CN2427647Y - 高耐腐蚀高耐磨耗的防砂抽油泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型的高耐腐蚀高耐磨耗防砂抽油泵是在现有技术泵筒与下接箍之间加装内径大于泵筒内径的专用防砂短节和中间接箍,且泵筒、上、中、下接箍,防砂短节、进油阀罩,压帽以及阀球,阀座全部具有非晶态镍磷合金镀层的强化热处理工作面,并配以两端无锥度,表面无槽的圆柱刮砂柱塞体,按SY/5059－91抽油泵标准参数配装而成的。它彻底克服了现有技术硬度偏低、易磨耗、防腐蚀性能极差和没有防砂功能和使用寿命短的缺点。

Description

高耐腐蚀高耐磨耗的防砂抽油泵

本实用新型涉及一种油田用管式抽油泵，具体地说涉及一种油田用高耐腐蚀高耐磨耗的防砂抽油泵。

石油蕴藏在数公尺以至数千公尺的地下，油田开发开采初期多利用气举方式(自喷)采集石油于地面，而中、后期主要是实行机械式采集石油技术，是将地面动力经抽油杆传递经抽油泵的柱塞，带动柱塞在泵筒中作上下往复运动，将地下的石油液或石油和水的混合液(以下简称采出液)抽汲和举升到地面油气集输管网终端的贮油容器之中。

现有技术抽油泵种类繁多，诸如：电动泵、蜗轮螺杆泵、动筒式泵、长柱塞泵、抽调泵杆式泵、旋转柱塞泵、双向进油泵、环空高效泵等等。无论那一种抽油泵的泵筒的制造工艺都是首先进行调质热处理，然后再对泵筒内壁(以下简称工作面)进行不同的强化热处理，如镀铬或者渗碳、碳氮共渗、氮化、矽土多元共渗、以及激光淬火等等。无论那一种强化热处理，其工作面的硬度普遍偏低，易磨耗，如：除激光淬火处理的工作面硬度可达HV858-1030，其它只能达到HV800-900，这是现有技术缺点之一。

其二，整体使用寿命短，是人为造成各零部件使用寿命不同步而致。与泵筒在同一介质中的泵筒总承除泵筒外，其它八个零部件只进行调质热处理而各零部件的工作面，不进行与泵筒工作面相同的强化热处理，这就造成了泵筒工作面与余之八者工作面的硬度不同步，耐磨性能自然不同，耐腐蚀性能不同步，使用寿命也就自然不同步。

其三，上述各种强化热处理泵筒的工作面，对采出液中含有H₂S、CO₂、CI^-等矿物成份的耐腐蚀性能极差。恰恰目前各油田生产油井的采出液中含有H₂S、CO₂、CI^-等矿物成份的油井日益剧增。如胜利油田、东辛、广利、中原等油田采出液中含有腐蚀速度高达3．2-4．5mm／年的H₂S、CO₂、CI^-等矿物成份为之普遍，现有技术耐腐蚀性能极差的缺点为之突出。

其四，防砂性能差，无防砂结构。现有技术抽油泵非旦没有防砂结构，而且由于柱塞体工作面有多个环形槽，其危害极大，这些环形槽是发生“拉缸”“卡泵”的极大隐患。因为当柱塞上行时，其上半部露泵筒300mm左右，但仍然是浸在采出液之中，泵筒上部油管之中的采出液仍然是含有砂子的液体，因而当柱塞体下行时，这些环形槽必然将其周围的含有砂子的采出液挟带入泵筒，这些环形槽若将大于泵间隙的砂子挟带入泵筒间隙，立刻发生“拉缸”“卡泵”。而目前各油田采出液中含有砂子极为普遍，只是含砂量多与少之别。

尤其在油田开发采油后期，由于注水等原因造成采出液中含有高腐蚀、高消耗矿物成份及含砂的油井逐渐增多，这众多因素所致，对抽油泵的品质和功能提出了新的更高的全面的技术要求，要求延长抽油泵的使用寿命就必须克服现有技术如下缺点：1、必须改变现有技术抽油泵泵筒总承的九大零部件，品质不同步的现状；第二必须克服现有技术对抽油泵泵筒工作面所进行的各种强化热处理工艺，其硬度偏低，最高硬度达HRC68相应HV900易磨耗的缺点；其三必须克服现有技术对各种介质耐腐蚀性能差的缺点，尤其是对采出液中含有H₂S、CO₂、CI^-等矿物成份的耐腐蚀性能极差。其四必须改变现有技术非旦没有防砂结构，反而柱塞体两端各有50mm长锥体和多个环槽(6mm宽、1．5mm深)的外形有技术非旦没有防砂结构，反而柱塞体两端各有50mm长锥体和多个环槽(6mm宽、1．5mm深)的外形设计和制造是挟带采出液中含有砂子进入泵间隙，引发“拉缸”或“卡泵“的极大隐患必须克服，其理由：一、现有技术的柱塞体外形制造是两端各有50mm长的锥度，人们习惯称这样方便于柱塞引入泵筒。其实并非如此，由于这两端的锥度加大了与泵筒的间隙这个间隙在柱塞体顶端则表现如同漏斗，当柱塞体上行时可沉积砂子并跻入泵间隙，即刻发生“拉缸”或“卡泵”不可阻挡。其下端是倒漏斗，当柱塞体下行时，其周边窝存的砂子或泵筒内壁上沾浮的砂子也有机会跻入泵间隙，即刻发生“拉缸”或“卡泵”也是不可阻挡；二、柱塞体表面有6mm宽，1．5mm深的环形槽10至20个不等(间隔60mm一个或120mm一个)无论是多与少仅以10个环形槽为例，当柱塞体上行至上止点时其柱塞体上半部进入油管300mm，这伸出泵筒进入油管300mm长柱塞体上的环形槽至少是二个，被浸泡在油管内的采出液流之中，当伸出时可解释为环形槽所携带的砂子被流动采出液流冲刷清理是一件好事。而当柱塞体下行时这伸出泵筒在油管里已被冲刷清理的部分开始下行复入泵筒之中，此刻这环形槽即可将其周围油管内采出液流中的油砂一起挟带进入泵筒，这挟带进入的砂子小于泵间隙而无害，但多了超过容积也有害，那就是发生“拉缸”或“卡泵”，如所挟带的砂子大于泵间隙，那么立刻发生“拉缸”或“卡泵”。因此，柱塞体上的锥形两端和外表面的环形槽万万不可保留，必须改革为无锥、无环槽刮砂柱塞体。

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，而提供一种结构简单、功效高、寿命长的高耐腐蚀高耐磨耗防砂性能好的高耐腐蚀高耐磨耗的防砂抽油泵。

达到本实用新型上述目的的技术方案如下。

本实用新型的高耐腐蚀高耐磨耗的防砂抽油泵，包括上、下接箍、泵筒、进油阀罩、进油阀压帽、进油阀球、进油阀座、刮砂柱塞体、上游动阀罩、接头、上、下游动阀球、上、下游动阀座、下游动阀罩、阀座压套、中间接箍和防砂短节，其中中间接箍为空心圆柱套，防砂短节为空心圆柱长筒，二者设置在泵筒和下接箍之间，且中间接箍的上端与泵筒的下端相套接，其下端与防砂短节的上端相套接，防砂短节的下端与下接箍的上端相套接；所述接箍、泵筒、进油阀罩、进油阀压帽、进油阀球、进油阀座、刮砂柱塞体、中间接箍和防砂短节，均具有非晶态镍磷合金镀层的强化热处理工作面；所述刮砂柱塞体为具有光滑外壁的空心圆柱体，其外径等于上游动阀罩和下游动阀罩的外径。

本实用新型所述的高耐腐蚀高耐磨耗的防砂抽油泵，其中所述防砂短节的长度等于600mm-900mm，其内径大于泵筒内径1．00±0．15mm。

本实用新型所述的高耐腐蚀高耐磨耗的防砂抽油泵，其中所述非晶态镍磷合金镀层的强化热处理工作面的厚度为0．03mm，其硬度为HRC56-72。

本实用新型的高耐腐蚀高耐磨耗的防砂抽油泵的优点在于：

(1)具有良好的防砂性能，该性能来源于两端无锥，表面无槽同心同外径圆柱形刮砂柱塞体及防砂短节相配合而致。如：刮砂柱塞体在泵筒中做上下往复运动时，当刮砂柱塞体上行时行至上止点，其顶端上半部露出泵筒进入油管300mm，同时柱塞体环形顶将浮沾在泵筒内壁上的砂子刮带到泵筒以上的油管之中被流动的采出液冲刷并被举升的油流带到地面。柱塞体下行行至下止点，其下端进入防砂短节300mm其下端圆柱底将浮沾在泵筒内壁上的砂子刮推到防砂短节被抽汲的液流冲刷沉落或随液流被举升，有效的阻止了砂子跻入泵间隙，从而避免了“拉缸”“卡泵”事故发生；

(2)各零件表面的非晶态镍磷合金镀层强化热处理工作面，其硬度高，因此具有高耐磨性能；

(3)所述镀层与钢、铁、铜、铝、合金等铸件具有极良好的结合力，且致密度高、光亮性好，其结合强度至24kg／mm²以上，且该镀层是均一单相组织，不存在晶界位错及化学成份偏析等缺陷，对很多化学介质，如对常温盐酸、硫酸、高温氯化氢气体、高温氟化氢气体，高温和高深度烧碱、硫化氢、氯气、乳酸、甲酸等各种有机试剂和有机溶剂、石油制品都有良好的耐腐蚀性。

(4)由于上述(2)和(3)的优点，因此本防砂抽油泵的功效高、寿命长。

下面结合附图对本实用新型的高耐腐蚀高耐磨耗的防砂抽油泵作一进步说明。

图1是本实用新型的高耐腐蚀高耐磨耗的防砂抽油泵的半剖结构示意图。

图2是图1所示高耐腐蚀高耐磨耗的防砂抽油泵的中间接箍的放大半剖视图。

图3是图1所示高耐腐蚀高耐磨耗的防砂抽油泵的防砂短节的放大的半剖视图。

图4是图1所示高耐腐蚀高耐磨耗的防砂抽油泵的刮砂柱塞体的放大的半剖视图。

如图1所示，本实用新型的高耐腐蚀高耐磨耗的防砂抽油泵包括上、下接箍1、泵筒3、进油阀罩5、进油阀压帽6、进油阀球7、进油阀座8、刮砂柱塞体9、上游动阀罩10、接头11、上、下游动阀球12、上、下游动阀座13、下游动阀罩14、阀座压套15、中间接箍2和防砂短节4，其中中间接箍2为空心圆柱套，防砂短节4为空心圆柱长筒，二者设置在泵筒3和下接箍1之间，且中间接箍2的上端与泵筒3的下端相套接，其下端与防砂短节4的上端相套接，防砂短节4的下端与下接箍的上端相套接；所述接箍、泵筒、进油阀罩、进油阀压帽、进油阀球、进油阀座、中间接箍和防砂短节，均具有非晶态镍磷合金镀层的强化热处理工作面；所述刮砂柱塞体9为具有表面喷焊层的光滑外壁的空心圆柱体，其外径等于上游动阀罩10和下游动阀罩14的外径；所述防砂短节4的长度等于600mm-900mm，其内径大于泵筒3内径1．00+0．15mm；所述非晶态镍磷合金镀层的强化热处理工作面的厚度为0．03mm，其硬度为接箍、进油阀罩、进油阀压帽、中间接箍和防砂短节均为HV500-600；泵筒为HRC68-72，进油阀球为HRC57-63，进油阀座为HRC52-58；所述刮砂柱塞体表面喷焊层的硬度为HRC56-66。

如图2所述，中间接箍2为两端具有内螺纹的空心圆柱套，外壁具有凹平面2的一端与泵筒3的外螺纹端联接，另一端与防砂短节4端的外螺纹联接。

如图3所述，防砂短节4为两端具有外螺纹的空心圆柱长筒，其一端与中间接箍2外壁具有凹平面2的这端内螺纹联接，另一端与下接箍的内螺纹端联接。

如图4所述，刮砂柱塞体9为无槽，且两端无圆锥部分只具有光滑外壁的空心圆柱体，其两端具有内螺纹，它们分别与接头11和下游动阀罩14一端的外螺纹联接。

将上述各零件按SY／T5059-91的抽油泵标准中技术参数组装，即成本实用新型的高耐腐蚀高耐磨耗的防砂抽油泵。

所述镍磷合金镀层采用化学沉积方法，镀件表面发生自催反应，不用加电源、均镀能力好、镀层厚度均匀，厚薄可控，边、角、沟，槽等部位均能得到均匀镀层。这对精度要求高的零件对几何形状复杂的零部件尤为合适。

化学镀镍Ni-磷P与工业硬铬比较

项    目	化学镀镍磷	工业硬铬
			施镀方法	化学镀溶液温度85-95℃	电镀溶液温度60--65℃
硬度	镀态HV500-550热处理硬化HV900-1100	HV800--900易氢脆硬化
			镀层厚度均匀性	30um有很高耐腐蚀性，形状如何复杂而镀层均匀	分散能力和深镀力很差，厚度极均匀
孔隙率	无微孔	有微孔
			结合力	24kg/mm2	约9kg/mm2
耐磨性	优良经热处理后优于硬铬	良好
			耐腐蚀性	有很高耐腐蚀性	一般

大连实业总公司化学镀厂提供美国标准局的耐磨试验结果干滑动磨擦，磨擦对象为碳素工具试验结果。

镀层区分	硬度kg2/mm2	麿损速率10．-4/mm3/m
N-5％P(400℃)热处理	890-1100	0．12，0．068
Cr-1	650	1．0
Cr-2	820	0．18

非晶态Ni-10-11％P合金在下列介质中的腐蚀速度

                       (由钢研所提供)

介质	温度(℃)	腐蚀率(毫米/年)		介质	温度(℃)	腐蚀率(毫米/年)
								Ni-P合金	Cr-18Ni9不锈钢	Ni-P合金	Cr-18Ni9不锈钢
		20％氧化镁	沸腾			＜0.001	＞1.5◎¤					2N盐酸	50	0.253	＞1.5
3％氯化钠	沸腾			0.00286	0.05-O.5◎¤			37％盐酸	50	1.001	＞1.5
		20％氯化铵	沸腾			0.0874	0.5-1.5◎¤					10％硫酸	60	0.0424	＞1.5※
10％氯化锌	沸腾			0.00270	0.5－1.5◎¤			30％硫酸	60	0.185	＞1.5※
		20％氯化铝	60			0.076	＞1.5					20％氢氟酸	60	0.0576	＞1.5¤※
20％氯化铝	沸腾			4.241	＞1.5			40％氢氟酸	30	0.0141	＞1.5¤※
		10％氧化铁	30			1.756	＞1.5◎※					40％氢氟酸	60	0.266	＞1.5¤※
10％氯化铜	30			2.067	＞1.5◎※			53％磷酸	60	0.0632	＞1.5
		10％硫酸铜	60			0.301	0.05-0.5※					85％磷酸	60	0.136	＞1.5
7％氟化钠	沸腾			＜0.001	＞1.5◎¤			18％硝酸	30	72.45	＜0.05
		20％氢化氟铵	60			＜.0415	-◎					35％草酸	沸腾	0.0363	＞1.5※
10％澳化铵	60			0.138	-◎¤			20％酒石酸	60	0.0228	＜0.05
		20％碘化钾	沸腾			0.0222	0.05-0.5					20％酒石酸	沸腾	0.474	0.05-0.5
30％次氯酸钠	50			＜0.001	＞1.5◎※			50％柠檬酸	60	0.035	0.05-0.5※
		20％过氯酸钠	沸腾			＜0.001	0.05-0.5					50％柠檬酸	沸腾	1.003	＞1.5※
20％磷酸三钠	沸腾			＜0.001	＜0.05¤			20％磺基水杨酸	60	0.0624	0.05-0.5
		20％硝酸铵	60			0.404	-					45％乳酸	沸腾	0.237	＞1.5◎※
10％硝酸铝	沸腾			11.238	0.05-0.5			99％醋酸	沸腾	0.0779	＞1.5
		20％硫氰酸钠	沸腾			＜0.001	＜0.05					36％醋酸	沸腾	＜0.805	0.5-1.5
20％重铬酸钠	沸腾			＜0.001	0.05-0.5			88％甲酸	沸腾	0.0102	＞1.5
		20％氢氧化钠	沸腾			＜0.001	＞1.5					98％醋酸+88％甲酸(体积比1∶1)	沸腾	0.00924	＞1.5
42％氢氧化钠	沸腾			＜0.048	＞1.5
		2N盐酸	30			0.0385	＞1.5	98％醋酸+88％甲酸+20ppm cl-(体积比1∶1)	沸腾	0.0315	＞1.5◎
37％盐酸	30			0.0407	＞1.5

非晶态Ni-10-11％P合金在下列介质中的腐蚀速度

                         (由钢研所提供)

介质	温度(℃)	腐蚀率(毫米/年)		介质	温度(℃)	腐蚀率(毫米/年)
								Ni-P合金	Cr-18Ni9不锈钢	Ni-P合金	Cr-18Ni9不锈钢
		40％乙醛+99％醋酸(体积比1∶1)	沸腾			0.0224
40％乙醛+88％甲酸(体积比1∶1)	沸腾			＜0.001	＞1.5
		36％甲醛	沸腾			0.0228	＜0.05◎
20％丙二酸	沸腾			0.109	0.5-1.5※
		40％氢溴酸	30			0.0811	＞1.5◎
40％氢溴酸	60			1.441	＞1.5◎
		亚硫酸	60			7.200	0.05-0.5※
盐酸溶液PH=2.0	沸腾			0.168	＞1.5
		盐酸溶液PH=1.4	沸腾			1.725	＞1.5
20％乙酰胺	沸腾			0.319	--
		70％过氯酸	30			0.0532	＞1.5
70％过氯酸	60			1.758	＞1.5

注：表中◎表示可能产生腐蚀；※表示可能产生晶间腐蚀；¤表示可能产生应力腐蚀开裂

目前国际上对泵筒工作面的强化热处理、除极少数采用整体淬火，绝大部分采用对泵筒工作面(内壁)进行强化热处理，而多种强化热处理，各有千秋，但没有任何一各能满足加工、使用、维修等多方面要求，如镀硬铬、虽有耐磨的一定性能，但不能耐H₂S、CO₂、CI^-等介质腐蚀，另有镀层不均，易剥落和尖角效应以及生产过程污染环境等缺点。氮化、渗碳、碳氮共渗，具有较好的耐磨和耐浓度低的盐酸腐蚀能力，但它由于氧化时间长不适于碳钢泵筒，同时渗层深度有不均匀性，而且对H₂S、CO₂、CI^-等介质毫无耐腐蚀能力，又有经高温长时间加热后淬火，泵筒变形，很难校直，便依靠进行强力珩磨以保证直线精度，这样就无疑降低了渗层的有效性和均匀性；激光淬火，虽有周期短，低变形的优点，但由于小孔径不能或很难或处理了也很难改变被处理工件的工作面的化学成份及软硬带相间问题也就无法满足高硬度、高耐磨、高耐腐蚀的要求；多元共渗除存在着上述缺点还有韧性差等缺点，也是不能满足高硬度、高耐磨耗、高耐腐蚀的要求。

唯世界先进、国内预先应用的非晶态镍Ni-磷P合金镀层是在没有外加电源的情况下，利用氧化还原反应，在具有催化性材料表面析出镍NI和磷P的过程，也称之为无电解镀。由于其设备、工艺简单，不须外加电源，没有电镀工艺的尖角效应问题，在棱角边缘突出部分没有过份增厚现象、镀层致密、无孔、均匀、外观光亮，特别适合形状复杂、管内壁等金属及非金属基体上镀膜。

化学镀镍、磷合金镀层具有优良的物理、化学和机械性能、其镀态下硬度为HV500-600，经400℃热处理硬度为HV1100，相应HRC72，磨擦系数低，能与许多材料配对，具有自润滑效果，耐磨必能好，比硬铬耐磨性能更好。

化学镀镍磷合金镀层，在镀态下为非晶态结构，这种非晶态成份均匀，没有凝固过程带来的种种缺陷，即不存在晶体结构中的晶界、亚晶界、相界、位错等不完整性，因此，耐腐蚀性能非常之好。在常温的盐酸、硫酸、高温氯化氢气体、高浊氟化氢气体、高温高浓度烧碱，绝大多数盐类、硫化氢、氯气、乳酸、甲酸、醋酸等有机介质中都具有良好的耐腐蚀性能，其腐蚀率远低于不锈钢，耐盐酸腐蚀优于哈氏合金硼(B)。在中性与非氧化性无机氯化物及有机氯化物中可与钛(TI)材媲美。

化学镀镍-磷合镀层与基体间具有良好极强的结合力，在低碳钢上，结合强度为35-40kg／mm²，在不锈钢上为16-20kg／mm²。

由于该项技术的诸多优点，因此在发达国家得到了极广泛的应用，各个领域都显示出巨大的优越性，仅以石油天然气开采为例足以说明化学镀镍-磷合金镀层的重要位置。来自美国资料表明、中东地区的一个油田H₂S含量22mol％、温度80℃，压力20Mpa，高含量H₂S引起严重腐蚀，未加保护的球阀最多使用三个月就失效了，经英格兰镀以75um的镍-磷合金镀层后，使用3年未发现问题。美国Knff天然气井含CO₂6mol％，H₂S 0．06mol％，湿度95℃、压力35Mpa、速度6m／s未加保护的钢零件扼流阀、管边每年腐蚀3-5mm，经化学镀镍-磷合金镀层后，使用两年未测出腐蚀。在美国Pernium Basin地区的350口油井上，近几年安装近万米的化学镀镍-磷合金镀层管道。

Claims (3)

1、一种高耐腐蚀高耐磨耗的防砂抽油泵，包括上、下接箍(1)、泵筒(3)、进油阀罩(5)、进油阀压帽(6)、进油阀球(7)、进油阀座(8)、刮砂柱塞体(9)、上游动阀罩(10)、接头(11)、上、下游动阀球(12)、上、下游动阀座(13)、下游动阀罩(14)、阀座压套(15)，其特征在于：还包括中间接箍(2)和防砂短节(4)，其中中间接箍(2)为空心圆柱套，防砂短节(4)为空心圆柱长筒，二者设置在泵筒(3)和下接箍(1)之间，且中间接箍(2)的上端与泵筒(3)的下端相套接，其下端与防砂短节(4)的上端相套接，防砂短节(4)的下端与下接箍(1)的上端相套接；所述接箍、泵筒、进油阀罩、进油阀压帽、进油阀球、进油阀座、中间接箍和防砂短节，均具有非晶态镍磷合金镀层的强化热处理工作面；所述刮砂柱塞体(9)为具有表面喷焊层的光滑外壁的空心圆柱体，其外径等于上游动阀罩(10)和下游动阀罩(14)的外径。

2、根据权利要求1所述的高耐腐蚀高耐磨耗的防砂抽油泵，其特征在于：所述防砂短节(4)的长度等于600mm-900mm，其内径大于泵筒(3)内径1．00+0．15mm。

3、根据权利要求1或2所述的高耐腐蚀高耐磨耗的防砂抽油泵，其特征在于：所述非晶态镍磷合金镀层的强化热处理工作面的厚度为0．03mm，其硬度分别是：接箍、进油阀罩、进油阀压帽、中间接箍和防砂短节均为HV500-600；泵筒为HRC68-72；进油阀球为HRC57-63；进油阀座为HRC52-58：所述刮砂柱塞体表面喷焊层的硬度为HRC56-66。

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