CN106835119A

CN106835119A - 一种油田注水用往复式柱塞泵柱塞修复方法

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Publication number: CN106835119A
Application number: CN201611229842.XA
Authority: CN
Inventors: 程颢; 薛建强; 王林平; 郑刚; 魏立军; 晏耿成; 杨会丰; 覃川; 冯建设; 刘山; 刘一山; 王曼; 张倩
Original assignee: Petrochina Co Ltd
Current assignee: Petrochina Co Ltd
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2017-06-13

Abstract

本发明公开了一种油田注水用往复式柱塞泵柱塞修复方法，是针对油田生产中注水泵柱塞损坏频繁、寿命短，损坏后无有效修复手段，进行直接更换造成费用高、频繁更换劳动强度大等问题，发明一种注水泵废旧柱塞修复再利用方法，不改变柱塞本体材质，在其表面进行修复改性，使其得到重新利用。其包括柱塞原件3D扫描、旧件表面处理、旧件喷焊修复3个内容。本发明修复柱塞表面强度、耐磨性、耐腐蚀性高、表面镀层与基材结合力好，既能使修复后的柱塞寿命较新品使用寿命延长，又要降低柱塞成本，达到满足现场生产和降本增效的目的。

Description

一种油田注水用往复式柱塞泵柱塞修复方法

【技术领域】

本发明属于油田生产设备易损部件修复再利用领域，涉及一种油田注水用往复式柱塞泵柱塞修复方法。

【背景技术】

长庆油田油井地层压力小，采油过程中需通过采油井旁边的注水井向目的油层注水为油层提供能量，驱动油流向油井流出，使其更易被开采。而注水井通过注水泵向井内注入高压液体从而增加富油区的压力，注水泵为往复式柱塞泵，注水压力一般在15MPa-25MPa，在注入的过程中，柱塞泵中承受着大量的液体冲刷。除此之外，注入水分为清水和污水，污水存在较高的硫化物、氢化物、氯化物以及细菌，是导致部件损坏的主要原因之一。一般情况下，石油设备采用的材料为碳钢材料，此类材料的硬度较低，耐冲刷性能较差，且腐蚀失效问题十分严重。柱塞是注水泵的核心部件，对控制泵内液体的流速及压力有着重要的作用。若柱塞冲刷严重，会造成压力下降、能量损失的问题。

目前解决该问题的主要手段是通过两种方式来解决磨损问题，包括：(1)刷涂耐冲刷涂料；(2)整体采用高硬度材质进行制造。但是这两种技术在实际使用过程中都存在自身明显的不足：使用耐冲刷涂料刷涂在柱塞表面时，不能长时间经受流体冲刷，且在高温环境下不能被使用并容易出现脱层的问题，若冲刷露出金属层后，会因为防腐涂料与金属之间存在电位差而加速对柱塞的腐蚀；采用高成本的高硬度材质如马氏体不锈钢材料为原材料，制造所需的各种零部件，虽然能起到一定耐硫化物，氢化物的腐蚀作用，但是对氯化物的腐蚀缓解情况不明显，且由于整体采用到高成本的马氏体不锈钢，单个零件的成本将提高1-1.5倍，大大的增加了采油的成本，且柱塞寿命未提高到生产需求。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提出一种基于喷焊技术修复的油田注水用往复式柱塞泵柱塞修复方法，该方法不改变部件本体材质，将少量高性能涂层材料制备在基材上，使其完全熔合，在其表面进行修复改性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种油田注水用往复式柱塞泵柱塞修复方法，包括以下步骤：

1)对柱塞原件进行3D扫描，获得柱塞原件的尺寸数据，为柱塞旧件的还原提供尺寸数据；

2)对柱塞旧件进行表面处理；

3)对柱塞旧件进行喷焊修复。

本发明进一步的改进在于：

步骤2)中，对柱塞旧件进行表面处理的具体方法如下：

2-1)使用钢丝刷、抛光片以及磨头去除柱塞旧件的表面锈迹、油渣，确保锈斑完全去除，有腐蚀坑的将腐蚀坑完全清理干净，表面为金属光泽；

2-2)将步骤2-1)处理的柱塞使用着色探伤的方法对其基体进行探伤，若有裂纹需去除裂纹，去除裂纹采用角磨机将裂纹打磨，至没有裂纹为止；

2-3)将步骤2-2)处理的柱塞杆外表面进行车削加工，去除外表面上磨损部分；

2-4)将步骤2-3)处理后的柱塞进行喷砂处理，清理清洁柱塞表面，并增加柱塞表面的粗糙度使后续涂层的结合强度更高；

2-5)使用有机溶剂丙酮对步骤2-4)所处理的柱塞表面进行脱脂处理。

步骤2-3)中，车削加工至外表面最大磨损处以下0.3mm。

步骤2-4)中，喷砂采用30目棕刚玉砂，喷砂空气压力0.4-0.5MPa，喷砂至柱塞表面无反光、色度均匀为止。

步骤3)对柱塞旧件进行喷焊修复的具体方法如下：

3-1)将步骤2)处理后的柱塞装夹在喷焊旋转台上，并开机使柱塞开始旋转，使用氧-乙炔火焰对柱塞进行预热；

3-2)对步骤3-1)处理后的柱塞进行喷涂；

3-3)对步骤3-2)处理的柱塞进行重熔，重熔时使用重熔炬从柱塞的一端开始，至柱塞表面粉末熔化后往另一端移动，直至整个柱塞上的粉末全部熔化；重熔处理后，柱塞表面的金属粉末熔化并与基体形成冶金结合；

3-4)对步骤3-3)处理的柱塞进行尺寸检验，若出现局部不足，采用喷涂进行修补，确保留有0.5～1mm的加工余量后执行步骤3-5)；

3-5)在外圆磨床上对柱塞杆的外表面进行磨削加工。

步骤3-1)中，柱塞旋转速度为35-40r/min，预热火焰采用中性焰。

步骤3-2)中，使用Q/H-4喷涂枪，采用Ni60粉末，粒度45～180μm，喷粉时柱塞转速35-40r/min，喷粉厚度为1-2mm；喷涂参数为乙炔压力0.03-0.04MPa，氧气压力0.3-0.4MPa，喷涂枪移动往复移动速度50-70mm/s。

Ni60粉末各元素的质量分数：P≤0.007％，S≤0.005％，Ni：17％，Cr：3.5％，B：4％，Si：2％，Fe为余量。

步骤3-3)中，重熔参考温度1000-1020摄氏度，使用红外测温仪进行测温。

步骤3-5)中，砂轮选用100目号Si₃N₄大孔隙砂轮，磨削后的柱塞直径尺寸为d⁰ _- _0.025mm，表面粗糙度不高于0.04um，喷焊涂层有效厚度不低于0.4mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明不仅适用于对旧柱塞的修复，同样也适用于对新柱塞的表面改性，并且可以进行多次修复；本发明修复的耐冲刷性表面，与传统的工艺相比，具有更高的表面耐磨性能，其表面硬度≥60HRC，可大幅度提高处理后零件在石油工作面下恶劣环境中表面的耐磨性能；本发明采用了最先进表面处理技术，相对于传统工艺具有更高的表面耐腐蚀性，可大幅度提高处理后零件在石油工作面下恶劣环境中表面的耐腐蚀性能；本发明中的表面与基体为冶金结合，结合强度不低于200MPa，结合强度高，因此能长时间经受流体冲刷，高温环境下仍保持表面的完整性；本发明在柱塞进行喷焊之前，首先采用3D扫描的方式获得高精度的尺寸数据，再将柱塞先整体进行降尺寸处理，在保证喷焊后零件的尺寸基础上，不仅保证了零件的尺寸精度，更保证了涂层的厚度，因此其性能稳定、可靠；本发明完全避免了传统有机涂料技术带来的环境污染问题，具有良好的环保性。

【附图说明】

图1为本发明方法操作流程图；

图2为本发明所用的工作平台示意图。

其中：1-卡盘；2-喷涂枪/重熔枪；3-柱塞；4-工作台；5-尾顶。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明油田注水用往复式柱塞泵柱塞修复方法，包括以下步骤：

1)柱塞原件3D扫描，获得高精度原件尺寸数据，为旧件还原提供尺寸数据；

2)旧件表面处理:

2-1)使用钢丝刷、抛光片、磨头等工具去除待表面改性柱塞表面锈迹，油渣等杂质，确保锈斑完全去除，有腐蚀坑的将腐蚀坑完全清理干净，表面为金属光泽；

2-2)将步骤2-1)处理的柱塞使用着色探伤的方法对其基体进行探伤，若有裂纹需去除裂纹，去除裂纹的具体方法可采用采用角磨机将裂纹打磨，至没有裂纹为止；

2-3)将步骤2-2)处理的柱塞杆外表面进行车削加工，去除外表面上磨损部分。车削加工至外表面最大磨损处以下0.3mm；

2-4)将步骤2-3)处理后的柱塞进行喷砂处理，清理清洁柱塞表面，并增加柱塞表面的粗糙度使后续涂层的结合强度更高。喷砂采用30目棕刚玉砂，喷砂空气压力0.4-0.5MPa，喷砂至柱塞表面无反光、色度均匀为止；

2-5)使用有机溶剂丙酮对步骤2-4)所处理的表面进行脱脂处理；

3)旧件喷焊修复：

3-1)将步骤2)处理后的柱塞装夹在喷焊专用旋转台上，并开机使柱塞开始旋转，使用氧-乙炔火焰对柱塞进行预热；柱塞旋转速度为35-40r/min，预热火焰采用中性焰；

3-2)将步骤3-1)处理后的柱塞进行喷涂，使用Q/H-4喷涂枪，采用Ni60粉末，喷粉时柱塞转速35-40r/min，喷粉厚度为1-2mm；喷涂参数为乙炔压力0.03-0.04MPa，氧气压力0.3-0.4MPa，喷涂枪移动往复移动速度50-70mm/s；Ni60粉末的粒度为45～180μm。其中各元素的质量分数如下所示：P≤0.007％，S≤0.005％，Ni：17％，Cr：3.5％，B：4％，Si：2％，Fe为余量。

3-3)将步骤3-2)所处理的柱塞进行重熔，重熔时使用重熔炬从柱塞的一端开始，至柱塞表面粉末熔化后出现“镜面反光”现象后往另一端移动，直至整个柱塞上的粉末全部熔化。重熔参考温度1000-1020摄氏度，使用红外测温仪进行测温；重熔处理后，柱塞表面的金属粉末熔化并与基体形成冶金结合；

3-4)将步骤3-3)所处理的柱塞进行尺寸检验，若出现局部不足，可采用喷涂进行修补，确保留有0.5-1.0mm的加工余量后转交下一步操作；

3-5)在外圆磨床上对将步骤3-4)柱塞杆的外表面进行磨削加工，砂轮选用100目号Si₃N₄大孔隙砂轮，磨削后的柱塞直径尺寸为d⁰ _-0.025mm，表面粗糙度不高于0.04um，喷焊涂层有效厚度不低于0.4mm。

表1本发明与其它工艺的对比说明

工艺	成本	抗腐蚀性能	耐磨性	结合方式
					本发明	低	好	好	冶金结合
抗腐蚀涂料	低	差	差	物理结合
					不锈钢材质	较高	一般	一般	-

如图2所示，喷焊专用旋转台包括工作台4，工作台4上安装用于夹持柱塞3的卡盘1，工作台4的后端设置与卡盘1配合工作，使柱塞3稳定旋转的尾顶5，工作台4的上方设置喷涂枪/重熔枪2。

实施例：

对注水站注水泵柱塞进行修复再利用，共包括(1)新品3D扫描、(2)旧件表面处理、(3)旧件喷焊修复3项内容。

(1)对柱塞试验品原件进行3D扫描，其外径55mm，有效长度580mm；

(2)对旧件表面进行去污、探伤、车削、喷砂、脱脂处理，处理后表面为金属光泽、无裂纹，车削加工至54.2mm，喷砂空气压力0.5MPa，柱塞表面无反光；

(3)旧件喷焊修复：

预热：预热温度380摄氏度；

喷涂：采用Ni60粉末，喷粉时柱塞转速38/min，喷粉厚度为1mm；喷涂参数为乙炔压力0.04MPa，氧气压力0.35MPa，喷涂枪移动往复移动速度60mm/s；

重熔：重熔温度1000摄氏度；

修补：尺寸超出原品尺寸0.7mm，无需修补；

磨削：磨削后的柱塞直径尺寸为55mm，表面粗糙度0.02um。

对比例1

采用常规刷涂防腐蚀涂料的柱塞。

对比例2

采用常规马氏体不锈钢材质的柱塞。

表2本发明与常规方法处理的柱塞性能对比表

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims

1.一种油田注水用往复式柱塞泵柱塞修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

2)对柱塞旧件进行表面处理；

3)对柱塞旧件进行喷焊修复。

2.根据权利要求1所述的油田注水用往复式柱塞泵柱塞修复方法，其特征在于，步骤2)中，对柱塞旧件进行表面处理的具体方法如下：

3.根据权利要求2所述的油田注水用往复式柱塞泵柱塞修复方法，其特征在于，步骤2-3)中，车削加工至外表面最大磨损处以下0.3mm。

4.根据权利要求2或3所述的油田注水用往复式柱塞泵柱塞修复方法，其特征在于，步骤2-4)中，喷砂采用30目棕刚玉砂，喷砂空气压力0.4-0.5MPa，喷砂至柱塞表面无反光、色度均匀为止。

5.根据权利要求1所述的油田注水用往复式柱塞泵柱塞修复方法，其特征在于，步骤3)对柱塞旧件进行喷焊修复的具体方法如下：

3-2)对步骤3-1)处理后的柱塞进行喷涂；

3-5)在外圆磨床上对柱塞杆的外表面进行磨削加工。

6.根据权利要求5所述的油田注水用往复式柱塞泵柱塞修复方法，其特征在于，步骤3-1)中，柱塞旋转速度为35-40r/min，预热火焰采用中性焰。

7.根据权利要求5所述的油田注水用往复式柱塞泵柱塞修复方法，其特征在于，步骤3-2)中，使用Q/H-4喷涂枪，采用Ni60粉末，粒度45～180μm，喷粉时柱塞转速35-40r/min，喷粉厚度为1-2mm；喷涂参数为乙炔压力0.03-0.04MPa，氧气压力0.3-0.4MPa，喷涂枪移动往复移动速度50-70mm/s。

8.根据权利要求7所述的油田注水用往复式柱塞泵柱塞修复方法，其特征在于，Ni60粉末各元素的质量分数：P≤0.007％，S≤0.005％，Ni：17％，Cr：3.5％，B：4％，Si：2％，Fe为余量。

9.根据权利要求5所述的油田注水用往复式柱塞泵柱塞修复方法，其特征在于，步骤3-3)中，重熔参考温度1000-1020摄氏度，使用红外测温仪进行测温。

10.根据权利要求5所述的油田注水用往复式柱塞泵柱塞修复方法，其特征在于，步骤3-5)中，砂轮选用100目号Si₃N₄大孔隙砂轮，磨削后的柱塞直径尺寸为d⁰ _-0.025mm，表面粗糙度不高于0.04um，喷焊涂层有效厚度不低于0.4mm。