鉆桿是鉆柱系統(tǒng)的重要組成部分。在鉆井過程中，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)物等均會對鉆桿造成嚴重的腐蝕。我國探明并開發(fā)的油氣資源中有大量含H2S的油氣田。H2S的腐蝕性較強，鉆桿在含H2S環(huán)境中工作時易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂和疲勞腐蝕。由于H2S具有一定的毒性，目前對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制的研究鮮見報道。為此，科研人員以S135鉆桿鋼為研究對象，對其在空氣和H2S環(huán)境中進行了不同應(yīng)力幅下的疲勞試驗，重點研究了其疲勞壽命和腐蝕疲勞斷裂機制，為延長鉆桿使用壽命，提高使用安全性提供試驗依據(jù)。

試驗材料為國內(nèi)某鋼廠生產(chǎn)的S135鉆桿鋼，其化學(xué)成分（質(zhì)量分數(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+細小碳化物。沿鉆桿縱向取樣進行拉伸和沖擊性能試驗，測得其屈服強度和抗拉強度分別為1020、1086MPa，伸長率為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機上，分別在實驗室空氣和含H2S的環(huán)境箱中進行疲勞試驗。在空氣中疲勞試驗時的應(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)力幅下仍會發(fā)生斷裂，不存在疲勞極限。

（2）在不同環(huán)境和不同當(dāng)量應(yīng)力幅下，試驗鋼的疲勞裂紋均萌生于試樣表面或靠近表面處，裂紋源區(qū)以解理斷裂為主；在空氣環(huán)境下，裂紋擴展區(qū)以疲勞條帶為主要特征，在H2S環(huán)境中，裂紋擴展區(qū)以解理平面和解理臺階為主要特征，在其解理平面上存在大量的二次裂紋，具有氫脆斷裂的特征。