CN106150992A - 钛铝合金陶瓷抽油泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钛铝合金陶瓷抽油泵，其特征在于：钛铝合金陶瓷抽油泵主要由上接箍(1)、钛铝合金陶瓷泵筒(2)、柱塞及游动阀总成(3)、下接箍(4)、固定阀总成(5)组成。钛铝合金陶瓷泵筒(2)在氧化铝陶瓷的基础上加入了钛合金，增加了陶瓷层的强度和韧性；柱塞外表面采用Ni60+超硬合金喷焊，硬度在HRC60～65之间，与钛铝合金陶瓷泵筒形成最佳摩擦副；凡尔罩采用大流道的结构，保证采出液良好的流通性；阀球与阀座采用防垢防腐性能极好的YT30N/0M35的碳化钨陶瓷。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛铝合金陶瓷抽油泵，属于油田采油工程技术领域。
背景技术
油田进入开发后期，地层产能下降，为了保证油田的产量，越来越多的应用了注二氧化碳、注聚合物以及在注聚的基础上发展起来的三元复合驱等技术，这些技术的应用有效的提高了油田产量，但同时，也严重地损害了地质结构，导致油井采出液中腐蚀性物质和含砂量增加，使抽油泵的工作环境越来越恶劣，采出液中的腐蚀性物质以及砂粒大大加快了抽油泵柱塞和泵筒的腐蚀与磨损，另外，由于聚合物的存在，导致抽油泵结垢、结蜡现象严重，卡泵次数增多，以上种种原因，使得油田检泵周期缩短，采油成本升高，并影响了油田的产量。
抽油泵作为油田的主要采油设备，在上述井况下，如何提高抽油泵的耐磨、耐腐蚀、防垢，防蜡的性能，成为了降低采油成本，延长检泵周期，保证原油产量的首要研究方向。
氧化铝陶瓷材料为中性物质，硬度很大，并且无极性，使其具有很好的耐磨、耐腐蚀以及防垢防蜡的特性，成为了解决上述问题的最佳方案。但是由于陶瓷材料比较脆，韧性差，在加工、 运输和使用过程中易出现碎裂及绷瓷的现象，制约了其应用。
专利内容
本发明的目的是提供一种钛铝合金陶瓷抽油泵，主要由上接箍、钛铝合金陶瓷泵筒、柱塞及游动阀总成、下接箍、固定阀总成组成。
其主要特点是在氧化铝陶瓷的基础上，加入钛合金，在泵筒内壁上加工出一层厚度在2mm以上的钛铝合金陶瓷层，增加了陶瓷层的韧性和强度，解决了传统氧化铝陶瓷材料的易碎和绷瓷的问题，为油田提供一种稳定可靠的耐磨、耐腐蚀、防垢防蜡的特种抽油泵。
本发明的技术方案：利用离心自蔓延技术，在铝热反应的基础上，加入了钛和碳化硼等物质，主要反应如下：
Fe2O3+2Al——2Fe+Al2O3+836KJ
2Ti+B4C——2TiB2+TiC+Q。
将反应完成后的泵筒，经过校直并由专用的金刚石砂条珩磨机加工到标准的粗糙度后，即形成了钛铝合金陶瓷抽油泵的泵筒。
钛铝合金陶瓷的硬度可以达到HV1200以上，为了与其配合，柱塞热喷涂Ni60合金+超硬合金材料，喷涂的柱塞外表面硬度达到HRC60～65，具有硬度高，耐磨、耐腐蚀的优点，结合强度等其它性能均与喷涂镍合金粉一致。本超硬柱塞硬度比钛铝合金陶瓷泵筒内衬层的硬度略低，并形成最佳摩擦副。
为了适应油田复杂的井下环境，凡尔罩建议采用大流道的结构。
阀球与阀座采用防垢防腐性能极好的YT30N/OM35的碳化钨陶瓷。
本发明具有的有益效果：
1、增加了陶瓷材料的韧性和强度
钛合金具有良好的韧性和强度，将其加入到氧化铝中形成钛铝合金陶瓷，可有效地避免传统氧化铝陶瓷材料的碎裂及绷瓷现象。
2、有很好的耐磨、耐腐蚀性
经过特制珩磨机珩磨，陶瓷层厚度不小于2mm，硬度在HV1200以上，耐磨性好，陶瓷属于中性物质，陶瓷层的耐蚀性非常好，在H2S、CO2、Cl-的环境中耐腐蚀能力为不锈钢的20倍以上。
3、有很好的防垢和防蜡效果
结垢、结蜡的原因很多，一方面跟井液的内容物、温度、压力、流速等多种因素有关，另一方面也跟材质有关。陶瓷层的4个主要特性能够防垢、防蜡：
①、陶瓷层对井液的湿润角较大，不易产生吸附作用；
②、陶瓷层的热导率只有钢的一半，导热效果不佳，不会造成管内流体的过大温度梯度，使管壁附近的垢离子或蜡液过饱和而析出；
③、陶瓷层是绝缘体，分子无极性，不会产生对垢离子的电荷吸附，也不会使蜡液极化而吸附；
④、耐腐性好，不会因腐蚀使局部表面能升高而结垢、结蜡。
附图说明
图1是本专利钛铝合金陶瓷抽油泵的结构示意图；
图2是本专利钛铝合金陶瓷泵筒剖面示意图；
图3是本专利凡尔罩结构示意图；
图4是本专利凡尔罩A-A面结构示意图。
图中：1-上接箍、2-钛铝合金陶瓷泵筒、3-柱塞及游动阀总成、4-下接箍、5-固定阀总成。
具体实施方式
参见图1，本专利主要由上接箍(1)、钛铝合金陶瓷泵筒(2)、柱塞及游动阀总成(3)、下接箍(4)、固定阀总成(5)组成，如图2所示，钛铝合金陶瓷泵筒(2)的内层为钛铝合金陶瓷，厚度≥2mm，外表面的基体金属为45#钢管。
钛铝合金陶瓷泵筒的基体金属为钢管，最低钢号45#，内衬钛铝合金陶瓷层厚度2mm以上，泵筒通过校直与珩磨达到直线度与粗糙度的要求，泵筒长度可根据现场的冲程要求任选。
柱塞为钢管，材质45#钢即可，外层热喷涂Ni60合金粉末+超硬合金，喷焊层厚度≥0.254mm，硬度HRC60～65。
凡尔罩采用大流道的结构，保证了井下采出液良好的流通性，阀球的活动为直线的上下轨迹，保证了阀球稳定的打开与闭 合。
阀球与阀座采用YT30N/OM35的碳化钨陶瓷，防垢防腐性能优良。
本发明的工作过程如下：
施工时，将钛铝合金陶瓷抽油泵与筛管、尾管等连接好，由油管一起下入到设计深度。
钛铝合金陶瓷抽油泵工作时，在抽油机上冲程过程中，柱塞被抽油杆带动向上运行，此时游动凡尔关闭，固定凡尔打开，地下流体在抽油泵内外压差的作用下进入泵筒，柱塞上部的流体排出泵外，进入输油管道；在抽油机下冲程过程中，柱塞在抽油杆带动下，向下运行，此时游动凡尔打开，固定凡尔关闭，泵筒内的液体进入柱塞上部空间。如此往复循环，完成采油过程。
Claims (5)
1.钛铝合金陶瓷抽油泵，其特征在于：抽油泵主要由上接箍(1)、钛铝合金陶瓷泵筒(2)、柱塞及游动阀总成(3)、下接箍(4)、固定阀总成(5)组成。
2.根据权利要求1所述的钛铝合金陶瓷抽油泵，其特征在于：钛铝合金陶瓷泵筒(2)在氧化铝陶瓷的基础上，加入钛合金，形成钛铝合金陶瓷内衬，增加了陶瓷材料的强度和韧性，有效地避免了陶瓷材料易碎裂和绷瓷的现象。
3.根据权利要求1所述的钛铝合金陶瓷抽油泵，其特征在于：柱塞外表面热喷涂Ni60合金+超硬合金材料，使其硬度达到HRC60～65，比钛铝合金陶瓷的硬度稍小，与钛铝合金陶瓷泵筒形成最佳摩擦副。
4.根据权利要求1所述的钛铝合金陶瓷抽油泵，其特征在于：凡尔罩采用大流道的结构，保证了井下液体的良好的流通性，并且阀球的运动为上下的直线轨迹，保证了阀球稳定的打开与闭合。
5.根据权利要求1所述的钛铝合金陶瓷抽油泵，其特征在于：阀球与阀座采用YT30N/OM35的碳化钨陶瓷，防垢防腐性能优良。
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