抽油桿修復(fù)熱處理工藝優(yōu)化分析

宋建輝

（大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠機械維修大隊，黑龍江 大慶 163355）

在我國，研究抽油桿修復(fù)手段的實踐較早，自20 世紀(jì)80 年代便已開始著手組建抽油桿修復(fù)工業(yè)生產(chǎn)線，截至目前，我國已經(jīng)建成并正式投入使用的修復(fù)生產(chǎn)線數(shù)量已經(jīng)達(dá)到10余條，但是，抽油桿設(shè)備在經(jīng)過修復(fù)處理后，抽油桿的使用性能參差不齊，因此，需要對相關(guān)的流熱處理工藝做出再次優(yōu)化。

由于舊抽油桿在完成熱處理修復(fù)后，抽油桿抗拉強度以及疲勞強度均有著顯著的增強，在后續(xù)階段的下井作業(yè)中繼續(xù)使用，能夠有效減少資金投入，進(jìn)一步控制生產(chǎn)成本，與此同時，還可以有效減少或避免抽油桿產(chǎn)生的疲勞斷裂現(xiàn)象，同時抽油井的免修期也可以得到適度延長，對抽油桿修復(fù)處理工藝的優(yōu)化策略進(jìn)行總結(jié)，能夠讓油田創(chuàng)造出更顯著的經(jīng)濟和社會效益。

1 實驗概述

經(jīng)過熱處理修復(fù)的舊抽油桿能夠有效地執(zhí)行抽油桿設(shè)備的機械性能，提升其自身抗拉強度設(shè)備抗疲勞度，設(shè)備運行壓力也能夠得到進(jìn)一步改善，此時，可以將已經(jīng)修復(fù)完畢的設(shè)備重新投入生產(chǎn)活動中，這樣能夠大幅度減少設(shè)備使用造成的成本支出，伴隨著設(shè)備機械性能的不斷提升，材料疲勞斷裂的情況也可以得到有效緩解，抽油井實際使用年限能夠得到延長，在這樣的情況下，抽油桿的使用壽命和設(shè)備疲勞期限均會有所延長，設(shè)備正常工作狀態(tài)可以得到更有效的保證，同時，這也是節(jié)約成本、拉升經(jīng)濟效益的一項重要處理措施。

此次實驗的最終目的主要在于，對設(shè)備表面熱處理進(jìn)行檢測，對抽油桿工作性能產(chǎn)生的各方面影響進(jìn)行集中處理，進(jìn)而優(yōu)化抽油桿處理修復(fù)工藝。

依次制作D 級新抽油桿、D 級舊抽油桿以及HL 級超高強度揣測桿試樣，然后，分別選取100kN 萬能材料的設(shè)備試驗機執(zhí)行抗拉強度實驗、選取PLG-3000kN 高頻疲勞設(shè)備實驗機執(zhí)行疲勞實驗，分析所得數(shù)據(jù)，明確指出不同抽油桿機械設(shè)備的實際機械性能運行情況與疲勞壽命期限，此后，對比不同樣品產(chǎn)生的實驗結(jié)果，保證修復(fù)工藝的科學(xué)性與合理性能夠滿足使用標(biāo)準(zhǔn)。

2 抗拉伸試驗

第一組試驗：舊D 級抽油桿在其經(jīng)過淬火處理后，σb值會提高至1126MPa,總效率提升約25%，基本達(dá)到了H 級抽油桿的具體使用標(biāo)準(zhǔn)。

第一組試驗數(shù)據(jù)可以說明，舊D 級抽油桿經(jīng)過淬火處理后，設(shè)備平均抗拉伸強度會正式超過1100MPa，與此前階段的處理方式相對比，使用提高率比例約為25%，這一數(shù)值能夠達(dá)到H 級抽油桿的正常使用指標(biāo)；第三組試驗中的HL 級設(shè)備同強度抽油桿在完成淬火處理后，其強度值約為1050MPa，與處理前想對比提高了68MPa 左右，實際提高率在6.5% 左右。究其原因，主要是因為HL 級所選擇的材料大多為FG20 或者16MnCrMov，這兩種材料均屬于非調(diào)質(zhì)鋼材料，材料碳含量比例較低，所以，其熱處理效果不甚明顯。對于這種材料而言，選擇熱處理工藝并不能有效提升其實際使用性能，因此，在處理這種類型的機械設(shè)備時，調(diào)質(zhì)處理手段并不是必須采取的優(yōu)化手段，處于正常情況下，可將二者同500C 共同進(jìn)行回火處理，用以保證使用性能的提升。

對上述結(jié)論進(jìn)行綜合分析，可以更直觀地發(fā)現(xiàn)，機械設(shè)備在經(jīng)過表面淬火處理以后，對于上述三組抽油桿設(shè)備而言，其自身抗拉強度均有了一定程度的提高，在此期間，舊D 級抽油桿完成優(yōu)化處理以后，設(shè)備抗拉強度數(shù)值會提升達(dá)到25%；但是，上述三組樣本的實際提高率對比會出現(xiàn)比較明顯的差異，對上述幾種樣品的斷層進(jìn)行細(xì)致觀察，可以發(fā)現(xiàn)三者間均存在一定厚度的設(shè)備淬硬層，同時，這種深度之間存在的差異并不大。在完成金相檢驗實驗后可以發(fā)現(xiàn)，上述三組實驗試件所應(yīng)用的組合材料不盡相同，特別是設(shè)備的實際碳含量存在比較明顯差異，因此，淬為處理程序完成后，金相組織產(chǎn)生的結(jié)果也會不同，這種情況也屬于造成硬度值差異的根本原因之一，從具體數(shù)值方面進(jìn)行對比，第一組試驗硬度HRC 值為42，第三組試驗值則為36，這種區(qū)別也屬于造成抗拉強度發(fā)生差異的重要因素。

3 疲勞試驗最終結(jié)果分析

第一組試驗：舊D 級抽油桿優(yōu)化處理

可以將第一組試樣認(rèn)為是本次試驗活動分析的主要目標(biāo)之一，試驗過程中，對該組并沒有經(jīng)過瘁火處理的全部試樣全部展開疲勞試驗，最終試驗結(jié)果說明，其中3 根試樣會在比較早的時間段出現(xiàn)疲勞失效狀況，此時，分析結(jié)論主要由下述兩方面原因造成，第一方面，設(shè)備使用期間會有裂紋產(chǎn)生，其中的另一個原因就是此產(chǎn)品在其出廠期間便存在質(zhì)量問題，比如，設(shè)備材料、設(shè)備熱處理工藝等方面的問題，設(shè)備材料的金相組織結(jié)構(gòu)晶粒粗大，材料鐵素體含量超高，同時，還會存在偏析等不良情況，以上這些因素均會降低設(shè)備的使用壽命和耐勞期限。

選取5 根經(jīng)過淬火處理的試樣產(chǎn)品，保證所選設(shè)備的疲勞壽命全部能夠達(dá)到D 級抽油桿設(shè)備的使用性能要求，這也能夠充分說明表面感應(yīng)熱處理方式對抽油桿疲勞壽命的延長和改善具有值得肯定的作用，特別是對焊口強度而言，能夠大幅度提高其強度。

但是，為進(jìn)一步增加抽油桿的修復(fù)作用并提升設(shè)備疲勞可靠性，還需要對舊桿進(jìn)行更嚴(yán)格的無損探傷修復(fù)處理制度，全方位提升設(shè)備的使用可靠性。

第二組試驗：D 級新抽油桿

沒有經(jīng)過淬火處理的五根試樣設(shè)備中，僅有一根處于疲勞失效狀態(tài)，發(fā)生斷裂的主要部位位于頭部過渡區(qū)，由于試件選擇的是通過磨擦焊對焊形成設(shè)備，所以，頭部與桿體所采用的組合材料不是同一成分，分析其中的根本原因，主要是因為過渡區(qū)R 值造成，也有可能是加工期間存在施工處理缺陷，與桿體自身質(zhì)量沒有直接關(guān)系。

在選取的五根經(jīng)過熱處理工藝升級的試樣，這些設(shè)備的疲勞壽命全部滿足D 級抽油桿的設(shè)備性能要求。為充分說明試驗研究問題，將其中第5 根設(shè)備試樣試驗載荷數(shù)值提高至H 級超高抽油桿的真實載荷(根據(jù)SY/T6272-1997 標(biāo)準(zhǔn)提出的規(guī)定內(nèi)容，H 級疲勞試驗需要加載σmx=540MPa)也并沒有出現(xiàn)疲勞破壞，針對這組試驗結(jié)果，能夠看出：設(shè)備表面在經(jīng)過感應(yīng)淬火處理后，不僅會對桿體焊口提供強化作用，同時還會對比較復(fù)雜的幾何形狀截面產(chǎn)生強化作用，如過渡區(qū)位置的R 圓角；如果此時選擇合適的D 級抽油桿作為母材，對其表面感應(yīng)淬火位置予以處理，這樣就能夠達(dá)到HY 級對應(yīng)的超高強度疲勞性能。

第三組試驗：HL 級超高強度抽油桿處理

HL 屬材料型是一種超高強度的抽油桿設(shè)備，HY 屬工藝型處理工藝超高強度抽油桿。

這一組并未經(jīng)過淬火處理的五根試樣中，有四根是根據(jù)D 級桿加載而成，并沒有發(fā)生破壞情況，第五根則是根據(jù)超高強度抽油桿標(biāo)準(zhǔn)加載而成的設(shè)備，在機械的焊口存在疲勞破壞情況，這能夠進(jìn)一步說明焊口位置的強度并沒有達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求。

選取的已經(jīng)完成淬火處理的五根試驗試樣設(shè)備都未發(fā)生破壞，其中，第五根樣品和沒有淬火的第五根試樣同樣處于σm=540MPa，后者也沒有發(fā)生破壞情況，再次說明設(shè)備表面感應(yīng)熱處理工藝對焊口具有明顯的改善作用，材料晶粒強度和使用壽命都會得到顯著增強作用，機械設(shè)備的疲勞壽命也會得到有效延長。

4 結(jié)語

經(jīng)過前文的分析，可以得出結(jié)論，選擇舊抽油桿熱處理工藝修復(fù)技術(shù)期間，高頻表面的實際感應(yīng)更明顯，此時，應(yīng)用淬火工藝能夠取得更為優(yōu)質(zhì)的處理效果，設(shè)備修復(fù)期間也可以將此作為研究基礎(chǔ)，開展有針對性的設(shè)備選擇，優(yōu)化各項處理工藝參數(shù)，構(gòu)建更科學(xué)、合理的選型工藝，進(jìn)而提升設(shè)備修復(fù)水平。本文針對上述內(nèi)容進(jìn)行分析并總結(jié)，希望能夠為同領(lǐng)域工作者提供合理化發(fā)展建議。