宋建輝

（大慶油田有限責任公司第二采油廠機械維修大隊，黑龍江 大慶 163355）

在我國，研究抽油桿修復手段的實踐較早，自20 世紀80 年代便已開始著手組建抽油桿修復工業(yè)生產線，截至目前，我國已經建成并正式投入使用的修復生產線數(shù)量已經達到10余條，但是，抽油桿設備在經過修復處理后，抽油桿的使用性能參差不齊，因此，需要對相關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，進一步控制生產成本，與此同時，還可以有效減少或避免抽油桿產生的疲勞斷裂現(xiàn)象，同時抽油井的免修期也可以得到適度延長，對抽油桿修復處理工藝的優(yōu)化策略進行總結，能夠讓油田創(chuàng)造出更顯著的經濟和社會效益。

1 實驗概述

經過熱處理修復的舊抽油桿能夠有效地執(zhí)行抽油桿設備的機械性能，提升其自身抗拉強度設備抗疲勞度，設備運行壓力也能夠得到進一步改善，此時，可以將已經修復完畢的設備重新投入生產活動中，這樣能夠大幅度減少設備使用造成的成本支出，伴隨著設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備疲勞期限均會有所延長，設備正常工作狀態(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，對設備表面熱處理進行檢測，對抽油桿工作性能產生的各方面影響進行集中處理，進而優(yōu)化抽油桿處理修復工藝。

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 萬能材料的設備試驗機執(zhí)行抗拉強度實驗、選取PLG-3000kN 高頻疲勞設備實驗機執(zhí)行疲勞實驗，分析所得數(shù)據，明確指出不同抽油桿機械設備的實際機械性能運行情況與疲勞壽命期限，此后，對比不同樣品產生的實驗結果，保證修復工藝的科學性與合理性能夠滿足使用標準。

2 抗拉伸試驗

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

第一組試驗數(shù)據可以說明，舊D 級抽油桿經過淬火處理后，設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)值能夠達到H 級抽油桿的正常使用指標；第三組試驗中的HL 級設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質鋼材料，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備時，調質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 共同進行回火處理，用以保證使用性能的提升。

對上述結論進行綜合分析，可以更直觀地發(fā)現(xiàn)，機械設備在經過表面淬火處理以后，對于上述三組抽油桿設備而言，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，設備抗拉強度數(shù)值會提升達到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行細致觀察，可以發(fā)現(xiàn)三者間均存在一定厚度的設備淬硬層，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用的組合材料不盡相同，特別是設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，金相組織產生的結果也會不同，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為是本次試驗活動分析的主要目標之一，試驗過程中，對該組并沒有經過瘁火處理的全部試樣全部展開疲勞試驗，最終試驗結果說明，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，分析結論主要由下述兩方面原因造成，第一方面，設備使用期間會有裂紋產生，其中的另一個原因就是此產品在其出廠期間便存在質量問題，比如，設備材料、設備熱處理工藝等方面的問題，設備材料的金相組織結構晶粒粗大，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備的使用壽命和耐勞期限。

選取5 根經過淬火處理的試樣產品，保證所選設備的疲勞壽命全部能夠達到D 級抽油桿設備的使用性能要求，這也能夠充分說明表面感應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，為進一步增加抽油桿的修復作用并提升設備疲勞可靠性，還需要對舊桿進行更嚴格的無損探傷修復處理制度，全方位提升設備的使用可靠性。

第二組試驗：D 級新抽油桿

沒有經過淬火處理的五根試樣設備中，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，與桿體自身質量沒有直接關系。

在選取的五根經過熱處理工藝升級的試樣，這些設備的疲勞壽命全部滿足D 級抽油桿的設備性能要求。為充分說明試驗研究問題，將其中第5 根設備試樣試驗載荷數(shù)值提高至H 級超高抽油桿的真實載荷(根據SY/T6272-1997 標準提出的規(guī)定內容，H 級疲勞試驗需要加載σmx=540MPa)也并沒有出現(xiàn)疲勞破壞，針對這組試驗結果，能夠看出：設備表面在經過感應淬火處理后，不僅會對桿體焊口提供強化作用，同時還會對比較復雜的幾何形狀截面產生強化作用，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，對其表面感應淬火位置予以處理，這樣就能夠達到HY 級對應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備，HY 屬工藝型處理工藝超高強度抽油桿。

這一組并未經過淬火處理的五根試樣中，有四根是根據D 級桿加載而成，并沒有發(fā)生破壞情況，第五根則是根據超高強度抽油桿標準加載而成的設備，在機械的焊口存在疲勞破壞情況，這能夠進一步說明焊口位置的強度并沒有達到規(guī)定的標準要求。

選取的已經完成淬火處理的五根試驗試樣設備都未發(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，再次說明設備表面感應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，機械設備的疲勞壽命也會得到有效延長。

4 結語

經過前文的分析，可以得出結論，選擇舊抽油桿熱處理工藝修復技術期間，高頻表面的實際感應更明顯，此時，應用淬火工藝能夠取得更為優(yōu)質的處理效果，設備修復期間也可以將此作為研究基礎，開展有針對性的設備選擇，優(yōu)化各項處理工藝參數(shù)，構建更科學、合理的選型工藝，進而提升設備修復水平。本文針對上述內容進行分析并總結，希望能夠為同領域工作者提供合理化發(fā)展建議。