抽油杆修复热处理工艺优化分析

宋建辉

（大庆油田有限责任公司第二采油厂机械维修大队，黑龙江 大庆 163355）

在我国，研究抽油杆修复手段的实践较早，自20 世纪80 年代便已开始着手组建抽油杆修复工业生产线，截至目前，我国已经建成并正式投入使用的修复生产线数量已经达到10余条，但是，抽油杆设备在经过修复处理后，抽油杆的使用性能参差不齐，因此，需要对相关的流热处理工艺做出再次优化。

由于旧抽油杆在完成热处理修复后，抽油杆抗拉强度以及疲劳强度均有着显著的增强，在后续阶段的下井作业中继续使用，能够有效减少资金投入，进一步控制生产成本，与此同时，还可以有效减少或避免抽油杆产生的疲劳断裂现象，同时抽油井的免修期也可以得到适度延长，对抽油杆修复处理工艺的优化策略进行总结，能够让油田创造出更显著的经济和社会效益。

1 实验概述

经过热处理修复的旧抽油杆能够有效地执行抽油杆设备的机械性能，提升其自身抗拉强度设备抗疲劳度，设备运行压力也能够得到进一步改善，此时，可以将已经修复完毕的设备重新投入生产活动中，这样能够大幅度减少设备使用造成的成本支出，伴随着设备机械性能的不断提升，材料疲劳断裂的情况也可以得到有效缓解，抽油井实际使用年限能够得到延长，在这样的情况下，抽油杆的使用寿命和设备疲劳期限均会有所延长，设备正常工作状态可以得到更有效的保证，同时，这也是节约成本、拉升经济效益的一项重要处理措施。

此次实验的最终目的主要在于，对设备表面热处理进行检测，对抽油杆工作性能产生的各方面影响进行集中处理，进而优化抽油杆处理修复工艺。

依次制作D 级新抽油杆、D 级旧抽油杆以及HL 级超高强度揣测杆试样，然后，分别选取100kN 万能材料的设备试验机执行抗拉强度实验、选取PLG-3000kN 高频疲劳设备实验机执行疲劳实验，分析所得数据，明确指出不同抽油杆机械设备的实际机械性能运行情况与疲劳寿命期限，此后，对比不同样品产生的实验结果，保证修复工艺的科学性与合理性能够满足使用标准。

2 抗拉伸试验

第一组试验：旧D 级抽油杆在其经过淬火处理后，σb值会提高至1126MPa,总效率提升约25%，基本达到了H 级抽油杆的具体使用标准。

第一组试验数据可以说明，旧D 级抽油杆经过淬火处理后，设备平均抗拉伸强度会正式超过1100MPa，与此前阶段的处理方式相对比，使用提高率比例约为25%，这一数值能够达到H 级抽油杆的正常使用指标；第三组试验中的HL 级设备同强度抽油杆在完成淬火处理后，其强度值约为1050MPa，与处理前想对比提高了68MPa 左右，实际提高率在6.5% 左右。究其原因，主要是因为HL 级所选择的材料大多为FG20 或者16MnCrMov，这两种材料均属于非调质钢材料，材料碳含量比例较低，所以，其热处理效果不甚明显。对于这种材料而言，选择热处理工艺并不能有效提升其实际使用性能，因此，在处理这种类型的机械设备时，调质处理手段并不是必须采取的优化手段，处于正常情况下，可将二者同500C 共同进行回火处理，用以保证使用性能的提升。

对上述结论进行综合分析，可以更直观地发现，机械设备在经过表面淬火处理以后，对于上述三组抽油杆设备而言，其自身抗拉强度均有了一定程度的提高，在此期间，旧D 级抽油杆完成优化处理以后，设备抗拉强度数值会提升达到25%；但是，上述三组样本的实际提高率对比会出现比较明显的差异，对上述几种样品的断层进行细致观察，可以发现三者间均存在一定厚度的设备淬硬层，同时，这种深度之间存在的差异并不大。在完成金相检验实验后可以发现，上述三组实验试件所应用的组合材料不尽相同，特别是设备的实际碳含量存在比较明显差异，因此，淬为处理程序完成后，金相组织产生的结果也会不同，这种情况也属于造成硬度值差异的根本原因之一，从具体数值方面进行对比，第一组试验硬度HRC 值为42，第三组试验值则为36，这种区别也属于造成抗拉强度发生差异的重要因素。

3 疲劳试验最终结果分析

第一组试验：旧D 级抽油杆优化处理

可以将第一组试样认为是本次试验活动分析的主要目标之一，试验过程中，对该组并没有经过瘁火处理的全部试样全部展开疲劳试验，最终试验结果说明，其中3 根试样会在比较早的时间段出现疲劳失效状况，此时，分析结论主要由下述两方面原因造成，第一方面，设备使用期间会有裂纹产生，其中的另一个原因就是此产品在其出厂期间便存在质量问题，比如，设备材料、设备热处理工艺等方面的问题，设备材料的金相组织结构晶粒粗大，材料铁素体含量超高，同时，还会存在偏析等不良情况，以上这些因素均会降低设备的使用寿命和耐劳期限。

选取5 根经过淬火处理的试样产品，保证所选设备的疲劳寿命全部能够达到D 级抽油杆设备的使用性能要求，这也能够充分说明表面感应热处理方式对抽油杆疲劳寿命的延长和改善具有值得肯定的作用，特别是对焊口强度而言，能够大幅度提高其强度。

但是，为进一步增加抽油杆的修复作用并提升设备疲劳可靠性，还需要对旧杆进行更严格的无损探伤修复处理制度，全方位提升设备的使用可靠性。

第二组试验：D 级新抽油杆

没有经过淬火处理的五根试样设备中，仅有一根处于疲劳失效状态，发生断裂的主要部位位于头部过渡区，由于试件选择的是通过磨擦焊对焊形成设备，所以，头部与杆体所采用的组合材料不是同一成分，分析其中的根本原因，主要是因为过渡区R 值造成，也有可能是加工期间存在施工处理缺陷，与杆体自身质量没有直接关系。

在选取的五根经过热处理工艺升级的试样，这些设备的疲劳寿命全部满足D 级抽油杆的设备性能要求。为充分说明试验研究问题，将其中第5 根设备试样试验载荷数值提高至H 级超高抽油杆的真实载荷(根据SY/T6272-1997 标准提出的规定内容，H 级疲劳试验需要加载σmx=540MPa)也并没有出现疲劳破坏，针对这组试验结果，能够看出：设备表面在经过感应淬火处理后，不仅会对杆体焊口提供强化作用，同时还会对比较复杂的几何形状截面产生强化作用，如过渡区位置的R 圆角；如果此时选择合适的D 级抽油杆作为母材，对其表面感应淬火位置予以处理，这样就能够达到HY 级对应的超高强度疲劳性能。

第三组试验：HL 级超高强度抽油杆处理

HL 属材料型是一种超高强度的抽油杆设备，HY 属工艺型处理工艺超高强度抽油杆。

这一组并未经过淬火处理的五根试样中，有四根是根据D 级杆加载而成，并没有发生破坏情况，第五根则是根据超高强度抽油杆标准加载而成的设备，在机械的焊口存在疲劳破坏情况，这能够进一步说明焊口位置的强度并没有达到规定的标准要求。

选取的已经完成淬火处理的五根试验试样设备都未发生破坏，其中，第五根样品和没有淬火的第五根试样同样处于σm=540MPa，后者也没有发生破坏情况，再次说明设备表面感应热处理工艺对焊口具有明显的改善作用，材料晶粒强度和使用寿命都会得到显著增强作用，机械设备的疲劳寿命也会得到有效延长。

4 结语

经过前文的分析，可以得出结论，选择旧抽油杆热处理工艺修复技术期间，高频表面的实际感应更明显，此时，应用淬火工艺能够取得更为优质的处理效果，设备修复期间也可以将此作为研究基础，开展有针对性的设备选择，优化各项处理工艺参数，构建更科学、合理的选型工艺，进而提升设备修复水平。本文针对上述内容进行分析并总结，希望能够为同领域工作者提供合理化发展建议。