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1、35CrMoA型抽油杆失效分析35CrMoA抽油杆杆体失效分析1、抽油杆使用现状分析2、35CrMoA型抽油杆的介绍3、试验介绍（1）试验试样及服役条件（2）试验方法（3）试验结果分析（4）结论分析4、预防抽油杆失效措施5、参考文献抽油杆使用现状分析有杆采油技术是目前各油田主要的采油方式，抽油机采油是目前占据主导地位的人工举升方式。抽油杆柱是将地面往复运动传递到井下抽油泵的中间环节，也是有杆抽油系统中最薄弱的环节之一。抽油杆柱的工作的可靠性直接决定了油井是否能够正常生产，其工作性能的好坏，直接影响抽油效率。抽油杆的断脱是制约采油厂延长检查周期的关键因素，而抽油杆的偏磨是引起管漏及杆断脱的主要因
2、素。目前各采油厂所使用的抽油杆大多都是修复杆，存在着重复使用率较高的问题，使用年限不清楚，抽油杆受力已不符合等强度原则。一旦弯曲使一部分杆承受的压力变大，致使形成压力集中区而产生疲劳破坏。因此，对于抽油杆的合理设计以及失效原因的分析，成了延长抽油杆使用寿命和提高采油效率必不可少的环节。35CrMoA型抽油杆的介绍35CrMoA钢是在Cr-Mo系统上发展起来的中碳调质 钢。该钢种含碳量较高，并含有Cr和Mo为主要合金元 素。所以该钢种淬硬倾向十分明显，冷裂倾向较为严重。因具有较好的工艺性能及综合力学性能，石油钻采、石油化工等设备上常采用35CrMoA或 35crMo钢。在石油钻采方面用来制造中心
3、管、轴 以及各类零部件。在石油化工机械方面常用来制 造各类紧固件(双头螺栓、螺母)及各类法兰等锻件。35CrMoA钢金相组织分析35CrMoA抽油杆杆体失效分析 试验试样和服役条件试验采用 HL 级 25 mm 35CrMoA 抽油杆，在井下服役 235 天后，杆柱运行 1.0105 次，达 到额定寿命（1107 次）的 10%，距井口第 27 根 3/4 抽油杆处发生杆体断裂。最大载荷137.9 kN，最小载荷 67.5 kN，交变载荷 70.4 kN，可见交变载荷较大。试验方法在断裂抽油杆断口附近切取试样，采用直读光谱仪进行化学成分检测试验。截取断口表面试 样，使用扫描电子显微镜观察断口形
4、貌，并对裂 纹源腐蚀坑中的腐蚀产物做能谱分析。从断口裂 纹源处截取金相试样，用砂纸逐级打磨并抛光。用 4%硝酸酒精 溶液腐蚀，依 据 GB/T 13320 1991，采用光学显微镜观 察其显微 组织形貌。采用 ANSYS 有限元分析抽油杆受力及失效原因。35CrMoA抽油杆杆体失效分析试验结果分析1、宏观形貌分析2、化学成分分析3、断口分析4、显微组织分析5、受力分析35CrMoA抽油杆杆体失效分析1、宏观形貌分析试样从接近镦粗杆体处断裂，测 量得断裂位置距凸缘 120 mm，距断口 8 mm 处可以看到卡瓦夹痕；试样表面 有大量腐蚀坑，最大深度为 0.08 mm，大量腐蚀 坑造成抽油杆强度下
5、降，加剧抽油杆断裂；裂纹源于外表面腐蚀坑处，裂纹 扩展初期断面比较细腻，有明显的贝纹线，向内扩展逐渐变粗糙，最后的瞬断区呈 45斜断 口，是典型的腐蚀疲劳断裂，瞬断区外圆环向 周长约占 50%以上，瞬断区面积约占 1/4 断口 横截面。35CrMoA抽油杆杆体失效分析1、宏观形貌分析35CrMoA抽油杆杆体失效分析2、化学成分分析各化学元素含量符合 GB/T 260752010 要求。35CrMoA抽油杆杆体失效分析3、断口分析对断裂抽油杆试样表面腐蚀坑处的腐蚀产物 进行能谱分析，试样表面的腐蚀产物中 Fe、O、C、S、Cr 元素含量较高，K、Cr、Cl 含量次之。断裂抽油 杆断口表面的腐蚀产
6、物中除含有大量 Fe 的氧化 物外，还有较多的 CO 、HS、Cl 以及各种盐类 物质。可见，腐蚀环境中同时含有 H S 和 CO 等介质，Cl具有催化作用，可加速抽油杆的点蚀、均匀腐蚀和 SSC的形成，是断裂的主要原因。35CrMoA抽油杆杆体失效分析3、断口分析35CrMoA抽油杆杆体失效分析4、显微组织分析断裂抽油杆断口附近显微组织为回火索氏体+少量针状铁素体。35CrMoA抽油杆杆体显微组织分析35CrMoA抽油杆杆体失效分析5、受力分析采用 ANSYS 软件对 25 mm HL 级抽油杆进 行受力分析。所用参数为E=2105 MPa，=0.3，s=793 MPa，b=965 MPa。
7、工程应力应变曲线如下图，采用转化的真 实应力应变曲线，建立二维弹塑性分析模型，有限元网格图如下图所示。抽油杆接头上扣后施加轴向拉伸载荷，大小 采用 SY/T 50292013 中规 定的疲劳试 验载荷 540 MPa，计算结果如图 所 示。在拉伸载荷 下，凸缘与杆体截面突变处应力水平相对较高，计算结果与实际断裂情况相符。应力集中是造成 抽油杆断裂的主要因素，因此可得，在腐蚀介质 和交变应力共同作用下造成抽油杆应力腐蚀疲劳 断裂，这也是该油田大量抽油杆在此处断杆占比 高的原因。35CrMoA抽油杆杆体失效分析5、受力分析35CrMoA抽油杆杆体失效分析结论分析（1）本次抽油杆失效的主要原因是应力
8、腐蚀 开裂引起的腐蚀疲劳断裂。（2）发生应力腐蚀开裂的主要原因与断裂抽 油杆外表面腐蚀产物中含有 Fe、CO 、HS、Cl等腐蚀介质、断裂部位存在应力集中有关。（3）失效抽油杆的化学成分及显微组织等常 规性能检测结果满足相关标准要求，所以常规性 能质量不是造成失效事故的主要原因。（4）预防抽油杆失效措施的实施，将减少同 类失效的发生。35CrMoA抽油杆杆体失效分析预防抽油杆失效措施（1）科学使用抽油杆。首先，必须根据油田 现场油井的生产条件和原油性能选用抽油杆，对 于超深、超高温、超高压油井应选用 HL 级超高 强度抽油杆；其次，斜井尽量选用连续杆，减少 断脱事故的发生。（2）优化组合抽油杆
9、。设计抽油杆杆柱时，应从实际出发考虑拉油杆的抗疲劳强度，不断优 化组合，实现抽油杆的安全性和稳定性，达到合 理使用的目的。35CrMoA抽油杆杆体失效分析预防抽油杆失效措施（3）下井前检查抽油杆。抽油杆质量的好坏 直接影响其使用寿命，下井前，必须根据相关标 准对抽油杆进行质量检测，确保下井的抽油杆 100%合格，对油田经济效益有着至关重要作用。（4）记录更换使用台帐。对下井的抽油杆进 行记录，通过台帐从根本上获知抽油杆的服役条 件和累计工作时间，准确掌握使用寿命。（5）建立检测与修复制度。制定合理完善的 检查周期，出现问题及时修复或更换新杆。对于 回收的抽油杆不仅要进行清洗分类，还需要对表 面缺陷、理化性能等项目进行全面检测，以消除 事故隐患。参考文献35CrMoA钢焊接性试验研究（王政 周英顺 高景和）淬火、回火温度对35CrMoA钢的力学性能 及低温冲击的影响（鲍静生）浅谈抽油杆失效原因分析与综合治理（张国琪）抽油杆短期失效原因分析（陈举涛 袁良帅 王军 姬丙寅 杨宏利徐蔼彦 王红江）抽油杆用钢35CrMoA的开发与研制 （薛涛）HL级35CrMoA抽油杆杆体失效分析 （徐蔼彦 陈举涛 袁良帅 王 军 姬丙寅）