抽油杆柱疲劳断裂失效分析

梁辰，邓福成，李惠子，龚宁，孙文国

（1.江汉油田采油工艺研究院，武汉 430000；2.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249；3.江苏油田试采一厂，江苏扬州 225200；4.中海油能源发展股份有限公司监督监理技术公司，天津 300452；5.江汉机械研究所，湖北荆州 434000）①

随着油田开发进入中后期，油井产能降低，产出液含水量高，需要电泵转抽、加深泵挂等措施来维持油田的产量［1］。但是，在设计过程中存在很多问题，使抽油杆频繁失效，影响油井产量，还浪费了大量的作业费用。据统计，抽油杆的失效形式主要有疲劳破坏、磨损破坏和腐蚀破坏［2－4］，尤其以疲劳断裂和腐蚀疲劳断裂最为严重。本文从其典型疲劳断裂出发，研究了抽油杆杆体的裂纹扩散机理和表面缺陷临界尺寸，为在设计的初始阶段做好预防与控制措施，达到提高产品性能，减少作业费用，稳定产量的目的。

1 典型失效形式

1.1 腐蚀疲劳断裂

现场工作中的抽油杆均存在不同程度的腐蚀现象，严重腐蚀时发生腐蚀疲劳断裂，如图1～2所示，断口表面存在明显腐蚀坑，深度达1～3mm。分析原因：在生产液的腐蚀作用下，抽油杆的表面会产生局部腐蚀，从而形成蚀坑。当外力作用在这些蚀坑处时，会由于应力集中形成抽油杆的腐蚀疲劳裂纹源。在抽油杆工作过程中，由于上下冲程载荷变化，形成的裂纹源快速扩展，从而导致其早期断裂失效。此外，由于抽油杆表面存在的凹坑和刻痕等缺陷处于腐蚀环境中，这样更加快了腐蚀速度［5］。……