CN101586558A

CN101586558A - 双向保护抽油泵柱塞及其柱塞合金涂层热喷涂加工工艺

Info

Publication number: CN101586558A
Application number: CNA2008101125831A
Authority: CN
Inventors: 李耀辉
Original assignee: Anton Oilfield Services Group Ltd
Current assignee: Anton Oilfield Services Group Ltd
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2009-11-25

Abstract

本发明涉及一种双向保护抽油泵柱塞及其柱塞合金涂层热喷涂加工工艺，所述的保护抽油泵柱塞，包括一种长圆柱体，圆柱体的两端有外螺纹，与阀罩连接，在柱塞表面喷涂有一层耐腐蚀耐磨损AOC合金涂层；所述的合金涂层的厚度大于0.25mm，所述的合金涂层成分为铬14％～17％，铁＜8％，硅3.5％～5％，硼2.8％－3.8％，碳0.5％～1％，镍65.2％－78.9％。通过表面粗化活化处理、喷涂、重熔、抛光工序，在柱塞表面形成耐磨耐蚀涂层。本工艺操作简便，喷涂后涂层结合紧密，涂覆过程不影响柱塞基体性能，涂层厚度大于0.25mm，可以抵抗外界磨损和腐蚀，降低对抽油泵泵筒内表面的磨损。

Description

双向保护抽油泵柱塞及其柱塞合金涂层热喷涂加工工艺

技术领域

本发明涉及一种双向保护抽油泵柱塞及其柱塞合金涂层热喷涂加工工艺，属于石油设备加工领域。

背景技术

抽油机有杆泵采油是一种人工举升采油方式，以其设备简单，投资少，管理方便，适应性强等优点被国内外各主要油田广泛采用。有杆泵采油设备性能的好坏在石油开采领域具有举足轻重的作用。抽油泵是其中的一个重要组成部分，是通过油管和抽油杆下到井中并沉没在液面以下一定深度、靠抽汲作用将油排出地面。抽油泵主要由泵筒、柱塞、进油阀、出油阀组成。上冲程时，柱塞下面的下泵腔容积增大，压力减小，进油阀在其上下压差的作用下打开，原油进入下腔；与此同时，出油阀在其上下压差作用下关闭，柱塞上面的上泵腔内的原油沿油管排到地面。同理，下冲程时，柱塞压缩进油阀和出油阀之间的原油，关闭进油阀，打开出油阀，下泵腔原油进入上泵腔。柱塞一上一下，抽油泵完成了一次循环。如此周而复始，地下的原油不断的通过抽油泵被排出地面。

在抽油泵的工作过程中，在泵筒内周而复始上下往复运动的柱塞不可避免的与泵筒内表面发生摩擦作用，在自身外表面磨损的同时，也对泵筒内表面造成了破坏。此外，国内油田普遍进入高含水开发后期，由于高含砂、高含水、高矿化度、高温蒸汽稠油开采、注聚合物开采及强腐蚀的介质环境等因素影响，也对柱塞造成腐蚀破坏作用，这种腐蚀作用同时更加剧了柱塞的磨损。

由于抽油泵柱塞及泵筒的磨损导致抽油泵失效，结果造成修井作业，而修井作业除引起修井开销外，也同时损失了产量。因此如何提高抽油泵的使用寿命，是油田开采急需解决的重要问题之一。

以往的抽油泵柱塞表面化学镀层和其他一些涂层，虽然在一定程度上减缓了柱塞的磨损，提高了柱塞耐腐蚀性，但是由于自身表面硬度的提高，不可避免造成对泵筒内表面磨损的加剧，降低了泵筒的正常使用寿命。

发明内容

本发明的目的是要提供一种双向保护抽油泵柱塞及其柱塞合金涂层热喷涂加工工艺，通过合理的工艺流程和加工控制，使柱塞表面的耐磨耐腐涂层与柱塞本体在熔融状态中紧密结合，不破坏柱塞本体，并可形成涂层过渡带，减小划痕产生后的电化学腐蚀造成涂层的整体剥落，保护柱塞长时间抵御井下恶劣的腐蚀环境，提高柱塞耐磨性，并同时有效降低对泵筒内表面的磨损。

本发明提供了一种双向保护抽油泵柱塞，包括一种长圆柱体，圆柱体的两端有外螺纹，与阀罩连接，在柱塞表面喷涂有一层耐腐蚀耐磨损AOC合金涂层；所述的合金涂层的厚度大于0.25mm，所述的合金涂层成分为铬14％～17％，铁＜8％，硅3.5％～5％，硼2.8％-3.8％，碳0.5％～1％，镍65.2％-78.9％。

本发明还提供了一种双向保护抽油泵柱塞合金涂层热喷涂加工工艺，是通过表面粗化活化处理、喷涂、重熔、抛光等工序在柱塞表面形成耐磨耐蚀涂层的工艺。用100#砂带对柱塞毛坯进行打磨，使柱塞毛坯表面粗化，打磨后保持粗化表面清洁、无油污。之后将柱塞表面加热到300℃。利用热喷涂设备在柱塞表面预喷涂一层合金粉末，厚度约0.2mm，以保护柱塞表面不直接与空气接触。然后调整喷涂粉末送粉量继续喷涂，使涂层厚度达到0.4mm以上。

通过控制中频感应加热参数和柱塞的移动速度等温控措施，可以减少涂层应力，提高涂层与基体的结合强度。通过合理控制气体压力、喷涂距离和喷涂角度，获得高喷涂速率、高沉积效率和均匀的涂层组织。可以使涂层与柱塞基体结合后，基体金属的金相组织不发生改变，形成厚度大于0.25mm的耐磨耐腐蚀涂层，均匀牢固地与柱塞基体结合，使柱塞保持足够的耐磨耐腐蚀特性和抗拉强度。热喷涂后，通过特定的电子机床控制与合理的参数设定，利用中频感应设备的感应线圈对带有热喷涂合金涂层的柱塞做表面重熔处理。

其主要优点是操作简便，经济实用，便于合理控制工艺流程，喷涂效率高，节约合金粉末，喷涂后的涂层结合紧密，涂覆过程不影响柱塞基体材料的金相组织。

可以形成厚度大于0.25mm的耐磨耐蚀低摩擦系数的涂层，可以适应外界摩擦和腐蚀，并且在摩擦过程中部分合金涂层成分以片状形式转移泵筒内壁，起到既保护柱塞又保护泵筒的双向保护功能。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图；

图2是AOF双向保护抽油泵柱塞示意图；

由附图2，AOF双向保护抽油泵柱塞(3)是一长圆柱体，两端均有螺纹(1，4)，可以与阀罩连接。在柱塞(3)外表面用热喷涂工艺，喷涂一层AOC合金涂层(2)，其厚度大于0.25mm。

具体实施方式

AOF双向保护抽油泵柱塞表面合金涂层喷涂工艺，按下列程序进行：

1、表面预处理。柱塞表面用100#砂带打磨粗化，并使表面活化，保证表面清洁、无油污。

2、预热。除去柱塞表面的水分和提高柱塞表面的温度，增加粉末粘接结合率，避免过多粉末撞击在冷工件上所造成的反弹损耗。预热温度一般在300℃左右，即柱塞表面颜色将近发蓝或刚发蓝即可。

3、预喷粉。喷涂过程中柱塞表面温度最终将升至1000℃。在表面温度逐步升高至400℃以上时，表面金属将产生高温氧化。为防止此种现象的发生，在柱塞表面预喷上一层合金粉末，以保护柱塞表面不直接与空气接触。预喷厚度为0.2mm左右，预喷时氧乙炔火焰采用中性焰或微弱碳化焰，柱塞表面温度控制在250～350℃。

4、喷粉。机床行走，同时带动柱塞转动，调整送粉量，使最终涂层厚度达到0.4mm左右。

5、重熔冷却。采用表面感应加热重熔，重熔温度控制在涂层出现镜面现象，温度在1000℃左右，粉末充分熔化流动，并使柱塞在转动状态下冷却下来。

6、抛光。采用100#旧砂带、200#砂带反复打磨，使柱塞表面涂层厚度大于0.25mm，粗糙度不超过Ra0.4μm。

Claims

1、一种双向保护抽油泵柱塞，其特征是，包括一种长圆柱体，圆柱体的两端有外螺纹，与阀罩连接，在柱塞表面喷涂有一层耐腐蚀耐磨损AOC合金涂层；所述的合金涂层的厚度大于0.25mm，所述的合金涂层成分为铬14％～17％，铁＜8％，硅3.5％～5％，硼2.8％-3.8％，碳0.5％～1％，镍65.2％-78.9％。

2、一种双向保护抽油泵柱塞合金涂层的热喷涂加工工艺，其特征是，通过表面粗化活化处理、喷涂、重熔、抛光工序，在柱塞表面形成耐磨耐蚀涂层。

3、一种AOF双向保护抽油泵柱塞合金涂层的热喷涂加工工艺，其特征是，对柱塞毛坯进行表面除油处理，用砂带进行打磨粗化，然后预热到300℃使表面活化，预喷涂约0.2mm厚的合金粉末，以保护柱塞表面不直接与空气接触，然后继续喷涂，使涂层最终厚度达到0.4mm，喷涂完成后用中频感应加热装置加热使合金涂层重熔，重熔温度约1000℃左右，最后用100#和200#砂带打磨、抛光即制成涂层厚度大于0.25mm AOF双向保护抽油泵柱塞。