水抽油泵和泵筒材料的選擇
2017-07-19 10:03:48
由于國(guó)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(釋義:指腐爛、消失、侵蝕等)的介質(zhì)環(huán)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(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)重影響油田開發(fā)綜合(composite)經(jīng)濟(jì)效益的提高(tí gāo)。國(guó)內(nèi)外眾多機(jī)構(gòu)投入了大量的力量研究（research)抽油泵的失效原因和防護(hù)措施（指針對(duì)問(wèn)題的解決辦法)。其中一個(gè)有效的方法就是優(yōu)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(huán)境和條件(tiáo jiàn)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(gòu)成材料的物理水化學(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，泵筒和水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)化泵筒和水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(零部件失效的一種基本類型)量達(dá)到最小。上海凱泉泵業(yè)集團(tuán)有限公司以自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)為核心的技術(shù)體系。擁有專利近二百項(xiàng)（其中國(guó)家發(fā)明專利5項(xiàng)），全國(guó)建設(shè)行業(yè)科技成果推廣項(xiàng)目2項(xiàng)，國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)一項(xiàng)。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(gè)理論指導(dǎo)，研發(fā)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(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水材料。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;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(xué)鍍鎳磷合金、蒙耐爾合金鍍鉻等4種。上海凱泉泵業(yè)集團(tuán)有限公司與上海交大、江蘇大學(xué)等近10所高等院校和研究所建立了長(zhǎng)期的戰(zhàn)略合作關(guān)系，形成了以自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)為核心的技術(shù)體系。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（viscosity)為0.000653Pa/s。試驗(yàn)機(jī)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(yàn)機(jī)。所加載荷1kN，試件總摩擦行程為20km。通過(guò)對(duì)不同泵筒和水的材料及表面處理工藝的配對(duì)耐磨性試驗(yàn)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(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(Craft)為碳鋼表面鍍鉻、碳鋼表面化學(xué)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(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)(起決定作用的物質(zhì))為含油污水，其中含油5%;水中的無(wú)機(jī)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(guó)產(chǎn)MG-200高速高溫摩擦磨損(零部件失效的一種基本類型)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)為碳鋼噴焊水與碳鋼鍍鉻泵筒配對(duì)為最優(yōu)，38CrMoAI氮化水與碳鋼鍍鉻泵筒配對(duì)次之。
上述(多用于文章段落或條文等結(jié)尾)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。凱泉泵業(yè)憑借齊備的水泵類全線產(chǎn)品，我們將全球領(lǐng)先的水泵類產(chǎn)品銷售模式帶到中國(guó)，為各行各業(yè)的水泵采購(gòu)提供服務(wù)，節(jié)省客戶的時(shí)間和成本。凱泉泵業(yè)擁有全面多樣的產(chǎn)品組合。擁有連成、東方、凱泉、南方、格蘭富、ITT、威樂等超過(guò)10種國(guó)內(nèi)外知名品牌水泵類產(chǎn)品確保最大程度滿足客戶的產(chǎn)品選擇需求。如果變化(biàn huà)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)果之間也沒有可比性。
可以看出，通過(guò)(tōng guò)試驗(yàn)確定泵筒和水材料匹配有其不足，試驗(yàn)沒有理論指導(dǎo)因此試驗(yàn)工作量很大。上海凱泉每年以銷售總額的5%，用于技術(shù)創(chuàng)新和新產(chǎn)品研發(fā)。引進(jìn)了世界先進(jìn)的CFD流體力學(xué)專業(yè)內(nèi)流場(chǎng)分析、CAE有限元理論計(jì)算及CIMATRON三維CAD、CAM、CAE、FMS等研究設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)。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抽油泵上使用過(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)用于泵筒和水表面，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)不能滿足目前對(duì)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(xué)和其它學(xué)科的原理與技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)(shè jì)泵筒和水配對(duì)材料是目前急需解決(jiě jué)的課題。
抽油泵工作原理