美國柱塞主要失效形式為表面嚴重腐蝕、疲勞和化合物剝落。國產(chǎn)柱塞表層堆焊的鎳基合金，含Ni量高，晶粒細，具有較好的耐腐蝕性能，可用于酸化壓裂作業(yè)；美國柱塞表層復(fù)合碳化物的含量高，晶粒粗大，硬度高，耐磨料磨損的性能高，可用于加砂壓裂作業(yè)。在設(shè)計柱塞時，必須提高柱塞強化表面的耐磨和耐腐蝕性能，同時還應(yīng)當(dāng)考慮使用防砂結(jié)構(gòu)。壓裂工藝所增產(chǎn)的油氣量在整個油氣產(chǎn)量中所占比重越來越大。一次成功的壓裂，一般可使油氣井的產(chǎn)量增加數(shù)倍，有時高達十幾倍甚至幾十倍，效益十分可觀。柱塞泵就是完成這種工藝的核心設(shè)備，其工作狀況極其惡劣：排出壓力高、壓裂液中含有大量硬度極高的砂粒，且壓裂液的酸度高。惡劣的工況使得柱塞、密封圈等易損件的壽命短，維修頻繁，有時因橡塑制成的密封圈斷裂及柱塞的磨損，泵送液體大量噴出，導(dǎo)致重大事故發(fā)生，嚴重影響正常生產(chǎn)。本文作者對現(xiàn)場使用的美國產(chǎn)和國產(chǎn)柱塞進行失效機理分析，為尋求合理的修復(fù)方法和改善加工工藝提供科學(xué)依據(jù)。經(jīng)汽油清洗后觀察，由肉眼可見其表面有明顯的與柱塞往復(fù)運動方向一致、長短不一的擦傷痕跡，在放大鏡下還可觀察到一些腐蝕麻點，并有表面薄層剝落。柱塞表面失效微觀分析：磨損表面的掃描電鏡觀察國產(chǎn)柱塞GC的失效形式為表面磨損擦傷、腐蝕和疲勞，其中主要的是表面磨損和疲勞；美國柱塞M C最主要的失效形式為表面嚴重腐蝕和剝落。柱塞磨損表面有較長的磨擦條痕，球形磨屑夾在長疲勞裂紋之中，并有輕微的腐蝕坑，裂紋方向與磨擦條痕相交或近于垂直。造成失效的主要原因是壓裂液含有大量石英砂等硬質(zhì)相，同時還含有酸等腐蝕性介質(zhì)。以上兩種原因造成柱塞的磨料磨損和腐蝕破壞；同時，在壓裂過程中，工作壓力大，由于長期往復(fù)載荷作用，硬質(zhì)相顆粒嵌入密封圈，并在高密封壓力下對柱塞往復(fù)作用，造成疲勞，產(chǎn)生疲勞裂紋和球形屑。