抽油桿修復(fù)熱處理工藝優(yōu)化研究

摘 要:本文通過對修復(fù)抽油桿試樣熱處理前后拉伸強度和疲勞試驗對比，得出了用高頻表面感應(yīng)淬火修復(fù)舊抽油桿工藝可行、質(zhì)量可靠的結(jié)論。對抽油桿修復(fù)工藝流程的設(shè)計與改造有深遠(yuǎn)的意義。

關(guān)鍵詞:抽油桿 修復(fù) 熱處理 優(yōu)化

中圖分類號:TE93 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2011)03(c)-0008-01

舊抽油桿經(jīng)過熱處理修復(fù)后可顯著提高抽油桿抗拉強度和疲勞強度，繼續(xù)下井使用，可以減少投入，節(jié)約生產(chǎn)成本，同時有效避免或減少抽油桿的疲勞斷裂現(xiàn)象，延長抽油井免修期，為油田和社會創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

為了驗證表面熱處理對抽油桿性能的影響，優(yōu)選抽油桿修復(fù)工藝，我們分別制作了D級舊抽油桿、D級新抽油桿和HL級超高強度新抽油桿幾組抽油桿試樣，通過在1000KN萬能材料試驗機和PLG-300KN高頻疲勞試驗機進(jìn)行分組交叉試驗，對各種熱處理方式下所得試樣進(jìn)行了抗拉強度檢驗和疲勞壽命檢驗，并對數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行對比分析。

1 拉伸試驗結(jié)果分析

第一組:舊D級抽油桿經(jīng)過淬火處理后σb提高到1126MPa，提高了25%，達(dá)到H級抽油桿的要求。

第三組:HL級超高強度抽油桿經(jīng)過淬火處理后，σb提高到1047MPa，比未經(jīng)熱處理的提高了67MPa，相當(dāng)于提高了6.4%。因為HL級所用材料為16MnCrMov或者FG20，這幾種材料含碳量很低，屬于非調(diào)質(zhì)鋼，熱處理對其不太明顯，用該材料加工抽油桿一般不需要對其調(diào)質(zhì)處理，只需要500℃左右的回火處理。

從以上分析可以看出，經(jīng)過表面淬火處理后，以上三組抽油桿的抗拉強度都有不同程度的提高，最大達(dá)到28.3%。同時，經(jīng)過淬火處理后，三組抽油桿的抗拉強度提高的幅度有較大的差別，通過對它們的斷口進(jìn)行觀測發(fā)現(xiàn)均存在淬硬層，且其深度也相差不多，通過金相分析發(fā)現(xiàn)主要原因是三組試件所采用的材料不同，其各自的含碳量不同，經(jīng)過淬火處理后得到的金相組織不同，其硬度值有較為顯著的差別(第一組HRC為42，第三組HRC為36)，從而引起抗拉強度的變化。

2 疲勞試驗結(jié)果分析

第一組:舊D級抽油桿

第一組試樣我們認(rèn)為是此次試驗研究的主要目標(biāo)，我們對該組未經(jīng)淬火處理的6根試樣全部進(jìn)行了疲勞試驗，試驗結(jié)果表明，有3根試樣在早期就疲勞失效了，分析也是由于兩個原因引起的，一是使用中有裂紋產(chǎn)生，另一個原因就是原來產(chǎn)品出廠時存在一定質(zhì)量問題，比如材料、熱處理工藝等，材料的金相組織晶粒粗大，鐵素體含量較高，并存在偏析，這都會降低使用壽命。

經(jīng)過淬火處理的5根試樣，疲勞壽命全部達(dá)到了D級抽油桿的性能要求，這充分說明了表面感應(yīng)熱處理對改善抽油桿的疲勞壽命有很大作用，尤其對焊口的強度也有很大的提高。但是為了增加修復(fù)抽油桿的疲勞可靠性，也要對舊桿實行嚴(yán)格的無損探傷制度。

第二組:D級新抽油桿

未經(jīng)淬火處理的5根試樣只有一根疲勞失效，斷裂部位是在頭部過渡區(qū)，因為試件采用的是磨擦焊對焊而成，頭部和桿體所用的不是同一種材料，分析原因是由于過渡區(qū)R值造成的或者是加工時存在缺陷，與桿體質(zhì)量無關(guān)。

經(jīng)過熱處理的5根試樣疲勞壽命全部達(dá)到D級抽油桿的性能要求。為了說明問題，其中第5根試樣試驗載荷提高到H級超高抽油桿的載荷(按SY/T6272-1997標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，H級疲勞試驗加載σmax=540MPa)也未發(fā)生疲勞破壞，基于這組試驗，可以看出:表面感應(yīng)淬火處理不僅對桿體焊口有強化作用，同時對復(fù)雜的幾何形狀的截面同樣有強化作用，比如過渡區(qū)R圓角;如果選用合適的D級抽油桿為母材加表面感應(yīng)淬火處理，可以達(dá)到HY級超高強度抽油桿的疲勞性能。

第三組:HL級超高強度抽油桿

HL屬材料型超高強度抽油桿，HY屬工藝型超高強度抽油桿。

這組未經(jīng)淬火的5根試樣有4根是按照D級桿加載的，未發(fā)生破壞，第5根是按照超高強度抽油桿加載的，在焊口發(fā)生的疲勞破壞，說明焊口的強度未達(dá)到規(guī)定的要求。經(jīng)過淬火處理的5根試樣都未發(fā)生破壞，其中第5根與未淬火第5根試樣一樣σmax＝540MPa也未發(fā)生破壞，這又一次說明了表面感應(yīng)熱處理對焊口有改善材料晶粒的作用，能提高其疲勞壽命。

3 結(jié)語

通過對三組試樣的抗拉強度與疲勞強度的比較，可以得出以下結(jié)論:

(1)經(jīng)過嚴(yán)格的無損探傷后的舊抽油桿經(jīng)過高頻加熱感應(yīng)淬火處理后，能顯著地提高抽油桿的抗拉強度，增加抽油桿的疲勞強度和使用壽命;

(2)高頻表面感應(yīng)淬火修復(fù)舊抽油桿，其機械性能指標(biāo)一般都能達(dá)到、有的甚至超過D級抽油桿的指標(biāo)，達(dá)到超高強度抽油桿的機械性能指標(biāo)，可以和新D級桿同時使用，不必分年限管理;

由此可知，高頻表面感應(yīng)淬火工藝是修復(fù)舊抽油桿的理想選擇。我們可以此為基礎(chǔ)，對抽油桿修復(fù)各項工藝技術(shù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，以確定油田抽油桿修復(fù)熱處理工藝流程及設(shè)備選型，對今后抽油桿修復(fù)流水線的設(shè)計與改造有深遠(yuǎn)的意義。

參考文獻(xiàn)

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[2]萬邦烈.采油機械的設(shè)計計算.石油工業(yè)出版社，1988.