科学超深井钻探铝合金钻杆的腐蚀失效分析

针对铝合金钻杆在复杂的超深井钻井工程服役条件,分析了铝合金钻杆腐蚀行为的主要外在钻井工程因素,并进行了松辽盆地资源与环境深部钻探"松科二井"铝合金钻杆工程试样腐蚀程度的测试与分析。分析结果表明:钻杆结构、磨损与应力、钻井液介质、井内高温高压是其产生腐蚀的主要服役条件因素;铝杆体与钢接头连接处的腐蚀情况最为严重,铝杆体次之,加厚端部分耐蚀性最好;腐蚀产物的主要成分是Al_2O_3和Al(OH)_3相。     

G105钻杆腐蚀机理研究及缓蚀剂的筛选

对G105钻杆在水基钻井液中的腐蚀机理进行了研究,其中Cl-对腐蚀的影响最大.G105钻杆腐蚀的极限“刺穿”主要是由内涂层局部破损后引起的自催化孔蚀过程所致.对水基钻井液中G105钻杆的防护方法的研究和综合筛选表明:研制的成本较低的复配WJF- 10缓蚀剂在较高温度(105℃和120℃)的条件下,其室内的缓蚀率能达到85％;缓蚀剂与水基钻井液具有较好的配伍性.在实验室研究取得成果的基础上,分别进行了腐蚀环(裸环、包环)、腐蚀环(裸环、包环)+WJF-10缓蚀剂的现场试验,试验取得了预期的效果.     

铝合金钻杆在腐蚀环境下的力学性能

对D16T、1953T1及7E04三种铝合金钻杆进行不同条件的腐蚀处理,设置未经腐蚀处理的铝合金钻杆为对照组,对试验组和对照组铝合金钻杆进行拉伸试验、硬度试验及冲击试验,并检测其力学性能,研究腐蚀条件对三种铝合金钻杆力学性能的影响。结果表明：D16T、1953T1及7E04三种铝合金钻杆在中性环境(3.5%NaCl)中具有良好的抗腐蚀性,其力学性能基本不发生变化,在酸性环境(3.5%NaCl+CH₃COOH,pH=3)中的力学性能有轻微程度的下降,在碱性环境(3.5%NaCl+NaOH,pH=11)中的力学性能有明显下降,在碱性环境中的抗腐蚀能力比在酸性环境中的差;腐蚀后铝合金钻杆的力学性能满足GB/T 20659—2017的要求。     

基于第二相热力学计算的7050铝合金成分优化及设计

利用JMatPro热力学计算软件和相应的铝基合金数据库,在固溶温度475℃ 下,计算了S(Al2CuMg)、Al7Cu2Fe、Mg2Si和Al3MD023等第二相在7050铝合金中的相含量,研究了Zn、Mg、Cu、Fe、Si和Zr等合金元素对第二相相含量的影响规律,并建立了第二相含量与合金元素含量之间的关系回归方程.研...     

Al3Sc/Al3(Scx,M1-x)相对裂纹萌生与扩展作用研究进展

介绍了含钪铝合金中Al3Sc/Al3(Scx,M1-x)第二相粒子对裂纹萌生与扩展作用研究进展.Al3 Sc/Al3(Scx,M1-x)第二相粒子具有三种尺度,微米级、纳米级和亚微米级,粗大的Al3 Sc/Al3(Scx,M1-x)粒子可以成为裂纹源,降低疲劳性能;纳米级的Al3 Sc/Al3(Scx,M1-x)粒子通过提升合金强度,钉扎位错和亚晶界,从本质上降低裂纹萌生的几率,还可以通过改善其它粗大粒子的析出和分布来改善疲劳性能.在对疲劳裂纹扩展的作用上,Al3Sc/Al3(Scx,M1-x)第二相粒子总体上对疲劳性能的提升是有利的,可以降低裂纹扩展速率.同时还对裂纹扩展的计算方法进行了综述,认为计算方法是研究Al3 Sc/Al3(Scx,M1-x)第二相粒子在裂纹萌生与扩展作用方面的一种行之有效的方法.     

1235铝合金冷轧板表面黑丝缺陷分析

采用电解铝液直接铸轧生产厚度为7.0 mm,宽度为1 050 mm的1235铝合金铸轧板,经2道次冷轧成厚度为2.1 mm铝箔坯料。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)等对厚为2.1 mm冷轧板表面黑丝缺陷显微组织进行研究和分析,探讨黑丝缺陷形成的原因。结果表明,冷轧板表面黑丝缺陷局部存在不规则的凹坑,凹坑内存在粗大夹杂物及第二相颗粒,且退火冷轧板黑丝缺陷晶粒相对正常基体数量多且较小。能谱分析表明这些粗大夹杂物是富含Al和O元素组成的非金属氧化物Al_2O_3,第二相颗粒是由富含Fe、Al元素且含量较低的Si元素组成的金属间化合物Al Fe Si,因此造成冷轧板出现了黑丝缺陷。     

钻井液离心机预防绳索取心钻杆内壁结垢研究

针对钻杆内壁结垢严重制约绳索取心安全、优质、高效实施的技术难题,开展了金刚石绳索取心钻进钻杆内壁的结垢机理与影响因素综合研究,结果表明：当钻具结构与钻井液性能一定的情况下,钻井液中的固相含量与颗粒大小是影响钻杆内壁结垢的主要因素。金刚石岩心钻进所产生的岩屑粒径在5~100 μm之间,总体偏细,难以依靠自然沉降清除。为此,研制了TGLW系列小型离心机,现场试验表明：该离心机可使钻井液中固相颗粒的峰值从5~80 μｍ降到3~10 μｍ,固相粒度中值从11.189 μm降到3.513 μm,固相清除率达90%以上,控制钻井液固相含量在0.5%以下,既维护了钻井液性能、又预防了绳索取心钻杆内壁结垢。     

147mm铝合金钻杆抗内外压强度试验研究

铝合金钻杆因具有质量轻、比强度高、抗腐蚀性好、低磁等优点,在深井与超深井钻探作业中备受关注。在深井与超深井钻进中,铝合金钻杆需要承受巨大的内外压力,因此有必要对钻杆所能承受的最大内外压力进行计算与试验,对自行研制的147 mm铝合金钻杆进行了静水内、外压试验与弹性力学理论计算校核,7075铝合金钻杆在内压69.51 MPa时持续加压20 min,没有发生泄漏现象;最大抗外压值为107.4 MPa。2024铝合金钻杆在内压48.65 MPa时持续加压20 min,没有发生泄漏现象;最大抗外压值为72.3 MPa。试验表明,铝合金钻杆抗内、外压性能良好,从而保证了铝合金钻杆在深井及超深井钻进时的可靠性。     

盐水泥浆环境下含Er 7075铝合金抗腐蚀性能研究

通过晶间腐蚀实验和极化曲线,研究了添加0. 3%Er的7075铝合金抗腐蚀性能。利用光学金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)表征分析了合金的微观组织形貌和物相。结果表明,含0. 3%Er的7075铝合金组织细小,晶界析出大量粒状或棒状第二相,主要为Al3Er以及少量的Al8Cu4Er;合金的耐蚀性较好,晶间腐蚀程度随温度增加而增加,但80℃以下增加缓慢,100℃腐蚀明显加重。抗晶间腐蚀性能在中性溶液最好,碱性溶液最差,这一结果与极化曲线测试结果一致。     

极地钻探用铝合金双壁钻杆结构强度的有限元分析及试验研究

为了实现钻穿冰盖、直接获取冰下基岩样品的科研目标,本文设计了一种极地钻探用铝合金双壁钻杆,使钻杆可以满足极地上覆积雪层、冰层、冰岩夹层和冰下基岩等不同地层的空气反循环、水力反循环、绳索取心钻进相配合等钻进需求。依据铝合金双壁钻杆在极限拉伸、极限拉扭组合工况下的受力情况,开展了双壁钻杆的有限元分析,并对双壁钻杆外管与钢接头连接试样进行了拉伸试验与扭转试验。双壁钻杆有限元分析结果表明：在极限拉伸和极限拉扭组合工况下铝合金双壁钻杆中产生的最大应力分别为183.8 MPa与161.9 MPa,均小于铝合金材料的屈服强度489.99 MPa。双壁钻杆外管与钢接头连接试样强度试验结果也表明：拉伸试样破坏时的极限可承载拉力为399.5 kN,远大于提升1000 m双壁钻杆所需的拉力（208.11 kN）;扭转试样破坏时的极限可承载扭矩为8264.7N·m,同样大于钻杆在正常钻进过程当中所承受的最大扭矩（1990.56 N·m）。上述结果表明,极地钻探用铝合金双壁钻杆设计方案可以满足极地钻探使用要求。     

热轧3104铝合金的显微组织

应用取向分布函数 (ODF)和透射电镜 (TEM)分析热轧对 3 10 4铝合金织构及显微组织的影响。结果表明 ,热轧后织构类型为 (10 0 ) [uvw] ,其中 (10 0 ) [0 11]旋转立方织构为最强 ,且随形变量增加 ,取向密度增大 ,而相应的立方织构 (10 0 ) [0 0 1]取向密度较弱。TEM形貌像表明 ,在热轧过程中发生了动态回复 ,甚至动态再结晶 ,分布在视野内多而弥散的MnAl6 和α Al1 2 (FeMn) 3Si第二相粒子随形变量增大 ,尺寸逐渐减小 ,在动态再结晶过程中起到了粒子促进形核作用 (PSN)。     

铝合金钻杆尺寸与缺陷自动化检测装置的研制

为了填补我国铝合金钻杆检测技术与装备的空白,作者设计了铝合金钻杆尺寸与缺陷自动化检测装置,该装置由底架机构、支撑机构、测量机构、视频检测机构电控柜和操作台等部分组成。底架机构是铝合金钻杆检测装置的整体支撑机构,在承受钻杆重量的同时还要保证支撑机构、测量机构和视频检测机构的平稳运行;支撑机构是铝合金钻杆的支撑和动力机构,在钻杆检测过程中主要起到承载钻杆、带动钻杆沿轴向平移和转动的作用;测量机构用来测量铝合金钻杆外形尺寸,可测量钻杆不同点位的外径和壁厚;视频检测机构则用来观察铝合金钻杆,以判断钻杆内表面是否存在缺陷。配合电控柜和操作台,便可以实现铝合金钻杆直径、壁厚和内腔表面质量的自动化检测。     

高强耐热铝合金钻杆材料优选

铝合金钻杆的使用性能是制约深部钻探技术发展的"瓶颈"。本文综合考虑孔内工况因素和钻杆性能因素,以钻柱组合设计为基础准则,从特深孔钻探工程技术需求出发,开展了高强耐温铝合金钻杆材质选择和评价的试验研究。试验结果表明:2219铝合金固溶时效制度分别为535℃/1 h、165℃/20 h,2618铝合金固溶时效制度分别为530℃/1 h、200℃/20 h;2219铝合金在高温长时间暴露后的室温力学性能优于2618铝合金,在高温瞬时条件下的力学性能劣于2618铝合金;2219铝合金中含有Zr,该元素在热暴露过程中起到减缓溶质扩散速率的作用,这对提高热暴露后的剩余强度是有利的。     

5083铝合金成分优化及耐腐蚀性能研究

采用正交试验设计了不同成分的5083铝合金。运用晶间腐蚀、剥落腐蚀、极化曲线测试等研究手段,采用金相光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)等方法,分析了Mn、Zn、Mg、Si等元素对5083铝合金耐腐蚀性能的影响,得出各元素在5083铝合金中的最佳成分范围。结果表明,Mn含量控制在0.5%左右,Si含量不应超过0.2%,Zn含量控制在0.14%左右,Mg含量控制在4.3%左右,其余元素在限度范围内时,5083铝合金的耐腐蚀性能较好。     

深部钻探铝合金钻杆开发应用

铝合金钻杆具有质量轻、比强度高、钻进深度大等特点,开发并应用铝合金钻杆对提高我国难进入地区钻探施工效率、推动深部科学钻探技术进步以及节能降耗等具有重大现实意义。本文介绍了我国铝合金钻杆批量化、系列化开发与应用的现状,并重点分析了铝合金钻杆应用技术特点、试制关键技术、室内试验和推广应用情况;根据铝合金钻杆的实钻应用情况及研发趋势,提出了我国铝合金钻杆开发的新构想。     

Sm对铸态ZK30镁合金组织和耐腐蚀性能的影响

为提高高强镁合金的耐腐蚀性能,选用Sm作为合金化元素添加到ZK30镁合金中。采用真空感应熔炼炉制备了ZK30-xSm镁合金(x=0%,1%,2%,3%,4%,质量分数),并通过光学金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、静态失重法以及极化曲线等手段和方法,研究了合金的微观组织、成分和耐腐蚀性能。结果表明,加Sm镁合金主要由α-Mg基体和Mg41Sm5相组成,添加Sm元素以后,合金组织由树枝晶转变为细小的等轴晶,晶粒细化;产生的Mg41Sm5相减缓了ZK30镁合金在3.5%的NaCl溶液中的腐蚀速率,随着Sm含量的增加,腐蚀速率呈先减小后增加的趋势,在Sm含量为1%时,腐蚀速率达到最低,为0.299 5mg/(cm2·h),耐腐蚀性较好,但Sm含量过多时(超过1%),产生了Mg3Sm相,合金的腐蚀速率加快,耐腐蚀性能变差。     

微观组织对2A14铝合金轮毂力学性能和腐蚀性能的影响

通过电子背散射衍射(EBSD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、室温拉伸、浸泡腐蚀、电化学极化等测试分析方法,研究了2A14铝合金轮毂内部不同区域上微观组织的差异及其对力学性能和腐蚀性能的影响。结果表明,2A14铝合金轮毂的芯部和1/4层的晶粒尺寸分别是113和54 μm,再结晶分数分别是16%和36%。1/4层的合金相和时效析出相的含量都大于芯部,其中两种时效析出相(θ’和Q相)的数量密度均为芯部的2倍左右。芯部具有较大的晶粒尺寸和较少的时效析出相,因此具有较低的力学性能。同时,芯部相对于1/4层具有较少的合金相和较大的晶界相间距,因而芯部的电化学腐蚀和晶间腐蚀倾向均低于1/4层。     

铝合金硅烷化表面处理技术现状

本文介绍了铝合金硅烷化表面处理的腐蚀防护机理,并对相关性能影响因素(包括硅烷种类、溶液浓度、pH值及沉积方式)、改性技术(添加纳米颗粒、导入缓蚀剂及引入染色基团等)及硅烷膜的分析表征技术进行了综述.     

地质钻探高强度铝合金钻杆研制及其应用

铝合金钻杆的设计制造技术属高新技术范畴,世界上只有俄罗斯、美国等少数发达国家能够批量生产。简要介绍了我国地质钻探用铝合金管材研制、铝合金钻杆制造关键技术及野外试验情况,并对今后铝合金钻杆的研发和应用方向提出了建议。项目工作成果对今后我国开发特深孔铝合金绳索取心钻杆和超深孔铝合金钻杆具有重要价值。安徽彭桥煤矿区的铝合金钻杆钻探试验最大孔深超过1000 m,应用效果良好,开辟了我国地质钻探铝合金钻杆在中深孔应用的先河。     

勘探所研发系列铝合金钻杆

<正>[本刊讯]不久前,中国地质调查局勘探技术研究所研制的Φ147mm规格外加厚铝合金钻杆在"松科二井"工程中应用成功,标志着地调局勘探所研制的铝合金钻杆已初步形成系列化。2015年5月16~25日,Φ147mm铝合金钻杆(钻具组合采用钢、铝复合钻柱)在"松科2井"共下井8个回次,采用Φ311mm口径取心钻进累计进尺93.89m,井深3059.87m,取得了较好的技术应用效果。本次生产试验是我国自主开发的科学深井铝合金钻杆的首次应用,试验将持续进行,在考核国产