HY型抽油杆应用性能分析与评价

抽油杆是连接抽油机与深井泵的动力传递装置,是有杆泵采油系统的重要组成部分,抽油杆失效直接影响机采系统的正常生产。鉴于此,对HY和HL型抽油杆的力学性能进行了试验对比分析。试验结果表明:表面质量、淬硬层深度和抗拉强度是影响疲劳性能的主要指标,过渡区和扳手方占断裂位置的77.8%,任何一项力学性能指标达不到最优数值,其疲劳性能试验循环周次就会远低于106,无法满足标准规定值;目前所有HY型抽油杆的扳手方和台肩位置全部未见明显淬硬层;其组织不均匀,为屈氏体+回火索氏体;杆体表面淬硬层全部存在不均匀的问题,造成过渡区、扳手方和淬硬层不均匀是疲劳裂纹的启裂核心,形成扩展区和瞬断区后发生疲劳断裂。研究结果可为HY型抽油杆的检验和现场应用提供参考。

高强度HY级抽油杆在含硫工况下的环境敏感断裂评价

文中对HY级抽油杆的化学成分和基本力学性能进行了测试,并采用慢应变速率拉伸(SSRT)实验评价了HY级抽油杆在不同H_2S环境中的断裂敏感性。结果表明:当H_2S质量浓度从0提高到3 618 mg/L(饱和)时,HY级抽油杆的抗拉强度下降了2.5%,氢脆指数达到53.3%,强塑积下降了54.3%;随着H_2S质量浓度升高,抗拉强度和强塑积逐渐减小,氢脆指数逐渐增加,材料由韧性断裂向韧脆性断裂转变。研究认为,在H_2S环境中,HY级抽油杆具有较强的环境断裂敏感性,SSC(硫化物应力开裂)机制是氢脆为主和阳极溶解为辅共同作用的结果。

HY级超高强度抽油杆在文南油田中的应用

针对文南油田低液面、低产能井应用HL级高强度抽油杆导致抽油机井悬点载荷过大,地面提升设备要求过高,消耗能源过大等问题,为了满足油井节能降耗,降低地面设备成本,在文南油田中采用了"HY级超高强度抽油杆深抽"技术。从技术分析角度阐述了HY级超高强度抽油杆与HL级抽油杆的性能参数对比,由于HY级超高强度抽油杆性能指标更高,在油井设计应用中可实现二级杆组深抽。2014年成功运用6井次HY级超高强度抽油杆进行深抽,最大泵挂深度达3 000 m。使用HY级抽油杆可延长检泵周期,降低设备投资,节约能源,减少生产运行维护成本。自2015年起,此抽油杆逐步用于深抽井中。

H级抽油杆许用应力计算及疲劳寿命预测方法

为了有效使用H级抽油杆,对其许用应力计算方法和疲劳寿命预测方法进行了研究。在对H级抽油杆进行室内拉伸试验的基础上,计算了其抗拉强度与屈服强度的比值,根据该比值将H级抽油杆API最大许用应力计算系数由0.562 5修改为0.716 3;拟合建立了H级抽油杆的应力-疲劳曲线,折算了H级抽油杆在应力比为0.1条件下的极限疲劳应力;通过H级抽油杆在不同介质中和不同冲次下的疲劳测试,获得了含水率和冲次与抽油杆寿命的关系。研究的H级抽油杆许用应力计算及疲劳寿命预测方法,在长庆油田杏南作业区10口井进行了应用,结果表明,利用该方法对H级抽油杆进行优化设计可以改善其受力条件,充分发挥H级抽油杆的性能,使其满足现场生产对杆柱应力、寿命的需求。

使用混合杆柱时抽油泵柱塞的超冲程

任何抽油杆柱在理论上都可能产生超冲程，只是大小不同而已。超冲程的存在，使泵柱塞的有效冲程增大，甚至会大于光杆冲程。首次提出了抽油泵柱塞相对超冲程和绝对超冲程的概念，这将有助于正确认识玻璃钢抽油杆的作用和玻璃钢抽油杆的推广使用。将抽油杆柱简化成上端受光杆的激振位移、下端带有集中质量的弹簧－质量力学模型，建立了抽油杆柱纵向振动的偏微分方程和边界条件，然后用固有函数法求解方程，得出了抽油泵柱塞超冲程的无穷级数解析计算式。

基于三参数威布尔分布模型的超高强度抽油杆概率疲劳寿命曲线

通过疲劳试验获得HL和HY两种超高强度抽油杆的疲劳数据,首次采用三参数威布尔分布,建立新的抽油杆疲劳寿命预测模型,进而拟合HL和HY两种类型超高强度抽油杆的概率疲劳寿命曲线。基于正态分布Basquin模型和三参数威布尔分布新模型进行抽油杆疲劳寿命预测。结果表明:基于三参数威布尔分布新模型计算得到的HL型、HY型抽油杆疲劳寿命与试验结果误差分别为1.25%和4.39%,基于正态分布Basquin模型疲劳寿命与试验结果误差分别为12.50%和19.84%,基于三参数威布尔分布新模型拟合精度更高。

高强度准贝氏体钢抽油杆制造工艺

对不同热处理条件下的准风民体钢进行了机械性能测试，说明用准贝氏体钢制造Ｄ级抽油杆，可采用热轧＋高温回人，或正火＋高温回火热处理工艺；用准贝氏体钢制造Ｈ级抽油杆，可采用热轧＋低温回火，或者正火＋低温回火热处理工艺。对准贝民体钢制造的抽油杆的实体拉伸试验证明，用准贝氏体钢制造的Ｄ级和Ｈ级抽油杆分别满足ＧＢ７２２９－８７和相关资料的性能要求，并且具有工艺简单、生产效率高等优点，具有重要的推广价值。

超高强度抽油杆疲劳性能分析

抽油杆在有杆泵采油系统中起着至关重要的作用,若抽油杆提前失效,将影响油田正常生产,实践表明抽油杆的失效大部分是由疲劳引起的,疲劳寿命是衡量抽油杆好坏的最重要指标。因此,文章开展H级超高强度抽油杆的疲劳性能实验,应用有限元方法分析其应力分布情况,明确抽油杆危险部位,为科学合理应用H级超高强度抽油杆提供理论指导。

超高强度抽油杆P-S-N曲线拟合新方法

P-S-N曲线是超高强度抽油杆力学性能分析的主要依据,其拟合方法通常参照于普通抽油杆。然而实验数据表明,超高强度抽油杆并不满足普通抽油杆P-S-N曲线拟合模型的假设条件。为了研究适应于超高强度抽油杆的P-S-N曲线拟合方法,提出了基于Box-Cox变量变换法的三参数P-S-N曲线拟合模型,其中Box-Cox变量变换法解决了一定循环应力下,疲劳寿命不满足正态分布的问题;三参数P-S-N曲线模型更符合典型S-N曲线的趋势。实验计算结果表明,新方法下的P-S-N曲线拟合度更高,相对误差仅为1.46%~4.12%,仅为以往方法的11%~30%,新方法拟合的曲线更能体现超高强度抽油杆力学性能,精确度更高。

超高强度抽油杆P-S-N曲线试验研究

概述了超高强度抽油杆的特点,将其与其他抽油杆进行了对比分析;给出了超高强度抽油杆P-S-N曲线的定义、试验研究方法;通过试验,得出了3个应力水平下,超高强度抽油杆试样的循环次数;用概率统计法对试验数据进行了处理,得到了P-S-N曲线。有了超高强度抽油杆的P-S-N曲线,就可以据此对各种超高强度抽油杆进行检验,从而避免或减少抽油杆断裂事故的发生。

安塞油田有杆泵井减载提效技术研究与应用

安塞油田属于典型的“低压、低孔、低渗”三低油田，全部采用有杆泵采油，其采油设计一直沿用传统方法，导致油井悬点载荷大、举升效率低、能耗高。通过分析抽油机悬点载荷认为，降低抽油泵径、抽油杆径和运行冲次能降低悬点载荷，进而降低抽油机机型，为此形成了供排协调优选抽油泵径、抽油杆柱质量最轻设计方法、采用低冲次数字化抽油机等技术，提出了以“降泵径、降杆径、降机型、提效率”为主要内容的低渗油田有杆泵采油设计新方法。研究结果表明，应用该方法降低了油井悬点载荷，提高了油井效率，降低了生产成本。

表面感应加热淬火抽油杆残余应力衰减的研究

为提高抽油杆的疲劳极限，研究了经表面感应加热淬火的抽油杆在疲劳极限应力作用下残余应力的衰减规律。结果表明，残余应力的衰减主要取决于心部组织的静屈服强度和循环屈服特性。心部组织静屈服强度高，又具有循环硬化特性的，残余应力衰减量小。反之，衰减量大。但是，残余应力的衰减主要发生在前几百个循环周次内，当循环周次超过１００次，不管心部材料是循环硬化的还是循环软化的，残余应力的衰减量都很小。由此，结合采用喷丸工艺，研制出疲劳极限达到６７０ＭＰａ的超高强度抽油杆，大大超过美国ＥＬ级抽油杆（５５４ＭＰａ）的水平。

HK级抽油杆研制与试验研究

介绍了超高强度防腐HK级抽油杆的研制背景、过程和结果,并将其和目前国内外油田使用的D级抽油杆、H级抽油杆和K级抽油杆在力学性能和抗腐蚀方面进行了对比试验。结果表明:HK级抽油杆在力学性能和抗腐蚀方面的总体性能优于其他类别的抽油杆,具有推广应用价值。

超高强度抽油杆用钢SSYH-1的开发与试制

首钢首次工业试制了超高强度抽油杆用钢SSYH-1，其各项力学性能、组织性能指标均满足相关技术协议要求。用户使用情况良好。

不锈钢覆层抽油杆研发及其应用前景

对我国抽油杆的应用及研发情况进行了综述,介绍了我国抽油杆的应用情况及耐腐蚀抽油杆的发展情况,重点对新型不锈钢覆层抽油杆进行了详细介绍,并通过力学性能测试、金相检测、盐雾腐蚀试验等对不锈钢覆层抽油杆进行了检测分析,发现不锈钢覆层抽油杆热处理后可获得优良的力学性能及疲劳性能,且其耐腐蚀性能是普通35CrMoA抽油杆的9.5倍,比普通合金抽油杆具有更好的综合性能。

H级高强防腐抽油杆用钢的过冷奥氏体连续冷却转变

采用DIL805L淬火膨胀仪,研究了H级高强防腐抽油杆用钢过冷奥氏体连续冷却转变过程中,冷速对显微组织和硬度的影响。结果表明:该试验钢在连续冷却过程中,CCT曲线呈现明显的整体右移现象,珠光体转变非常少,铁素体-珠光体转变区与贝氏体-马氏体转变区分离。硬度随冷速变化呈现两个阶段:包括低冷速下的快速增长和高冷速下的趋于稳定,这与微观组织的变化趋势有关。冷速<1.5℃/s时,组织中才能存在贝氏体,该试验钢想要获取优良的贝氏体组织,可选择的冷速区间范围非常小,该试验研究可为抽油杆用钢的组织控制、工艺制定提供有效的技术支撑。