Gleeble新型抽油杆用钢的热变形行为研究(3)
时间:2018-12-22 21:56 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
②D级抽油杆——主要用于中、重负荷含硫油井抽油，材料为碳钢或合金钢，如Cr-Mo系钢抽油杆，抗拉强度达794～965MPa。 ③K级抽油杆——主要用于轻、中负荷中等腐蚀或 缓蚀油井，尤其是低硫腐蚀油井抽油，材料为镍钼合金钢，如Ni-C-Mo或Ni-Cr系钢抽油杆，抗拉强度为588～794MPa。 抽油杆的主要失效形式为腐蚀疲劳失效。抽油杆腐蚀疲劳是抽油杆在拉-拉交变应力及腐蚀介质的共同作用下产生的[6]。腐蚀疲劳的断裂源一般在抽油杆的表面上形成，因为在拉应力的作用下，首先使抽油杆覆盖的保护层破裂；由于腐蚀环境的影响，破裂的局部开始电化学腐蚀形成腐蚀坑。任何腐蚀剂都能与交变应力联合作用产生腐蚀疲劳。文献[11]均提到抽油杆腐蚀，可知抽油杆腐蚀是抽油杆发生疲劳断裂的源头。抽油杆服役环境中的氧、硫化氢、二氧化碳等腐蚀剂的存在，会加剧抽油杆的腐蚀。在长期的经受拉-拉交变应力，以及环境腐蚀的协同作用，抽油杆极易发生腐蚀疲劳。在应力的作用下，腐蚀坑处产生应力集中，形成疲劳裂纹源。由于抽油杆在腐蚀过程中产生腐蚀坑以及其他的表面损伤，使疲劳裂纹萌生所需要的时间及循环次数均减少。另外由于腐蚀的影响，还使疲劳裂纹的扩展速率增加，疲劳寿命降低。腐蚀疲劳断口的形貌特征与一般疲劳断口的形貌特征相似，除在断口上能够观察到疲劳断口形貌特征以外，同时又能够观察到腐蚀或应力腐蚀断口的特征。腐蚀疲劳断口上出现的腐蚀产物，为抽油杆失效分析提供了一条途径[3]。对抽油杆断口表面的腐蚀产物进行成分分析，是抽油杆腐蚀疲劳失效分析的常用分析方法之一。 我国大部分油田进入开发中后期，常常采用注水等增产措施,且油田的回注水基本上都是污水直接回注，使抽油杆工作环境中的各种离子大幅度增加。抽油杆的工作环境比较恶劣，产出水的矿化度较高，尤其是富含Cl-，使得钢的腐蚀速率大幅度提高。同时由于井液中含有CO2和H2S等酸性气体，使得井液呈弱酸性，金属表面不能有效形成起保护作用的钝化膜，从而加剧了腐蚀。在腐蚀介质的作用下，局部发生化学侵蚀形成腐蚀坑，腐蚀坑内的局部含酸高，又加剧了腐蚀的进行。腐蚀坑处产生应力集中，形成腐蚀疲劳裂纹源。在交变应力的作用下，裂纹不断扩展，导致了抽油杆杆体的有效端面减少，最终发生断裂。 在采油过程中，抽油杆柱承受不对称循环载荷的作用，工作介质为井液（原油和矿层水），而许多抽油井的井液含有腐蚀介质。因此，抽油杆的主要失效形式为疲劳断裂或腐蚀疲劳断裂。抽油杆的断脱事故会严重影响原油产量，增加了修井费用，提高了原油成本。 1999年张连山在《国外石油机械》第10卷第一期上曾发表过一篇名为《国外新型抽油杆》的文章，其中介绍了约十种国外的新型抽油杆[1]。 例如美国的玻璃钢抽油杆，美国研究开发了玻璃钢抽油杆，采用玻璃钢材料制造抽油杆具有较好的使用性能和效益。 1.2热变形 热变形是指金属在再结晶温度以上的塑性变形。热变形时加工硬化与再结晶过程同时存在，而加工硬化又几乎同时被再结晶消除。 从热膨胀原理知道，当金属部件温度均匀上升，沿长度方向的热膨胀也是均匀的。如果金属部件受热不均匀，两侧温度上升不一致，当上侧温度高于下侧时，金属部件上侧的膨胀量大于下侧的膨胀量，从而使金属部件向上弯曲，产生了热变形。热变形的规律是：温度高的一侧向外凸出，温度低的一侧向内凹进，即为“热凸内凹”[9]。 (责任编辑：qin) |