CN102979717A - 一种全金属耐高温螺杆泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全金属耐高温螺杆泵，包括金属定子和金属转子，金属定子的内表面与金属转子的外表面间隙配合，特点是金属定子包括定子金属基体和设置在定子金属基体内表面的第一硬质材料渗层，金属转子包括转子金属基体和设置在转子金属基体外表面的第二硬质材料渗层，第一硬质材料渗层与第二硬质材料渗层的硬度不相同，第一硬质材料渗层与第二硬质材料渗层的哈氏硬度差为HV200~500，优点在于通过在定子内表面和转子外表面设置硬度不相同的第一硬质材料渗层和第二硬质材料渗层，提高了全金属螺杆泵的实际使用过程中的耐腐蚀耐高温的效果，有效地解决了全金属螺杆泵工作寿命短的问题。

Description

一种全金属耐高温螺杆泵
技术领域
本发明涉及一种螺杆泵，尤其是涉及一种全金属耐高温螺杆泵。
背景技术
螺杆泵作为井下开采技术中一项非常有潜力有优势的新技术，近年来在世界各油田中得到了越来越广泛的应用。其具有初始投资小，地面驱动装置结构简单，安装方便，占地面积小，泵效高等特点。目前螺杆泵的应用主要集中在稠油冷泵、出砂油藏、海上平台及节能环保等几大领域。传统的螺杆泵定子采用丁睛橡胶注衬在钢套内制成。但是这种橡胶定子螺杆泵通常只能应付低转速、低粘度及低温的常态工作。由于随着转速的提高，定子与转子之间的摩擦随之增大，摩擦热量也随之增大，对定子的磨损及摩擦过热会引起橡胶老化和烧损而造成整个定子的报废，因此，转子的驱动转速一般在60~90转/分钟，极限转速150转/分钟。而由于液体粘度过大使泵体工作过程中的扭矩增大，从而会引起定子衬套橡胶的剥离。此外，橡胶定子螺杆泵也无法在稠油热采的蒸汽呑吐井中作业，因为稠油热采的蒸汽呑吐井中通常需要注入350℃的高温蒸汽，而橡胶定子的耐温极限是150℃，当遇到200℃以上的高温蒸汽或在重质稠油热采油田工作时，就会出现橡胶溶胀、温胀甚至退化剥离的现象，导致泵的损坏。而损坏后的泵还必须起下管柱，这也会增加相关费用。上述的这些缺陷，严重限制了螺杆泵在稠油热采领域的推广应用。为此，人们研制开发了定子和转子全部采用金属的全金属泵。但是现有的全金属螺杆泵虽然理论上具有耐腐蚀耐高温的效果，但在实际使用的过程中人们发现，这种结构的全金属螺杆泵的工作寿命非常短，最多也仅有90天，就会发生漏失现象，从而造成了全金属螺杆泵不能真正的用于实际的生产过程。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单，使用寿命长，能够真正用于稠油热采的蒸汽呑吐井中作业的全金属耐高温螺杆泵。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种全金属耐高温螺杆泵，包括金属定子和金属转子，所述的金属定子的内表面与所述的金属转子的外表面间隙配合，所述的金属定子包括定子金属基体和设置在所述的定子金属基体内表面的第一硬质材料渗层，所述的金属转子包括转子金属基体和设置在所述的转子金属基体外表面的第二硬质材料渗层，所述的第一硬质材料渗层与所述的第二硬质材料渗层的硬度不相同，所述的第一硬质材料渗层与所述的第二硬质材料渗层的哈氏硬度差为HV200~500。
所述的第一硬质材料渗层的厚度为4~30微米，所述的第二硬质材料渗层的厚度为4~30微米。
所述的第一硬质材料渗层是哈氏硬度为HV1100~1200的渗碳化钨层，所述的第二硬质材料渗层是哈氏硬度为HV900的等离子渗氮层。
所述的第一硬质材料渗层是哈氏硬度为HV1100~1200的渗碳化钨层，所述的第二硬质材料渗层是哈氏硬度为HV700~900的气体渗氮层。
所述的金属定子内表面与所述的金属转子外表面的间隙距离为0.01~0.4mm。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过在定子内表面和转子外表面设置硬度不相同的第一硬质材料渗层和第二硬质材料渗层，提高了全金属螺杆泵的实际使用过程中的耐腐蚀耐高温的效果，有效地解决了全金属螺杆泵工作寿命短的问题，在曙光油田油井试验中，累计生产634.3天，累计产液17860.5吨，产油1171.5吨，生产末期，油井日产液25.1吨，日产油0.8吨，金属螺杆泵依然能够维持正常生产。本发明能够真正用于稠油热采的蒸汽呑吐井中作业，可以满足350℃以上的工作温度，极限温度可以高达500℃；由于定子和转子均为金属材料，因此采用了间隙配合使工作中的扭矩减小，通过提高转速来增大泵的排量。由于本发明的耐高温特点，可以不需要提下管柱而直接通过抽油管注汽，也就是可以实现注采一体化，因此节省了每次5~10万的提下管柱作业费用。此外，本发明占地面积少，作业噪音小，井口是机构密封，因此对环境的影响较小。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：如图所示，一种全金属耐高温螺杆泵，包括金属定子1和金属转子2，金属定子1的内表面与金属转子2的外表面间隙配合，金属定子1内表面与金属转子2外表面的间隙距离为0.01mm，金属定子1包括定子金属基体11和设置在定子金属基体11内表面的第一硬质材料渗层12，金属转子2包括转子金属基体21和设置在转子金属基体21外表面的第二硬质材料渗层22，第一硬质材料渗层12是哈氏硬度为HV1100的渗碳化钨层，第一硬质材料渗层12的厚度为4微米，第二硬质材料渗层22是哈氏硬度为HV900的等离子渗氮层，第二硬质材料渗层22的厚度为30微米，第一硬质材料渗层12与第二硬质材料渗层22的硬度不相同，哈氏硬度差为HV200。
实施例二：如图所示，一种全金属耐高温螺杆泵，包括金属定子1和金属转子2，金属定子1的内表面与金属转子2的外表面间隙配合，金属定子1内表面与金属转子2外表面的间隙距离为0.4mm，金属定子1包括定子金属基体11和设置在定子金属基体11内表面的第一硬质材料渗层12，金属转子2包括转子金属基体21和设置在转子金属基体21外表面的第二硬质材料渗层22，第一硬质材料渗层12是哈氏硬度为HV1200的渗碳化钨层，第一硬质材料渗层12的厚度为10微米，第二硬质材料渗层22是哈氏硬度为HV900的等离子渗氮层，第二硬质材料渗层22的厚度为25微米，第一硬质材料渗层12与第二硬质材料渗层22的硬度不相同，哈氏硬度差为HV300。
实施例三：如图所示，一种全金属耐高温螺杆泵，包括金属定子1和金属转子2，金属定子1的内表面与金属转子2的外表面间隙配合，金属定子1内表面与金属转子2外表面的间隙距离为0.2mm，金属定子1包括定子金属基体11和设置在定子金属基体11内表面的第一硬质材料渗层12，金属转子2包括转子金属基体21和设置在转子金属基体21外表面的第二硬质材料渗层22，第一硬质材料渗层12是哈氏硬度为HV1150的渗碳化钨层，第一硬质材料渗层12的厚度为15微米，第二硬质材料渗层22是哈氏硬度为HV900的等离子渗氮层，第二硬质材料渗层22的厚度为20微米，第一硬质材料渗层12与第二硬质材料渗层22的硬度不相同，哈氏硬度差为HV250。
实施例四：如图所示，一种全金属耐高温螺杆泵，包括金属定子1和金属转子2，金属定子1的内表面与金属转子2的外表面间隙配合，金属定子1内表面与金属转子2外表面的间隙距离为0.1mm，金属定子1包括定子金属基体11和设置在定子金属基体11内表面的第一硬质材料渗层12，金属转子2包括转子金属基体21和设置在转子金属基体21外表面的第二硬质材料渗层22，第一硬质材料渗层12是哈氏硬度为HV1100的渗碳化钨层，第一硬质材料渗层12的厚度为18微米，第二硬质材料渗层22是哈氏硬度为HV900的气体渗氮层，第二硬质材料渗层22的厚度为16微米，第一硬质材料渗层12与第二硬质材料渗层22的硬度不相同，哈氏硬度差为HV200。
实施例五：如图所示，一种全金属耐高温螺杆泵，包括金属定子1和金属转子2，金属定子1的内表面与金属转子2的外表面间隙配合，金属定子1内表面与金属转子2外表面的间隙距离为0.05mm，金属定子1包括定子金属基体11和设置在定子金属基体11内表面的第一硬质材料渗层12，金属转子2包括转子金属基体21和设置在转子金属基体21外表面的第二硬质材料渗层22，第一硬质材料渗层12是哈氏硬度为HV1150的渗碳化钨层，第一硬质材料渗层12的厚度为20微米，第二硬质材料渗层22是哈氏硬度为HV800的气体渗氮层，第二硬质材料渗层22的厚度为10微米，第一硬质材料渗层12与第二硬质材料渗层22的硬度不相同，哈氏硬度差为HV350。
实施例六：如图所示，一种全金属耐高温螺杆泵，包括金属定子1和金属转子2，金属定子1的内表面与金属转子2的外表面间隙配合，金属定子1内表面与金属转子2外表面的间隙距离为0.3mm，金属定子1包括定子金属基体11和设置在定子金属基体11内表面的第一硬质材料渗层12，金属转子2包括转子金属基体21和设置在转子金属基体21外表面的第二硬质材料渗层22，第一硬质材料渗层12是哈氏硬度为HV1200的渗碳化钨层，第一硬质材料渗层12的厚度为30微米，第二硬质材料渗层22是哈氏硬度为HV700的气体渗氮层，第二硬质材料渗层22的厚度为4微米，第一硬质材料渗层12与第二硬质材料渗层22的硬度不相同，哈氏硬度差为HV500。

Claims (5)

1.一种全金属耐高温螺杆泵，包括金属定子和金属转子，所述的金属定子的内表面与所述的金属转子的外表面间隙配合，其特征在于所述的金属定子包括定子金属基体和设置在所述的定子金属基体内表面的第一硬质材料渗层，所述的金属转子包括转子金属基体和设置在所述的转子金属基体外表面的第二硬质材料渗层，所述的第一硬质材料渗层与所述的第二硬质材料渗层的硬度不相同，所述的第一硬质材料渗层与所述的第二硬质材料渗层的哈氏硬度差为HV200~500。
2.如权利要求1所述的一种全金属耐高温螺杆泵，其特征在于所述的第一硬质材料渗层的厚度为4~30微米，所述的第二硬质材料渗层的厚度为4~30微米。
3.如权利要求1或2所述的一种全金属耐高温螺杆泵，其特征在于所述的第一硬质材料渗层是哈氏硬度为HV1100~1200的渗碳化钨层，所述的第二硬质材料渗层是哈氏硬度为HV900的等离子渗氮层。
4.如权利要求1或2所述的一种全金属耐高温螺杆泵，其特征在于所述的第一硬质材料渗层是哈氏硬度为HV1100~1200的渗碳化钨层，所述的第二硬质材料渗层是哈氏硬度为HV700~900的气体渗氮层。
5.如权利要求1所述的一种全金属耐高温螺杆泵，其特征在于所述的金属定子内表面与所述的金属转子外表面的间隙距离为0.01~0.4mm。
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