Page 82 - 2017物理第四期

DOI : １０．１１９７３ / lh jy Ｇwl２０１７０４０１３

抽油泵凡尔罩断裂失效分析

高海军 ,邹宗明 ,马林虎 ,朱全塔 ,郭达吉 １
２
１
１
１
( １． 国民油井格兰特钻具有限公司,北京 １００００７ ;
２． 中国石油集团 川庆钻探工程有限公司 川西钻探公司,成都 ６１００５１ )
摘 要: 某油田用抽油泵柱塞在服役两个月内即发生凡尔罩断裂失效, 利用光学显微镜、 扫描电
镜和显微硬度计等仪器从断口的宏观及微观形貌特征、 显微组织、 硬度和化学成分等方面对其进行
了分析.结果表明: 该凡尔罩不合理的结构设计和较差的表面加工质量导致了表面应力的集中和
疲劳裂纹源的过早产生; 同时大量大尺寸含硅夹杂物冶金缺陷的存在导致了沿晶裂纹的迅速扩展,
最终导致凡尔罩发生了疲劳断裂失效.
关键词: 凡尔罩; 失效分析; 疲劳; 断裂; 结构设计; 表面加工; 夹杂物
中图分类号: TE９３１ 文献标志码: B 文章编号: １００１Ｇ４０１２ ( ２０１７ ) ０４Ｇ０２８４Ｇ０４

FailureAnal y sisonFractureofanOilＧwellPum pValveCover

１
GAOHaiＧ j un , ZOUZon g Ｇmin g ２ , MALinＧhu , ZHUQ uanＧta , GUODaＧ j i １
１
１
( １．GrantPridecoofNationalOilwellVarco , Bei j in g１００００７ , China ;
２．ChuanxiDrillin gCo． , CNPCChuan q in gDrillin gEn g ineerin gCo． , Ltd． , Chen g du６１００５１ , China )
Abstract : ThevalvecoverofaoilＧwell p um pp lun g erfracturedafteruseforlessthantwomont hsinanoil
field．Themacroandmicrofracturea pp earancecharacteristic , microstructure , hardnessandchemicalcom p ositions
ofthevalvecoverwereanal y zedb yo p ticalmicrosco p e , scannin gelectron microsco p e , microhardnesstester , etc．
Theresultsshowthattheunreasonablestructuredesi g nandp oorsurfacemachinin gq ualit y ofthevalvecovercaused
itssurfacestressconcentrationandp rematurea pp earanceoffati g uecracksource．Atthesametime , theexistenceof
lotsofinclusionscontainin gsiliconinthematerialresultedinra p idp ro p a g ationoftheinter g ranularcracks , which
ledtothefinalfati g uefractureofthevalvecover．
Ke y words : valvecover ; failureanal y sis ; fati g ue ; fracture ; structuredesi g n ; surfacemachinin g ; inclusion

使用有杆抽油泵采油, 是目前各大油田采用的 失效分析大多集中在对其工作流程中的各种受力进
主要采油方式.油田生产中, 因抽油泵故障导致停 行分析, 相关解决方案多为调整抽油泵生产工作制
工的现象非常普遍 [ １ ] , 据统计基本上可以占到 ３５％ 度在一定程度上减缓其失效 [ ３Ｇ５ ] .为了找到改进该
以上, 而其中由于凡尔罩失效导致的抽油泵故障又 凡尔罩性能的有效途径, 笔者针对其中一个断裂凡
占整个抽油泵故障的 ４０％ 左右 [ ２ ] .随着油田生产 尔罩进行失效分析.
进入高含水中后期, 某厂设计生产了一种大流道抽
１ 理化检验
油泵来提高抽采效率.为了获得更大的流道, 该抽
油泵共设计了 ３ 个出油孔.新生产抽油泵在某油田 １．１ 断口宏观分析
服役不足两个月, 就发生了两起凡尔罩突然断裂事 断裂失效凡尔罩材料为３Cr１３ 钢, 经调质处理,
故, 导致该两口油井中断了正常的采油工作, 影响了 硬度技术要求为 １８７~２４１ HV .经初步观察, 断裂
油井的产量, 增加了修井作业费用.目前凡尔罩的 位置均位于凡尔罩出油口根部, 图 １ 为凡尔罩断口
宏观形貌, 图 １ ( a ) 为其整体形貌, 可见该凡尔罩断
收稿日期: ２０１６Ｇ０８Ｇ２３
口可分为 ３ 个区, 其中第 II和第 III区的断口表面
作者简介: 高海军( １９８２－ ), 男, 硕士, 工程师, 主要从事钻具技
已经受到较为严重的磨损, 无法用以观察分析; 第 I
术研究及市场开发工作, h j _ g ao＠１６３．com .
２ ８ ４