CN100441737C - 一种耐高温腐蚀及耐高温磨损的抽油泵的泵筒、柱塞和泵阀的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种合金镀液和与之配套的处理技术工艺，生产出耐高温腐蚀、耐高温磨损性能的低成本、低耗能、价值高的抽油泵，其目的是在抽油泵生产制造、修复领域把高成本、高耗能最大限度的降下来。具体实施∶将氯化镍、氨基乙酸、胺基硼烷、氟化石墨、硼酸、糖精钠、铅离子等按比例称重量，放入带搅拌器的容器内进行搅拌，待全部溶解后便可使用。需镀时将镀液加温40～60℃，根据所需厚度确定施镀时间。其中的材料为，纯净水∶氯化镍∶氨基乙酸∶胺基硼烷∶氟化石墨∶硼酸∶糖精钠∶铅离子∶氨水∶氢氧化钠＝90∶3∶2.5∶0.45∶0.6∶3∶0.3∶0.003∶0.35∶0.15。
Description
一、技术领域：
本发明属于石油开采、装备制造或修复领域，涉及一种机械采油专用设备一抽油泵的泵筒、柱塞和泵阀耐高温腐蚀及耐高温磨损功效性能的催化合金镀液和表面处理技术制备方法。
二、背景技术：
抽油泵是石油开采中重要、不可替代的机械采油专用设备，国内各大油田的生产井中大约有80％以上是使用有杆抽油设备，在机械采油井中属于首位，占全国产油量的75％。抽油泵主要部件：由泵筒、柱塞和泵阀组成。在原油开采，油井、油气混合井、注水井中均含有气、砂；多种介质腐蚀；高温、高压、高矿化度及井深度的温差变化，恶劣的环境对抽油泵主要部件除从结构、材质、加工质量上有较高要求外，在功效性能上要求也是较高的，如：对柱塞与泵筒、阀球与阀座间的密封性和耐磨损性、刚度和抗腐蚀性都有较高技术要求。
根据石油系统资料，国内大约有三十余万口油气井，石油勘探大好发展趋势探明的储油面积还在不断增加，原油开采，每年需新增成万台抽油泵；除此之外，一些持续开采二、三十年以上的老油田，抽油泵修复的比例占40％以上，造成的原因主要是腐蚀和磨损，含砂严重的区域主要是颗粒磨损，在部分高含油区因腐蚀、污染引发重大生产事故。长期开采，油藏类型越来越复杂，储油层深度不断增加，含水量持续上升，对采油设备质量、性能要求也越来越高，复杂的油藏地质构造，迫切需求能有适合于重(稠)油和防高度腐蚀介质并具有抗高温磨损性能的抽油泵。
目前，国内在抽油泵生产制造、修复领域，对泵筒普遍采用：碳氮共渗、氮化和镀硬铬传统处理技术工艺来强化、提高筒体耐压及表面磨损和硬度；对柱塞表面强化技术工艺主要有：金属喷焊和镀铬；泵阀主要采用高铬不锈钢、铬钨钴合金、碳化钨合金制造，其选材用意主要为解决耐腐蚀、耐磨损。随着采油作业环境的变化以及应用领域的不断深入扩大，上述生产加工、制备方法生产成本高、原材料消耗高、耗电量大，已不能适应现代节能降耗发展的需要，滞后生产制造工艺造成的环境污染等所带来的负面效益是社会和企业无法承受的，寻求、开创表面处理技术制备新方法新工艺，是一项刻不容缓的任务。
本发明所带来的益处是一长期并成为未来的发展趋势，解决的技术问题符合国家科技部《973计划》“十五”后三年重点研究方向：传统材料的改造升级与高性能化。
三、发明内容：
石油开采；生产成本高，消耗能源高，环境风险高，实质反映了石油开采与制造业即是产能大户又是耗能大户，资源开采仍处在十分粗放的发展阶段。
本发明提供一种功效性能的合金镀液和与之配套的表面处理技术制备方法，利用本发明的方法，分材质、分性能、分类型生产制备出耐高温腐蚀、耐高温磨损性能的低成本、低耗能、价值高的抽油泵。
本发明技术以解决“三高”为目的，并在这一生产制造、修复领域取代传统的技术处理方法，把高耗能、高成本、重污染最大限度的降下来，使抽油泵制造、修复业上一个新台阶。
一种耐高温腐蚀及耐高温磨损的抽油泵的泵筒、柱塞和泵阀的制备方法，其特征在于方法步骤为：
(1)前期预处理工艺：①泵筒：选用45#精密冷轧无缝钢管毛坯件先进行调质处理达到HB250～260或40Cr材质调质处理达到HB265～280；②柱塞：选用45#调质处理达到HB240～250或40Cr调质处理达到HB245～260；③泵阀：由阀球与阀座组成，属易损件，根据性能比、技术指标和技术要求阀球选靠①中泵筒的任一材质，阀座选靠②中柱塞的任一材质；④进行除油、除锈，然后用机械喷砂处理方法对其表面除去毛刺、氧化层和污物层，再清洗后烘干，达到部件基体表面平整、光滑和清洁；以上方法针对修复部件，而对经调质加工好的新部件产品只需除油、清洗和烘干；
(2)施镀处理工艺：将事先配制好的功效性能的催化合金镀液倒入备好的施镀槽中，需镀时将镀液加温40～60℃，根据所需厚度确定施镀时间，镀速为15～20μm/h；其中功效性能的催化合金镀液的各组份及重量比含量为：纯净水∶氯化镍∶氨基乙酸∶胺基硼烷∶氟化石墨∶硼酸∶糖精钠∶铅离子∶氨水∶氢氧化钠＝90∶3∶2.5∶0.45∶0.6∶3∶0.3∶0.003∶0.35∶0.15；
(3)施镀后处理工艺：产品部件由于各自的使用要求、作用不同，运用施镀后处理工艺时要结合部件性能分别进行；①将加工施镀好的泵筒放入处理干燥箱中加温到396℃，时间持续1.5h；②将加工施镀好的柱塞放入处理干燥箱中加温到290℃，时间持续2h；③将加工施镀好的由阀球和阀座组成的泵阀放入处理干燥箱中，阀球加温到290℃，时间持续2h；阀座加温到286℃，时间持续2h。
与现有技术区别特征在于：
1、实施过程中温度低；与现有技术碳氮共渗、氮化和喷焊等处理技术方法相比，优势非常明显，其实施温度是前者的六分之一，后者的十二分之一。先天不足而无法改变、逾越，形成的高温生产处理工艺是制约现有技术发展的主因之一，例如：碳氮共渗、氮化技术的实施起步温度约在450℃，实施中温度高时达到600℃以上；喷焊技术的实施温度在1000℃以上，由于是高温生产处理，引发或产生的后果是多方面的。
2、实施过程中能有效控制硬度值；利用配套的处理技术制备方法，有针对性的对施镀好的抽油泵部件选配硬度，达到工艺处理到位、性能匹配耐用，这是现有同领域同一种技术无法完成的。抽油泵的运行特点是上下往复运动，泵筒与柱塞形成一个运动副，属精密的装配组合，其运行寿命与它的机械性能密不可分，确保性能的一个重要指标是如何提高抗磨损性，主、副配双方硬度匹配适当则可得到最理想的效果。选择耐磨损镀层，其硬度及摩擦系数是两个重要的指标，而磨损失重大小与硬度参数紧密相关。控制和选配硬度参数，是选择、把握表面强化处理技术全面提高产品性能的关键所在。由于温度等滞后工艺缺陷，传统强化处理技术对抽油泵部件的表面处理硬度是一步到位，提高抗磨损周期和耐腐蚀能力只能单靠增加镀层厚度去满足，这也是抽油泵生产制造选用多种处理工艺或方法的主因。根据摩擦理论，镀硬铬泵筒不可配用镀硬铬柱塞(易造成柱塞与泵筒硬碰硬磨损和粘连)。
3、耐温、耐腐蚀性能高；合金层有效成份的性能可以使抽油泵金属部件耐腐蚀性远优于硬铬层(25μm厚的合金层中性盐雾试验合格的时间是同样厚度硬铬层的20倍以上)，部件经强化处理后，适用于800℃以内的工作环境。
4、产品部件经处理后无须研磨；碳氮共渗、氮化和喷焊及镀硬铬传统处理方法，由于镀层厚度不均匀，精度等级低，用于装配组合的工件需要进行研磨，主、副配件双方达到技术装配要求，研磨后损耗近35％的镀层，别小视这35％，其成本是较高的。
明显的有益效果：生产制造、修复综合成本低，有效的提高了抽油泵的泵效，延长使用寿命。采用本发明制备方法，用同一种镀液经处理技术的具体实施，解决和涵盖、替代上述多种现有表面处理技术或方式并集成整合为一体，大幅度降低了原材料、燃料、设备，配套工装、工艺，人力等资源消耗。
本发明突出的优点：比现有技术节约下降能耗在35％以上。
四、具体实施方式：
合金镀液是以纯净水为主要介质辅以其它多种材料配制而成。将氯化镍、氨基乙酸、胺基硼烷、氟化石墨、硼酸、糖精钠、铅离子等按比例称重量，放入带搅拌器的容器内进行搅拌，待全部溶解后便可使用。需镀时将镀液加温40～60℃，根据所需厚度确定施镀时间。其中的材料为，纯净水∶氯化镍∶氨基乙酸∶胺基硼烷∶氟化石墨∶硼酸∶糖精钠∶铅离子∶氨水∶氢氧化钠＝90∶3∶2.5∶0.45∶0.6∶3∶0.3∶0.003∶0.35∶0.15。
制备方法步骤
(1)前期预处理工艺：①泵筒：选用45#精密冷轧无缝钢管毛坯件先进行调质处理达到HB250～260或40Cr材质调质处理达到HB265～280。②柱塞：选用45#调质处理达到HB240～250或40Cr调质处理达到HB245～260。③泵阀：是由阀球与阀座组成，属易损件，根据性能比、技术指标和技术要求阀球选靠①中泵筒的任一材质，阀座选靠②中柱塞的任一材质；④进行除油、除锈，然后用机械喷砂处理方法对部件表面除去毛刺、氧化层和污物层，再清洗后烘干，达到部件基体表面平整、光滑和清洁，以上方法针对修复部件，而对经调质加工好的新部件产品只需除油、清洗和烘干。
(2)施镀处理工艺：将事先配制好的合金镀液倒入备好的施镀槽中，需镀时将镀液加温40～60℃，根据所需厚度确定施镀时间，镀速为15～20μm/h。施镀加温时可以不使用电，采用导热油或蒸汽，从经济角度选择使用。
(3)施镀后处理工艺：产品部件由于各自的使用要求、作用不同，运用施镀后处理工艺时要结合部件性能分别进行。①将加工施镀好的泵筒放入处理干燥箱中加温到396℃，时间持续1.5h。②将加工施镀好的柱塞放入处理干燥箱中加温到290℃，时间持续2h。③将加工施镀好的由阀球和阀座组成的泵阀放入处理干燥箱中，阀球加温到290℃，时间持续2h；阀座加温到286℃，时间持续2h。
采用以上方法和工艺，镀速快、周期短、耗能低，性能高。泵筒、柱塞、泵阀表面镀层厚度均匀，结合力强，呈光亮状，部件不变形，若要提高表面粗糙度，可进行抛光处理，具有耐高温腐蚀、耐高温磨损、抗冲刷能力等综合机械性能。
Claims (1)
1、一种耐高温腐蚀及耐高温磨损的抽油泵的泵筒、柱塞和泵阀的制备方法，其特征在于方法步骤为：
(1)前期预处理工艺：①泵筒：选用45#精密冷轧无缝钢管毛坯件先进行调质处理达到HB250～260或40Cr材质调质处理达到HB265～280；②柱塞：选用45#调质处理达到HB240～250或40Cr调质处理达到HB245～260；③泵阀：由阀球与阀座组成，属易损件，根据性能比、技术指标和技术要求阀球选①中泵筒的任一材质，阀座选②中柱塞的任一材质；④进行除油、除锈，然后用机械喷砂处理方法对其表面除去毛剌、氧化层和污物层，再清洗后烘干，达到部件基体表面平整、光滑和清洁；以上方法针对修复部件，而对经调质加工好的新部件产品只需除油、清洗和烘干；
(2)施镀处理工艺：将事先配制好的功效性能的催化合金镀液倒入备好的施镀槽中，需镀时将镀液加温40～60℃，根据所需厚度确定施镀时间，镀速为15～20μm/h；其中功效性能的催化合金镀液的各组份及重量比含量为：纯净水∶氯化镍∶氨基乙酸∶胺基硼烷∶氟化石墨∶硼酸∶糖精钠∶铅离子∶氨水∶氢氧化钠＝90∶3∶2.5∶0.45∶0.6∶3∶0.3∶0.003∶0.35∶0.15；
(3)施镀后处理工艺：产品部件由于各自的使用要求、作用不同，运用施镀后处理工艺时要结合部件性能分别进行：①将加工施镀好的泵筒放入处理干燥箱中加温到396℃，时间持续1.5h；②将加工施镀好的柱塞放入处理干燥箱中加温到290℃，时间持续2h；③将加工施镀好的由阀球和阀座组成的泵阀放入处理干燥箱中，阀球加温到290℃，时间持续2h；阀座加温到286℃，时间持续2h。
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| CN108085648A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-05-29 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种油田注水泵失效组合阀修复再利用方法 |
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| JPH08311656A (ja) * | 1995-05-18 | 1996-11-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 無電解Ｎｉ−Ｂメッキ液 |
| CN1590586A (zh) * | 2004-04-01 | 2005-03-09 | 李天忠 | 一种对抽油泵泵筒柱塞泵阀耐高温腐蚀、高温磨损新技术工艺 |
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2006
- 2006-08-16 CN CNB2006101094393A patent/CN100441737C/zh not_active Expired - Fee Related
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| Title |
|---|
| 代铬镀层的研究和应用. 张景双，屠振密，安茂忠，杨哲龙，翟淑芳.电镀与环保，第21卷第1期. 2001 |
| 代铬镀层的研究和应用. 张景双，屠振密，安茂忠，杨哲龙，翟淑芳.电镀与环保，第21卷第1期. 2001 * |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1928155A (zh) | 2007-03-14 |
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