水抽油泵和泵筒材料的選擇

2017-07-19 10:03:48

　　目前國內油田使用有桿泵的井數以占很大比例，其中大部分是水式抽油泵(Deep well pump)，常規水抽油泵已成為主要的采油方式之一。
　　由于國內油田大部分已進入了高含水開發期，加上高含砂、高溫蒸氣稠油開采、注聚合物開采及強腐蝕(釋義:指腐爛、消失、侵蝕等)的介質環境和井況差等因素影響，水抽油泵(Deep well pump)的泵筒和水的磨損(零部件失效的一種基本類型)、腐蝕、劃傷越來越嚴重，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，嚴重影響油田開發綜合(composite)經濟效益的提高(tí gāo)。國內外眾多機構投入了大量的力量研究（research)抽油泵的失效原因和防護措施（指針對問題的解決辦法)。其中一個有效的方法就是優選泵筒和水的材料和表面處理工藝。
　　泵筒和水摩擦副及周圍工作(gōng zuò)環境和條件(tiáo jiàn)構成了一個摩擦學系統，這一系統的腐蝕磨損量由泵筒的腐蝕磨損量和水的腐蝕磨損量的總和所決定。而泵筒和水各自的腐蝕磨損量則由構成材料的物理水化學性能、相互運動關系、工作環境和條件等因素決定。最終從抽油泵角度上看，泵筒和水的材料和表面處理工藝的選擇成為決定這個摩擦學系統腐蝕磨損量的決定因素。
　　選擇并優化泵筒和水材料和表面處理工藝的目的是讓這個摩擦學系統的腐蝕磨損(零部件失效的一種基本類型)量達到最小。上海凱泉泵業集團有限公司以自主知識產權為核心的技術體系。擁有專利近二百項（其中國家發明專利5項），全國建設行業科技成果推廣項目2項，國家科學技術進步二等獎一項。由于影響因素(factor)眾多，所以泵筒和水的材料選擇匹配仍然沒有一個理論指導，研發人員目前做的最多的工作(gōng zuò)是選擇各種泵筒和水的材料和表面處理工藝，然后在一定的腐蝕磨損條件(tiáo jiàn)下進行室內摩擦磨損試驗，從試驗的結果來確定在這種試驗條件下，應該選擇什么樣的泵筒水材料。這里介紹兩種試驗結果：
　　第一種結果：泵筒材料及表面處理工藝為45鋼表面化學鍍鎳磷合金、303鋼表面鍍鉻、4%-6%鉻鋼加壓氮化等3種;水材料及表而處理工藝為碳素鋼鍍鉻、碳鋼激光處理、海軍黃銅化學鍍鎳磷合金、蒙耐爾合金鍍鉻等4種。上海凱泉泵業集團有限公司與上海交大、江蘇大學等近10所高等院校和研究所建立了長期的戰略合作關系，形成了以自主知識產權為核心的技術體系。將上述材料分別配對進行耐磨性試驗，試驗用的摩擦副由環和塊組成。介質為清水，溫度60℃，黏度（viscosity)為0.000653Pa/s。試驗機為MG-200型高速高溫摩擦磨損(零部件失效的一種基本類型)試驗機。所加載荷1kN，試件總摩擦行程為20km。通過對不同泵筒和水的材料及表面處理工藝的配對耐磨性試驗研究，并按水先失效原則排序，可供選用泵筒和水摩擦副最優匹配材料分別為碳鋼化學鍍鎳磷合金和碳鋼鍍鉻。
　　第二種結果：泵筒材料及表面處理工藝(Craft)為碳鋼表面鍍鉻、碳鋼表面化學鍍鎳(Ni)磷合金(alloy)和38CrMoAl氮化;水材料及表面處理工藝為碳鋼表面鍍鉻、碳鋼表面化學鍍鎳磷合金、碳鋼表面噴焊鎳基合金和38CrMoAl氮化，分別組合配對成9對摩擦副。試驗摩擦副由環和柱構成。試驗介質(起決定作用的物質)為含油污水，其中含油5%;水中的無機鹽含量：氯離子11000mg/1，二氧化碳25mg/1，鈣（Ca)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MG-200高速高溫摩擦磨損(零部件失效的一種基本類型)試驗機。試驗載荷100N，摩擦總行程約為6km。綜合分析試驗結果，認為碳鋼噴焊水與碳鋼鍍鉻泵筒配對為最優，38CrMoAI氮化水與碳鋼鍍鉻泵筒配對次之。
　　上述(多用于文章段落或條文等結尾)可見，實驗室的試驗結果是在設定的條件下得出的。凱泉泵業憑借齊備的水泵類全線產品，我們將全球領先的水泵類產品銷售模式帶到中國，為各行各業的水泵采購提供服務，節省客戶的時間和成本。凱泉泵業擁有全面多樣的產品組合。擁有連成、東方、凱泉、南方、格蘭富、ITT、威樂等超過10種國內外知名品牌水泵類產品確保最大程度滿足客戶的產品選擇需求。如果變化(biàn huà)不同的試驗條件，則工作量巨大，即使變化不同的條件，也不一定和油田現場井下條件一致，所以實驗結果是有局限性的。由于試驗條件和摩擦副的形狀不同，各個試驗結果之間也沒有可比性。
　　可以看出，通過(tōng guò)試驗確定泵筒和水材料匹配有其不足，試驗沒有理論指導因此試驗工作量很大。上海凱泉每年以銷售總額的5%，用于技術創新和新產品研發。引進了世界先進的CFD流體力學專業內流場分析、CAE有限元理論計算及CIMATRON三維CAD、CAM、CAE、FMS等研究設計軟件系統。試驗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抽油泵上使用過的但性能可能更好的材料。
　　隨著材料工程學的發展和新的材料表面處理工藝出現，很多材料和表面處理工藝都有可能應用于泵筒和水表面，靠單純的實驗室配對材料的摩擦磨損試驗來決定取舍已經遠遠不能滿足目前對提高(tí gāo)抽油泵泵筒和水壽命的急迫要求，如何借助材料學和其它學科的原理與技術來設計(shè jì)泵筒和水配對材料是目前急需解決(jiě jué)的課題。

抽油泵工作原理

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