抽油桿修復熱處理工藝優化研究

摘 要:本文通過對修復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淬火修復舊抽油桿工藝可行、質量可靠的結論。對抽油桿修復工藝流程的設計與改造有深遠的意義。

關鍵詞:抽油桿 修復 熱處理 優化

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

舊抽油桿經過熱處理修復后可顯著提高抽油桿抗拉強度和疲勞強度，繼續下井使用，可以減少投入，節約生產成本，同時有效避免或減少抽油桿的疲勞斷裂現象，延長抽油井免修期，為油田和社會創造顯著的經濟效益。

為了驗證表面熱處理對抽油桿性能的影響，優選抽油桿修復工藝，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高頻疲勞試驗機進行分組交叉試驗，對各種熱處理方式下所得試樣進行了抗拉強度檢驗和疲勞壽命檢驗，并對數據結果進行對比分析。

1 拉伸試驗結果分析

第一組:舊D級抽油桿經過淬火處理后σb提高到1126MPa，提高了25%，達到H級抽油桿的要求。

第三組:HL級超高強度抽油桿經過淬火處理后，σb提高到1047MPa，比未經熱處理的提高了67MPa，相當于提高了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，屬于非調質鋼，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質處理，只需要500℃左右的回火處理。

從以上分析可以看出，經過表面淬火處理后，以上三組抽油桿的抗拉強度都有不同程度的提高，最大達到28.3%。同時，經過淬火處理后，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行觀測發現均存在淬硬層，且其深度也相差不多，通過金相分析發現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 疲勞試驗結果分析

第一組:舊D級抽油桿

第一組試樣我們認為是此次試驗研究的主要目標，我們對該組未經淬火處理的6根試樣全部進行了疲勞試驗，試驗結果表明，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生，另一個原因就是原來產品出廠時存在一定質量問題，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。

經過淬火處理的5根試樣，疲勞壽命全部達到了D級抽油桿的性能要求，這充分說明了表面感應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。但是為了增加修復抽油桿的疲勞可靠性，也要對舊桿實行嚴格的無損探傷制度。

第二組:D級新抽油桿

未經淬火處理的5根試樣只有一根疲勞失效，斷裂部位是在頭部過渡區，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R值造成的或者是加工時存在缺陷，與桿體質量無關。

經過熱處理的5根試樣疲勞壽命全部達到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標準中規定，H級疲勞試驗加載σmax=540MPa)也未發生疲勞破壞，基于這組試驗，可以看出:表面感應淬火處理不僅對桿體焊口有強化作用，同時對復雜的幾何形狀的截面同樣有強化作用，比如過渡區R圓角;如果選用合適的D級抽油桿為母材加表面感應淬火處理，可以達到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。

這組未經淬火的5根試樣有4根是按照D級桿加載的，未發生破壞，第5根是按照超高強度抽油桿加載的，在焊口發生的疲勞破壞，說明焊口的強度未達到規定的要求。經過淬火處理的5根試樣都未發生破壞，其中第5根與未淬火第5根試樣一樣σmax＝540MPa也未發生破壞，這又一次說明了表面感應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，可以得出以下結論:

(1)經過嚴格的無損探傷后的舊抽油桿經過高頻加熱感應淬火處理后，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)高頻表面感應淬火修復舊抽油桿，其機械性能指標一般都能達到、有的甚至超過D級抽油桿的指標，達到超高強度抽油桿的機械性能指標，可以和新D級桿同時使用，不必分年限管理;

由此可知，高頻表面感應淬火工藝是修復舊抽油桿的理想選擇。我們可以此為基礎，對抽油桿修復各項工藝技術參數進行優選，以確定油田抽油桿修復熱處理工藝流程及設備選型，對今后抽油桿修復流水線的設計與改造有深遠的意義。

參考文獻

[1]吳則中，等.抽油桿(有桿抽油設備與技術叢書).石油工業出版社，1994.

[2]萬邦烈.采油機械的設計計算.石油工業出版社，1988.