CN104532237A - 抽油泵的泵筒及柱塞的加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的抽油泵的泵筒及柱塞的加工工艺，其特征在于，其包括：将40Gr的碳素结构钢作为基体材料，并对所述基体材料进行冷拔或冷轧处理；将所述冷拔或冷轧处理后的基体材料进行人工时效热处理；将所述人工时效热处理后的基体材料进行乳白铬底层覆盖工艺；将所述乳白铬底层覆盖工艺后的基体材料进行激光熔覆表面处理；将所述激光熔覆表面处理后的基体材料进行纳米金刚石微粉电镀硬铬工艺。本发明实现了能提供一种可以有效提高抽油泵的使用寿命，提高抽油泵的防腐耐磨能力的抽油泵的泵筒及柱塞的加工工艺的目的。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气开采领域，尤其涉及抽油泵的泵筒及柱塞的加工工艺。
背景技术
在油田开发中，抽油泵是石油开采中重要的机械采油专用设备。在井下作业时，抽油泵安装在油管柱的底部，沉没在井液中。通过抽油机、抽油杆柱传递的动力抽汲井内液体。
如图1所示，抽油泵主要由泵筒11、柱塞13、泵阀(固定阀15、游动阀17)组成。柱塞13通过与地面抽油机相连的抽油杆的提拉力和自身重力在泵筒11内上、下往复运动，因柱塞13的外壁面与泵筒11的内壁面之间有严密的配合，在柱塞13内设置有游动阀17，在泵筒11的下端连有固定阀15，所以柱塞13在泵筒11内上、下往复运动时，油井底部的石油被间隙地从井管内抽出到地面上。
抽油泵通常都在2800～7000米不等的井下深处工作，油井复杂恶劣的环境对抽油泵提出了较高的技术要求。井下的石油组成复杂，不仅含有较粘稠的油和蜡，还含有细小的沙粒和其他坚硬的颗粒，这样在用抽油泵抽油时，在柱塞的往复运动中，这些石油中的细小的沙粒或其他坚硬的颗粒与较粘稠的油和蜡混合，粘着在泵筒的内壁面上，这些细小的沙粒和其他坚硬的颗粒很硬，对柱塞和泵筒相配合的壁面产生磨损。在用抽油泵抽油时，附着在泵筒内壁面上的细小的沙粒和其他坚硬的颗粒对柱塞和泵筒的磨损，是影响抽油泵使用寿命且难以解决的一个问题；而油井中含有腐蚀性的介质则对抽油泵的抗腐蚀性方面提出了很高的要求，从而抽油泵的抗腐蚀性的能力也影响了其使用寿命；另一方面，为了提高油井的产油量而对油井实施的一些增产措施，例如酸化，使得油井中的介质具有强腐蚀性，在用抽油泵抽油时，抽油泵的抗腐蚀性方面提出了很高的要求，从而抽油泵的抗腐蚀性的能力也是影响其使用寿命的一个重要因素。
现有技术中为了提高抽油泵的使用寿命，提高抽油泵的防腐耐磨能力，现有技术一般使用泵筒选用20CrMo渗碳或38CrMoA氮化处理，柱塞选用碳素钢镀铬处理，这种配合的保护层很容易在高硬度石英砂的磨蚀下被破坏，随后发生严重的电化学腐蚀，造成保护层脱落。目前，为了提高柱塞和泵筒的表面的硬度，抵抗磨损，使用镍基喷焊合金涂层的柱塞，能部分解决上述问题，但对出砂严重，含有坚硬的颗粒较多的井，效果仍然不是很好。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以有效提高抽油泵的使用寿命，提高抽油泵的防腐耐磨能力的抽油泵的泵筒及柱塞的加工工艺。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：一种抽油泵的泵筒的加工工艺，其包括：将40Gr的碳素结构钢作为基体材料，并对所述基体材料进行冷拔或冷轧处理；将所述冷拔或冷轧处理后的基体材料进行人工时效热处理；将所述人工时效热处理后的基体材料进行乳白铬底层覆盖工艺；将所述镀铬后的基体材料进行激光熔覆表面处理；将所述激光熔覆表面处理后的基体材料进行纳米金刚石微粉电镀硬铬工艺。
优选地，所述乳白铬底层覆盖工艺包括：将所述人工时效热处理后的基体材料进行机械表面处理；将所述机械表面处理后的基体材料进行化学表面处理；将所述化学表面处理后的基体材料进行电镀乳白铬。
优选地，所述纳米金刚石微粉电镀硬铬工艺包括金刚石复合镀铬溶液配制工艺和镀所述金刚石复合镀铬溶液工艺。
优选地，所述金刚石复合镀铬溶液配制工艺包括：配置镀铬液；将纳米金刚石活化处理；将所述纳米金刚石活化处理后的金刚石粉加入镀铬液中。
优选地，所述镀所述金刚石复合镀铬溶液工艺包括：将所述激光熔覆表面处理后的基体材料进行除油处理；将所述除油处理后的基体材料进行水洗；将所述水洗后的基体材料进行酸洗；将所述酸洗后的基体材料进行水洗；将所述水洗后的基体材料镀所述金刚石复合镀铬溶液；将所述镀所述金刚石复合镀铬溶液后的基体材料进行水洗干燥。
一种抽油泵的柱塞的加工工艺，其包括：将40Gr的碳素结构钢作为基体材料，并对所述基体材料进行冷拔或冷轧处理；将所述冷拔或冷轧处理后的基体材料进行人工时效热处理；将所述人工时效热处理后的基体材料进行乳白铬底层覆盖工艺；将所述镀铬后的基体材料进行激光熔覆表面处理；将所述激光熔覆表面处理后的基体材料进行纳米金刚石微粉电镀硬铬工艺。
优选地，所述乳白铬底层覆盖工艺包括：将所述人工时效热处理后的基体材料进行机械表面处理；将所述机械表面处理后的基体材料进行化学表面处理；将所述化学表面处理后的基体材料进行电镀乳白铬。
优选地，所述纳米金刚石微粉电镀硬铬工艺包括金刚石复合镀铬溶液配制工艺和镀所述金刚石复合镀铬溶液工艺。
优选地，所述金刚石复合镀铬溶液配制工艺包括：配置镀铬液；将纳米金刚石活化处理；将所述纳米金刚石活化处理后的金刚石粉加入镀铬液中。
优选地，所述镀所述金刚石复合镀铬溶液工艺包括：将所述激光熔覆表面处理后的基体材料进行除油处理；将所述除油处理后的基体材料进行水洗；将所述水洗后的基体材料进行酸洗；将所述酸洗后的基体材料进行水洗；将所述水洗后的基体材料镀所述金刚石复合镀铬溶液；将所述镀所述金刚石复合镀铬溶液后的基体材料进行水洗干燥。
本发明提供的抽油泵的泵筒及柱塞的加工工艺的有益效果是：本发明通过将40Gr的碳素结构钢作为基体材料，并对所述基体材料进行冷拔或冷轧处理；将所述冷拔或冷轧处理后的基体材料进行人工时效热处理；将所述人工时效热处理后的基体材料进行乳白铬底层覆盖工艺；将所述乳白铬底层覆盖工艺后的基体材料进行激光熔覆表面处理；将所述激光熔覆表面处理后的基体材料进行纳米金刚石微粉电镀硬铬工艺。
实现了采用40Gr的碳素结构钢作为基体材料，
首先，经过冷拔或冷轧处理，对比现有技术，可提高基体材料的韧性和抗拉强度，得到较好的力学性能，且能提高表面粗糙度，以便于后面对该基体材料进行表面处理；
其次，将冷拔或冷轧处理后的基体材料进行人工时效热处理，对比现有技术，可提高基体材料的强度；
再次，将人工时效热处理后的基体材料进行乳白铬底层覆盖工艺，因为铬一方面表面易于钝化，有很强的耐腐蚀性，另一方面铬有极强的硬度，所以该工艺能增强基体材料的耐腐蚀性和耐磨能力；
接着，将乳白铬底层覆盖工艺后的基体材料进行激光熔覆表面处理；现对于现有技术，采用激光作为热源在金属材料表面熔覆耐磨、耐腐蚀的金属层，相对于一般的熔覆技术，能显著提高表面的硬度，从而提高基体材料的耐磨性；
最后：将激光熔覆表面处理后的基体材料进行纳米金刚石微粉电镀硬铬工艺，相对于现有技术，单独镀铬，本发明将金刚石微粉加入镀铬液中，因为金刚石微粉是一种具有超高硬度的材料，铬本身也有极强的硬度，因此将金刚石微粉加入镀铬液中形成的溶液镀制在基体材料的表面能显著提高基体材料的硬度，增加材料的耐磨性。
本发明通过对基体材料的各种处理工艺，提高了基体材料的硬度，增强了基体材料的耐磨性，抗腐蚀性，提高了抽油泵的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1现有技术中抽油泵的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供抽油泵的泵筒及柱塞的加工工艺，主要包括以下几个步骤：
⑴将40Gr的碳素结构钢作为基体材料，并对所述基体材料进行冷拔或冷轧处理；
⑵将所述冷拔或冷轧处理后的基体材料进行人工时效热处理；
⑶将所述人工时效热处理后的基体材料进行乳白铬底层覆盖工艺；
⑷将所述镀铬后的基体材料进行激光熔覆表面处理；
⑸将所述激光熔覆表面处理后的基体材料进行纳米金刚石微粉电镀硬铬工艺。
在本实施方式中，本发明所提供的抽油泵的泵筒及柱塞的加工工艺的步骤⑴中冷拔处理：属于冷加工，是将经热加工后的管材在冷状态下进行再加工。在本实施方式中，将40Gr的碳素结构钢作为基体材料，并对该基体材料进行冷拔或冷轧处理以提高基体材料的韧性和抗拉强度，得到较好的力学性能，且能提高表面粗糙度，以便于后面对该基体材料进行表面处理。
冷拔处理的工艺流程如下：
1、对基体材料进行酸洗；该酸洗的过程主要是洗掉钢管表面的氧化铁皮。一般采用硫酸酸洗。
2、润滑；通过润滑降低磨擦。
3、冷拔；
4、热处理；该热处理的目的是消除冷变形时产生的加工硬化和存在于钢管内的残余应力，恢复塑性，获得较好的综合力学性能。
5、矫直。
在本实施方式中，本发明所提供的抽油泵的泵筒及柱塞的加工工艺的步骤⑵中时效处理：指将淬火后的金属工件置于室温或较高温度下保持适当时间，以提高金属强度的金属热处理工艺。在较高温度下进行的时效处理是人工时效。经过人工时效处理后能提高基体材料的强度。
在本实施方式中，本发明所提供的抽油泵的泵筒及柱塞的加工工艺的步骤⑶中乳白铬底层覆盖工艺的流程如下：
1、机械表面处理；主要为粗糙表面的整平。包括：磨光、抛光、滚光、震动、离心、刷光、砂处理等。
2、化学表面处理；主要包括除油、浸蚀抛光、活化
3、电镀乳白铬。
在该乳白铬底层覆盖工艺中因为铬一方面表面易于钝化，有很强的耐腐蚀性，另一方面铬有极强的硬度，进一步提高其耐磨能力，所以该工艺能增强基体材料的耐腐蚀性和耐磨能力。
在本实施方式中，本发明所提供的抽油泵的泵筒及柱塞的加工工艺的步骤⑷中激光熔覆表面处理：指利用激光作为热源在金属材料表面熔覆耐磨、耐腐蚀的金属层，现对于现有技术中的电镀，激光熔覆表面处理能使镀层结合力更强，从而显著改善基体材料表面硬度和耐磨性，延长基体材料的使用寿命。在本实施方式中，对于镍基熔覆层而言，当激光功率为3200W时，激光扫描速度为150mm/min。
在本实施方式中，本发明所提供的抽油泵的泵筒及柱塞的加工工艺的步骤⑸中纳米金刚石微粉电镀硬铬工艺包括金刚石复合镀铬溶液配制工艺和镀所述金刚石复合镀铬溶液工艺。
该金刚石复合镀铬溶液配制工艺包括：
1、配置镀铬液；
2、将纳米金刚石活化处理；
3、将所述纳米金刚石活化处理后的金刚石粉加入镀铬液中。
本发明将金刚石微粉加入镀铬液中，因为金刚石微粉是一种具有超高硬度的材料，铬本身也有极强的硬度，因此将金刚石微粉加入镀铬液中形成的溶液镀制在基体材料的表面能显著提高基体材料的硬度，增加材料的耐磨性。
该镀所述金刚石复合镀铬溶液工艺包括：
1、除油清洗处理；
2、将除油处理后的基体材料进行水洗；
3、将水洗后的基体材料进行酸洗，可以用草酸盐系、甲酸盐系、乙酸盐系进行酸洗；
4、将酸洗后的基体材料进行水洗；
5、将水洗后的基体材料镀金刚石复合镀铬溶液；
6、将镀金刚石复合镀铬溶液后的基体材料进行水洗干燥
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种抽油泵的泵筒的加工工艺，其特征在于，其包括：
将40Gr的碳素结构钢作为基体材料，并对所述基体材料进行冷拔或冷轧处理；
将所述冷拔或冷轧处理后的基体材料进行人工时效热处理；
将所述人工时效热处理后的基体材料进行乳白铬底层覆盖工艺；
将所述乳白铬底层覆盖工艺后的基体材料进行激光熔覆表面处理；
将所述激光熔覆表面处理后的基体材料进行纳米金刚石微粉电镀硬铬工艺。
2.根据权利要求1所述的抽油泵的泵筒的加工工艺，其特征在于：所述乳白铬底层覆盖工艺包括：
将所述人工时效热处理后的基体材料进行机械表面处理；
将所述机械表面处理后的基体材料进行化学表面处理；
将所述化学表面处理后的基体材料进行电镀乳白铬。
3.根据权利要求1所述的抽油泵的泵筒的加工工艺，其特征在于：所述纳米金刚石微粉电镀硬铬工艺包括金刚石复合镀铬溶液配制工艺和镀所述金刚石复合镀铬溶液工艺。
4.根据权利要求3所述的抽油泵的泵筒的加工工艺，其特征在于：所述金刚石复合镀铬溶液配制工艺包括：
配置镀铬液；
将纳米金刚石活化处理；
将所述纳米金刚石活化处理后的金刚石粉加入所述镀铬液中。
5.根据权利要求3所述的抽油泵的泵筒的加工工艺，其特征在于：所述镀所述金刚石复合镀铬溶液工艺包括：
将所述激光熔覆表面处理后的基体材料进行除油处理；
将所述除油处理后的基体材料进行水洗；
将所述水洗后的基体材料进行酸洗；
将所述酸洗后的基体材料进行水洗；
将所述水洗后的基体材料镀所述金刚石复合镀铬溶液；
将所述镀所述金刚石复合镀铬溶液后的基体材料进行水洗干燥。
6.一种抽油泵的柱塞的加工工艺，其特征在于，其包括：
将40Gr的碳素结构钢作为基体材料，并对所述基体材料进行冷拔或冷轧处理；
将所述冷拔或冷轧处理后的基体材料进行人工时效热处理；
将所述人工时效热处理后的基体材料进行乳白铬底层覆盖工艺；
将所述乳白铬底层覆盖工艺后的基体材料进行激光熔覆表面处理；
将所述激光熔覆表面处理后的基体材料进行纳米金刚石微粉电镀硬铬工艺。
7.根据权利要求6所述的抽油泵的柱塞的加工工艺，其特征在于：所述乳白铬底层覆盖工艺包括：
将所述人工时效热处理后的基体材料进行机械表面处理；
将所述机械表面处理后的基体材料进行化学表面处理；
将所述化学表面处理后的基体材料进行电镀乳白铬。
8.根据权利要求7所述的抽油泵的柱塞的加工工艺，其特征在于：所述纳米金刚石微粉电镀硬铬工艺包括金刚石复合镀铬溶液配制工艺和镀所述金刚石复合镀铬溶液工艺。
9.根据权利要求8所述的抽油泵的柱塞的加工工艺，其特征在于：所述金刚石复合镀铬溶液配制工艺包括：
配置镀铬液；
将纳米金刚石活化处理；
将所述纳米金刚石活化处理后的金刚石粉加入所述镀铬液中。
10.根据权利要求8所述的抽油泵的柱塞的加工工艺，其特征在于：所述镀所述金刚石复合镀铬溶液工艺包括：
将所述激光熔覆表面处理后的基体材料进行除油处理；
将所述除油处理后的基体材料进行水洗；
将所述水洗后的基体材料进行酸洗；
将所述酸洗后的基体材料进行水洗；
将所述水洗后的基体材料镀所述金刚石复合镀铬溶液；
将所述镀所述金刚石复合镀铬溶液后的基体材料进行水洗干燥。
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Cited By (1)
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