螺杆泵井抽油杆失效具体原因分析
一、螺杆泵井抽油杆断裂原因分析
(1)热处理质较。通过对断裂的20CrMo抽油杆进行失效分析,发现有的抽油杆淬火未淬透,又未经回火,其金相组织为铁素体加珠光体,力学性能很差,极限强度仅为555Mpa。
(2)加工方法自身的缺陷。对于摩擦焊接式空心抽油杆,大部分厂家在杆体焊接后都没有进行整体调质热处理,而只是 进行局部热处理,因此焊口附近存在热影响区。另外,焊缝部位处理后存在凸台,引起应力集中。虽然热影响区可以通过整体调质热处理方法来消除,但焊口附近的应力集中现象却很难避免,这是 由摩擦焊接式抽油杆加工方式本身所决定的。
(3)锻造质量。抽油杆头部的锻造必须严格控制始锻温度和终锻温度。始锻温度过高会引起"过热"或"过烧"。锻温度过低金属变形困难,容易产生裂纹等缺陷。另外,抽油杆头部锻造时产生的缺陷还有折叠、裂纹、皱褶和缺肉,其中以折叠和裂纹对抽油杆的疲劳性能影响较大 。
(4)螺杆泵与抽油杆不匹配。有些螺杆泵井抽油杆断裂是 由于泵杆匹配不合理所致。
(5)冲击载荷影响。螺杆保温泵井在正常生产过程中,受原油物性、定子橡胶溶胀等因素影响,有时会出现卡泵现象,转子不能顺利转动,杆体承受的载荷远大于正常生产时的载荷,当剪应力过大而超过承载极限时,抽油杆发生断裂。另外,螺杆泵井停机后重新启动,杆柱要承受定子和转子之间的静吸附力作用,会对抽油杆造成冲击载荷,这种瞬间冲击载荷作用将加速抽油杆的疲劳破坏。
(6)井身结构影响。抽油杆应用于斜井,在弯曲部位,抽油杆将受到附加弯曲应力作用,极易造成杆柱断裂。而且随着杆体直径增大弯曲应力也随之变大。
(7)抽油杆偏磨。抽油杆在井下工作时其受力状况较为复杂,一方面要驱动转子旋转,承受扭矩作用,另一方面还要承受杆体自重,承受拉力作用,同时由于杆体自身的旋转,抽油杆还承受离心力作用。由于离心力的存在,使得抽油杆与油管内壁不可避免地发生碰撞,造成杆体磨损,承载能力下降。当磨损的抽油杆承载能力无法满足正常生产所需要的扭矩时,就会发生杆体断裂事故。
产能影响。对于一些产液能力强,特别是 有自喷能力的螺杆泵井,停机后套压会很快升高,井下泵会在油套环空液压力的作用下驱动转子转动,实现自喷生产。转子将带动上部杆柱正转,使整个杆柱的螺纹处于卸扣状态。
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