取2个失效接头(均为公接头)编号为1，2号，分别进行宏观观察。

图1 1号钻杆接头不同部位的宏观形貌

由图1可见，肉眼无法观察到1号接头螺纹上的裂纹，螺纹表面磨损较轻微且存在黄褐色腐蚀产物；接头大端面有轻微磨损，靠近大端面的螺纹第1，2牙牙面镀磷层较完整；接头小端面涂层完好，说明小端面不存在磨损，小端面与接头副台肩面无接触。

图2 2号钻杆接头不同部位的宏观形貌

由图2可见，2号接头靠近大端面的螺纹第3牙牙底存在一条裂纹，裂纹开口较大且沿着牙底呈周向扩展，由此推断裂纹已贯穿整个螺纹壁厚；在大端面及靠近大端面的螺纹处存在较严重的冲刷腐蚀形貌，这说明主台肩的密封面未起到密封作用。由1，2号接头的宏观形貌可知，接头螺纹未上扣到位造成主台肩密封作用较差，同时接头螺纹第3牙处受到动态应力作用，在牙底产生裂纹，当裂纹贯穿后，钻杆内部高压钻井液沿着螺纹牙底从密封端面喷出，由于流速较快，在较短的时间内就形成冲刷腐蚀形貌。

将1，2号接头沿纵向对半剖开观察接头内壁的宏观形貌。

图3 1号接头内壁的宏观形貌

由图3可见，1号接头内壁涂层完好，螺纹第3牙和第2牙牙底的裂纹不明显。

图4 2号接头内壁的宏观形貌

由图4可见，2号接头螺纹第3牙牙底裂纹已经贯穿到内壁，内壁裂纹周长约为130mm，裂纹两侧的涂层完好；螺纹裂纹从第3牙扩展到第2牙，第3牙和第2牙牙底裂纹深度分别为20，16mm，裂纹开口均位于螺纹牙底承载面一侧。由1，2号接头内壁的宏观形貌可知，裂纹起源于螺纹牙底，而且螺纹第3牙牙底裂纹为主裂纹，推断此处在服役过程中受到的应力最大；牙底裂纹在周向扩展的同时向内壁径向扩展，最后贯穿整个壁厚。

采用CDG-6000A/9000A型荧光磁粉探伤机对1，2号接头进行磁粉检伤。

图5 1号接头螺纹磁粉检伤结果

由图5可见，1号接头靠近大端的螺纹第3牙和第2牙牙底均有裂纹，第3牙裂纹长度约占螺纹横截面周长的一半，第2牙裂纹长度约为80mm。

图6 2号接头螺纹磁粉检伤结果

由图6可见，2号接头螺纹第3牙贯穿的裂纹沿着螺纹牙底扩展到第2牙，裂纹周长大于螺纹所在横截面的周长。

在1号接头上取样，按照ASTM E415-08 Standard Test Method for Atomic Emission Vacuum Spectrometric Analysis of Carbon and Low-Alloy Steel，用ARL 4460 OES型直读光谱仪进行化学成分分析，结果如表1所示。

表1 1号接头的化学成分(质量分数)％

可见接头的化学成分符合API SPEC 5DP－2009(R2015) Specification for Drill Pipe对37CrMnMo钢的要求。

按照API SPEC 5DP－2009(R2015)，在1号接头上截取规格为ϕ12.5mm的圆棒拉伸试样、尺寸为10mm×10mm×55mm的CVN冲击试样以及厚度为10mm的条状试样。按照ASTM A370－2010 Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products采用WAW-600型电液伺服万能试验机进行拉伸性能测试，按照ASTM E23-07a Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials采用JBN-300型摆锤冲击试验机进行室温冲击性能测试，按照ASTM E10-18 Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials采用DHB-3000型布氏硬度计进行布氏硬度测试。

表2 1号接头的拉伸性能测试结果

表3 1号接头的冲击性能测试结果J

表4 1号接头的硬度测试结果HB

由表2和表3可见，1号接头的拉伸性能、冲击吸收能量和硬度均符合API SPEC 5DP－2009(R2015)对37CrMnMo钢的要求。

在1号接头的大钳部位、螺纹第3牙牙底裂纹周长的中间部位、螺纹第2牙牙底裂纹周长的中间垂直于裂纹处取样，试样经过打磨、抛光，用体积分数为4％的硝酸酒精溶液浸蚀，根据GB/T 13298－2015«金属显微组织检验方法»采用GX51型倒置金相显微镜分别观察1号接头大钳部位浸蚀后的显微组织，以及螺纹第3牙牙底裂纹周长中间部位和第2牙牙底裂纹周长中间垂直于裂纹处浸蚀前后的显微组织。

图7 1号接头大钳部位浸蚀后的显微组织形貌

由图7可见，1号接头大钳部位的显微组织为回火索氏体，晶粒度为8.5级。

图8 1号接头螺纹第2，3牙牙底裂纹处浸蚀前的显微组织形貌

由图8可见，第3牙牙底和第2牙牙底的裂纹开口均位于牙底圆弧靠近承载面一侧，裂纹整体走向较平直，第3牙牙底裂纹深度约为4mm，第2牙牙底裂纹深度约为2.5mm。

图9 1号接头螺纹第2，3牙牙底裂纹开口和尖端浸蚀后的显微组织形貌

由图9可见，第3牙牙底和第2牙牙底的裂纹开口两侧组织无明显变化，仍为回火索氏体，裂纹尖端均较圆顿。

根据GB/T 13298－2015«金属显微组织检验方法»，在2号接头螺纹第3牙牙底裂纹处取样，试样经过打磨、抛光，用体积分数为4％的硝酸酒精溶液浸蚀后，采用GX51型倒置金相显微镜观察显微组织。

图10 2号接头螺纹第3牙牙底裂纹不同区域的显微组织形貌

由图10可见，2号接头螺纹第3牙牙底裂纹的显微组织整体形貌与1号接头螺纹第2，3牙牙底裂纹的相似，裂纹开口也位于牙底承载面一侧，裂纹沿内壁径向扩展，深度约为17mm；裂纹开口、中部、近尖端和尖端两侧的显微组织为回火索氏体，裂纹内部填充有黑色的腐蚀产物且裂纹尖端较细。

分别将1号接头螺纹第3牙牙底裂纹和1号接头螺纹第3牙牙底裂纹人为打开观察断口的宏观形貌，并采用TESCAN VEGA II XMH型扫描电镜观察断口裂纹尖端的微观形貌。

图11 1号接头断口的宏观形貌和断口裂纹尖端的SEM形貌

由图11可见，靠近牙底黄褐色部位为裂纹处，银灰色部位为人为打开处，裂纹尖端(图11a)箭头处)存在堆垛状腐蚀产物，裂纹尖端断口呈现出准解理＋韧窝形貌。

图12 2号接头断口的宏观形貌和断口裂纹尖端的SEM形貌

由图12可见，牙底至银灰色交界的黄褐色部位为裂纹处，银灰色部位为人为打开处，裂纹尖端(图12a)箭头处)存在堆垛状腐蚀产物，裂纹尖端断口呈现出准解理＋韧窝形貌。

由理化检验结果可知，1号接头的化学成分和力学性能均符合API SPEC 5DP－2009(R2015)要求。由金相检验结果可知，1号接头的显微组织为回火索氏体。由断口分析结果可知，裂纹已经大部分穿透螺蚊但未立即断裂，这表明该接头满足钻杆“先刺后断”的设计要求，由此排除由接头材料缺陷造成泥浆冲刷腐蚀导致接头出现刺漏的可能。

钻杆接头只有内外螺纹参数相互匹配才能达到理想的连接预紧效果，内外螺纹如果存在锥度、螺距等参数误差，也会造成螺纹连接配合不佳和密封台肩面配合不到位，从而导致螺纹出现错扣和粘扣，最终使密封台肩面失效造成接头发生刺漏。但从公、母接头的宏观形貌来看，螺纹面并未出现错扣和粘扣，由此推断接头内外螺纹匹配良好，由此排除由公、母接头螺纹参数不匹配导致接头出现刺漏的可能。

接头上扣扭矩一般为API推荐的扭矩(非API接头上扣扭矩为钻具厂家推荐的扭矩)。双台肩接头正常上扣时，首先公、母接头的主台肩发生接触，此时公、母接头和副台肩存在约为0.25mm的间隙，当接头上扣实际扭矩达到API推荐的扭矩时，主台肩会发生弹性压缩变形直到副台肩也发生接触。如果接头上扣实际扭矩低于API推荐的扭矩，将会导致两种结果：(1)导致内外螺纹接头主台肩面没有足够的接触面压，钻井过程中接头受到拉伸和弯曲载荷作用时，内外螺纹接头的主台肩面易发生分离，从而破坏接头的密封性；(2)导致内外螺纹间配合松散，螺纹疲劳强度下降，从而引起疲劳裂纹。

由2号接头的冲刷腐蚀形貌可推测出，该接头在发生刺漏时，钻杆中高压泥浆有两条流动的循环回路，如图13所示(实线箭头代表由接头副台肩面开始的循环回路，虚线箭头代表由接头螺纹牙底贯穿裂纹开始的循环回路)。

图13 2号接头高压泥浆流动循环回路示意图

由图13可见，由于公、母接头主台肩面接触压力不足，副台肩也接触不良，在拉伸载荷作用下公母接头副台肩脱离接触，泥浆从副台肩进入螺纹通道。在旋转弯曲载荷的作用下，主台肩面局部短暂分离，高压泥浆瞬间从内部刺出，副台肩面也发生局部冲刷腐蚀。这个时期持续时间较短，形成的冲刷腐蚀较轻微，这与2号接头副台肩面的腐蚀冲刷形貌(见图2b))一致。

在上扣扭矩不足和拉伸载荷的共同作用下，2号接头内外螺纹间配合松动，螺纹牙底应力分布发生变化，局部应力集中加剧，造成螺纹处疲劳强度下降，在该接头螺纹第2，3牙牙底形成多条疲劳裂纹，这些裂纹由外向内扩展，当疲劳裂纹局部穿透后，在拉伸载荷作用下裂纹张开扩大，形成的通道比副台肩面的间隙要大，此时高压泥浆液主要从穿透的裂纹进入螺纹通道，极少从副台肩渗透，最终从失去密封性的主台肩面冲出。该阶段高压泥浆冲刷腐蚀持续时间长且破坏性较大，造成接头裂纹至密封台肩面之间的螺纹被大面积冲刷腐蚀，且冲刷腐蚀坑较深，最终形成接头冲刷腐蚀的形貌。