Ідентифікація водневої крихкості та ролі міжкристалічного крихкого руйнування відмов бурильних труб API 5DP G105 у бурових роботах на суші

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.361514

Ключові слова:

рідина для завершення буріння високої щільності, водневе окрихчення, аналіз руйнування високоміцної сталі, завершення буріння

Анотація

Об’єктом цього дослідження є високоміцна сталь API 5DP Gr 105, яка використовувалася під час закінчування свердловин у корозійному середовищі. У цій роботі зосереджено увагу на ключових факторах, що впливають на пошкодження матеріалу, спричинені слідами ковзання, розтягувальним навантаженням та вмістом водню в забрудненому розсолі та рідині для закінчування, які не були розглянуті в попередніх дослідженнях. Було проведено кілька випробувань, включаючи хімічні, механічні та поверхневі характеристики. Випробування хімічного складу рідини показує, що розсіл був забруднений газоподібним H2S та сіркою, з неминучими слідами хлориду, бікарбонату, карбонату, бісульфіду та сульфіду, що забезпечує активні центри для дифузії атомів водню в слідах ковзання. Випробування складу матеріалу підтверджує, що пошкоджений матеріал є API 5DP Gr 105. Помітна кількість фосфору збільшує сегрегацію по межах зерен та послаблює когезійний металевий зв’язок. Твердість на рівні 28°C за Роквеллом є неминучою та збільшує вразливість матеріалу до окрихчення, незважаючи на те, що випробування на енергію Шарпі показує керований рівень, що підтверджує локальну крихкість. Висока міцність на розрив 914 МПа свідчить про окрихчення, хоча матеріал залишається пластичним, з помітним видовженням на 20%. У мікроструктурі спостерігалася міжзеренна тріщина, а сліди ковзання служать концентраторами напружень для тріщини. Таким чином, можна зробити висновок, що поєднання навантаження на розтяг, вмісту газоподібного водню, локальних слідів ковзання та рідини для завершення буріння у свердловині послабило межі зерен і послужило початковою тріщиною з високою концентрацією атомів водню. Ця робота моделює аналіз першопричин високоміцної сталі під час операцій з завершення свердловин на береговому об’єкті

Біографії авторів

Sidhi Aribowo, University of Indonesia

PhD Student

Department of Materials and Metallurgical Engineering

Johny Wahyuadi Soedarsono, Universitas Indonesia

Doctor of Engineering, Professor

Prof Johny Wahyuadi Laboratory

Department of Metallurgical and Materials Engineering

Suryadi Suryadi, Universitas Indonesia

Head of Engineering Services Division

Center for Materials Processing and Failure Analysis (CMPFA)

Department of Metallurgical and Materials Engineering

Slamet Nurhadi, Pertamina Drilling Services Indonesia

Maintenance Manager

Warneri Warneri, Pertamina Drilling Services Indonesia

Manager Rig Operation V

Sopar Mangarapot Simanullang, Pertamina Drilling Services Indonesia

Assistant Manager Quality Control

Agus Kaban, Universitas Indonesia

Master of Engineering, Graduate Student

Prof Johny Wahyuadi Laboratory

Department of Metallurgical and Materials Engineering

Raajwa Ayudhia Kamila, Universitas Indonesia

Research Assistant

Prof Johny Wahyuadi Laboratory

Department of Metallurgical and Materials Engineering

Посилання

  1. Laureys, A., Depraetere, R., Cauwels, M., Depover, T., Hertelé, S., Verbeken, K. (2022). Use of existing steel pipeline infrastructure for gaseous hydrogen storage and transport: A review of factors affecting hydrogen induced degradation. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 101, 104534. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2022.104534
  2. Aditiyawarman, T., Soedarsono, J. W., Kaban, A. P. S., Riastuti, R., Rahmadani, H. (2022). The Study of Artificial Intelligent in Risk-Based Inspection Assessment and Screening: A Study Case of Inline Inspection. ASCE-ASME Journal of Risk and Uncertainty in Engineering Systems, Part B: Mechanical Engineering, 9 (1). https://doi.org/10.1115/1.4054969
  3. Sridharan, V. S., Verma, V. K., Narayan, R. L., Lu, X., Siwei, D., Chaudhary, V. et al. (2025). Hydrogen embrittlement of additively manufactured metallic materials. International Journal of Hydrogen Energy, 121, 245–272. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.03.222
  4. Mokhtari, E., Heidarpour, A., Javidan, F. (2024). Mechanical performance of high strength steel under corrosion: A review study. Journal of Constructional Steel Research, 220, 108840. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2024.108840
  5. Oriani, R. A. (1972). A mechanistic theory of hydrogen embrittlement of steels. Berichte Der Bunsengesellschaft Für Physikalische Chemie, 76 (8), 848–857. Portico. https://doi.org/10.1002/bbpc.19720760864
  6. Damage Mechanisms Affecting fixed Equipment in the Refining Industry (2003). Recommended Practice 571 First Edition. API.
  7. Wu, X., Song, Z., Tan, M., Jia, W., Liu, J. (2026). Hydrogen-induced failure mechanism of X80 pipeline steel welded joints based on macro-and micro-scale experimental analysis: Embrittlement enhancement effect caused by high hydrogen trap density. Engineering Failure Analysis, 183, 110190. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2025.110190
  8. Zekun, Y., Zhanli, Y., Hao, Y., Yan, Z., Kai, X. (2025). Hydrogen embrittlement in welded joints of high-strength pipeline steels: A review of mechanisms, characterization, and mitigation strategies. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 218, 105615. https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2025.105615
  9. Kawamori, M., Shibata, K., Yoda, R., Morita, S., Fujita, Y., Kuroda, S. et al. (2025). Dual effects of deformation on hydrogen embrittlement of austenitic stainless steels revealed by hydrogen visualization combined with microstructural analysis. International Journal of Hydrogen Energy, 145, 559–577. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.05.426
  10. Kawamori, M., Yuse, F. (2023). In-situ measurement of hydrogen entry and hydrogen embrittlement of steel by atmospheric corrosion. Corrosion Science, 219, 111212. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111212
  11. Lan, X., Okada, K., Ueji, R., Shibata, A. (2025). Improving hydrogen embrittlement resistance in high-strength martensitic steels via thermomechanical processing. Scripta Materialia, 264, 116711. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2025.116711
  12. Hwang, Y., Park, H., Yun, H. S., Bae, K.-O., Baek, U. B., Lee, J. (2025). Effects of sensitization on hydrogen embrittlement behavior in 304 stainless steel. Materials & Design, 260, 115130. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2025.115130
  13. Dong, X., Wang, D., Thoudden-Sukumar, P., Tehranchi, A., Ponge, D., Sun, B., Raabe, D. (2022). Hydrogen-associated decohesion and localized plasticity in a high-Mn and high-Al two-phase lightweight steel. Acta Materialia, 239, 118296. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118296
  14. Asadipoor, M., Pourkamali Anaraki, A., Kadkhodapour, J., Sharifi, S. M. H., Barnoush, A. (2020). Macro- and microscale investigations of hydrogen embrittlement in X70 pipeline steel by in-situ and ex-situ hydrogen charging tensile tests and in-situ electrochemical micro-cantilever bending test. Materials Science and Engineering: A, 772, 138762. https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.138762
  15. Singh, R., Sharma, R., Rao, G. R. (2023). A comprehensive review on the high-density clear completion fluids for applications in HPHT well completion. International Journal of Oil, Gas and Coal Technology, 32 (1), 70. https://doi.org/10.1504/ijogct.2023.127337
  16. Peng, X., Yu, H., Lian, Z., Dong, B., Zhong, W., Zhang, Y., Hu, Z. (2021). Material optimization of drill pipe in complex wellbore environments by comparing fatigue life and cost. Energy Reports, 7, 5420–5430. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.08.135
  17. Zamani, S. M., Hassanzadeh-Tabrizi, S. A., Sharifi, H. (2016). Failure analysis of drill pipe: A review. Engineering Failure Analysis, 59, 605–623. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2015.10.012
  18. Atamashkin, A., Priymak, E., Tulibaev, E., Syomka, Y., Trushov, V. (2024). Influence of force parameters of rotary friction welding on the microstructure and mechanical properties of welded joints of high-strength drill pipes. International Journal on Interactive Design and Manufacturing, 19 (4), 2937–2950. https://doi.org/10.1007/s12008-024-02011-w
  19. Cho, L., Bradley, P. E., Lauria, D. S., Connolly, M. J., Seo, E. J., Findley, K. O. et al. (2021). Effects of hydrogen pressure and prior austenite grain size on the hydrogen embrittlement characteristics of a press-hardened martensitic steel. International Journal of Hydrogen Energy, 46 (47), 24425–24439. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.05.005
  20. Yu, H., He, J., Morin, D. D., Ortiz, M., Zhang, Z. (2025). A self-consistent void-based rationale for hydrogen embrittlement. Scripta Materialia, 255, 116403. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2024.116403
  21. Kim, K.-S., Kang, J.-H., Kim, S.-J. (2019). Effect of Grain Boundary Carbide on Hydrogen Embrittlement in Stable Austenitic Stainless Steels. ISIJ International, 59 (6), 1136–1144. https://doi.org/10.2355/isijinternational.isijint-2018-639
  22. Puiggali, M., Zielinski, A., Olive, J. M., Renauld, E., Desjardins, D., Cid, M. (1998). Effect of microstructure on stress corrosion cracking of an Al-Zn-Mg-Cu alloy. Corrosion Science, 40 (4-5), 805–819. https://doi.org/10.1016/s0010-938x(98)00002-x
  23. Howard, S., Chrenowski, M. (2014). Corrosion in Formate Brines – 20 Years of Laboratory Testing and Field Experience. Offshore Technology Conference-Asia. https://doi.org/10.4043/24983-ms
  24. Silverman, S. A., Bhavsar, R., Edwards, C., Virally, S., Foxenberg, W. (2003). Use of High-Strength Alloys and Elastomers in Heavy Completion Brines. SPE Annual Technical Conference and Exhibition. https://doi.org/10.2118/84515-ms
  25. Espinosa-Medina, M. A., la Torre, G. C.-D., Castillo, A. S., Ángeles-Chávez, C., Zeferino-Rodríguez, T., González-Rodríguez, J. G. (2017). Effect of Chloride and Sulfate Ions on the SCC of API-X70 Pipeline Welds in Diluted Carbonated Solutions. International Journal of Electrochemical Science, 12 (8), 6952–6965. https://doi.org/10.20964/2017.08.07
  26. Komazazki, S.-I., Watanabe, S., Misawa, T. (2003). Influence of Phosphorus and Boron on Hydrogen Embrittlement Susceptibility of High Strength Low Alloy Steel. ISIJ International, 43 (11), 1851–1857. https://doi.org/10.2355/isijinternational.43.1851
  27. Nanninga, N., Grochowsi, J., Heldt, L., Rundman, K. (2010). Role of microstructure, composition and hardness in resisting hydrogen embrittlement of fastener grade steels. Corrosion Science, 52 (4), 1237–1246. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2009.12.020
  28. Park, H., Yoo, J., Lee, J.-J., Kang, Y., Seo, K. M., Lee, C.-H. et al. (2024). Impact of hydrogen embrittlement on the tensile-shear property of resistance spot-welded advanced high-strength martensitic steels. International Journal of Hydrogen Energy, 71, 319–333. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.05.138
  29. Li, X., Zhang, J., Cui, Y., Djukic, M. B., Feng, H., Wang, Y. (2024). Review of the hydrogen embrittlement and interactions between hydrogen and microstructural interfaces in metallic alloys: Grain boundary, twin boundary, and nano-precipitate. International Journal of Hydrogen Energy, 72, 74–109. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.05.257
  30. Cui, D., Bai, Y., Xiong, L., Yu, B., Wei, B., Sun, C. (2024). Effects of hydrogen blending ratios and CO2 on hydrogen embrittlement of X65 steel in high-pressure offshore hydrogen-blended natural gas pipelines. Journal of Materials Research and Technology, 33, 4763–4771. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.10.150
  31. Tong, Z., Wang, H., Zheng, W., Zhou, H. (2024). Change in Hydrogen Trapping Characteristics and Influence on Hydrogen Embrittlement Sensitivity in a Medium-Carbon, High-Strength Steel: The Effects of Heat Treatments. Materials, 17 (8), 1854. https://doi.org/10.3390/ma17081854
Ідентифікація водневої крихкості та ролі міжкристалічного крихкого руйнування відмов бурильних труб API 5DP G105 у бурових роботах на суші

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-06-30

Як цитувати

Aribowo, S., Soedarsono, J. W., Suryadi, S., Nurhadi, S., Warneri, W., Simanullang, S. M., Kaban, A., & Kamila, R. A. (2026). Ідентифікація водневої крихкості та ролі міжкристалічного крихкого руйнування відмов бурильних труб API 5DP G105 у бурових роботах на суші. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(1 (141), 53–63. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.361514

Номер

Том 3 № 1 (141) (2026): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Sidhi Aribowo, Johny Wahyuadi Soedarsono, Suryadi Suryadi, Slamet Nurhadi, Warneri Warneri, Sopar Mangarapot Simanullang, Agus Kaban, Raajwa Ayudhia Kamila

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.