柱塞抽油泵和泵筒材料應(yīng)該如何選擇

    目前國內(nèi)油田使用有桿泵的井數(shù)以占很大比例，其中大部分是柱塞式抽油泵，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性能、相互運動關(guān)系、工作環(huán)境和條件等因素決定。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系統(tǒng)的腐蝕磨損量達到小。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，研發(fā)人員目前做的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，可供選用泵筒和柱塞摩擦副優(yōu)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(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 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(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抽油泵上使用過的但性能可能更好的材料。