腐蚀疲劳是抽油杆在服役期间的主要失效形式,该失效形式是由抽油杆在拉-压循环应力及腐蚀介质的联合作用的结果表现。抽油杆断裂失效这一过程中产生的断裂源大部分都在抽油杆的表面[58-64],因为抽油杆在拉压循环应力的作用下,会使得抽油杆表面覆盖的保护层遭到破裂,覆盖层遭到破坏的地方加之腐蚀介质的侵入,造成覆盖层破坏和未破坏两处因电化学差异性形成电偶腐蚀。由于覆盖层的破裂是局部的,在形成电偶腐蚀后产生严重的大阴极小阳极电偶腐蚀,极大加速腐蚀进程,形成较深的腐蚀坑,加之循环应力的作用,大大缩短抽油杆的疲劳寿命,具有很大的普遍性和危害性但是由于腐蚀部位特殊,很难采用缓蚀剂来一直抽油杆的腐蚀,武汉楚博士科技有限公司曾经尝试使用气相缓蚀剂来抑制抽油杆的腐蚀,除了气相缓蚀剂,武汉楚博士科技有限公司还生产酸化缓蚀剂、二氧化碳缓蚀剂(CO2缓蚀剂)、污水缓蚀剂、集输缓蚀剂、硫化氢缓蚀剂(H2S缓蚀剂)、酸洗缓蚀剂、缓蚀阻垢剂、润湿抑尘剂、结壳剂、杀菌剂,酸化缓蚀剂、二氧化碳缓蚀剂(CO2缓蚀剂)、污水缓蚀剂、集输缓蚀剂、硫化氢缓蚀剂(H2S缓蚀剂)、酸洗缓蚀剂、缓蚀阻垢剂、润湿抑尘剂、结壳剂、杀菌剂等多种节能环保化学品。尽管气相缓蚀剂在抽油杆的疲劳腐蚀抑制中取得了一定的效果,但是气相缓蚀剂容易挥发,持久性不够,因此了解抽油管的腐蚀疲劳机制,有助于解决抽油杆的腐蚀疲劳问题。

    由于抽油杆表面状态的不均性,使得其表面易形成局部腐蚀,这种局部腐蚀大多表现为腐蚀坑的形成,抽油杆在服役期间一直处于施加拉压循环应力的作用下,一旦有腐蚀坑出现,便会使得腐蚀坑处的拉压力比施加的拉压力大很多,从而导致在腐蚀坑处的裂纹源形成。由于腐蚀坑的形成导致裂纹的易萌生,大大缩短了裂纹萌生时间。而裂纹萌生寿命占疲劳寿命的主要部分,裂纹扩展寿命为疲劳寿命的一小部分,因此总的说来腐蚀坑处的应力集中会大大缩短抽油杆的腐蚀疲劳寿命。有关文献说明裂纹萌生机理,其中点蚀加速裂纹形成机理为本文裂纹萌生分析提供依据。在裂纹的扩展过程中由于腐蚀介质的加速作用,使得扩展速率增加,从而降低疲劳寿命。腐蚀疲劳断口的形貌特征分析可以根据疲劳断口的形貌特征理论来判断断裂类型,断裂源区,裂纹扩展区,瞬断区等。断口分析分为定性分析和定量分析两大类,其中定性分析是为了确定失效模式、失效因素的类型;定量分析是比定性分析更深入一部的分析,获得失效因素的影响程度。因此在疲劳断口的分析实验中,首先用定性分析进行断裂性质的宏观判断,之后用定量分析进行断口表面的腐蚀产物的成分、断口的结构与不同断面处形貌特征等方面的分析,进行定量参数的测试与描述。

    根据文献表明,常用到的抽油杆失效分析研究方法之一是抽油杆断口处腐蚀产物的成分分析,这是由抽油杆服役环境的复杂性决定的。随着石油开采年限的接近,石油资源的逐渐短缺,石油开采的环境越来越恶劣,钻井的深度多则达到大几千米深,因此井下的压力,温度,离子种类越来越复杂,对抽油杆的腐蚀作用越来越强。通过对断面处裂缝,坑即断面平整出腐蚀产物的成分分析和对比,除了本身能够判断出腐蚀介质中离子的种类和pH,还能够对腐蚀介质中各种离子对疲劳裂纹形成、裂纹扩展和腐蚀坑的出现原因分析提供依据。文献表明,抽油杆的失效分析研究方法除了通过对腐蚀产物进行分析来研究外,还用到更多的是对断口不同断面处的腐蚀形貌分析。通过对不同断面处的腐蚀形貌分析,得出断口的断裂源区位置,断裂源区的微观形貌特征,裂纹的生成和扩展区的位置,裂纹处的微观形貌特征,瞬断区的位置和这一处的微观形貌特征,之后对这几处的微观形貌特征进行比较、分析,从而为抽油杆的失效机理分析提供依据。

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