CN100390415C

CN100390415C - 抽油泵柱塞

Info

Publication number: CN100390415C
Application number: CNB2006100889656A
Authority: CN
Inventors: 黄锦滨; 倪德才; 吴振宁; 王强; 陈洪
Original assignee: Anton Oilfield Services Group Ltd
Current assignee: Anton Oilfield Services Group Ltd
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2026-07-27
Also published as: CN1900523A

Abstract

本发明涉及一种抽油泵柱塞，包括柱塞杆体和两端的带有外螺纹的接头，在柱塞杆体表面喷涂有一层耐腐蚀耐磨损合金涂层。在抽油泵工作过程中，柱塞在泵筒内部上下往复运动，柱塞外表面与泵筒内表面发生摩擦，随着摩擦时间的延长，柱塞外表面涂层的一部分成分在微观摩擦热的作用下，脱离柱塞表面，通过“微焊接”作用，附着到泵筒内表面上。在进一步的摩擦过程中，附着到泵筒内表面的耐腐蚀耐磨损的涂层成分与柱塞表面相摩擦，从而起到了一定的保护了泵筒内表面的作用，减缓泵筒的失效，从整体上提高抽油泵的使用寿命。

Description

抽油泵柱塞

技术领域

本发明属于石油设备领域，具体涉及一种抽油泵柱塞。

背景技术

抽油机有杆泵采油是一种人工举升采油方式，以其设备简单，投资少，管理方便，适应性强等优点被国内外各主要油田广泛采用。有杆泵采油设备性能的好坏在石油开采领域具有举足轻重的作用。抽油泵是其中的一个重要组成部分，是通过油管和抽油杆下到井中并沉没在液面以下一定深度、靠抽汲作用将油排出地面。抽油泵主要由泵筒、柱塞、进油阀、出油阀组成。上冲程时，柱塞下面的下泵腔容积增大，压力减小，进油阀在其上下压差的作用下打开，原油进入下腔；与此同时，出油阀在其上下压差作用下关闭，柱塞上面的上泵腔内的原油沿油管排到地面。同理，下冲程时，柱塞压缩进油阀和出油阀之间的原油，关闭进油阀，打开出油阀，下泵腔原油进入上泵腔。柱塞一上一下，抽油泵完成了一次循环。如此周而复始，地下的原油不断的通过抽油泵被排出地面。

在抽油泵的工作过程中，在泵筒内周而复始上下往复运动的柱塞不可避免的与泵筒内表面发生摩擦作用，在自身外表面磨损的同时，也对泵筒内表面造成了破坏。此外，国内油田普遍进入高含水开发后期，由于高含砂、高含水、高矿化度、高温蒸汽稠油开采、注聚合物开采及强腐蚀的介质环境等因素影响，也对柱塞造成腐蚀破坏作用，这种腐蚀作用同时更加剧了柱塞的磨损。

由于抽油泵柱塞及泵筒的磨损导致抽油泵失效，结果造成修井作业，而修井作业除引起修井开销外，也同时损失了产量。因此如何提高抽油泵的使用寿命，是油田开采急需解决的重要问题之一。

为减少抽油泵柱塞及泵筒的磨损，目前的措施是在抽油泵柱塞表面镀有一层铬保护层，这种柱塞表面硬度高、光洁度高、有一定的耐磨性和耐腐蚀性。但是电镀层与基体结合不紧密，电镀层与基体之间有明显的界面，界面两侧基体和电镀层的成分相差非常大，其化学电位差也非常大。一旦表面电镀层由于硬质颗粒例如砂粒的划伤而出现缺陷，造成基体的露出在电化学作用下，腐蚀过程会沿着电位差最大的位置即界面迅速扩展，最终导致镀层的大片剥落，导致柱塞的失效。这也就是电镀铬不耐磨粒磨损的原因。同时电镀铬镀层的高硬度也加剧了对抽油泵泵筒内表面的磨损。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以提高柱塞的耐磨损和耐腐蚀性的抽油泵柱塞。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：一种抽油泵柱塞，包括柱塞杆体和两端的带有外螺纹的接头，其特征在于，在所述柱塞杆体表面喷涂有一层耐腐蚀耐磨损合金涂层。

所述合金涂层的厚度为0.25mm～0.4mm。

所述合金涂层包括下列重量比的组份：铬14％～17％，铁≤8％，硅3.5％～5％，硼2.8％～3.8％，碳0.5％～1％，镍65.2％～78.9％。

本发明的优点是：1、本发明抽油泵柱塞，包括柱塞杆体和两端的带有外螺纹的接头，在柱塞杆体表面喷涂有一层耐腐蚀耐磨损合金涂层。在抽油泵工作过程中，柱塞在泵筒内部上下往复运动，柱塞外表面与泵筒内表面发生摩擦。在微观上，从摩擦学的角度来看，两个表面都不是完全平整光滑的，具有凹凸不平的表面起伏，在两个表面相对运动过程中，随着摩擦时间的延长，表面上相对突出的部分会被对方表面“切割”而脱落下来，同时在微观摩擦热的作用下，脱落下来的涂层材料可以通过“微焊接”作用，附着到对方表面的凹陷处。柱塞表面的耐腐蚀耐磨损涂层即以这种方式，在柱塞与泵筒的摩擦过程中，从柱塞表面转移到泵筒内表面上，与柱塞表面相摩擦，从而起到了一定的保护泵筒内表面的作用，减缓泵筒的失效，从整体上提高抽油泵的使用寿命。

2、本发明抽油泵柱塞，其中合金涂层包括下列重量比的组份：铬14％～17％，铁≤8％，硅3.5％～5％，硼2.8％～3.8％，碳0.5％～1％，镍65.2％～78.9％。该涂层中，加入与氧亲和力较大并能自行脱氧的硼、硅元素，用来清除熔融涂层和基体界面的氧，保证良好的润湿基体基面，对基体表面有自熔性。此外，硼、硅元素可以与合金粉末中的铁、钴、镍等元素在高温下生成共晶合金，使粉末合金的熔点大幅度降低。此外，硼、硅元素对合金涂层的金相组织起到固溶强化和弥散强化作用，大幅度提高涂层的表面硬度。

附图说明

图1为本发明结构示意图

具体实施方式

如图1所示，本发明抽油泵柱塞，包括柱塞杆体3和两端的带有外螺纹的接头1、4，其特征在于，在柱塞杆体3表面喷涂有一层耐腐蚀耐磨损合金涂层2。

合金涂层2的厚度为0.25mm。如果涂层2的厚度小于0.25mm，则不能完全保证柱塞在正常使用时期内的正常磨损消耗。

合金涂层2的厚度为0.3mm。

合金涂层2的厚度为0.4mm，如果涂层2的厚度大于0.4mm，则相应会提高产品的成本。

实施例一，合金涂层包括下列重量比的组份：14％的铬，6％的铁，4％的硅，3％的硼，0.8％的碳，72.2％的镍。

实施例二，合金涂层包括下列重量比的组份：14.3％的铬，3.5％的硅，2.8％的硼，0.5％的碳，78.9％的镍。

实施例三，合金涂层包括下列重量比的组份：17％的铬，8％的铁，5％的硅，3.8％的硼，1％的碳，65.2％的镍。

本发明抽油泵柱塞的制作方法包括下列步骤：

一、合金粉末混合物的配制，即将下列重量比的粉末状金属原料混合：14％的铬，6％的铁，4％的硅，3％的硼，0.8％的碳，72.2％的镍；

二、喷涂用合金粉末制作：首先，将步骤一中获得的合金粉末混合物倒入熔炼炉锅体中，在1000℃～1150℃的温度下，使合金粉末混合物熔化成液态合金，并除去表面熔渣；然后，打开熔炼炉锅体底部的漏嘴，利用压缩气喷枪喷出的0.78MPa～0.82MPa的高压气体作为气刀对从熔炼炉锅体底部的漏嘴漏出的液态合金细流进行切割，使液态合金细流雾化成极微小的金属液滴，金属液滴在下落过程中，在压缩气喷枪形成的气流的冷却作用下凝固成合金粉末，合金粉末落入熔炼炉底部的洁净的干燥的器皿中；最后利用150目～300目的筛子将器皿中的合金粉末进行筛分，得到的筛下物即为喷涂用合金粉末；

三、柱塞杆体表面预处理，对柱塞杆体表面用100#砂带打磨粗化，并使表面活化，保证柱塞杆体表面清洁、无油污；

四、对柱塞杆体表面预热、喷涂；首先，将柱塞穿过上海华仪感应加热设备有限公司生产中KGPS-160KW/8KHZ型中频感应加热器的感应线圈，柱塞的两端通过带有内螺纹的连接杆、卡盘固定在柱塞固定车床上，柱塞固定车床具有可带动柱塞的转动装置和移动装置；然后让柱塞以145转/分钟～155转/分钟的速度转动着在中频感应加热器的加热线圈内沿轴向以19mm/s～21mm/s的速度移动，使柱塞杆体表面自始端至终端依次被中频感应加热器的加热线圈预热一遍，预热时，中频感应加热器的输出功率保持在19KW～21KW，以除去柱塞表面的水分和提高柱塞表面的温度，增加粉末粘接结合率，避免过多粉末撞击在冷工件上所造成的反弹损耗，预热一遍后即将中频感应加热器电源关闭；而被加热后从加热线圈端部伸出来的柱塞立刻用上海瑞发喷涂机械有限公司生产的型号为QT-E20000-7/h的金属粉末喷枪喷涂上述步骤二中得到的喷涂用合金粉末，直至喷涂完柱塞杆体的末端，喷涂时喷涂用合金粉末是通过气泵输送到金属粉末喷枪中的，并与氧气和乙炔在金属粉末喷枪中混合后从喷枪口送出，其中输送到金属粉末喷枪的氧气流量为0.39m³/h～0.41m³/h，乙炔流量为0.79m³/h～0.81m³/h，气泵的气体压力为0.023MPa～0.025Mpa；

五、柱塞杆体终端喷完后，使柱塞杆体以145转/分钟～155转/分钟的速度转动着在中频感应加热器的加热线圈内沿轴向以19mm/s～21mm/s的速度向相反方向移动，并用金属粉末喷枪对柱塞杆体喷涂第二遍；如果涂层厚度要求较高则喷第三遍；

六、重熔冷却，采用上海华仪感应加热设备有限公司生产中KGPS-160KW/8KHZ型中频感应加热器对柱塞杆体进行表面感应加热，中频感应加热器的输出功率保持在103KW～107KW，柱塞相对中频感应加热器的线圈作转动和直线运动，柱塞的转动速度为145转/分钟～155转/分钟，柱塞沿轴向的移动速度为13mm/s～15mm/s，使粉末充分熔化流动，并使柱塞在转动状态下在空气中自然冷却下来；该喷涂层通过重熔工艺与柱塞基体材料形成冶金结合，涂层的成分与基体的成分在重熔过程中相互扩散渗透，在涂层和基体材料之间存在一定厚度的过渡区，使得涂层到基体的成分变化相对缓慢，避免了形成成分突变的界面，也就避免了电镀铬涂层在表面出现缺陷后因腐蚀的扩展导致涂层大片脱落的问题。

七、对柱塞抛光，即依次采用100#砂带和200#砂带打磨抛光，使柱塞表面涂层厚度为0.25mm或0.3mm或0.4mm范围，粗糙度不超过Ra0.4μm。如果涂层的厚度小于0.25mm，则不能完全保证柱塞在正常使用时期内的正常磨损消耗，如果涂层的厚度大于0.4mm，则将导致柱塞成本过高。

Claims

1.一种抽油泵柱塞，包括柱塞杆体和两端的带有外螺纹的接头，其特征在于，在所述柱塞杆体表面喷涂有一层耐腐蚀耐磨损合金涂层，所述合金涂层的厚度为0.25mm～0.4mm，所述合金涂层包括下列重量比的组份：铬14％～17％，铁≤8％，硅3.5％～5％，硼2.8％～3.8％，碳0.5％～1％，镍65.2％～78.9％。