S135鉆桿鋼在H2S環(huán)境中的腐蝕疲勞行為

鉆桿是鉆柱系統(tǒng)的重要組成部分。在鉆井過(guò)程中，鉆井液中的一些添加劑和溶解氧，油氣藏中的硫化氫、二氧化碳、各種鹽類（如氯化鈉等）、菌體及代謝產(chǎn)物等均會(huì)對(duì)鉆桿造成嚴(yán)重的腐蝕。我國(guó)探明并開(kāi)發(fā)的油氣資源中有大量含H2S的油氣田。H2S的腐蝕性較強(qiáng)，鉆桿在含H2S環(huán)境中工作時(shí)易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂和疲勞腐蝕。由于H2S具有一定的毒性，目前對(duì)鉆桿鋼疲勞性能的研究主要集中在空氣環(huán)境中的疲勞行為以及H2S預(yù)腐蝕后的疲勞行為，而有關(guān)其在H2S環(huán)境和交變應(yīng)力交互作用下的腐蝕疲勞行為及斷裂機(jī)制的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。為此，科研人員以S135鉆桿鋼為研究對(duì)象，對(duì)其在空氣和H2S環(huán)境中進(jìn)行了不同應(yīng)力幅下的疲勞試驗(yàn)，重點(diǎn)研究了其疲勞壽命和腐蝕疲勞斷裂機(jī)制，為延長(zhǎng)鉆桿使用壽命，提高使用安全性提供試驗(yàn)依據(jù)。

試驗(yàn)材料為國(guó)內(nèi)某鋼廠生產(chǎn)的S135鉆桿鋼，其化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為0.20C，0.24Si，0.54Mn，0.007P，0.0035S，0.403Ni，0.861Cr，0.858Mo，0.007Ti，0.06Cu，F(xiàn)e余量。顯微組織為馬氏體形態(tài)的鐵素體+細(xì)小碳化物。沿鉆桿縱向取樣進(jìn)行拉伸和沖擊性能試驗(yàn)，測(cè)得其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為1020、1086MPa，伸長(zhǎng)率為22.4%，沖擊功（20℃）為75.0J。

在鉆桿上截取疲勞試樣，在PLD-100型電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)上，分別在實(shí)驗(yàn)室空氣和含H2S的環(huán)境箱中進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。在空氣中疲勞試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力幅分別為1054.7、1008.9、940.0、871.3、825.4、756.6、733.7、642.0MPa；H2S環(huán)境中的分別為687.8、596.1、1504.4、412.7、321.0、229.2、220.1MPa。試驗(yàn)完成后，利用JSM6390A型掃描電鏡觀察疲勞斷口形貌。結(jié)果表明：

（1）在空氣環(huán)境中，試驗(yàn)鋼呈現(xiàn)明顯的疲勞極限特征；在H2S環(huán)境中，相同當(dāng)量應(yīng)力幅下試驗(yàn)鋼的疲勞壽命比在空氣環(huán)境中的低，且在很低的當(dāng)量應(yīng)力幅下仍會(huì)發(fā)生斷裂，不存在疲勞極限。