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柱塞抽油泵及泵筒材料選擇
發(fā)布時間：2011/3/11 9:27:28 | 閱讀次數(shù)：1404次
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(fā)綜合經(jīng)濟效益的提高。國內(nèi)外眾多機構(gòu)投入了大量
的力量研究抽油泵的失效原因和防護措施。其中一個有效的方法就
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圍工作環(huán)境和條件構(gòu)成了一個摩擦學(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
物理機械化學(xué)性能、相互運動關(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摩
擦學(xué)系統(tǒng)的腐蝕磨損量達到最小。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行室內(nèi)摩擦磨損試驗，從試驗的結(jié)果來確定
在這種試驗條件下，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進行耐磨性試驗，試驗
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
表面處理工藝的配對耐磨性試驗研究，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，分別組合配對成9對摩擦副。試驗?zāi)Σ粮庇森h(huán)和柱構(gòu)
成。試驗介質(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機。試驗載荷100N，摩擦總行程約為
6km。綜合分析試驗結(jié)果，認為碳鋼噴焊柱塞與碳鋼鍍鉻泵筒配對為
最優(yōu)，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(jié)果是在設(shè)定的條件下得出的。如果
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(xiàn)場井下條件一致，所以實驗結(jié)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(jié)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(dǎo)因此試驗工作量很大。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，靠單純的實驗
室配對材料的摩擦磨損試驗來決定取舍已經(jīng)遠遠不能滿足目前對提
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)計泵筒和柱塞配對材料
是目前急需解決的課題。
