空心光桿60°管螺紋處斷裂分析

王雪梅

中國石油遼河油田分公司冷家油田開發公司(遼寧盤錦124010)

空心光桿60°管螺紋處斷裂分析

王雪梅

中國石油遼河油田分公司冷家油田開發公司(遼寧盤錦124010)

某采油廠使用的空心光桿在運轉過程中發生斷裂，斷裂位于空心光桿與空心抽油桿短接螺紋連接處，即空心光桿60°管螺紋處。對空心光桿60°管螺紋連接斷裂原因采取宏觀和微觀檢驗、化學成分分析、金相檢驗和硬度測試等方法進行了分析。結果表明，由于該空心光桿長度不足，采取了與空心短接連接加長的方式，使其能夠正常使用，連接時的螺紋沒有按照標準采用正確的連接方式，致使引起疲勞斷裂。

空心光桿;螺紋連接;疲勞斷裂;管螺紋

某采油廠立式抽油機裝置上使用了一根Φ36× 6mm的空心光桿，由于長度不足無法與懸繩器相連［1］，故在空心光桿頂端連接了一段長1 500mm、Φ36 ×6mm的空心抽油桿短接(圖1)。連接后在正常運轉過程中突然發生斷裂，斷裂部位位于空心光桿與空心抽油桿短接連接處的60°管螺紋處。

圖1 連接斷裂空心光桿的空心抽油桿短接

圖2 斷裂空心光桿形貌

圖3 空心抽油桿短接母扣

1 理化檢驗

1.1 宏觀分析

由圖2可見，空心光桿的上端斷口處采取了熱擴口車螺紋的工藝［2-3］，斷裂位置為螺紋消失點處，斷裂后的另一部分(60°管螺紋部分)留在了如圖3所示的空心抽油桿短接的母扣中。圖1中箭頭所指為連接空心光桿斷裂處(60°管螺紋部分留在此處)。從圖2可以看出，斷裂空心光桿表面有明顯的機械損傷痕跡，其斷口平齊無塑性變形呈脆性斷口特征。

1.2 取樣

從斷口處和遠離斷口的空心光桿基體處分別截取試樣進行分析，斷口處為如圖4所示的鑲嵌后1號試樣，基體處為如圖5所示的鑲嵌后2號試樣，基體試樣取樣后形貌如圖6所示，斷口試樣取樣后形貌如圖7所示。

圖4 鑲嵌后的1號樣品(斷口試樣)

圖5 鑲嵌后的2號樣品(基體試樣)

圖6 基體試樣取樣后形貌圖

圖7 斷口試樣取樣后形貌圖

1.3 化學成分分析

在斷裂的空心光桿上進行化學成分分析，結果見表1。可以看出，斷裂的空心光桿的化學成分符合GB/T 3077-1999《合金結構鋼》對于35CrMo鋼成分的要求。

1.4 硬度測試

在斷裂的空心光桿上進行硬度測試，結果見表2。通過硬度測試結果可以看出，斷口處的硬度值與正火組織狀態相吻合;基體處的硬度值與調質組織狀態相吻合。

表1 斷裂空心光桿的化學成分(質量分數)/%

表2 斷裂空心光桿的硬度測試

1.5 機械性能試驗

在斷裂的空心光桿的完好部位取樣進行機械性能測試，結果見表3。通過機械性能測試結果可以看出，空心光桿的機械性能與SY/T 5550-2012標準要求的D級別空心抽油桿性能相吻合［4］。

1.6 金相檢驗

對斷裂的空心光桿斷口處1號試樣和基體處2號試樣進行金相檢驗。依據GB/T 13298-1991《金相顯微組織的檢驗方法》進行分析，從斷口至擴口部位的微觀組織均為鐵素體+珠光體，為正火組織［5-6］，依據GB/T 6394-2002《金屬平均晶粒度測定方法》進行分析，得出從斷口至擴口部位的晶粒度9級，空心光桿斷口處顯微組織如圖8所示。對斷裂的空心光桿的基體處2號試樣進行金相檢驗，依據GB/T 13298-1991《金相顯微組織的檢驗方法》進行分析，基體微觀組織為索氏體+鐵素體，為非正常調質組織［5］，空心光桿基體處顯微組織如圖9所示。

表3 斷裂空心光桿的機械性能測試

圖8 空心光桿斷口處顯微組織100X

圖9 空心光桿基體處顯微組織100X

1.7 螺紋

空心光桿的上端連接螺紋采取了熱擴口車螺紋的工藝，擴口后的型式(圖2)，螺紋型式符合GB/T 12716-2011《60°密封管螺紋》標準的要求。雖然按照SY/T 5550-2012標準要求，空心光桿的規格和結構符合標準要求，但在實際使用時，是將空心光桿與空心抽油桿短接相連［4］。空心抽油桿之間互相連接時應按照SY/T 5550-2012標準要求的接箍連接焊接式空心抽油桿或直接連接焊接式空心抽油桿的兩端螺紋連接形式進行連接，這樣才能符合空心抽油桿之間連接方式要求［3］。

2 綜合分析

空心光桿材質符合35CrMo要求。從金相檢驗可見，空心光桿基體組織和斷口組織不一致，從非正常調質組織變成了正火組織。從硬度測試可見，基體硬度值明顯高于斷口硬度值。綜上所述，與空心抽油桿短接相連接的空心光桿60°管螺紋處采取了熱擴口車螺紋工藝，在往復運動過程中形成了應力集中，致使引起疲勞斷裂，并斷于螺紋消失點處。

3 結論及建議

1)空心光桿的上端連接螺紋采取了熱擴口車螺紋的工藝，熱擴口后未采取熱處理工藝，造成組織發生變化，易發生斷裂事故，生產過程中熱擴后應對其單獨采取熱處理工藝。

2)抽油桿相互連接時未按照SY/T 5550-2012標準要求的螺紋連接方式連接，不符合其標準規定，致使連接發生斷裂。

3)采用上述連接方式時應采取符合SY/T 5550 -2012標準規定的連接方式。

［1］鄒艷霞.采油工藝技術［M］.北京:石油工業出版社，2006.

［2］丁德全.金屬工藝學［M］.北京:機械工業出版社，2000.

［3］吳剛中，李景文，趙學勝，等.抽油桿［M］.北京:石油工業出版社，1994.

［4］SY/T 5550-2012空心抽油桿［S］.

［5］張德堂.鋼中非金屬夾雜物圖譜［M］.北京:國防工業出版社，1980.

［6］GB/T 13298-1991金相顯微組織的檢驗方法［S］.

The hollow rod of an oil production plant broke in the operation process，and the fracture is located at the joint of hollow rod with the hollow sucker rod，that is at 60°pipe thread.The causes leading to the hollow rod breaking at 60°pipe thread were analyzed by macro-and micro-scopic examination，chemical composition analysis，metallographic examination and hardness testing.The results show that because the length of the hollow rod is short，a hollow short shaft is used for lengthening it，which ensures its normal use，but leads to its fatigue fracture because of the incorrect connection way.

hollow rod;screw connection;fatigue fracture;pipe thread

梅

2015-05-28

王雪梅(1974-)，女，工程師，主要從事工程質量和產品質量監督工作。