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石油管柎与仪器
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PETROLEUM TUBULAR GOODS INSTRUMENTS
2015年10月
失效分析与预防
空心抽油杄接箍开裂原因分析
张朋举1魏晓娟张永红2
(1.中国石油吐哈油田分公司机械厂新疆部善838202;2.中国石油叶哈油田吐鲁番采油厂新疆部善838202
摘要:通过基本测量、宏观断ロ分析、担描电镜微观分析、化学成分分析、显微组织分析、硬度測试,结合空心抽油杄接箍的制造
工艺和应用环境,对接箍开裂原因进行研究。结果表明;由于对焊缝进行热处理时工艺参数选择和原材料相关元素含量的影响,造
成开裂处力学性能降低,车削刀痕诱发了接箍开裂。
关键词:空心抽油杄;接箍;开裂
中图法分类号:TB933
文献标识码:A
文章编号:2096-0072015)05-0078-03
Cracking Cause Analysis of a Coupling of Hollow Sucker Rod
ZHANG Pengju'wei Xiaojuan ZHANG Yonghong
( 1. Petrochina Tuha Oi feld Company Machinery Plant, Shanshan, Xinjiang 838202, China
2. Petrochina Tuha Oi field Company Turan Plant, Shanshan, Xinjiang 838202, China
Abstract The fracture reason of a coupling of hollow sucker rod was investigated by basic measure, macro fracture analysis, SEM analysis,
chemical composition analysis, microstructure analysis, hardness test the processing of the coupling of hollow sucker rod and the environ
ment of using. The result shows that the fracture of the coupling of hollow sucker rod was induced by turning trace and improper heat treat
ment which aroused mechanical property was lower
word: hollow sucker rod, coupling, fracture
引言
1理化检验与分析
近年来,随着边际油田(稠油区块、高含蜡区块等)1.1宏观形貌分析
的规模开发,可通过空心抽油杆向井内注入热蒸汽、热
开裂处的空心抽油杆接箍形貌如图1所示,在接近
水或热油、降粘剂和防腐剂,能有效地降低开采难度,可空心抽油杅接箍大圆弧过渡处,距离端面距离10m处
以增加分层开采计量层数1-S。某油井采用空心抽油发生开裂,如图2所示。为了进一步观察开裂形貌,采用
杆泉上掺稀作业,进行稠油的开采。该井经过200d的人工方式将剩余连接部分抜开,分离后如图3所示。原
正常运行后,发现掺稀压力发生变化。随即进行修井作始开裂部分约占到了该类型空心抽油杆截面积的2/3,
业,将原井杆柱提起后,发现从井口向下第102根空心抽
油杆处,即井深为918m处的空心抽油杆接箍端发生开
裂。开裂处的空心抽油杆规格是按照SY/T5550-2006
空心抽油杆》标准制造的规格为36mm,壁厚为
开裂位置
6.5mm。经调査,这种空心抽油杆杆头和接箍均采用独
立加工的形式,应用摩擦焊接工艺进行生产。为了调査
开裂的原因,以材料因素为主要分析方法,结合制造工
艺和应用环境对该事故进行失效分析。
图1接箍开裂实物
第一作者简介:张朋举,男,1983年生,工程师,毕业于西安石油大学材料物理专业,现从事空心抽油杆的制造与应用方面的研究工作。
E-mail:zhangpengju(@petrochina.com.cn
2015年第1卷第5期
张朋举;空心抽油杆接箍开裂原因分析
人工断面部分约占到截面积的1/3。如图3所示,裂纹1.2微观形貌分析
起源于外壁,断口存在多条裂纹,裂纹均延伸至约1/2壁
断口宏观形貌表明,该空心抽油杆接箍具有多处开
厚处。
裂的特征。该接箍开裂实际上是其危险面的外壁裂纹
诱发扩展的结果。采用 STEREOSCAN440o扫描电镜对
杆头的断口进行分析。对裂纹源起裂区处,如图4(a)所
示进行观察发现了较为明显的韧性断裂现象,并且形成
分层开裂现象,如图4(b)所示,出现开裂棱台,如图4(c
所示。能谱分析表明,断口裂纹源区氧原子分数为
61.1%、铁的原子分数为29.46%,发现断口已经被腐蚀。
基本测量
图2裂纹部位放大
该类型的空心抽油杆,按照SY/T5550-2006《空心
抽油杆》标准制造而成的,独立加工的接箍圆弧过渡处,
图1所示的大圆弧过渡处的标注值要求≥R5,实际的测
量值达到了标准的要求,外径标准值为Φ(36±0.25)
起裂位置
mm,实测外径平均值为36.11mm,符合标准要求。接
箍断面距离焊鏠的尺寸要求为14mm~16mm,实际测
量的尺寸为15m均满足标准的要求。
1.4化学成分分析
分别在图1所示的裂纹壁上截取试样,在接箍的母
图3人工断裂后实物
(a)开裂源区形貌
(b)开裂源区部分韧窝形貌
(c)开裂棱台形貌
图4断口微观形貌
材处截取试样。采用GB/T223中规定的各种方法进行态符合调质处理工艺的显微组织形态。
化学成分分析,结果见表1所示,由于空心抽油杆标准为
Y/T5530-2006《空心抽油杆》,规范性引用文件为
CB/T3077-1999合金结构钢》。该生产企业在制造过
程中,选择35CrMo钢为该型抽油杆的原材料。可见断
裂的空心抽油杆接箍端,母材部分化学成分符合GB/T
3077-1990标准的要求。经测定接箍开裂端的母材中C元
(a)开裂处金相组织
(b)母材处金相组织
素的含量超出标准值0.02%,其他元素均符合标准值。
图5接箍端母材与开裂处显徽组织
1.5金相检测
杆头热处理工艺为调质处理,为了进一步判断金相
组织状况。从断口位置截取试样,按照GB/T13298
1991《金属显微组织检验方法》对断裂处的金相采用Ax
iove40MAT型金相显微镜进行观测,对接箍母材端和
开裂端进行金相检测,通过对比发现,如图5中a所示,
接箍开裂端的组织偏析较为严重,先析出的相较多,而
(a)接箍外表面刀痕形貌(h)开裂处刀痕放大形貌
且呈现不均匀的现象。图5中b图显示,母材的组织形
图6接箍外表面精车后形貌