前	100	13.0	11.2	1.8
柴油	老化后	99	14.7	13.0	1.7
白油	老化前	79	14.0	12.0	2.0
白油	老化后	77	13.8	11.9	1.9
天然气制油	老化前	85	12.5	10.9	1.6
天然气制油	老化后	80	13.7	12.2	1.5
生物合成基础油	老化前	83	12.2	10.6	1.6
生物合成基础油	老化后	79	13.5	12.0	1.5
注：依据标准《油基钻井液用有机土技术规范》（Q/SY 1817—2015）测得。

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由表2可知，改性有机土不但在柴油中有很高的成胶率，而且在极性很弱的合成类基础油中的成胶率也比较理想，其在生物合成基础油中的成胶率为79%～83%，生物合成基础油加入改性有机土后的黏切性能很稳定。这表明生物合成基础油和改性有机土相互聚结胶联形成的空间网状结构即使经过高温老化也没有破坏，凝胶稳定性反而增强，说明改性有机土具有良好的成胶性和配伍性。

2. 可再生生物合成基钻井液配方及性能

2.1 钻井液配方

由于以弱极性生物合成基础油形成稳定的油基钻井液有一定的难度，因此表面活性剂类处理剂对乳状液的稳定性起决定性作用^[13-15]。乳化剂分子在油水界面会形成一层坚固的膜，同时降低油水界面张力，有利于形成稳定的乳化层，并且能够增大粒子间的碰撞阻力，提高乳状液的稳定性；润湿剂具有促使重晶石和有机土表面从亲水转变为亲油的作用，实现润湿反转从而提高钻井液的稳定性。笔者通过优选各种处理剂并优化其加量，确定了可再生生物合成基钻井液的基本配方：生物合成基础油+CaCl₂溶液（25%）+3.0%改性有机土+3.0%聚酰胺（主乳化剂）+2.0%酰胺基胺（辅乳化剂）+1.5%改性季铵盐（润湿剂）+2.0%提切剂+2.0%改性橡胶（封堵剂）+2.0%改性树脂（降滤失剂）+1.0%磺化树脂（降滤失剂）+1.0%CaO+重晶石粉（密度可调整范围为0.90～2.25 kg/L），油水比90∶10～70∶30。

2.2 基本性能及生物毒性

不同密度可再生生物合成基钻井液（油水比为90∶10）在老化前后的基本性能及生物毒性测试结果见表3。

表 3 可再生生物合成基钻井液的基本性能及生物毒性

Table 3. Basic properties and biological toxicity of biosynthetic drilling fluid

密度/ （kg·L^–1）	条件	表观黏度/ （mPa·s）	塑性黏度/ （mPa·s）	动切力/ Pa	静切力/ Pa	API滤失量/ mL	高温高压滤失量/ mL	破乳电压/ V	96 h LC₅₀/ （mg·L^–1）
0.90	老化前	19	15	4	1.3/1.7	1.8	11.9	1 504	>1 000 000
0.90	老化后	30	23	7	1.6/2.0	1.3	9.7	1 874
1.20	老化前	29	21	8	2.0/2.4	1.5	9.2	1 665	>1 000 000
1.20	老化后	37	26	11	2.2/3.1	1.0	8.8	1 730
1.50	老化前	32	22	10	2.2/3.5	1.2	7.0	1 422	>1 000 000
1.50	老化后	47	34	13	2.9/4.8	0.8	6.4	1 601
1.85	老化前	43	31	12	2.9/5.2	0.8	6.2	1 134	>1 000 000
	老化后	54	39	15	3.5/5.5	0.6	5.3	1 377
	静置24 h	66	45	21	5.2/8.3	0.7	6.2	1 090
2.25	老化前	59	42	17	3.2/5.7	0.4	3.2	768	>1 000 000
	老化后	70	39	18	4.3/6.8	0.3	2.4	955
	静置24 h	78	50	28	7.0/10.5	0.6	4.0	976
注：老化条件为180 ℃下滚动16 h；高温高压条件是150 ℃、3.45 MPa；基本性能依据标准《石油天然气工业钻井液现场测试第2部分油基钻井液》（GB/T 16783.2—2012）测得；生物毒性依据《钻井液生物鉴定推荐作法》（API RP13H）测得。

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由表3可知：可再生生物合成基钻井液随着密度增大，黏度和切力均增大、滤失量降低；不同密度生物合成基钻井液整体上均具有较理想的流变参数，破乳电压都在768 V以上，即使经过180 ℃高温老化也完全可以保持稳定的乳液状态；高温高压下依然可以吸附、沉积形成致密的滤饼，滤失量只有2.4～11.9 mL；96 h LC₅₀均大于1 000 000 mg/L。密度2.25 kg/L的可再生生物合成基钻井液经过高温老化静置24 h后，其上下部密度差仅为0.18 kg/L，未出现重晶石沉降和基油析出现象。这表明，可再生生物合成基钻井液具有理想且稳定的性能，满足高温深井、高温高压水平井钻井对钻井液性能的要求，而且其生物毒性很低，具有很好的环保性能。

2.3 抑制性和润滑性

钻遇泥页岩地层时，由于泥页岩吸水会分散、膨胀，导致发生井壁坍塌、掉块等井眼失稳问题，造成钻井周期增长、钻井成本增加，甚至使井眼报废，不但造成巨大的经济损失，而且使油气资源无法得到有效的开发利用。因此，要求钻井液必须要具有良好的抑制性能。笔者选取几种泥页岩地层常用的钻井液与可再生生物合成基钻井液，进行了泥页岩岩屑滚动回收试验与泥页岩岩样浸泡试验，结果见表4。大斜度井和水平井钻井要求钻井液具有良好的润滑性能，因此利用极压润滑仪测试了几种泥页岩地层常用的钻井液与可再生生物合成基钻井液的润滑系数，结果见表4。

表 4 不同钻井液抑制性和润滑性的评价结果

Table 4. Evaluation results of the inhibition and lubricity of different drilling fluids

钻井液	一次回收率，%	二次回收率，%	90 min吸水量/g	24 h后样品状态	润滑系数
蒸馏水	17.32	7.86	完全解体	完全散落	0.34
聚硅氟钻井液	54.45	43.36	12.34	四周有剥落	0.17
聚合醇钻井液	79.54	70.79	8.54	表面有裂纹	0.10
KCl聚合物钻井液	81.63	70.89	6.64	体积明显膨胀	0.14
白油油基钻井液	98.78	97.56	0.78	无明显变化	0.04
可再生生物合成基钻井液	99.02	98.06	0.62	几乎无变化	0.03
注：可再生生物合成基钻井液密度为1.20 kg/L，油水比为90∶10。

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由表4可知，油基钻井液的抑制性明显高于水基钻井液，而可再生生物合成基钻井液的泥页岩滚动回收率最高，二次回收率达到了98.06%，与白油油基钻井液相当。说明可再生生物合成基钻井液对泥页岩有很强的抑制作用，有利于井壁的长期稳定，可防止井壁坍塌等井下故障的发生。可再生生物合成基钻井液的润滑系数达到0.03，表明其润滑性能好，可以降低钻井过程中的摩擦阻力，且明显优于传统的水基钻井液和白油油基钻井液。

2.4 抗污染性

在钻进不同地层过程中，不可避免地会有各种污染物进入钻井液，从而对钻井液的性能造成影响。为此，根据参考文献[16]中的方法评价了可再生生物合成基钻井液抗水和劣土污染的能力，结果见表5。

表 5 可再生生物合成基钻井液抗水和劣土污染试验结果

Table 5. Results of pollution test of biosynthetic base drilling fluid against water and inferior soil

污染物	条件	表观黏度/ （mPa·s）	塑性黏度/ （mPa·s）	动切力/ Pa	API滤失量/ mL	高温高压滤失量/ mL	破乳电压/ V
5%水	老化前	36.0	25.0	11.0	1.5		1 176
5%水	老化后	41.0	30.0	11.0	1.3	8.8	1 242
10%水	老化前	42.0	29.0	13.0	1.4		975
10%水	老化后	48.0	33.0	15.0	0.9	7.6	1 091
20%水	老化前	54.0	37.0	17.0	0.8		691
20%水	老化后	61.0	41.0	20.0	0.6	5.7	810
3%劣土	老化前	36.5	25.5	11.0	1.3		1 130
3%劣土	老化后	40.0	28.0	12.0	1.0	6.3	1 245
7%劣土	老化前	42.0	28.0	11.5	2.0		944
7%劣土	老化后	53.0	36.0	17.0	1.9	7.5	1 175
10%劣土	老化前	64.0	42.0	22.0	1.8		744
10%劣土	老化后	70.5	46.5	24.0	2.1	9.9	793
注：生物合成基钻井液密度1.20 kg/L，油水比90∶10；老化条件是在150 ℃下滚动16 h；高温高压条件是150 ℃、3.45 MPa；劣土为辽河油田雷88区块的天然泥页岩钻屑；侵入水是矿化度为6 000 mg/L的模拟地层水（519 mg/L CaCl₂+351 mg/L MgCl₂+1 581 mg/L Na₂SO₄+3 549 mg/L NaCl）。

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由表5可知：随着模拟地层水侵入量增大，可再生生物合成基钻井液的黏度、切力明显增大，滤失量和破乳电压降低；当模拟地层水侵入量达20%时，破乳电压为691 V，可再生生物合成基钻井液仍能保持较稳定的乳化体系，完全可以抵抗一般地层水的污染；劣土的侵入使可再生生物合成基钻井液的黏度和切力明显提高、滤失量稍有升高；当劣土的侵入量为10%时，该钻井液的高温高压滤失量只有9.9 mL。通过以上分析可知，可再生生物合成基钻井液具有很好的抗污染性，当有外来物侵入污染时，其性能参数虽然有波动，但还是能满足钻井需求，且乳液的稳定性没有被破坏，完全可以满足高温高压等复杂地层钻进对钻井液性能的要求。

2.5 储层保护性

相对于水基钻井液，油基钻井液在储层保护方面有很多优势，如可以避免水敏、水锁损害等，但油基钻井液中特有的处理剂（乳化剂、润湿剂等）又可能对储层造成损害。为评价可再生生物合成基钻井液的储层保护性能，分别选取了5种不同渗透率的天然岩心（辽河油田雷88区块埋深800.00～1 800.00 m的砂砾岩和砂泥岩岩心），根据参考文献[17]中的方法，利用JHMD-Ⅱ型高温高压动态损害评价系统测试岩心经可再生生物合成基钻井液损害后的渗透率恢复率，结果见表6。

表 6 渗透率恢复率试验结果

Table 6. Results of permeability recovery test

岩心号	气测渗透率/mD	损害前的渗透率/mD	损害后的渗透率/mD	渗透率恢复率，%
1	0.86	0.189	0.158	83.5
2	8.31	2.119	1.771	83.6
3	28.16	5.017	4.299	85.7
4	53.07	10.389	9.454	91.0
5	239.06	42.089	38.848	92.3
注：可再生生物合成基钻井液密度1.20 kg/L，油水比为90∶10；损害温度为120 ℃。

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由表6可知，可再生生物合成基钻井液会对不同渗透率的岩心造成不同程度的损害，对渗透率低的岩心造成的损害较大，但渗透率恢复率全部达到了83.5%以上，说明该钻井液具有较好的降滤失和封堵性能，能够在岩心上形成高质量滤饼，储层保护效果较好。

可再生生物合成基钻井液不但具有基本性能稳定、抑制性强、润滑防卡优良的特点，还具有无毒、可生物降解和再生的环保优势，完全符合国家日趋严格的环保要求，是现阶段开发绿色钻井液的新方向。生物合成基钻井液被认为是可以替代传统钻井液的一种新兴钻井液体系，在目前能源紧张、油田勘探开发压力大的形势下具有广阔的应用前景。

3. 结论与建议

1）针对现有石化类基础油环保性能差的问题，利用天然生物原料油脂通过催化加氢脱杂、异构化等反应，合成了非酯类生物合成基础油。该基础油具有高闪点、高苯胺点、无毒等优良性能。其利用来源广泛的生物质合成，具有可再生的技术优势。

2）以生物合成基础油与改性有机土为主，通过优选其他钻井液添加剂及优化加量，形成了一套流变性能稳定、抑制性强、润滑性能良好、储层保护性能好、安全环保的可再生生物合成基钻井液体系。

3）建议进一步优化可再生生物合成基钻井液的配方，以提高其性能，从而更好地满足复杂地质条件下安全高效钻井及环保的要求。

4）建议以可再生、可持续为目标，探索采用微生物、生物质气化等新合成方法，合成综合性能更好的生物基础油。

图 1 钻杆接头疲劳失效位置

Figure 1. Fatigue failure position of drill pipe joint

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图 2 光滑试样（单位：mm）

Figure 2. Smooth specimen (unit: mm)

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图 3 V形缺口几何特征和参数定义

Figure 3. The geometric feature and parameter definition of V-notch

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图 4 缺口试样（单位：mm）

Figure 4. Notch specimen (unit: mm)

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图 5 光滑试样的等效应力云图

Figure 5. Equivalent stress nephogram of a smooth specimen

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图 6 缺口试样的等效应力云图

Figure 6. Equivalent stress map of notched specimen

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图 7 不同应力集中系数K_t下应力升降示意图

Figure 7. Schematic diagram of stress fluctuation under different K_t

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图 8 应力集中系数与疲劳强度的关系

Figure 8. Relationship between stress concentration factor and fatigue strength

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图 9 不同应力集中程度下的S–N曲线

Figure 9. S–N cures at different stress concentration degrees

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图 10 光滑试样在空气中的疲劳断口

Figure 10. Fatigue fracture of a smooth specimen in air

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图 11 缺口试样在空气中的疲劳断口（K_t=2.23）

Figure 11. Fatigue fracture of notch specimen in air (K_t=2.23)

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图 12 缺口试样在空气中的疲劳断口（K_t=4.11）

Figure 12. Fatigue fracture of notch specimen in air (K_t=4.11)

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图 13 K_t=3.01缺口试样在空气中的疲劳断口

Figure 13. Fatigue fracture of notch sample in air(K_t=3.01)

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表 1 缺口应力集中对S135钻杆疲劳性能影响的试验方案

Table 1 Test Scheme for the Influence of Notch Stress Concentration on Fatigue Behavior of S135 Drill Pipe

组号	试样类型	H/mm	α/（°）	R/mm	K_t	环境
1	光滑				1.00	空气
2	缺口	1.0	90	0.1	4.11	空气（常温）
3				0.2	3.01
4				0.4	2.23
5				0.6	1.93
注：K_t为理论应力集中系数， ${K_{\rm{t}}} = {{{\sigma _{\max }}} / \sigma }$ ； ${\sigma _{\max }}$ 为缺口截面上的最大应力，MPa； $\sigma$ 为缺口截面上的平均应力，MPa^[13]。

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表 2 缺口疲劳系数及缺口敏感性计算结果

Table 2 Calculation results of notch fatigue coefficient and notch sensitivity

试样类型	$\scriptstyle R$ /mm	$\scriptstyle K_{\rm{t}}$	$\scriptstyle S_{{\rm{ - 1}}}^{\rm{e}}/ {\rm{MPa}}$	$\scriptstyle K_{\rm{f}}$	$\scriptstyle q$
光滑	∞	1.00	637.85	1.00	0
缺口	0.6	1.93	341.12	1.87	0.94
	0.4	2.23	303.01	2.10	0.90
	0.2	3.01	237.01	2.69	0.84
	0.1	4.11	184.51	3.46	0.79

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参考文献(18)

[1]	HUANG Bensheng, YANG Jiang, ZHANG Hui, et al. Influence of H₂S corrosion on rotating bending fatigue properties of S135 drill pipe steel[J]. Transactions of the Indian Institute of Metals, 2018, 71(1): 1–9. doi: 10.1007/s12666-017-1135-5
[2]	ZENG Dezhi, TIAN Gang, HU Junying, et al. Effect of immersion time on the mechanical properties of S135 drill pipe immersed in H₂S solution[J]. Journal of Materials Engineering and Performance, 2014, 23(11): 4072–4081. doi: 10.1007/s11665-014-1198-y
[3]	OJANOMARE C, CORNETTI P, ROMAGNOLI R A. Fatigue crack growth analysis of drill pipes during rotary drilling operations by the multiple reference state weight function approach[J]. Engineering Failure Analysis, 2017, 74: 11–34. doi: 10.1016/j.engfailanal.2016.12.013
[4]	LIU Yonggang, LIAN Zhanghua, LIN Tiejun, et al. A study on axial cracking failure of drill pipe body[J]. Engineering Failure Analysis, 2016, 59: 434–443. doi: 10.1016/j.engfailanal.2015.11.004
[5]	ZAMANI S M, HASSANZADEH-TABRIZI S A, SHARIFI H. Failure analysis of drill pipe: a review[J]. Engineering Failure Analysis, 2016, 59: 605–623. doi: 10.1016/j.engfailanal.2015.10.012
[6]	LIN Yuanhua, ZHU Dajiang, ZENG Dezhi, et al. Numerical and experimental distribution of stress fields for double shoulder tool joint[J]. Engineering Failure Analysis, 2011, 18(6): 1584–1594. doi: 10.1016/j.engfailanal.2011.06.003
[7]	LIN Yuanhua, LI Qiang, SUN Yongxing, et al. A repeated impact method and instrument to evaluate the impact fatigue property of drill pipe[J]. Journal of Materials Engineering & Performance, 2013, 22(4): 1064–1071.
[8]	LIN Yuanhua, QI Xing, ZHU Dajiang, et al. Failure analysis and appropriate design of drill pipe upset transition area[J]. Engineering Failure Analysis, 2013, 31(31): 255–267.
[9]	林元华,潘杰,刘婉颖,等. 硫化氢环境下G–105 和S–135 钻杆的低载多冲疲劳性能测试[J]. 石油钻采工艺, 2016, 38(1): 59–63. LIN Yuanhua,PAN Jie,LIU Wanying,et al. Low-load repeated impact testing of G-105 and S-135 drill pipes in H₂S environ-ment[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2016, 38(1): 59–63.
[10]	HAN Yan, ZHAO Xuehu, BAI Zhenquan, et al. Failure analysis on fracture of a S135 drill pipe[J]. Procedia Materials Science, 2014, 3: 447–453. doi: 10.1016/j.mspro.2014.06.075
[11]	LU Shuanlu, FENG Yaorong, LUO Faqian, et al. Failure analysis of IEU drill pipe wash out[J]. International Journal of Fatigue, 2005, 27(10/11/12): 1360–1365.
[12]	SHATSHATS'KYI I P, LYSKANYCH O M, KORNUTA V A. Combined deformation conditions for fatigue damage indicator and well-drilling tool joint[J]. Strength of Materials, 2016, 48(3): 469–472. doi: 10.1007/s11223-016-9786-8
[13]	N'DIAYE A, HARIRI S, PLUVINAGE G, et al. Stress concentration factor analysis for notched welded tubular T-joints[J]. International Journal of Fatigue, 2007, 29(8): 1554–1570. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2006.10.030
[14]	ZUCUNI C P, GUILARDI L F, FRAGA S, et al. CAD/CAM machining vs pre-sintering in-lab fabrication techniques of Y-TZP ceramic specimens: effects on their mechanical fatigue behavior[J]. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2017, 71: 201–208. doi: 10.1016/j.jmbbm.2017.03.013
[15]	FRAGA S, PEREIRA G K R, FREITAS M A, et al. Loading frequencies up to 20 Hz as an alternative to accelerate fatigue strength tests in a Y-TZP ceramic[J]. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2016, 61: 79–86. doi: 10.1016/j.jmbbm.2016.01.008
[16]	WAN Aoshuang, XIONG Junjiang, LYU Zhiyang, et al. High-cycle fatigue behavior of Co-based superalloy 9CrCo at elevated temperatures[J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2016, 29(5): 1405–1413. doi: 10.1016/j.cja.2016.01.009
[17]	EWEST D, ALMROTH P, SJODIN B, et al. A modified compliance method for fatigue crack propagation applied on a single edge notch specimen[J]. International Journal of Fatigue, 2016, 92(1): 61–70.
[18]	束德林. 工程材料力学性能[M]. 3版. 北京: 机械工业出版社, 2017. SHU Delin. Mechanical properties of engineering materials[M]. 3rd ed. Beijing: Mechanical Industry Press, 2017.

施引文献(6)

期刊类型引用(5)

1.	王遵察，程万，艾昆，胡清海，石育钊. 井工厂井网部署与压裂模式发展现状与展望. 钻探工程. 2024(03): 9-19 . 百度学术
2.	曹刚，白璐，马洪亮，张新臣. 大井丛多层系立体开发钻井一体化设计技术在HQ802建产区的研究与应用. 石化技术. 2023(09): 32-33+3 . 百度学术
3.	史配铭，薛让平，王学枫，王万庆，石崇东，杨勇. 苏里格气田致密气藏水平井优快钻井技术. 石油钻探技术. 2020(05): 27-33 . 本站查看
4.	沈兆超，霍如军，郁燕飞，董易凡，倪小伟，雷宇. 苏里格南区块小井眼井二开一趟钻钻井技术. 石油钻探技术. 2020(06): 15-20 . 本站查看
5.	刘乃震，何凯，叶成林. 地质工程一体化在苏里格致密气藏开发中的应用. 中国石油勘探. 2017(01): 53-60 . 百度学术

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1. 生物合成基础油和有机土的选择
2. 可再生生物合成基钻井液配方及性能
2.1 钻井液配方
2.2 基本性能及生物毒性
2.3 抑制性和润滑性
2.4 抗污染性
2.5 储层保护性
3. 结论与建议

S135钻杆接头缺口疲劳行为研究

作者简介: 李皓（1988—），男，甘肃陇南人，2011年毕业于兰州城市学院石油工程专业，2018年获西南石油大学油气井工程专业硕士学位，主要从事油气设施腐蚀与防护工作。E-mail：lihao1477024473@163.com

通讯作者: 曾德智，zengdezhi1980@163.com

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