陳菲菲

摘要：當(dāng)今石油產(chǎn)業(yè)在不斷的發(fā)展，為了提高生產(chǎn)的效率，加強(qiáng)我國原油的提取高效性，減小在石油的開采上的經(jīng)濟(jì)損失，我們需要對(duì)開采的技藝以及器件進(jìn)行改造。本文就抽油桿由于疲勞失效的問題進(jìn)行探討，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的分析，從失效的一些原因以及抽油桿柱的疲勞壽命進(jìn)行了計(jì)算的探討，使得石油開采過程中在抽油桿的使用上更加高效。

關(guān)鍵詞：抽油桿 疲勞 失效 熱處理

隨著我國社會(huì)主義的不斷發(fā)展和建設(shè)，我國對(duì)石油的需求正在逐年的增長(zhǎng)，所以我們?cè)谶M(jìn)行石油開采的時(shí)候更要注重開采的高效性。我們?cè)谑烷_采的過程中所使用的抽油桿，這是我們進(jìn)行三抽設(shè)備的關(guān)鍵部件之一，因此我們?cè)谑褂贸橛蜅U的數(shù)量上也在不斷增加。但是我們?cè)谑褂贸橛蜅U的時(shí)候要對(duì)其壽命進(jìn)行分析，尤其在使用過程中出現(xiàn)的因?yàn)槠诙鴮?dǎo)致的失效問題進(jìn)行研究，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)石油開采的穩(wěn)步發(fā)展。

1 抽油桿失效的原因探究

1.1 承受不對(duì)稱的循環(huán)荷載造成失效

首先抽油桿的失效存在著荷載失效，其荷載主要是承受了抽油桿的重量、液柱的重量、抽油桿的柱以及液體的慣性載荷、還包括抽油桿在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候產(chǎn)生的摩擦阻力，以及抽油桿在工作的時(shí)候所產(chǎn)生的一種震動(dòng)荷載，這些都是造成的抽油桿產(chǎn)生出不對(duì)稱的荷載，由于承受著這些不對(duì)稱的循環(huán)荷載會(huì)造成抽油桿的失效。

1.2 抽油桿由于疲勞失效原因探究

首先我們可以看到在斷口的地方會(huì)出現(xiàn)一圈圈的比較清晰的圖線，例如圖1所示，我們根據(jù)James的方法對(duì)最深點(diǎn)和表面兩處的應(yīng)力強(qiáng)度的因子進(jìn)行探究，使用幾何的方法測(cè)量出在裂紋前緣的坐標(biāo)，回歸出短半軸大小為a，長(zhǎng)半軸的長(zhǎng)度是b，我們?cè)谘芯砍橛蜅U的螺紋段的疲勞擴(kuò)展面的時(shí)候要分析出其表面的裂紋規(guī)律。

1.3 裂紋的端口分析

抽油桿發(fā)生斷裂的時(shí)候，我們要對(duì)起斷裂部位的外螺紋的消失點(diǎn)進(jìn)行分析，從其斷口處圖2所示，從圖中可以看出來其裂紋主要是源于外螺紋的表面根部，有比較明顯的臺(tái)階，它的擴(kuò)展方向與最大的拉伸應(yīng)力的方向垂直。我們從宏觀上看不到纖維區(qū)，就表示這種的材質(zhì)比較差，其韌性不夠，具有比較脆性的疲勞斷裂等特征。

1.4 金相組織分析探究

首先在抽油桿的斷裂部位截取式樣，然后在顯微鏡下進(jìn)行觀察可以得出，在裂紋的起源處外螺紋的根部處，在斷口處呈現(xiàn)疲勞以及準(zhǔn)解理混合斷裂形貌。我們從金相的檢驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)有過熱的現(xiàn)象產(chǎn)生，其纖維比較粗大，鐵素體之間的彌散不夠，從而導(dǎo)致了抽油桿在外螺紋的根部由于應(yīng)力的集中而產(chǎn)生的疲勞裂紋之后，需要對(duì)其進(jìn)行快速引起疲勞的準(zhǔn)脆性的斷裂而失效。2 抽油桿的受力分析探究

抽油機(jī)在工作的時(shí)候，抽油桿的承載能力，主要受到了三種的載荷分別是靜載、動(dòng)載和摩擦力。抽油桿我們可以從上述的三種載荷產(chǎn)生的共同破洞的拉升的應(yīng)力下工作，在懸點(diǎn)最大的載荷發(fā)生上沖的過程，實(shí)現(xiàn)最小載荷發(fā)生下沖過程，其大小分別是：

W■=W■′+W′■+W■■1+■

W■=W■′+W■■1+■

其中Wmax表示抽油桿所受到的軸向力的最大力，Wmin表示的是抽油桿承受軸向力最小值，Wr表示抽油桿在空氣中的重力，W■′表示的是抽油桿的液體重力大小， W′■表示的是動(dòng)液面的深度，在全柱塞面的液柱載荷。S表示的是沖程，n表示的是沖次數(shù)，單位是次/min，r表示的是曲柄的半徑，l則表示的是連桿的長(zhǎng)度，根據(jù)上面的式子，我們可以通過■=■進(jìn)行求解其最大和最小的應(yīng)力以及應(yīng)變。

抽油桿所承受最大軸向應(yīng)力最大值是Qmax=■×10■，抽油桿所承受最小軸向應(yīng)力最小值是Qmin=■×10■。抽油桿所承受軸向應(yīng)變最大是ε■=■，抽油桿所承受最小軸向應(yīng)變是εmin=■。

3 抽油桿的疲勞壽命估算方式探究

3.1 沒有初始裂紋的抽油桿的壽命計(jì)算探究

我們?cè)趯?duì)無初始裂紋的抽油桿的疲勞壽命計(jì)算的時(shí)候根據(jù)修正的曲線獲得疲勞壽命的計(jì)算方法，εc=ε■-ε■■+ε■-ε■■+ε■-ε■■2，在式子中εc表示的是循環(huán)總應(yīng)變數(shù)。

3.2 有初始裂紋的抽油桿的疲勞壽命計(jì)算

我們采用Forman的模型進(jìn)行計(jì)算，da/dN=cΔk■/1-rK■-ΔK式子之中，da/dN表示的是一般裂紋擴(kuò)展的速度，a表示的是裂紋的長(zhǎng)度，N表示的是應(yīng)力循環(huán)的次數(shù)，就是我們所說的疲勞壽命，ΔK表示的是應(yīng)力強(qiáng)度因子的變化幅度，其為最大的應(yīng)力和最小的應(yīng)力，期間應(yīng)力強(qiáng)度的因子之差，K■表示的是應(yīng)力強(qiáng)度的因子，R表示的是應(yīng)力比例。根據(jù)積分，我們可以得出：N=■■-■■，當(dāng)m=2的時(shí)候，N=In■/cF■Δσ■■。通過計(jì)算我們可以計(jì)算出抽油桿所受的軸向力和抽油桿的疲勞壽命，經(jīng)過比較我們可以得到一個(gè)非常重要的結(jié)論：裂紋初始的長(zhǎng)度對(duì)于整個(gè)抽油桿柱的使用壽命存在著嚴(yán)重的影響。

4 抽油桿的疲勞失效的控制對(duì)策

4.1 抽油桿的科學(xué)使用概述

首先我要根據(jù)油井的生產(chǎn)條件以及原油的性能進(jìn)行選取抽油桿和附件，對(duì)于在泵掛深以及腐蝕性比較高的油井下我們應(yīng)該選取K級(jí)的桿，保證抽油桿的應(yīng)力大小要大于超高強(qiáng)度的拉油桿，在斜井應(yīng)該盡量選取連續(xù)桿以及減少脫扣事故的產(chǎn)生。

4.2 優(yōu)化組合抽油桿柱的研究

我們?cè)谶M(jìn)行不同油井選用拉油桿的設(shè)計(jì)程序的時(shí)候，要從會(huì)實(shí)際出發(fā)考慮拉油桿的抗疲勞的強(qiáng)度，減少斷裂事故的發(fā)生。通過進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)檢查，確保抽油桿柱的研究，實(shí)現(xiàn)抽油桿柱的安全性和穩(wěn)定性，不斷優(yōu)化組合，達(dá)到抽油桿的合理使用。

4.3 更換抽油桿時(shí)使用臺(tái)帳相關(guān)概述

我們通過臺(tái)帳可以從根本上把握和了解抽油桿的服役條件以及累積工作和時(shí)間，并且要掌握使用的壽命，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以知道一般的抽油桿的使用壽命一般大概在3年，在3年之中抽油桿的實(shí)際承受循環(huán)的應(yīng)力大概次數(shù)將近107次，當(dāng)服役期滿之后，我們要及時(shí)更換全部的抽油桿柱，不能夠進(jìn)行新舊混用或者是超期的服役。

4.4 建立起嚴(yán)格的回收和修復(fù)的管理措施探析

我們?cè)诨厥粘橛蜅U的時(shí)候要分清楚類別，要對(duì)其進(jìn)行表面的缺陷以及內(nèi)在的質(zhì)量進(jìn)行研究，從螺紋的連接性能和抗拉位的強(qiáng)度時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，通過對(duì)器件的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)抽油桿的運(yùn)動(dòng)和存儲(chǔ)，以此來減少事故的發(fā)送，切實(shí)地減少抽油桿的脫落。

4.5 運(yùn)輸和存儲(chǔ)的規(guī)范性探討

我們?cè)谶M(jìn)行抽油桿的運(yùn)輸和存儲(chǔ)的時(shí)候，要確保其安全性，并且我們還要達(dá)到操作的規(guī)范性，當(dāng)其到抽油桿下井之前要進(jìn)行清潔，對(duì)其螺紋和接箍進(jìn)行仔細(xì)的清潔，這個(gè)過程要有足夠的預(yù)應(yīng)力，我們要避免在抽油桿的運(yùn)輸和存儲(chǔ)中發(fā)生腐蝕和彎曲。

5 結(jié)語

抽油桿柱的疲勞和腐蝕造成了抽油桿的失效，其主要的原因是由于熱處理因素造成了疲勞，我們通過對(duì)表面進(jìn)行觀測(cè)，以及金相檢測(cè)的時(shí)候均可以發(fā)現(xiàn)桿柱的斷口出現(xiàn)疲勞以及準(zhǔn)解理混合斷裂面的斷裂形貌，由于熱處理的現(xiàn)象會(huì)影響晶體的分布，造成抽油桿在外螺紋根部因應(yīng)力集中而出現(xiàn)了疲勞裂紋，并可以快速地?cái)U(kuò)展引起疲勞準(zhǔn)脆性的斷裂造成失效。

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