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柱塞抽油泵和泵筒材料應當如何選擇

更新时间:2019-11-08 01:49人气:5652
目前國內油田使用有杆泵的井數以占很大比例,其中大部分是柱塞式抽油泵,常規柱塞抽油泵已成為首要的采油方式之一。

由於國內油田大部分已進進了高含水開發期,加上高含砂、高溫蒸氣稠油開采、注聚合物開采及強腐蝕的介質環境和井況差等身分影響 ,柱塞抽油泵的泵筒和柱塞的磨損、腐蝕、劃傷愈來愈嚴重,油井均勻檢泵周期愈來愈短 ,有的甚至不到30天就需要檢泵,嚴重影響油田開發綜合經濟效益的進步。國內外浩繁機構投進了大量的氣力研究抽油泵的失效啟事和防護措施 。其中一個有效的方法就是優選泵筒和柱塞的材料和表麵處理工藝。

泵筒和柱塞摩擦副及四周工作環境和條件構成了一個摩擦學係統,這一係統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成材料的物理機械化學性能、相互活動關係、工作環境和條件等身分決定。終究從抽油泵角度上看,泵筒和柱塞的材料和表麵處理工藝的選擇成為決定這個摩擦學係統腐蝕磨損量的決定身分 。

選擇並優化泵筒和柱塞材料和表麵處理工藝的目的是讓這個摩擦學係統的腐蝕磨損量達到最小。由於影響身分浩繁,所以泵筒和柱塞的材料選擇匹配仍然沒有一個理論指導 ,研發職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麵處理工藝 ,然後在一定的腐蝕磨損條件下進行室內摩擦磨損試驗 ,從試驗的結果來確定在這類試驗條件下,應當選擇什麽樣的泵筒柱塞材料 。這裏先容兩種試驗結果:

第一種結果:泵筒材料及表麵處理工藝為45鋼表麵化學鍍鎳磷合金、303鋼表麵鍍鉻、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、海軍黃銅化學鍍鎳磷合金、蒙耐爾合金鍍鉻等4種。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構成。介質為淨水,溫度60℃,黏度為0.000653Pa/s。試驗機為MG-200型高速高溫摩擦磨損試驗機。所加載荷1kN,試件總摩擦行程為20km。通過對不同泵筒和柱塞的材料及表麵處理工藝的配對耐磨性試驗研究,並按柱塞先失效原則排序,可供選用泵筒和柱塞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:泵筒材料及表麵處理工藝為碳鋼表麵鍍鉻、碳鋼表麵化學鍍鎳磷合金和38CrMoAl氮化;柱塞材料及表麵處理工藝為碳鋼表麵鍍鉻、碳鋼表麵化學鍍鎳磷合金、碳鋼表麵噴焊鎳基合金和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。試驗介質為含油汙水,其中含油5%;水中的礦物質含量: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MG-200高速高溫摩擦磨損試驗機。試驗載荷100N,摩擦總行程約為6km。綜合分析試驗結果,以為碳鋼噴焊柱塞與碳鋼鍍鉻泵筒配對為最優,38CrMoAI氮化柱塞與碳鋼鍍鉻泵筒配對次之。

上述可見,實驗室的試驗結果是在設定的條件下得出的。假如變化不同的試驗條件,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。由於試驗條件和摩擦副的外形不同,各個試驗結果之間也沒有可比性。

可以看出,通過試驗確定泵筒和柱塞材料匹配有其不足,試驗沒有理論指導是以試驗工作量很大。試驗所選用的材料隻是盡人皆知的已有材料,很難提出其它並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麵處理工藝出現,很多材料和表麵處理工藝都有可能利用於泵筒和柱塞表麵 ,靠單純的實驗室配對材料的摩擦磨損試驗來決定取舍已遠遠不能滿足目前對進步抽油泵泵筒和柱塞壽命的急迫要求,如何借助材料學和其它學科的道理與技術來設計泵筒和柱塞配對材料是目前急需解決的課題。

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