Page 60 - 理化检验-物理分册2024年第三期
P. 60

陈小琴, 等: 抽油杆断裂原因


            较高, 说明断口表面覆盖含有 Fe元素的硫化物, 结                         长到一定深度和尺寸后, 应力和腐蚀介质的交互作用
            合现场调研发现抽油杆的服役环境中硫化氢含量较                             会促进裂纹的萌生和长大, 直至材料断裂。因此, 建
            高, 推测抽油杆发生了硫化氢腐蚀               [ 6 ] 。             议将抽油杆材料由 35CrMo钢改为 30CrMo钢, 适当
                 该抽油杆外壁腐蚀严重, 存在腐蚀坑, 底部存在                       增加 Cr元素和 Mo元素的含量, 可补偿强度损失, 使
            微裂纹, 腐蚀坑部位存在较大的应力集中, 导致疲劳                          材料的耐腐蚀、 应力腐蚀能力增强。也可通过增大抽
            裂纹萌生的时间缩短, 降低了抽油杆的抗疲劳性能。                           油杆直径的方式来减小抽油杆承受的应力。
                 抽油杆镦粗法兰附近杆体处的主应力最大, 表
                                                              3  结论及建议
            明该处最容易发生疲劳破坏, 卸载槽肩和镦粗法兰
            区域相对安全, 因为其横截面积大, 产生应力集中的                              该抽油杆断裂性质为腐蚀疲劳, 断裂的主要原
            可能性较小。该抽油杆断口位于外螺纹端部接头过                             因为: 油井改用深抽工艺后, 抽油杆承受了较大的拉
            渡圆弧部位, 断裂位置为抽油杆的主应力最大部位,                           伸载荷, 增大了抽油杆的平均应力, 缩短了抽油杆的
            易发生疲劳破坏。                                           疲劳寿命; 在抽油过程中, 对抽油杆进行上提下压,

                 根据统计数据显示, 交变载荷大于 45kN 的抽                      为抽油杆腐蚀疲劳提供了交变载荷; 油井内含有硫


            油杆断裂占比为 64.1% , 泵深大于 2800 m 的抽油                    化氢, 对抽油杆外壁产生腐蚀作用, 导致抽油杆外壁

            杆断裂占比为 76.9% , 沉没度小于 500m 的抽油杆                     产生腐蚀坑, 腐蚀坑底部应力集中程度较大, 在交变
            断裂占比为 65.1% 。因此可以看出, 交 变载荷、 泵                      载荷的作用下, 腐蚀坑底部产生微裂纹, 微裂纹不断
            深和沉没度是影响油井抽油杆断裂的重要因素。                              扩展, 最终导致抽油杆断裂。
                 随着抽油泵沉没度的增加, 沉没压力就会增大,                            建议适当降低抽油杆承受的应力, 选用抗硫抽
            上冲程中吸入压力作用在活塞上产生的载荷增大,                             油杆, 并对介质进行除硫处理。对热处理或轧制工
            可相应地降低抽油机悬点最大载荷; 但增加沉没度                            艺进行改进, 避免抽油杆在制造过程中发生表面脱
            就会使泵深增加, 抽油杆柱长度也随之增加, 导致悬                          碳现象。
            点最大载荷增大。因此, 应找到两者的最优控制点,
                                                               参考文献:
            使得抽油机悬点最大载荷达到最小。


                 从交变载荷频率考虑, 抽油杆在一定应力幅值                          [ 1 ]  KRECHKOVSKA H , KOPEY B , BAKUN B , etal.



            下工作时的疲劳寿命是一定的, 降低交变载荷的频                                 Pecularitiesoffati g ue cracks g rowthin steeland

            率, 并使用长冲程、 慢冲次抽油机, 可有效延长抽油                              com p osite sucker rods [ J ] .Procedia Structural

            杆的使用时间。因此, 建议采用长冲程抽油机进行                                 Inte g rit y , 2022 , 42 : 1406-1413.
                                                                [ 2 ]   白强, 庞斌, 林 伟, 等 .HL 型 抽 油 杆 断 裂 失 效 分 析
            采油, 同时降低冲次, 延长总服役时间。
                                                                    [ J ] . 金属热处理, 2016 , 41 ( 7 ): 187-191.
                 该抽油杆外壁存在轻微脱碳现象, 脱碳层深度
                                                                [ 3 ]   肖雯雯, 许艳 艳, 李 芳, 等 . 某 HL 级 35CrMo 抽 油 杆
            约为 0.05mm , 脱碳层会对其抗疲劳性能产生一定

                                                                    断裂 原 因 分 析 [ J ] . 腐 蚀 与 防 护, 2019 , 40 ( 8 ): 614-
            的影响, 因为脱碳层的渗碳体数量较少, 其强度和硬
                                                                    618.
            度较低, 脱碳层处更容易萌生疲劳裂纹, 导致材料的                           [ 4 ]   徐蔼彦, 陈举涛, 袁良帅, 等 .HL 级 35CrMoA 抽油杆
            抗疲劳性能下降。建议对热处理或轧制工艺进行改                                  杆体失效分析[ J ] . 焊管, 2017 , 40 ( 6 ): 34-37.
            进, 避免抽油杆在制造过程中发生表面脱碳现象。                             [ 5 ]   张旺宁, 王磊, 刘西西, 等 .35CrMo A 抽油杆失效原因
                 该 抽 油 杆 的 材 料 为 35CrMo 钢。研 究 表 明,                  分析[ J ] . 石油工业技术监督, 2018 , 34 ( 10 ): 21-24.
            35CrMo钢在含硫化氢溶液中具有明显的局部阳极溶                           [ 6 ]   闫治涛, 王 冰 冰, 张 毅, 等 . 某 油 井 抽 油 杆 腐 蚀 原 因
            解现象, 在点蚀坑内部会产生应力集中, 当点蚀坑生                               [ J ] . 理化检验( 物理分册), 2020 , 56 ( 11 ): 62-65.
                                                                                                                
            ( 上接第 44 页)
             [ 2 ]   王荣 . 失效分 析 应 用 技 术 [ M ] . 北 京: 机 械 工 业 出 版  [ 4 ]   石晓霞, 任慧平, 李晓, 等 .CrNi油井管回火脆性产生
                  社, 2019.                                          原因分析 与 探 讨 [ J ] . 热 加 工 工 艺, 2020 , 49 ( 8 ): 160-
             [ 3 ]   王荣 . 机械装备的失效分析( 续前) 第3 讲 断口分析技                164.

                                                               [ 5 ]   孙智, 任耀剑, 隋艳伟 . 失效分析: 基础与应用[ M ] . 北
                  术( 上)[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2016 , 52 ( 10 ): 698-
                 704.                                               京: 机械工业出版社, 2017.
             4 8
   55   56   57   58   59   60   61   62   63   64   65