轻型吊环的外形如图1所示。在钻井的起下钻，接单根和油井打捞过程中，它和吊卡配合使用，承受着所有钻具的重量。吊环的杆部受纯拉伸应力的作用，环部受拉伸、弯曲复合应力的作用（见图2），故环部受力较复杂。试验应力分析表明，吊环的小环部（与吊卡配合的环）是吊环受力最大的部位，在均匀受载的情况下，应力分布如图3所示。小环部存在三个明显的危险断面，即小环的顶部断面，环部两侧对称的两水平断面以及环部与直杆交界处的界面。这个分析结果是和吊环断裂部位相一致的。
图1 轻型吊环的外形
吊环在使用中所承受的最主要负荷是疲劳负荷。在每一应力循环中，负荷最小值接近于零，最大值在下钻时随钻杆的逐渐增加而增大；在起钻时，则随钻杆的减少而降低。同时，随着井深的增加，完成一个起下钻操作所经历的应力循环周次逐渐增加。每一应力循环所需时间一般为几分钟。由于正常钻井过程中，除接单根外无需使用吊环。因此，吊环是间歇受载。由此可知。吊环所承受的是一种变动应力幅的低频率随机疲劳负荷，如图4所示。这种负荷是导致吊环失效的最主要负荷。
图2 环部受力图
图3 环部应力分布（注：所注数值为杆部（拉伸区）应力倍数）
图4 吊环使用时的负荷变化情况（示意图）
在起下钻，特别是在处理事故的过程中由于猛提猛刹，使吊环承受冲击负荷，这种冲击负荷往往引起吊环的瞬间超载，在一定条件下可能会引起吊环造成过载损伤。(www.xing528.com)
此外，吊环在使用中，不可避免要接触到水和泥浆等介质的作用，当吊环存在缺陷或裂纹时，这些介质会侵入其中，以致加速裂纹的扩展，对吊环的使用寿命带来不利影响。
通常吊环有三种失效形式，即变形（杆部弯曲等）、磨损和断裂。在这三种失效形式中，尽管各油田均有大量吊环因变形而失效，但这是一种由于操作不当所造成的不正常失效，不属于我们研究的范围。至于吊环环部与大钩、吊卡接触面因磨损而失效，在吊环的材料变革之前，采用中碳钢正火或调质处理的吊环中是较为严重的。由于新的轻型吊环采用20SiMn2MoVA高强度钢制造，使吊环的耐磨性大大提高，因而吊环的磨损已不是主要问题。吊环的断裂在吊环的失效形式中所占比例不大，但是由于它是突然发生的，而且由于吊环的断裂，可能造成井毁人亡的恶性事故，给人民的生命财产造成严重威胁，因此断裂是吊环的一种最危险的失效形式。
轻型吊环的断裂均发生于小环部的三个危险断面上，而且以小环部两侧对称的两个水平断面为最多。吊环断裂时断口齐平，无明显的宏观塑性变形特征，明显的分为光亮的疲劳区和粗糙的瞬断区，疲劳源在吊环表面。典型断口如图5所示。
由于断裂时吊环断口表面无明显宏观塑性变形痕迹，因此这种断裂从宏观上说是一种脆性断裂。疲劳区的电镜断口特征如图6所示。虽然用于分析的断口表面已有锈蚀，但仍能看到较明显的疲劳条痕特征，而没有发现低周疲劳条痕和韧窝混合的特征。因此，尽管吊环在使用中加载频率低，但应该说它只是一种低频率的疲劳，而并非高应力、大应变的低周疲劳。
图5 吊环的断口
图6 吊环疲劳区电镜断口照片（2000×）
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