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柱塞抽油泵和泵筒材料如何選擇
發(fā)布時(shí)間：2011-2-17 9:54:57 | 閱讀次數(shù)：1048次
截至2010年4月，國內(nèi)油田使用有桿泵的井?dāng)?shù)約15萬口，其中大部分
是柱塞式油桶泵，常規(guī)柱塞抽油泵已成為主要的采油方式之一。
由于國內(nèi)油田大部分已進(jìn)入了高含水開發(fā)期，加上高含砂、高溫
蒸氣稠油開采、注聚合物開采及強(qiáng)腐蝕的介質(zhì)環(huán)境和井況差等因素影
響，柱塞抽油泵的泵筒和柱塞的磨損、腐蝕、劃傷越來越嚴(yán)重，油井
平均檢泵周期越來越短，有的甚至不到30天就需要檢泵，嚴(yán)重影響油
田開發(fā)綜合經(jīng)濟(jì)效益的提高。國內(nèi)外眾多機(jī)構(gòu)投入了大量的力量研究
抽油泵的失效原因和防護(hù)措施。其中一個(gè)有效的方法就是優(yōu)選泵筒和
柱塞的材料和表面處理工藝。
油桶泵筒和柱塞摩擦副及周圍工作環(huán)境和條件構(gòu)成了一個(gè)摩擦學(xué)系統(tǒng)，
這一系統(tǒng)的腐蝕磨損量由泵筒的腐蝕磨損量和柱塞的腐蝕磨損量的
總和所決定。而泵筒和柱塞各自的腐蝕磨損量則由構(gòu)成材料的物理機(jī)
械化學(xué)性能、相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系、工作環(huán)境和條件等因素決定。最終從抽
油泵角度上看，泵筒和柱塞的材料和表面處理工藝的選擇成為決定這
個(gè)摩擦學(xué)系統(tǒng)腐蝕磨損量的決定因素。
選擇并優(yōu)化泵筒和柱塞材料和表面處理工藝的目的是讓這個(gè)摩擦
學(xué)系統(tǒng)的腐蝕磨損量達(dá)到最小。由于影響因素眾多，所以泵筒和柱塞
的材料選擇匹配仍然沒有一個(gè)理論指導(dǎo)，研發(fā)人員目前做的最多的工
作是選擇各種泵筒和柱塞的材料和表面處理工藝，然后在一定的腐蝕
磨損條件下進(jìn)行室內(nèi)摩擦磨損試驗(yàn)，從試驗(yàn)的結(jié)果來確定在這種試驗(yàn)
條件下，應(yīng)該選擇什么樣的泵筒柱塞材料。這里介紹兩種試驗(yàn)結(jié)果：
第一種結(jié)果：泵筒材料及表面處理工藝為45鋼表面化學(xué)鍍鎳磷合
金、303鋼表面鍍鉻、4%－6%鉻鋼加壓氮化等3種；柱塞材料及表而處
理工藝為碳鋼鍍鉻、碳鋼激光處理、海軍黃銅化學(xué)鍍鎳磷合金、蒙耐
爾合金鍍鉻等4種。將上述材料分別配對(duì)進(jìn)行耐磨性試驗(yàn)，試驗(yàn)用的
摩擦副由環(huán)和塊組成。介質(zhì)為清水，溫度60℃，黏度為0.000653Pa/s
。試驗(yàn)機(jī)為MG－200型高速高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)。所加載荷1kN，試件
總摩擦行程為20km。通過對(duì)不同泵筒和柱塞的材料及表面處理工藝的
配對(duì)耐磨性試驗(yàn)研究，并按柱塞先失效原則排序，可供選用泵筒和柱
塞摩擦副最優(yōu)匹配材料分別為碳鋼化學(xué)鍍鎳磷合金和碳鋼鍍鉻。
第二種結(jié)果：泵筒材料及表面處理工藝為碳鋼表面鍍鉻、碳鋼表
面化學(xué)鍍鎳磷合金和38CrMoAl氮化；柱塞材料及表面處理工藝為碳鋼
表面鍍鉻、碳鋼表面化學(xué)鍍鎳磷合金、碳鋼表面噴焊鎳基合金和
38CrMoAl氮化，分別組合配對(duì)成9對(duì)摩擦副。試驗(yàn)?zāi)Σ粮庇森h(huán)和柱構(gòu)
成。試驗(yàn)介質(zhì)為含油污水，其中含油5%；水中的礦物質(zhì)含量：氯離子
11000mg/1，二氧化碳25mg/1，鈣離子25mg/1，碳酸氫根離子30mg/1
，鎂離子13mg/1，總鐵8mg/1；含砂0.4%；溫度為60℃。同樣采用國
產(chǎn)MG-200高速高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)。試驗(yàn)載荷100N，摩擦總行程約為
6km。綜合分析試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為碳鋼噴焊柱塞與碳鋼鍍鉻泵筒配對(duì)為
最優(yōu)，38CrMoAI氮化柱塞與碳鋼鍍鉻泵筒配對(duì)次之。
上述可見，實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果是在設(shè)定的條件下得出的。如果變
化不同的試驗(yàn)條件，則工作量巨大，即使變化不同的條件，也不一定
和油田現(xiàn)場井下條件一致，所以實(shí)驗(yàn)結(jié)果是有局限性的。由于試驗(yàn)條
件和摩擦副的形狀不同，各個(gè)試驗(yàn)結(jié)果之間也沒有可比性。
可以看出，通過試驗(yàn)確定泵筒和柱塞材料匹配有其不足，試驗(yàn)沒
有理論指導(dǎo)因此試驗(yàn)工作量很大。試驗(yàn)所選用的材料只是眾所周知的
已有材料，很難提出其它并未在油桶泵上使用過的但性能可能更好的
材料。
隨著材料工程學(xué)的發(fā)展和新的材料表面處理工藝出現(xiàn)，很多材料
和表面處理工藝都有可能應(yīng)用于泵筒和柱塞表面，靠單純的實(shí)驗(yàn)室配
對(duì)材料的摩擦磨損試驗(yàn)來決定取舍已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足目前對(duì)提高抽油
泵泵筒和柱塞壽命的急迫要求，上海正奧泵業(yè)制造有限公司如何借助
材料學(xué)和其它學(xué)科的原理與技術(shù)來設(shè)計(jì)泵筒和柱塞配對(duì)材料是目前急需解決的課題。
