螺桿泵井抽油桿失效具體原因分析
一、螺桿泵井抽油桿斷裂原因分析
(1)熱處理質較。通過對斷裂的20CrMo抽油桿進行失效分析,發現有的抽油桿淬火未淬透,又未經回火,其金相組織為鐵素體加珠光體,力學性能很差,極限強度僅為555Mpa。
(2)加工方法自身的缺陷。對于摩擦焊接式空心抽油桿,大部分廠家在桿體焊接后都沒有進行整體調質熱處理,而只是 進行局部熱處理,因此焊口附近存在熱影響區。另外,焊縫部位處理后存在凸臺,引起應力集中。雖然熱影響區可以通過整體調質熱處理方法來消除,但焊口附近的應力集中現象卻很難避免,這是 由摩擦焊接式抽油桿加工方式本身所決定的。
(3)鍛造質量。抽油桿頭部的鍛造必須嚴格控制始鍛溫度和終鍛溫度。始鍛溫度過高會引起"過熱"或"過燒"。鍛溫度過低金屬變形困難,容易產生裂紋等缺陷。另外,抽油桿頭部鍛造時產生的缺陷還有折疊、裂紋、皺褶和缺肉,其中以折疊和裂紋對抽油桿的疲勞性能影響較大 。
(4)螺桿泵與抽油桿不匹配。有些螺桿泵井抽油桿斷裂是 由于泵桿匹配不合理所致。
(5)沖擊載荷影響。螺桿保溫泵井在正常生產過程中,受原油物性、定子橡膠溶脹等因素影響,有時會出現卡泵現象,轉子不能順利轉動,桿體承受的載荷遠大于正常生產時的載荷,當剪應力過大而超過承載極限時,抽油桿發生斷裂。另外,螺桿泵井停機后重新啟動,桿柱要承受定子和轉子之間的靜吸附力作用,會對抽油桿造成沖擊載荷,這種瞬間沖擊載荷作用將加速抽油桿的疲勞破壞。
(6)井身結構影響。抽油桿應用于斜井,在彎曲部位,抽油桿將受到附加彎曲應力作用,極易造成桿柱斷裂。而且隨著桿體直徑增大彎曲應力也隨之變大。
(7)抽油桿偏磨。抽油桿在井下工作時其受力狀況較為復雜,一方面要驅動轉子旋轉,承受扭矩作用,另一方面還要承受桿體自重,承受拉力作用,同時由于桿體自身的旋轉,抽油桿還承受離心力作用。由于離心力的存在,使得抽油桿與油管內壁不可避免地發生碰撞,造成桿體磨損,承載能力下降。當磨損的抽油桿承載能力無法滿足正常生產所需要的扭矩時,就會發生桿體斷裂事故。
產能影響。對于一些產液能力強,特別是 有自噴能力的螺桿泵井,停機后套壓會很快升高,井下泵會在油套環空液壓力的作用下驅動轉子轉動,實現自噴生產。轉子將帶動上部桿柱正轉,使整個桿柱的螺紋處于卸扣狀態。
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