CN108085648A - 一种油田注水泵失效组合阀修复再利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种油田注水泵失效组合阀修复再利用方法，具体步骤为：步骤一对组合阀标准件进行3D扫描，获得组合阀标准件尺寸数据；步骤二对需要修复的组合阀进行表面处理，使得需要修复的组合阀表面为金属光泽、无裂纹；步骤三对需要修复的组合阀进行表面处理后进行PVD镀膜，镀膜时间大于2小时。本发明不改变组合阀本体材质，在其密封面进行修复改性，使其得到重新利用，既能使修复后的组合阀寿命较新品使用寿命延长，又能降低组合阀成本，达到满足现场生产和降本增效的目的。

Description

一种油田注水泵失效组合阀修复再利用方法

技术领域

本发明属于油田生产设备易损部件再利用领域，特别涉及一种油田注水泵失效组合阀修复再利用方法。

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。注水井通过往复式柱塞泵向井内注入高压液体，从而增加富油区的压力。而组合阀是往复式柱塞泵的核心部件，组合阀在往复式柱塞泵中起到进排液的作用，注水压力一般在15MPa-25MPa，因此其承受着很大的压力，加之石油所在区域环境中存在较高的细菌含量、氯化物及固体颗粒。一般情况下，组合阀采用的材料为马氏体不锈钢，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。若组合阀冲刷严重，会造成密封性差、注水压力不稳定、注水量不够等问题。

目前主要是通过两种方式来解决磨损失效的问题：（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组合阀表面时，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组合阀的腐蚀；采用高成本的高硬度材质如3Cr13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3Cr13，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，且组合阀寿命未提高到生产需求。

发明内容

为了克服现有油田生产中注水泵组合阀损坏频繁、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，本发明提供一种油田注水泵失效组合阀修复再利用方法，本发明不改变组合阀本体材质，在其密封面进行修复改性，使其得到重新利用，既能使修复后的组合阀寿命较新品使用寿命延长，又能降低组合阀成本，达到满足现场生产和降本增效的目的。

本发明采用的技术方案为：

一种油田注水泵失效组合阀修复再利用方法，具体步骤为：

步骤一对组合阀标准件进行3D扫描，获得组合阀标准件尺寸数据；

步骤二对需要修复的组合阀进行表面处理，使得需要修复的组合阀表面为金属光泽、无裂纹；

步骤三 对需要修复的组合阀进行表面处理后进行PVD镀膜，镀膜时间大于2小时。

所述步骤二中对需要修复的组合阀进行表面处理包括以下步骤：

1）去污；

2）探伤；

3）修补；

4）清洗；

5）打磨。

所述的步骤1）去污为通过使用钢丝刷、抛光片、磨头工具去除需要修复的组合阀表面锈迹，油渣杂质，使得需要修复的组合阀表面为金属光泽；步骤2）探伤为使用着色探伤的方法对待修复组合阀基体进行探伤，若有裂纹需去除裂纹，采用角磨机将裂纹打磨，至没有裂纹为止；步骤3）修补为在处理后的需要修复的组合阀表面的拉伤沟槽、点蚀凹坑可通过打磨清理，清理干净后，采用不锈钢焊丝进行点焊修补。

所述的步骤4）清洗为采用清水将处理后的待修复组合阀表面清洗干净；所述的步骤5）打磨为通过抛光机进行整体打磨与抛光；把打磨好的待修复组合阀放进丙酮中，用超声波清洗器进行清洗15min。

所述的PVD镀膜包括以下步骤：

1）装件；

2）抽真空；

3）Ar离子轰击；

4）主弧轰击；

5）长膜；

6）冷却。

所述的步骤1）装件为将处理完成的待修复组合阀风干后悬挂在多弧离子镀膜机的炉腔内，保持待修复组合阀的高度与弧源的高度一致，且二者之间保持一定的距离；所述的步骤2）抽真空为依次打开多弧离子镀膜机内的机械泵、分子泵，调节温度至200℃，调节节流阀至200sccm，开始抽取真空，待炉压达到2Pa时，抽取高纯度真空，待炉压达到2.0×10-3Pa时，抽取真空工作完成。

所述的步骤3）Ar离子轰击为向炉内注入氩气，氩气流量为180sccm，调节节流阀至16sccm，待炉内压强达到2Pa；调节高频电压，使其在3min内由400V增至1000V，保持2min后将其调节到800V，并将节流阀至120 sccm，氩气流量为150sccm，调节炉压至0.2～0.3Pa；所述的步骤4）主弧轰击即纯钛打底，主弧轰击采用钛离子对带负电位的工件表面进行加热和轰击；完成后，同时开启弧源，调节低频电压至400V，使其在1.5min降到120V，保持8min或大于8min。

所述的步骤5）长膜为注入氮气，氮气流量为120sccm，如需要颜色更深，可适当增加氮气流，在极高离化率的等离子体中反应生成TIN薄膜并沉积到工件表面；此时保持炉压0.3 Pa～0.8Pa；进行镀膜，镀膜时间大于两小时。

所述的步骤6）冷却为镀膜过程结束后, 需要修复的组合阀在炉内随炉冷却,其温度低于100℃ 时出炉。

本发明的有益效果为：

1）本发明所述方案不仅适用于对旧组合阀的修复，同样也适用与对新组合阀的表面改性；

2）本发明所述方案制备的耐冲刷性表面，与传统的工艺相比，具有更高的表面耐磨性能，其表面硬度≥2000HV，可对组合阀任何部位进行镀膜，膜层的厚度为0.3um～5.0um，可以在不影响工件原来尺寸的情况下提高工件表面的各种物理性能和化学性能；

3）本发明所述方案采用了较为先进的表面处理技术，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；

4）本发明所述方案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；

5）本发明所述方案相对传统的抗冲刷组合阀与刷涂抗冲刷有机涂料的方式具有更高的稳定性能及表面耐腐蚀性能，与不锈钢材质组合阀相比，本发明采用普通碳钢材质组合阀为基体，具有更好的工艺适用性，并在大幅提高零件表面性能（如硬度，耐磨性能）前提下兼顾了良好的经济适用性，在组合阀零件表面耐磨耐腐蚀处理中具有广阔的市场推广前景。

具体实施方式

实施例1：

为了克服现有油田生产中注水泵组合阀损坏频繁、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，本发明提供一种油田注水泵失效组合阀修复再利用方法，本发明不改变组合阀本体材质，在其密封面进行修复改性，使其得到重新利用，既能使修复后的组合阀寿命较新品使用寿命延长，又能降低组合阀成本，达到满足现场生产和降本增效的目的。

一种油田注水泵失效组合阀修复再利用方法，具体步骤为：

步骤一对组合阀标准件进行3D扫描，获得组合阀标准件尺寸数据；

步骤二对需要修复的组合阀进行表面处理，使得需要修复的组合阀表面为金属光泽、无裂纹；

步骤三 对需要修复的组合阀进行表面处理后进行PVD镀膜，镀膜时间大于2小时。

本发明提供的修复方法的优点为：一是采用3D技术对易损件的新品进行扫描，获取高精度尺寸数据，可提高待修复组合阀的修复精度。二是对待修复组合阀进行表面处理2后，待修复组合阀表面等尺寸并且干净光滑，便于后期修复，为提高修复质量打下基础；三是采用PVD镀膜3技术在待修复组合阀表面进行薄膜制备，该薄膜与组合阀基体结合力强，不影响组合阀尺寸，具有耐磨、耐腐蚀等优点，可大大提升组合阀表明性能。该技术所制备的涂层表面硬度≥HV2000，膜层的厚度为0.3um～5.0um，成品率≥95%，效率高，成本低。该技术可对服役期满或表面受损严重的组合阀体进行修复，也可用于新品性能的提升。

本发明采用了较为先进的表面处理技术，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。

实施例2：

基于上述实施例的基础上，本实施例中，所述步骤二中对需要修复的组合阀进行表面处理包括以下步骤：

1）去污；

2）探伤；

3）修补；

4）清洗；

5）打磨。

所述的步骤1）去污为通过使用钢丝刷、抛光片、磨头工具去除需要修复的组合阀表面锈迹，油渣杂质，使得需要修复的组合阀表面为金属光泽；步骤2）探伤为使用着色探伤的方法对待修复组合阀基体进行探伤，若有裂纹需去除裂纹，采用角磨机将裂纹打磨，至没有裂纹为止；步骤3）修补为在处理后的需要修复的组合阀表面的拉伤沟槽、点蚀凹坑可通过打磨清理，清理干净后，采用不锈钢焊丝进行点焊修补。所述的步骤4）清洗为采用清水将处理后的待修复组合阀表面清洗干净；所述的步骤5）打磨为通过抛光机进行整体打磨与抛光；把打磨好的待修复组合阀放进丙酮中，用超声波清洗器进行清洗15min。

对组合阀的标准件进行3D扫描，获得高精度尺寸数据，为待修复组合阀尺寸复原及其表面的改性处理提供尺寸数据；修补即将探伤处理后的待修复组合阀的工件表面的拉伤沟槽、点蚀凹坑可通过打磨清理，清理干净后，采用ER309不锈钢焊丝进行点焊修补；清洗即用清水将组合阀待修复组合阀表面清洗干净。打磨即用抛光机进行整体打磨与抛光；把打磨好的工件放进丙酮中，用KQ5200B超声波清洗器进行清洗15min。

实施例3：

基于上述实施例的基础上，本实施例中，所述的PVD镀膜包括以下步骤：

1）装件；

2）抽真空；

3）Ar离子轰击；

4）主弧轰击；

5）长膜；

6）冷却。

所述的步骤1）装件为将处理完成的待修复组合阀风干后悬挂在多弧离子镀膜机的炉腔内，保持待修复组合阀的高度与弧源的高度一致，且二者之间保持一定的距离；所述的步骤2）抽真空为依次打开多弧离子镀膜机内的机械泵、分子泵，调节温度至200℃，调节节流阀至200sccm，开始抽取真空，待炉压达到2Pa时，抽取高纯度真空，待炉压达到2.0×10-3Pa时，抽取真空工作完成。

所述的步骤3）Ar离子轰击为向炉内注入氩气，氩气流量为180sccm，调节节流阀至16sccm，待炉内压强达到2Pa；调节高频电压，使其在3min内由400V增至1000V，保持2min后将其调节到800V，并将节流阀至120 sccm，氩气流量为150sccm，调节炉压至0.2～0.3Pa；所述的步骤4）主弧轰击即纯钛打底，主弧轰击采用钛离子对带负电位的工件表面进行加热和轰击；完成后，同时开启弧源，调节低频电压至400V，使其在1.5min降到120V，保持8min或大于8min。

所述的步骤4）主弧轰击即纯钛打底，主弧轰击采用钛离子对带负电位的工件表面进行加热和轰击, 加热有利于沉积TiN反应的进行, 轰击有利于活性表面的产生以提高膜基结合强度；完成后，同时开启弧源，调节低频电压至400V，使其在1.5min降到120V，保持8min或更长。

所述的步骤5）长膜为注入氮气，氮气流量为120sccm，如需要颜色更深，可适当增加氮气流，在极高离化率的等离子体中反应生成TIN薄膜并沉积到工件表面；此时保持炉压0.3 Pa～0.8Pa；进行镀膜，镀膜时间大于两小时。

所述的步骤6）冷却为镀膜过程结束后, 需要修复的组合阀在炉内随炉冷却,其温度低于100℃ 时出炉。

所述的PVD镀膜由装件、抽真空、Ar离子轰击、主弧轰击、长膜和冷却组成，经过步骤二中处理后的待修复组合阀风干后悬挂在多弧离子镀膜机的炉腔内进行待修复组合阀的装件步骤，然后进行抽真空步骤，待炉压达到2.0×10-3Pa时，抽取真空工作完成；完成后进行Ar离子轰击处理和主弧轰击处理，完成后进行长膜处理，此时保持炉压0.3 Pa～0.8Pa；最后进行冷却3-6处理，待修复组合阀温度80℃ 时出炉。

本发明不仅适用于对旧组合阀的修复，同样也适用与对新组合阀的表面改性；本发明制备的耐冲刷性表面，与传统的工艺相比，具有更高的表面耐磨性能，其表面硬度≥2000HV，可对组合阀任何部位进行镀膜，膜层的厚度为0.3um～5.0um，可以在不影响工件原来尺寸的情况下提高工件表面的各种物理性能和化学性能。

相比较与现有的两种修复方法，本发明提供的方法成本低、抗腐蚀性能好且耐磨性好；表1为多种工艺的对比说明。

表1 多种工艺的对比说明

工艺	成本	抗腐蚀性能	耐磨性
				本发明	低	好	好
耐冲刷涂料	低	差	差
				不锈钢材质	较高	一般	一般

本发明中提供三种基体材料相同的组合阀进行对比，对比例1为采用刷耐冲刷涂料的组合阀；对比例2为常规马氏体不锈钢材质的组合阀；如下表所示：

表2 本发明与常规方法处理的柱塞性能对比表

采用本发明的处理的组合阀，表面硬度明显比其他方法处理的高，同时也不容易剥落。本发明采用3D技术对易损件的标准件进行扫描，获取高精度尺寸数据，可提高待修复组合阀修复精度。采用去污、探伤、修补等方法进行表面处理后，待修复组合阀表面等尺寸并且干净光滑，便于后期修复，为提高修复质量打下基础；采用PVD镀膜技术在组合阀表面进行薄膜制备，该薄膜与组合阀基体结合力强，不影响组合阀尺寸，具有耐磨、耐腐蚀等优点，可大大提升组合阀表面性能。该技术所制备的涂层表面硬度≥HV2000，膜层的厚度为0.3um～5.0um，成品率≥95%，效率高，成本低。该方法可对服役期满或表面受损严重的组合阀体进行修复，也可用于新品性能的提升。本发明中的各步骤可以单独以及组合使用。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本发明中未详细说明的方法及步骤均为现有技术，本发明中将不再进行一一说明。

Claims (9)

1.一种油田注水泵失效组合阀修复再利用方法，其特征在于：具体步骤为：

步骤一对组合阀标准件进行3D扫描，获得组合阀标准件尺寸数据；

步骤二对需要修复的组合阀进行表面处理，使得需要修复的组合阀表面为金属光泽、无裂纹；

步骤三 对需要修复的组合阀进行表面处理后进行PVD镀膜，镀膜时间大于2小时。

2.根据权利要求1所述的一种油田注水泵失效组合阀修复再利用方法，其特征在于：所述步骤二中对需要修复的组合阀进行表面处理包括以下步骤：

1）去污；

2）探伤；

3）修补；

4）清洗；

5）打磨。

3.根据权利要求2所述的一种油田注水泵失效组合阀修复再利用方法，其特征在于：所述的步骤1）去污为通过使用钢丝刷、抛光片、磨头工具去除需要修复的组合阀表面锈迹，油渣杂质，使得需要修复的组合阀表面为金属光泽；步骤2）探伤为使用着色探伤的方法对待修复组合阀基体进行探伤，若有裂纹需去除裂纹，采用角磨机将裂纹打磨，至没有裂纹为止；步骤3）修补为在处理后的需要修复的组合阀表面的拉伤沟槽、点蚀凹坑可通过打磨清理，清理干净后，采用不锈钢焊丝进行点焊修补。

4.根据权利要求2所述的一种油田注水泵失效组合阀修复再利用方法，其特征在于：所述的步骤4）清洗为采用清水将处理后的待修复组合阀表面清洗干净；所述的步骤5）打磨为通过抛光机进行整体打磨与抛光；把打磨好的待修复组合阀放进丙酮中，用超声波清洗器进行清洗15min。

5.根据权利要求1所述的一种油田注水泵失效组合阀修复再利用方法，其特征在于：所述的PVD镀膜包括以下步骤：

1）装件；

2）抽真空；

3）Ar离子轰击；

4）主弧轰击；

5）长膜；

6）冷却。

6.根据权利要求5所述的一种油田注水泵失效组合阀修复再利用方法，其特征在于：所述的步骤1）装件为将处理完成的待修复组合阀风干后悬挂在多弧离子镀膜机的炉腔内，保持待修复组合阀的高度与弧源的高度一致，且二者之间保持一定的距离；所述的步骤2）抽真空为依次打开多弧离子镀膜机内的机械泵、分子泵，调节温度至200℃，调节节流阀至200sccm，开始抽取真空，待炉压达到2Pa时，抽取高纯度真空，待炉压达到2.0×10-3Pa时，抽取真空工作完成。

7.根据权利要求5所述的一种油田注水泵失效组合阀修复再利用方法，其特征在于：所述的步骤3）Ar离子轰击为向炉内注入氩气，氩气流量为180sccm，调节节流阀至16sccm，待炉内压强达到2Pa；调节高频电压，使其在3min内由400V增至1000V，保持2min后将其调节到800V，并将节流阀至120 sccm，氩气流量为150sccm，调节炉压至0.2～0.3Pa；所述的步骤4）主弧轰击即纯钛打底，主弧轰击采用钛离子对带负电位的工件表面进行加热和轰击；完成后，同时开启弧源，调节低频电压至400V，使其在1.5min降到120V，保持8min或大于8min。

8.根据权利要求5所述的一种油田注水泵失效组合阀修复再利用方法，其特征在于：所述的步骤5）长膜为注入氮气，氮气流量为120sccm，如需要颜色更深，可适当增加氮气流，在极高离化率的等离子体中反应生成TIN薄膜并沉积到工件表面；此时保持炉压0.3 Pa～0.8Pa；进行镀膜，镀膜时间大于两小时。

9.根据权利要求5所述的一种油田注水泵失效组合阀修复再利用方法，其特征在于：所述的步骤6）冷却为镀膜过程结束后, 需要修复的组合阀在炉内随炉冷却,其温度低于100℃ 时出炉。