HL级抽油杆性能对比研究

王军，史交齐，姬丙寅

HL级抽油杆性能对比研究

王军，史交齐，姬丙寅

西安三维应力工程技术有限公司（陕西西安710061）

对比了30CrMoA和35CrMoA HL级抽油杆的化学成分、拉伸性能、冲击性能及疲劳性能。结果表明：35CrMoA的强度较30CrMoA高，冲击功、伸长率、断面收缩率均低于30CrMoA；30CrMoA的室温疲劳寿命约是35CrMoA的2倍，低温疲劳寿命是35CrMoA的5倍。因此，2种常用的抽油杆中30CrMoA的综合性能更优。

30CrMoA；35CrMoA；HL级；抽油杆；疲劳周次

随着原油开采难度的加大，对抽油杆的承载能力要求越来越高，超高强度抽油杆的用量也越来越大[1-4]。抽油杆在交变载荷作用下，杆体和端部很容易发生疲劳断裂。抽油杆发生疲劳断裂后，需要进行打捞和更换抽油杆，给油田带来巨大的经济损失[5-8]。因此，有必要对抽油杆的力学性能及疲劳特性进行研究，以提高抽油杆的疲劳强度，延长抽油杆的使用寿命，提高油田的经济效益。对目前常用的30CrMoA和35CrMoA HL级抽油杆的力学性能和疲劳性能进行了对比研究，为抽油杆的选材提供了理论依据。

1 实验材料及方法

选取2根30CrMoA（1#和2#）和2根35CrMoA（3#和4#）HL级抽油杆，每根抽油杆均含2个端部（一个端部取冲击试样；另一个端部取疲劳试样），对其化学成分、拉伸性能、冲击性能及疲劳性能进行对比研究，其中疲劳性能测试采用以下2种实验条件：

第一种疲劳实验条件为实验温度为-50℃（液氮冷却气体）；共振频率20 300 Hz；载荷530 MPa。

第二种疲劳实验条件为实验温度为室温；共振频率根据载荷和试样尺寸，现场调试决定；载荷900 MPa。

2 实验结果与讨论

2.1化学成分分析

抽油杆化学成分分析结果见表1。结果表明，样品的化学成分均符合GB/T 26075—2010《抽油杆用圆钢》[9]标准的要求，35CrMoA的C含量比30CrMoA高，Si含量比30CrMoA低，Mn、Cr、Mo含量均高于30CrMoA，其余元素含量与30CrMoA基本一致。

表1 化学成分分析结果/%

2.2拉伸性能检测

抽油杆拉伸实验结果见表2。从表2可以看出，2种材质抽油杆的拉伸性能均符合标准的要求[9]；35CrMoA抽油杆的屈服强度和抗拉强度均显著高于30CrMoA，伸长率和断面收缩率略低于后者。

2.3冲击性能检测

依据GB/T 229—2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》标准要求对HL抽油杆的冲击性能进行测试，测试结果见表3。从表3可以看出，30CrMoA的冲击功明显高于35CrMoA。

表2 2种材质拉伸性能对比

表3 2种材质冲击性能对比

2.4实验室疲劳性能检测

对30CrMoA和35CrMoA的低温疲劳性能进行测试，测试结果见表4和表5。从表4可以看到，液氮冷却气体（-50℃）下30CrMoA的杆体、镦粗过渡区、扳手方的疲劳周次高出35CrMoA相应部位约5倍。

表4 2种材质低温疲劳性能对比

表5 2种材质室温疲劳性能对比

对35CrMoA和30CrMoA的室温疲劳性能进行测试，测试结果见表5。从表5可以看出，30CrMoA的杆体、变径处及端部的疲劳循环周次均高于35CrMoA同一部位约2倍，且对同一根抽油杆来说，杆体的疲劳性能更优。

结合表2和表3可知，35CrMoA抽油杆的抗拉强度较30CrMoA高，冲击功比30CrMoA低，但疲劳性能反而低，可见冲击功对抽油杆的疲劳性能也有重要的影响，且低温下30CrMoA的疲劳性能更优。

3 结论

1）35CrMoA的强度高于30CrMoA，但伸长率、断面收缩率、冲击功及疲劳循环周次均低于30Cr-MoA。

2）冲击性能对HL级抽油杆的疲劳性能有较大的影响。

3）30CrMoA的疲劳性能优于35CrMoA，且低温疲劳性能更优。

[1]高鹏,张博,贺鹏.H级抽油杆疲劳寿命模型的确定[J].中国石油和化工标准与质量，2014，34(9):187-188.

[2]李大建,陆梅,郭靖,等.H级抽油杆疲劳性能试验分析[J].石油矿场机械,2015,44(12):42-44.

[3]易敏.1000MPa级低碳贝氏体抽油杆用钢的研制开发[D].沈阳:东北大学,2015.

[4]范棕楠.超高强度抽油杆柱优化设计方法研究[D].西安:西安石油大学,2016.

[5]杨竞哲.油管断裂失效的分析[D].长春:吉林大学，2010.

[6]白强,庞斌,林伟,等.HL型抽油杆断裂失效分析[J].金属热处理，2016，41(7):187-191.

[7]周瑞芬.抽油机井抽油杆失效问题的损伤力学研究[D].沈阳:东北石油大学，2011.

[8]梁辰,邓福成,李惠子,等.抽油杆柱疲劳断裂失效分析[J].石油矿场机械，2013，42(4):71-74.

[9]全国标准化技术委员会（SAC/TC 183）.抽油杆用圆钢:GB/ T 26075—2010[S].北京:中国标准出版社，2011.

The chemical composition,tensile properties,impact properties and fatigue properties of 30CrMoA sucker rod were compared with those of 35CrMoA HL sucker rod.It is shown that,the strength of 35CrMoA is higher than that of 30CrMoA,its impact energy,elongation ratio and section shrinkage ratio were lower than those of 30CrMoA;the fatigue life of 30CrMoA at room temperature is about 2 times that of 35CrMoA,and its fatigue life at low temperature is 5 times that of 35CrMoA.Therefore,the comprehensive performance of 30CrMoA sucker rod is better.

30CrMoA；35CrMoA；HL grade;sucker rod;fatigue cycle

尉立岗

2017-02-07

王军（1981-），男，工程师，主要从事新型油井管开发及失效分析工作。