抽油杆失效形式分析及修复技术现状

抽油杆作为有杆举升系统的关键部件之一,在各油田大量使用。为了延长抽油杆的使用周期,减少事故发生率,研究了抽油杆的常见失效形式,并对修复技术现状进行了分析。结果显示,抽油杆的失效形式主要为腐蚀、偏磨及制造缺陷导致的失效;3种在用抽油杆的修复方法为基本修复、工艺型修复、再制造成坯料。研究表明,采用全生命周期的管理方法并结合修复及再制造技术能够最大限度延长抽油杆的使用周期,降低油田的开发成本。     

D级空心抽油杆疲劳性能试验研究

为考查Ｄ级空心抽油杆不同摩擦焊接工艺性能的可靠性, 采用电测试验应力法测试抽油杆焊接接头的应力集中系数β。在静拉伸条件下进行应变测试, 测得抽油杆焊接接头平均应力集中系数为１－０９１５ , 各应力集中系数分散性较小, 说明摩擦焊接工艺稳定可靠。在ＭＴＳ—８１０材料试验机上做了抽油杆短杆接头的疲劳试验, 采用数理统计方法统计分析Ｄ 级空心抽油杆疲劳性能, 获得Ｄ级杆的Ｐ－ Ｓ－ Ｎ 曲线和疲劳极限图, 求得存活率Ｐ＝ ９９－９ ％ 及对应寿命Ｎ＝ １０７时抽油杆的最大应力水平为２４４－３７ＭＰａ。统计结果表明, 按有关工艺制造的Ｄ级空心抽油杆疲劳强度满足使用要求。     

抽油杆修复热处理工艺优化研究

通过对国内修复旧抽油杆工艺的分析,优化了抽油杆修复工艺,并对工艺实施中的主要参数进行了优化。对几组抽油杆分别进行了抗拉强度试验和疲劳试验。试验结果表明,C级和D级旧杆经优化工艺处理后,除1根有缺陷的C级杆发生早期破坏外,其它10根样品抗拉断裂强度和疲劳强度均达到标准规定的D级抽油杆的要求。推荐工艺实施中选用25000Hz超音频电源;淬硬层取杆体直径的5%～12%,淬火后在200～250℃范围内或利用余热进行自由回火。抛丸强化工艺使用1.5mm钢丸,丸粒初始线速度为75m/s可得到高的抗拉断裂强度和疲劳性能。     

焊接和镦锻抽油杆质量可靠性对比分析

对焊接抽油杆和镦锻抽油杆质量可靠性进行了对比分析。焊接抽油杆的焊接接头热影响区位置的性能最薄弱,且原材料质量对焊接质量影响较大。但是焊接接头结构设计灵活,且加工过程中多道次的检验为质量提供了一定的保障。镦锻抽油杆金属流线连续,杆体组织相对均匀,适应范围广,但其螺纹接头部位危险截面相对较多,容易因材料问题造成不合格品出厂。最后针对2种抽油杆的结构和加工工艺,提出了合理化建议。     

我国旧抽油杆检测与修复技术的现状与发展

我国从1986年开始研究旧抽油杆检测与修复技术，先后研制成用于旧抽油杆检修的热校直机，表面淬火机床，强力喷丸机，荧光磁粉探伤仪和涡流探伤仪等仪器和设备；建立了先进的旧抽油杆检修工艺流程；制定了行业标准；开展了抽油杆疲劳断裂理论研究。国内现有12条旧抽油杆检修线，经济效益显著。今后的发展方向是，进一步完善现有的旧抽油杆检修作业线工艺流程，不断提高作业质量；在抽油杆杆头焊接和外螺纹接头的强化技术方面开展工作；提高抽油杆杆体无损探伤仪的质量，研制抽油杆强度分选仪和移动式检测设备；深入开展旧抽油杆剩余寿命估算的研究。     

再制造抽油杆高精度漏磁无损检测系统

国内大部分抽油杆检测装备仅是拾取缺陷信号而未对其进行准确有效的区分,并且对可修复的杆体采用一般的修复工艺,无法恢复其疲劳寿命。为此,提出了一种旧抽油杆的再制造新工艺———冷拔复新制造工艺,同时针对旧抽油杆再制造的特殊性设计了一套基于漏磁检测原理的无损检测系统。该系统采用穿过式线圈对抽油杆励磁,用开合式探头机构进行缺陷检测,可高精度处理探伤信号,实现抽油杆杆体表面缺陷的检测、分类以及轴向定位。现场应用结果表明,基于漏磁检测原理的无损检测系统具有检测精度高、配置简单和成本低等特点,可较好地指导抽油杆再制造过程中的工艺安排。     

再制造抽油杆高精度漏磁无损检测系统

国内大部分抽油杆检测装备仅是拾取缺陷信号而未对其进行准确有效的区分,并且对可修复的杆体采用一般的修复工艺,无法恢复其疲劳寿命。为此,提出了一种旧抽油杆的再制造新工艺———冷拔复新制造工艺,同时针对旧抽油杆再制造的特殊性设计了一套基于漏磁检测原理的无损检测系统。该系统采用穿过式线圈对抽油杆励磁,用开合式探头机构进行缺陷检测,可高精度处理探伤信号,实现抽油杆杆体表面缺陷的检测、分类以及轴向定位。现场应用结果表明,基于漏磁检测原理的无损检测系统具有检测精度高、配置简单和成本低等特点,可较好地指导抽油杆再制造过程中的工艺安排。     

提高摩擦焊空心抽油杆焊缝质量的建议

为提高摩擦焊空心抽油杆质量和使用寿命，从摩擦焊接理论入手，对空心抽油杆在现场使用过程中发生的断杆事故进行了分析和研究，总结出空心抽油杆断裂的部位及其规律，指出影响空心抽油杆质量和使用寿命的薄弱环节在摩擦焊缝及其热影响区。结合空心抽油杆的生产制造工艺，找出影响摩擦焊缝质量的主要因素，并提出相应的改进措施。还指出在空心抽油杆下井作业过程中应注意的事项。     

螺杆泵采油用空心抽油杆断脱失效分析

针对螺杆泵采油系统中频繁断杆及断杆部位均在井下泵挂处这一特征，通过机械性能测试及生产制造工艺分析，结合螺杆泵采油工艺特点，对空心抽油杆断脱失效进行了分析，并提出了相应的技术措施。     

抽油杆表面淬火矫直工艺及设备

介绍了一种用于工艺型超高强度抽油杆生产与旧抽油杆矫直修复的表面淬火矫直机床的结构与功能、工作原理及适用范围，抽油杆两杆头与杆体采用不同的行走速度与超音频电源功率匹配，可达到桢的淬火效果。电气系统采用ＰＬＣ可编程序控制。导轨上配有齿条，与拖动力车轮上的齿轮相啮合，可防止床身行走打滑，保证淬火加热与冷却均匀。表面淬火处理中，抽油杆拉力可调，使处理后的抽油杆直线度达到要求。试验表明，修复后的抽油杆强度可     

18年来我国抽油杆的科技进步与研制成果

18年来我国抽油杆制造厂由2家发展到27家,年生产能力由200万m提高到2693万m,品种由1种发展到12种;有16家普通抽油杆制造厂获得生产许可证,18家制造厂通过ISO9002或ISO9001认证,5家制造厂获得API会标使用权;抽油杆的质量和数量满足了国内油田原油开采的需要,还出口到11个国家;全国已形成由抽油杆制造厂、油田和19个研究单位组成的高水平抽油杆研制队伍,取得了39项科研成果。为了进一步提高我国抽油杆的研制水平,建议把主要力量放在稳定和提高常规抽油杆的生产技术水平上,研制抽油杆锻造机械手、杆头不旋转加工自动线和接箍加工自动线;加大推广应用空心抽油杆、电加热抽油杆、超高强度抽油杆、非调质钢抽油杆、玻璃钢抽油杆、防腐抽油杆和柔性抽油杆的力度;研制超高强度空心抽油杆、摩擦焊接抽油杆、连续抽油杆、螺杆泵专用空心抽油杆和新型超高强度强韧性抽油杆。     

几种连续抽油杆的分析与比较

文章介绍了国内目前推广使用的几种连续抽油杆，对连续抽油杆和普通抽油杆的分析比较表明，连续抽油杆有着普通抽油杆无法比拟的性能。它可克服普通抽油杆在机械采油中难以解决的问题，尽快地学习、掌握和使用连续抽油杆。对于石油工业的发展有着现实意义和深远意义。     

碳纤维复合材料抽油杆应用技术进展

碳纤维复合材料抽油杆是近几年来兴起的一种新型柔性抽油杆,具有轻质、高强度、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳及结构功能一体化等优异性能,成为解决传统抽油杆失效问题很有发展前途的重要方法之一.文章综述了碳纤维复合材料抽油杆的性能、应用技术及其进展情况,简要叙述了前期应用失效的原因.文章认为,碳纤维复合材料抽油杆配套设备开发与应用属于一项系统工程,重点应放在作业车和配套采油工艺的研究上,应用技术开发是制约碳纤维复合材料抽油杆大规模推广的亟待解决的问题.     

抽油杆疲劳强度的可靠度计算模型

提出了常规疲劳强度设计方法和API设计方法中存在的参数不合理且无可靠性指标的问题;分析了抽油杆承受的随机工作应力并给出了处理方法;提出了抽油杆疲劳极限分布的确定方法;在已知抽油杆应力、一定应力比下的疲劳强度分布的前提下,得出了抽油杆在任意应力比下的当量疲劳强度分布,并利用应力-强度干涉模型提出了抽油杆疲劳强度的可靠度计算方法.     

超高强度抽油杆的疲劳筛选试验

对20CrMo钢超高强度抽油杆的制造工艺进行了试验研究,从中优选出两种工艺方案。按优选工艺生产的超高强度抽油杆的疲劳中值寿命是D级杆的3.49～17.46倍。研究证明,采用我国现有D级抽油杆用钢,选择合理加工工艺,特别是热处理工艺,可以生产超高强度抽油杆。     

抽油杆可靠性的评估

根据可靠性理论提出了一些客观反映单根抽油杆和抽油杆柱可靠性水平的指标,用随机理论结合实例确立威布尔分布为抽油杆寿命数据的统计模型,可作为求解抽油杆可靠性指标的依据。同时通过对单根抽油杆和抽油杆柱各项指标的实算分析,得出了对抽油杆进行可靠性评估的结论。     

基于K-近邻隶属度模糊支持向量机的再造抽油杆损伤等级磁记忆定量识别

针对磁记忆技术在再造抽油杆损伤等级定量评价中小样本和分散性的难题,从再造抽油杆疲劳损伤实验出发,通过获取损伤演化过程的磁记忆特征规律,提取五维磁记忆特征向量,首次引入基于K-近邻隶属度的模糊支持向量机多分类算法,结合参数组合寻优方法,建立再造抽油杆损伤等级的多分类磁记忆定量识别模型。结果表明:利用K-近邻隶属度将分散性和模糊性加以量化,结合支持向量机的小样本优势,构造的K-近邻隶属度模糊支持向量机多分类磁记忆模型,可以进行再造抽油杆损伤等级的磁记忆定量识别,并进一步进行参数组合寻优,避免了盲目选择固定参数导致模型精度过低,具有较好的抗噪性和鲁棒性,为再造抽油杆损伤等级定量评价提供了一种新的方法。     

粘弹性流体法向应力对抽油杆偏磨的影响机理

大庆油田实施聚合物驱油以后,出现了抽油杆受力状况恶化、抽油杆柱严重偏磨的现象,为此开展了粘弹性流体水动力学理论和试验研究,得出了粘弹性流体在抽油机井筒内的流动规律及对抽油杆柱法向应力的影响规律,定量测出了粘弹性流体对抽油杆柱的法向应力值和抽油杆柱产生的偏心率.提出了粘弹性流体的法向力是造成抽油机井杆管偏磨的主要原因,建立了法向力作用下抽油杆纵向横向弯曲模型,并提出了抽油杆加扶正器和底部加重的综合防止偏磨措施,应用于大庆油田获得了较好的经济效益.     

NTD300系列杆管级别分选系统应用

把级别混淆的抽油杆管下入井下，将导致杆管断裂、脱落等事故。大港油田从江汉机械研究所引进了NDT300系列杆管级别分选系统，有效地解决了杆管级别在线分选的问题。文章论述了该系统的工作原理、功能、特点及应用情况。     

基于集肤效应的空心抽油杆电热系统的数值计算

基于集肤效应原理及电磁场有关耦合理论,利用有限元方法,推导了描述交流电加热井下原油的数学物理模型。在数值计算中,假设在同一级空心抽油杆和杆内电缆在每个截面上的电磁场完全相同,并忽略空气中的漏磁。根据建立的模型,对加热系统中空心抽油杆及杆内电缆的电磁场进行了模拟和分析,得出了在不同的操作频率下,空心抽油杆及杆内电缆的电流密度分布情况以及频率与集肤深度的关系。计算结果表明,电流频率越高,集肤深度越小。对空心抽油杆而言,电流主要分布在杆体的内表面上,因而该装置使用安全。