浅析抽油杆柱疲劳失效的热处理因素

浅析抽油杆柱疲劳失效的热处理因浅析抽油杆柱疲劳失效的热处理因 素素 抽油杆是石油开采三抽设备中不可或缺的关键部件 故其 作用不容忽视 数量更是与日俱增 但在实际应用中 往往因 抽油杆柱发生断脱而影响石油开采效率和效益 其中热处理质 量对其疲劳失效有着较大影响 对此 本文对抽油杆柱疲劳失 效的热处理因素进行了分析 并就其控制措施进行了探讨 在石油开采过程中 抽油杆时常会因失效而影响作业进度 增加经济损失 其中疲劳 腐蚀 磨损是失效的常见形式 因 此为进一步提高石油生产效率 改善提取原油的高效性 并减 少不必要的资金支出 就必须对抽油杆柱疲劳失效的原因加以 分析 尤其是其热处理因素 以此寻求有效措施实现抽油杆的 高效耐用 进而促进石油开采稳步进行 抽油杆柱疲劳失效的热处理因素抽油杆柱疲劳失效的热处理因素 为了解热处理因素对抽油杆柱疲劳失效的作用机理 在此 以某采油厂的抽油杆断杆为例 结合其断裂部位 服役期限 循环周次以及生产泵型 动液面高 冲程长度 下泵深度 抽 油杆柱等级 数量等相关情况 作了如下探究 1 1 对断杆荷载强度的分析对断杆荷载强度的分析 有时抽油杆柱承受荷载不对称也会致使其出现疲劳失效 因此为进一步验证热处理因素对抽油杆柱疲劳失效的影响 有 必要对其荷载强度进行分析 1 2 对断杆断口情况的分析对断杆断口情况的分析 观察抽油杆断口宏观形貌发现 该断口平齐 无明显的辉 纹特征和塑性变形 裂纹从外螺纹根部开始 台阶明显 且扩 展方向与拉伸应力的最大方向保持垂直状态 同时 2 3 的抽油 杆截面均为断裂区 且其中结晶状的剪切唇和放射区较为明显 但并未观测到纤维区 故该材料具有较差的韧性 并受到了较 大的疲劳应力 随后经特殊处理后 对其微观形貌也作了认真 观察和分析 结果发现 其裂纹起源 扩展区以及断裂区均较 为平整 而断裂机理主要为混合断裂机构 且伴有准解理的二 次裂纹花样 由此可以判断 其的形成与氢脆 淬火不佳或回 火过热有关 进而导致钢的韧性和塑性降低 而脆性得到了增 强 同时位于螺纹根部的裂纹 应该是由过热导致的 如此一 来 其会明显降低材料性能 并缩短其使用寿命 若遇到动荷 载 其影响会更为凸显 同时在对抽油杆断裂位置截取了合适 的金相试样 经显微镜观察后发现 其组织相对粗大 为正火 态的铁素体与珠光体 故韧性较差 此外还在其硬度检测中得 知 该抽油杆内外具有不均匀的硬度 由上可知 抽油杆柱的疲劳失效与热处理因素关系较大 概括的讲 主要是因热处理过程中的过热现象对材料的晶粒分 布产生了影响 以致于弱化了杆柱的塑性和韧性 导致其外螺 纹根部由于应力相对集中而产生疲劳裂纹 并经快速扩展后发 生了准脆性疲劳断裂失效 抽油杆柱疲劳失效控制方法分析抽油杆柱疲劳失效控制方法分析 2 1 规范热处理工艺规范热处理工艺 鉴于抽油杆柱的热处理工艺对其材料性能影响较大 故应 基于完善的热处理制度规范工艺操作 以免因热处理不当降低 抽油杆柱的塑性 韧性和使用寿命 通常调质钢在完成热加工 后 必须借助预备热处理工艺降低其硬度 以消除组织缺陷 便于切削加工 然后需要进行的是淬火与高温回火等最终热处 理工艺 通常为防止出现热处理缺陷 往往要求淬火具有较慢 的冷却速度 若其强度较高 则建议采用温度较低的回火处理 工艺 如在对 40cr 合金钢进行热处理时 通常需要参考下述规 范标准 退火工艺需要采用随炉冷却方式 加热温度和保温时 间适宜控制在 850 和 120mim 左右 正火工艺需要采用空冷方 式 加热温度和保温时间适宜控制在 850 和 120mim 左右 淬 火工艺需要采用油冷方式 加热温度和保温时间适宜控制在 850 和 80mim 左右 而回火工艺则有低温 中温和高温之分 虽均采用空冷方式 但选用的具体温度和保温时间不尽相同 完成热处理操作后 我们应借助洛氏硬度结合金相观察 制备 磨光 机械抛光 显露组织 显微观察 对热处理后的材料性能 进行测试 若存在缺陷 则要采取合理有效的热处理修复工艺 加以补救 以此最大程度的降低热处理因素对抽油杆柱疲劳失 效的影响 2 2 注重科学使用和管理注重科学使用和管理 抽油杆柱的疲劳失效控制仅靠强化热处理工艺管理是不够 的 毕竟其在使用过程中还会受到其他因素的干扰 因此学会 科学使用 加强日常管理也十分关键 这就要求我们合理分析 其涵盖动载力 静载力 摩擦力在内的受力情况 并根据有无 初始裂纹状态下的疲劳寿命计算公式合理估算抽油杆柱的理论 寿命 在此基础上采取针对性措施以期最大限度的避免抽油杆 柱出现疲劳失效 如切实做大安全运输 规范存储 投入使用 前仔细清洁其接箍和螺纹 并施加一定的预应力 以免其发生 弯曲和腐蚀 针对具有一定倾斜度的油井 建议采用连续杆 以便降低脱扣事故 若油井泵挂较深或腐蚀性较强 建议选用 k 级杆 并结合其抗疲劳的实际强度值加以优化组合 以此使 其更为安全稳定 防止出现断裂事故 同时建立完善的抽油杆 柱修复和回收制度 并通过定期检测性能 循环周次统计 服 役条件分析 使用寿命估算等 予以及时维修和更换 以此降 低因抽油杆疲劳失效带来的不利影响 总之 抽油杆柱出现疲劳失效在石油开采过程中时有发生