EVALUATION OF CHARACTERISTICS OF RESISTANCE OF PROPAGATION OF CORROSION- FATIGUE CRACKS OF LONG-TERM OPERATED DRILL PIPES
DOI:
https://doi.org/10.31471/2304-7399-2020-1(59)-111-122Keywords:
drill string, drilling mud, diagrams of cyclic corrosion resistance, corrosion-fatigue cracks, stress intensity factor.Abstract
The aim of the proposed article is to determine the patterns of the corrosion-fatigue cracks in long-term operational metal elements of drill strings (steel 45, 36G2S, 40HN) when drilling wells in corrosive environments (drilling fluid "Biocar", potassium polymer mud and on the air). Based on the obtained results of experimental studies, diagrams of cyclic corrosion crack resistance for the studied systems "metal - medium" were drawn. The cyclic crack resistance characteristics of long-used metals of drill string elements are determined - the values of constants (C and n) in power dependence of Paris, as well as the values of threshold and critical stress intensity factory. The influence of drilling mud of the corrosion crack resistance of the investigated metals of drill string elements was estimated quantitatively. In particular, in the environment of drilling mud "Biocar" the process of corrosion-fatigue crack development in the studied metals of the elements of drill strings is not significantly, in the range of 1-5%, differs from the development of fatigue crack on the air. Whereas in the potassium polymer drilling mud media, the rate of corrosion-fatigue cracks development in the investigated metals of the drill strings elements significantly, in the range of 15-35%, differs from the development of fatigue cracks on the air. It is established that under the influence of working loads the process of the corrosion-fatigue crack development in long-operated elements of drilling string is accelerated by more than 10% in the media of the potassium polymeric drilling mud than in the environment of drilling mud "Biocar".
References
Zamani, S.M. Failure analysis of drill pipe: A review /S.M. Zamani, S.A. Hassanzadeh-Tabrizi, H. Sharifi // Engineering Failure Analysis. – Jan 2016. – Vol. 59. – Р 605-623. – doi: 10.1016/j.engfailanal.2015.10.012.
Macdonald, K.A. Failure analysis of drillstrings. / K.A. Macdonald, J.V. Bjune // Engineering Failure Analysis. – 2007. – Vol. 14, Is. 8. – P 1641-1666. – doi:10.1016/j.engfailanal.2006.11.073.
Li F.P. Piecing Failure Analysis of Drill Pipe Upset / F.P. Li, Y.G.Liu, Y.Wang // Advanced Materials Research. –Aug. 2011. – Vol. 314-316. –Р. 1210-1213. – doi:10.1016/j.engfailanal.2011.06.018.
Lu S. Failure analysis of IEU drill pipe wash out / S. Lu, Y. Feng, F. Luo, C. Qin, X. Wang. // International Journal of Fatigue. – Dec. 2005. –Vol. 27. – Is. 10-12. – P. 1360-1365. https://doi:10.1016/j.ijfatigue.2005.07.012
Івасів В.М. Аналіз причин руйнування елементів бурильної колони / В.М. Івасів, Я.С. Гринджук, А.Р. Юрич // Технологический аудит и резервы производства. – 2014. – №6/4 (20). – С. 15-17.
Luo S. Effect of stress distribution on the tool joint failure of internal and external upset drill pipes / S. Luo, S. Wu // Materials and Design. – 2013. – Vol. 52. – Р 308-314. – doi.org/10.1016/j.matdes.2013.05.073.
Zhu X. Failure analysis and solution studies on drill pipe thread gluing at the exit side of horizontal directional drilling / X. Zhu, L. Dong, H. Tong // Engineering Failure Analysis. – 2013. – Vol. 33. – Р 251-264. – dx.doi.org/10.1016/j.engfailanal.2013.05.017.
Murthy G.V.S. Hardbanding failure in a heavy weight drill pipe / G.V.S. Murthy, G. Das, S.K. Das, N. Parveen, S.R. Singh // Engineering Failure Analysis. – 2011. – Vol. 18. – Р 1395-1402.
Механіка руйнування і міцність матеріалів: довідн. посіб. / за заг. ред. В.В. Панасюка. – Том 10: Міцність та довговічність нафтогазового обладнання / В.І. Похмурський, Є.І. Крижанівський, В.М. Івасів та ін. – Львів, Івано-Франківськ: Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України; Івано-Франківський націон. техн. ун-т нафти і газу, 2006. – 1193 с.
Moradi S. Experimental and computational failure analysis of drill-strings / S. Moradi, K. Ranjbar // Engineering Failure Analysis. – 2009. – Vol. 16, Is. 3. –P. 923-933. – doi:10.1016/j.engfailanal.2008.08.019.
Артим В.І. Аналіз корозійно-втомних руйнувань елементів бурильної колони / В.І. Артим, І.І. Яциняк, В.В. Гриців [та ін.] // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. – 2012. – № 2 (43). – С. 197-202.
Chandra D. Fatigue crack growth of a corner crack in a square prismatic bar under combined cyclic torsion-tension loading. / D. Chandra, J. Purbolaksono, Y. Nukman, H.L. Liew, S. Ramesh, M. Hamdi // International Journal of Fatigue. – 2014. – Vol. 64. – N 4 (July). – P. 67-73. –https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2014.02.021
Yu H. Experimental and numerical study on casing wear in a directional well under in situ stress for oil and gas drilling / H. Yu, Z. Lian, T. Lin, K. Zhu // – Journal of Natural Gas Science and Engineering – 2016. –V. 35. – P. 986-996. http://dx.doi.org/10.1016/j.jngse.2016.09.047
Bertini L. Fatigue crack growth behaviour of four structural steels in air and in a geothermal fluid environment / L. Bertini, P. Conti // International Journal of Fatigue – 1992. – Vol. 14. – N 2. – Р. 75-83.
Механика разрушения и прочность материалов: [справ. пособ. в 4-х т. / под общ. ред. В. В. Панасюка]. – К.: Наук. думка, 1988–1990.
Дмитрах І. М. Вплив корозійних середовищ на локальне руйнування металів біля концентраторів напружень / І. М. Дмитрах, В. В. Панасюк – Львів: Національна академія наук України. Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка. – 1999. – 341 с.
Грабовский Р. С. Установка для испытаний конструкционных материалов на циклическую коррозионную трещиностойкость / Р. С. Грабовский, И. Н. Дмытрах, Я. Н. Пукас [и др.] // Деп. ВИНИТИ № 67 68 – В 89 от 10.11.1989 г. – С. 8.
Лубан Ю. В. Біокар – безглиниста промивальна рідина для буріння похило-скерованих і горизонтальних свердловин та розкриття продуктивних горизонтів / Ю. В. Лубан, Я. В. Кунцяк, С. В. Лубан, О. А. Білека, Д. М. Круль, Я. І. Кулик // Нафтова і газова промисловість. – 2008. – № 4. – С. 18-21.
Лубан Ю. В. До питання кольматації проникних пластів під час використання безглинистих промивальних рідин / Ю. В. Лубан, Я. В. Кунцяк, С. В. Лубан, Я. І. Кулик // Нафтогазова галузь України. – 2013. – №4. – С. 10-14.
Кустурова О. В. Розробка і дослідження гуматно-біополімерного бурового розчину для буріння похило скерованих і горизонтальних свердловин на родовищах Дніпровсько-Донецької западини / О. В. Кустурова // Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. – 2005. – №1. – С. 16-21.
Кустурова О. В. Розробка гуматно-біополімерного бурового розчину з низьким вмістом твердої фази для буріння свердловин в умовах родовищ Дніпровсько-Донецької западини: дис. канд. техн. наук /
О. В. Кустурова – Івано-Франківськ. – 2007. – 146 с.
RiceJ.R. A Path Independent Integrl and the Approximate Analysis of Strain Concentration by Notches and Cracks /J.R. Rice// Joгrnal of Applid Mechanics. – 1968. – Vol. 35. – рр. 379-386.
Механіка руйнування і міцність матеріалів: довідн. посібник / під заг. ред. В. В. Панасюка. – Том 7: Надійність та довговічність елементів конструкцій теплоенергетичного устаткування / І. М. Дмитрах, А. Б. Вайнман, М. Г. Стащук, Л. Тот; під ред. І. М. Дмитраха. – К.: ВД “Академперіодика”, 2005. – 378 с.
