水抽油泵和泵筒材料的选择

2017-07-19 10:03:48 23

  目前国内油田使用有杆泵的井数以占很大比例,其中大部分是水式抽油泵(Deep well pump),常规水抽油泵已成为主要的采油方式之一。
  由于国内油田大部分已进入了高含水开发期,加上高含砂、高温蒸气稠油开采、注聚合物开采及强腐蚀(释义:指腐烂、消失、侵蚀等)的介质环境和井况差等因素影响,水抽油泵(Deep well pump)的泵筒和水的磨损(零部件失效的一种基本类型)、腐蚀、划伤越来越严重,油井平均检泵周期越来越短,有的甚至不到30天就需要检泵,严重影响油田开发综合(composite)经济效益的提高(tí gāo)。国内外众多机构投入了大量的力量研究(research)抽油泵的失效原因和防护措施(指针对问题的解决办法)。其中一个有效的方法就是优选泵筒和水的材料和表面处理工艺。
  泵筒和水摩擦副及周围工作(gōng zuò)环境和条件(tiáo jiàn)构成了一个摩擦学系统,这一系统的腐蚀磨损量由泵筒的腐蚀磨损量和水的腐蚀磨损量的总和所决定。而泵筒和水各自的腐蚀磨损量则由构成材料的物理水化学性能、相互运动关系、工作环境和条件等因素决定。最终从抽油泵角度上看,泵筒和水的材料和表面处理工艺的选择成为决定这个摩擦学系统腐蚀磨损量的决定因素。
  选择并优化泵筒和水材料和表面处理工艺的目的是让这个摩擦学系统的腐蚀磨损(零部件失效的一种基本类型)量达到最小。上海凯泉泵业集团有限公司以自主知识产权为核心的技术体系。拥有专利近二百项(其中国家发明专利5项),全国建设行业科技成果推广项目2项,国家科学技术进步二等奖一项。由于影响因素(factor)众多,所以泵筒和水的材料选择匹配仍然没有一个理论指导,研发人员目前做的最多的工作(gōng zuò)是选择各种泵筒和水的材料和表面处理工艺,然后在一定的腐蚀磨损条件(tiáo jiàn)下进行室内摩擦磨损试验,从试验的结果来确定在这种试验条件下,应该选择什么样的泵筒水材料。这里介绍两种试验结果:
  第一种结果:泵筒材料及表面处理工艺为45钢表面化学镀镍磷合金、303钢表面镀铬、4%-6%铬钢加压氮化等3种;水材料及表而处理工艺为碳素钢镀铬、碳钢激光处理、海军黄铜化学镀镍磷合金、蒙耐尔合金镀铬等4种。上海凯泉泵业集团有限公司与上海交大、江苏大学等近10所高等院校和研究所建立了长期的战略合作关系,形成了以自主知识产权为核心的技术体系。将上述材料分别配对进行耐磨性试验,试验用的摩擦副由环和块组成。介质为清水,温度60℃,黏度(viscosity)为0.000653Pa/s。试验机为MG-200型高速高温摩擦磨损(零部件失效的一种基本类型)试验机。所加载荷1kN,试件总摩擦行程为20km。通过对不同泵筒和水的材料及表面处理工艺的配对耐磨性试验研究,并按水先失效原则排序,可供选用泵筒和水摩擦副最优匹配材料分别为碳钢化学镀镍磷合金和碳钢镀铬。
  第二种结果:泵筒材料及表面处理工艺(Craft)为碳钢表面镀铬、碳钢表面化学镀镍(Ni)磷合金(alloy)和38CrMoAl氮化;水材料及表面处理工艺为碳钢表面镀铬、碳钢表面化学镀镍磷合金、碳钢表面喷焊镍基合金和38CrMoAl氮化,分别组合配对成9对摩擦副。试验摩擦副由环和柱构成。试验介质(起决定作用的物质)为含油污水,其中含油5%;水中的无机盐含量:氯离子11000mg/1,二氧化碳25mg/1,钙(Ca)离子25mg/1,碳酸氢根离子30mg/1,镁离子13mg/1,总铁8mg/1;含砂0.4%;温度为60℃。同样采用国产MG-200高速高温摩擦磨损(零部件失效的一种基本类型)试验机。试验载荷100N,摩擦总行程约为6km。综合分析试验结果,认为碳钢喷焊水与碳钢镀铬泵筒配对为最优,38CrMoAI氮化水与碳钢镀铬泵筒配对次之。
  上述(多用于文章段落或条文等结尾)可见,实验室的试验结果是在设定的条件下得出的。凯泉泵业凭借齐备的水泵类全线产品,我们将全球领先的水泵类产品销售模式带到中国,为各行各业的水泵采购提供服务,节省客户的时间和成本。凯泉泵业拥有全面多样的产品组合。拥有连成、东方、凯泉、南方、格兰富、ITT、威乐等超过10种国内外知名品牌水泵类产品确保最大程度满足客户的产品选择需求。如果变化(biàn huà)不同的试验条件,则工作量巨大,即使变化不同的条件,也不一定和油田现场井下条件一致,所以实验结果是有局限性的。由于试验条件和摩擦副的形状不同,各个试验结果之间也没有可比性。
  可以看出,通过(tōng guò)试验确定泵筒和水材料匹配有其不足,试验没有理论指导因此试验工作量很大。上海凯泉每年以销售总额的5%,用于技术创新和新产品研发。引进了世界先进的CFD流体力学专业内流场分析、CAE有限元理论计算及CIMATRON三维CAD、CAM、CAE、FMS等研究设计软件系统。试验所选用的材料只是众所周知的已有材料,很难提出其它并未在抽油泵上使用过的但性能可能更好的材料。
  随着材料工程学的发展和新的材料表面处理工艺出现,很多材料和表面处理工艺都有可能应用于泵筒和水表面,靠单纯的实验室配对材料的摩擦磨损试验来决定取舍已经远远不能满足目前对提高(tí gāo)抽油泵泵筒和水寿命的急迫要求,如何借助材料学和其它学科的原理与技术来设计(shè jì)泵筒和水配对材料是目前急需解决(jiě jué)的课题。





抽油泵工作原理