掃一掃
保存聯(lián)系方式
柱塞抽油泵及泵筒材料選擇
發(fā)布時(shí)間：2011-3-11 9:27:28 | 閱讀次數(shù)：1165次
國(guó)內(nèi)油田使用有桿泵的井?dāng)?shù)約15萬(wàn)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(guó)內(nèi)油田大部分已進(jìn)入了高含水開(kāi)發(fā)期，加上高含砂、高
溫蒸氣稠油開(kāi)采、注聚合物開(kāi)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(lái)越嚴(yán)重，
油井平均檢泵周期越來(lái)越短，有的甚至不到30天就需要檢泵，嚴(yán)
重影響油田開(kāi)發(fā)綜合經(jīng)濟(jì)效益的提高。國(guó)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。
泵筒和柱塞摩擦副及周?chē)ぷ鳝h(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(méi)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(lái)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(guò)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，
可供選用油桶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(guó)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(jiàn)，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(chǎng)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(méi)有可比性。
可以看出，通過(guò)試驗(yàn)確定泵筒和柱塞材料匹配有其不足，試驗(yàn)
沒(méi)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(guò)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(lái)決定取舍已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)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(lái)設(shè)計(jì)泵筒和柱塞配對(duì)材料
是目前急需解決的課題。
