HL級抽油桿性能對比研究

王軍，史交齊，姬丙寅

HL級抽油桿性能對比研究

王軍，史交齊，姬丙寅

西安三維應(yīng)力工程技術(shù)有限公司（陜西西安710061）

對比了30CrMoA和35CrMoA HL級抽油桿的化學(xué)成分、拉伸性能、沖擊性能及疲勞性能。結(jié)果表明：35CrMoA的強(qiáng)度較30CrMoA高，沖擊功、伸長率、斷面收縮率均低于30CrMoA；30CrMoA的室溫疲勞壽命約是35CrMoA的2倍，低溫疲勞壽命是35CrMoA的5倍。因此，2種常用的抽油桿中30CrMoA的綜合性能更優(yōu)。

30CrMoA；35CrMoA；HL級；抽油桿；疲勞周次

隨著原油開采難度的加大，對抽油桿的承載能力要求越來越高，超高強(qiáng)度抽油桿的用量也越來越大[1-4]。抽油桿在交變載荷作用下，桿體和端部很容易發(fā)生疲勞斷裂。抽油桿發(fā)生疲勞斷裂后，需要進(jìn)行打撈和更換抽油桿，給油田帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失[5-8]。因此，有必要對抽油桿的力學(xué)性能及疲勞特性進(jìn)行研究，以提高抽油桿的疲勞強(qiáng)度，延長抽油桿的使用壽命，提高油田的經(jīng)濟(jì)效益。對目前常用的30CrMoA和35CrMoA HL級抽油桿的力學(xué)性能和疲勞性能進(jìn)行了對比研究，為抽油桿的選材提供了理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

選取2根30CrMoA（1#和2#）和2根35CrMoA（3#和4#）HL級抽油桿，每根抽油桿均含2個(gè)端部（一個(gè)端部取沖擊試樣；另一個(gè)端部取疲勞試樣），對其化學(xué)成分、拉伸性能、沖擊性能及疲勞性能進(jìn)行對比研究，其中疲勞性能測試采用以下2種實(shí)驗(yàn)條件：

第一種疲勞實(shí)驗(yàn)條件為實(shí)驗(yàn)溫度為-50℃（液氮冷卻氣體）；共振頻率20 300 Hz；載荷530 MPa。

第二種疲勞實(shí)驗(yàn)條件為實(shí)驗(yàn)溫度為室溫；共振頻率根據(jù)載荷和試樣尺寸，現(xiàn)場調(diào)試決定；載荷900 MPa。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1化學(xué)成分分析

抽油桿化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。結(jié)果表明，樣品的化學(xué)成分均符合GB/T 26075—2010《抽油桿用圓鋼》[9]標(biāo)準(zhǔn)的要求，35CrMoA的C含量比30CrMoA高，Si含量比30CrMoA低，Mn、Cr、Mo含量均高于30CrMoA，其余元素含量與30CrMoA基本一致。

表1 化學(xué)成分分析結(jié)果/%

2.2拉伸性能檢測

抽油桿拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。從表2可以看出，2種材質(zhì)抽油桿的拉伸性能均符合標(biāo)準(zhǔn)的要求[9]；35CrMoA抽油桿的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均顯著高于30CrMoA，伸長率和斷面收縮率略低于后者。

2.3沖擊性能檢測

依據(jù)GB/T 229—2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)要求對HL抽油桿的沖擊性能進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表3。從表3可以看出，30CrMoA的沖擊功明顯高于35CrMoA。

表2 2種材質(zhì)拉伸性能對比

表3 2種材質(zhì)沖擊性能對比

2.4實(shí)驗(yàn)室疲勞性能檢測

對30CrMoA和35CrMoA的低溫疲勞性能進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表4和表5。從表4可以看到，液氮冷卻氣體（-50℃）下30CrMoA的桿體、鐓粗過渡區(qū)、扳手方的疲勞周次高出35CrMoA相應(yīng)部位約5倍。

表4 2種材質(zhì)低溫疲勞性能對比

表5 2種材質(zhì)室溫疲勞性能對比

對35CrMoA和30CrMoA的室溫疲勞性能進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表5。從表5可以看出，30CrMoA的桿體、變徑處及端部的疲勞循環(huán)周次均高于35CrMoA同一部位約2倍，且對同一根抽油桿來說，桿體的疲勞性能更優(yōu)。

結(jié)合表2和表3可知，35CrMoA抽油桿的抗拉強(qiáng)度較30CrMoA高，沖擊功比30CrMoA低，但疲勞性能反而低，可見沖擊功對抽油桿的疲勞性能也有重要的影響，且低溫下30CrMoA的疲勞性能更優(yōu)。

3 結(jié)論

1）35CrMoA的強(qiáng)度高于30CrMoA，但伸長率、斷面收縮率、沖擊功及疲勞循環(huán)周次均低于30Cr-MoA。

2）沖擊性能對HL級抽油桿的疲勞性能有較大的影響。

3）30CrMoA的疲勞性能優(yōu)于35CrMoA，且低溫疲勞性能更優(yōu)。

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[9]全國標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC 183）.抽油桿用圓鋼:GB/ T 26075—2010[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

The chemical composition,tensile properties,impact properties and fatigue properties of 30CrMoA sucker rod were compared with those of 35CrMoA HL sucker rod.It is shown that,the strength of 35CrMoA is higher than that of 30CrMoA,its impact energy,elongation ratio and section shrinkage ratio were lower than those of 30CrMoA;the fatigue life of 30CrMoA at room temperature is about 2 times that of 35CrMoA,and its fatigue life at low temperature is 5 times that of 35CrMoA.Therefore,the comprehensive performance of 30CrMoA sucker rod is better.

30CrMoA；35CrMoA；HL grade;sucker rod;fatigue cycle

尉立崗

2017-02-07

王軍（1981-），男，工程師，主要從事新型油井管開發(fā)及失效分析工作。