30CrMoA HL级抽油杆杆体断裂失效分析.pdf
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1、石油管材与仪器2023年第9 卷第6 期PETROLEUMTUBULARGOODS&INSTRUMENTS77失效分析与预防30CrMoAHL级抽油杆杆体断裂失效分析赵金兰,全珂,瞿婷婷,李小龙(中国石油集团工程材料研究院有限公司,国家市场监管重点实验室(石油管及装备质量安全)陕西西安7 10 0 7 7)摘要:某油田油气井中发生了30 CrMoA HL级抽油杆杆体断裂事故。为了确定该抽油杆杆体的断裂原因,采用宏观形貌分析、磁粉检测、力学性能、金相分析、扫描电镜(SEM)及能谱分析等方法,对该断裂抽油杆杆体进行了分析。结果表明,该断裂抽油杆杆体的化学成分、拉伸试验和夏比冲击试验结果均符合SY/
2、T50292013标准的要求,失效抽油杆材料的金相组织为回火索氏体+贝氏体+少量铁素体,其组织晶粒度为9.0 级。由于该抽油杆在使用中处于含有S和Cl-的腐蚀环境中,并且服役时承受了拉压交变载荷,另外抽油杆表面存在脱碳层,使其表层的残余应力转变为拉应力,因而该抽油杆发生了腐蚀疲劳和应力腐蚀断裂。在含H2S和Cl-等腐蚀介质的环境中,建议采用耐腐蚀抽油杆。关键词:30 CrMoA;抽油杆;断裂;腐蚀疲劳;应力腐蚀中图法分类号:TE931D0I:10.19459/ki.61-1500/te.2023.06.014(Key Laboratory of Petroleum Tubular Goods
3、and Equipment Quality Safety for State Market Regulation,CNPC Tubular GoodsAbstract:A 30CrMoA HL sucker rod fracture accident occurred in an oilfield.In order to find out the fracture reason,the failed 30CrMoAHL sucker rod was analyzed by means of macroanalysis,magnetic particle testing,chemical com
4、position analysis,mechanical propertiestesting,metallographic analysis,scanning electron microscopy(SEM)and energy spectrum analysis.The results show that the chemicalcomposition,tensile test and Charpy impact test results of the fractured sucker rod body meet the requirements of SY/T 50292013 stand
5、-ard.Its microstructure is tempered sorbite+bainite+a small amount of ferrite,and the grain size is 9.O.Due to the corrosion environmentcontaining S and Cl,the alternating tensile and compressive loads during the service process of the sucker rod,and also the decarburiza-tion layer on the surface of
6、 the sucker rod which transforms the residual stress on its surface into tensile stress,corrosion fatigue and stresscorrosion fracture of the sucker rod occurred.It is suggested to use anticorrosive sucker rod in the environment with corrosive media such asH,S and Cl*.Key words:30CrMoA;sucker rod;fr
7、acture;corrosin fatigue;stress corrosion0引言目前,在多种采油方式中,机械采油占比最高,而机械采油井中的有杆泵机械采油方式约占9 0%1-3。抽油杆柱作为地面抽油机和井下抽油泵的连接设备,既是一个重要部件,也是一个薄弱环节 4-7)。抽油杆作业时长期承受交变载荷及腐蚀工况条件等综合作用,经常发文献标识码:AFracture Analysis of 30CrMoA HL Sucker RodZHAO Jinlan,TONG Ke,QU Tingting,LI XiaolongResearch Institute,Xian,Shaanxi 710077,Ch
8、ina)1事故概况断裂失效抽油杆为22mm30CrMoAHL级,抽油杆文章编号:2 0 9 6-0 0 7 7(2 0 2 3)0 6-0 0 7 7-0 5生断裂失效。因此,对其失效原因进行分析,有助于提高抽油杆的可靠性和使用寿命 8 。某油田发生了抽油杆杆体断裂事故,本文对该断裂失效的抽油杆样品进行了试验分析,确定了其断裂失效的原因。初投稿收稿日期:2 0 2 2-0 9-2 8;修改稿收稿日期:2 0 2 3-0 3-2 2第一作者简介:赵金兰,女,19 8 2 年生,高级工程师,2 0 0 9 年毕业于中国矿业大学(北京)材料学专业,获硕士学位,现主要从事石油管道技术支持工作。E-ma
9、il:78.柱组合为:d28mm光杆+25mm抽油杆短节4根+25mm抽油杆34根+22mm抽油杆33根。断裂抽油杆位于22mm第33根中部,断头深度为551.0 9 m,井斜为6.2 0 狗腿度为6.8 3/30 m。每根抽油杆共注塑3个尼龙扶正器:安装位置距离抽油杆两端约40 cm处各注塑1个尼龙扶正器,两端注塑扶正器中部注塑1个尼龙扶正器。该抽油杆在本井内使用约1个月后,从杆体中间扶正器附近位置断裂。2试验方法和结果2.1宏观分析断裂失效抽油杆的宏观形貌及断裂位置如图1所示。0.5mml23456石油管材仪器带”,其轴向长度为155mm。其中断裂位置位于“腐蚀坑带”区域距离中间扶正器最近
10、位置的腐蚀坑内,如图1(c)所示。腐蚀坑内存在黄褐色的腐蚀产物,腐蚀坑开口直径尺寸2 3mm。杆体外壁其余部位未见腐蚀坑。断裂失效抽油杆断口一端(B端)宏观形貌如图2 所示。从图2 可见,裂纹起源于抽油杆表面的腐蚀坑处,断口表面放射线特征收敛于腐蚀坑处,该区域为裂纹源区。裂纹源附近的断面分为2 个平台,平台上有一些放射状台阶区,腐蚀产物较多,颜色较暗。瞬断区域有明显的瞬时撕裂45形貌,瞬断区为弧形光亮区,腐蚀产物不明显。瞬断区环向约占外圆周长1/2,面积约占断口横截面积的2/5,表明断裂时抽油杆承受了较大的拉伸载荷。断口表面其余部位为疲劳扩展区,面积约占断口横截面积的3/5。2023年12 月
11、(a)断裂失效抽油杆断口A端宏观形貌电翠源区(a)断裂失效抽油杆断口B端宏观形貌9样体装面质独坑(b)断裂失效抽油杆断口B端宏观形貌(b)断裂失效抽油杆表面腐蚀坑处局部宏观形貌图2 断裂失效抽油杆断口B端宏观形貌33mm2.2磁粉检测依据NB/T47013.52015标准,用CJZ-212E磁粉断裂位置探伤仪对断裂失效抽油杆的杆体进行荧光磁粉无损检测。结果表明,该断裂失效抽油杆除断口及腐蚀坑外,断口附近未发现裂纹显示。(C)断裂失效抽油杆断口两端拼接复原形貌2.3化学成分分析图1断裂失效抽油杆宏观形貌及断裂位置断裂位置距杆体中间扶正器33 mm,如图1(a)所示。将样品外表面清洗除锈后,观察断
12、口两端宏观形貌,可以清楚地观察到杆体外表面(断口B端),如图1(b)所示,一侧密集分布着6 个腐蚀坑,形成“腐蚀坑在断裂失效抽油杆杆体上取样,用ARL4460直读光谱仪,依据GB/T43362016标准进行化学成分分析,结果见表1。从表1可见,该断裂失效抽油杆杆体的化学成分分析结果符合SY/T50292013标准的要求。2023年第9 卷第6 期元素C含量0.28SY/T50292013要求0.2 6 0.332.4拉伸试验在断裂失效抽油杆的杆体上取纵向拉伸试样,用SHT4106材料试验机,依据GB/T228.12021标准进行室温拉伸试验,结果见表2。从表2 可见,该断裂失效抽油杆杆体的拉伸
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