專利名稱：高耐腐蝕高耐磨耗的防砂抽油泵的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種油田用管式抽油泵，具體地說涉及一種油田用高耐腐蝕高耐磨耗的防砂抽油泵。
石油蘊藏在數(shù)公尺以至數(shù)千公尺的地下，油田開發(fā)開采初期多利用氣舉方式(自噴)采集石油于地面，而中、后期主要是實行機械式采集石油技術，是將地面動力經(jīng)抽油桿傳遞經(jīng)抽油泵的柱塞，帶動柱塞在泵筒中作上下往復運動，將地下的石油液或石油和水的混合液(以下簡稱采出液)抽汲和舉升到地面油氣集輸管網(wǎng)終端的貯油容器之中。
現(xiàn)有技術抽油泵種類繁多，諸如電動泵、蝸輪螺桿泵、動筒式泵、長柱塞泵、抽調(diào)泵桿式泵、旋轉柱塞泵、雙向進油泵、環(huán)空高效泵等等。無論那一種抽油泵的泵筒的制造工藝都是首先進行調(diào)質(zhì)熱處理，然后再對泵筒內(nèi)壁(以下簡稱工作面)進行不同的強化熱處理，如鍍鉻或者滲碳、碳氮共滲、氮化、矽土多元共滲、以及激光淬火等等。無論那一種強化熱處理，其工作面的硬度普遍偏低，易磨耗，如除激光淬火處理的工作面硬度可達HV858-1030，其它只能達到HV800-900，這是現(xiàn)有技術缺點之一。
其二，整體使用壽命短，是人為造成各零部件使用壽命不同步而致。與泵筒在同一介質(zhì)中的泵筒總承除泵筒外，其它八個零部件只進行調(diào)質(zhì)熱處理而各零部件的工作面，不進行與泵筒工作面相同的強化熱處理，這就造成了泵筒工作面與余之八者工作面的硬度不同步，耐磨性能自然不同，耐腐蝕性能不同步，使用壽命也就自然不同步。
其三，上述各種強化熱處理泵筒的工作面，對采出液中含有H2S、CO2、CI-等礦物成份的耐腐蝕性能極差。恰恰目前各油田生產(chǎn)油井的采出液中含有H2S、CO2、CI-等礦物成份的油井日益劇增。如勝利油田、東辛、廣利、中原等油田采出液中含有腐蝕速度高達3．2-4．5mm／年的H2S、CO2、CI-等礦物成份為之普遍，現(xiàn)有技術耐腐蝕性能極差的缺點為之突出。
其四，防砂性能差，無防砂結構?，F(xiàn)有技術抽油泵非旦沒有防砂結構，而且由于柱塞體工作面有多個環(huán)形槽，其危害極大，這些環(huán)形槽是發(fā)生“拉缸”“卡泵”的極大隱患。因為當柱塞上行時，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體，因而當柱塞體下行時，這些環(huán)形槽必然將其周圍的含有砂子的采出液挾帶入泵筒，這些環(huán)形槽若將大于泵間隙的砂子挾帶入泵筒間隙，立刻發(fā)生“拉缸”“卡泵”。而目前各油田采出液中含有砂子極為普遍，只是含砂量多與少之別。
尤其在油田開發(fā)采油后期，由于注水等原因造成采出液中含有高腐蝕、高消耗礦物成份及含砂的油井逐漸增多，這眾多因素所致，對抽油泵的品質(zhì)和功能提出了新的更高的全面的技術要求，要求延長抽油泵的使用壽命就必須克服現(xiàn)有技術如下缺點1、必須改變現(xiàn)有技術抽油泵泵筒總承的九大零部件，品質(zhì)不同步的現(xiàn)狀；第二必須克服現(xiàn)有技術對抽油泵泵筒工作面所進行的各種強化熱處理工藝，其硬度偏低，最高硬度達HRC68相應HV900易磨耗的缺點；其三必須克服現(xiàn)有技術對各種介質(zhì)耐腐蝕性能差的缺點，尤其是對采出液中含有H2S、CO2、CI-等礦物成份的耐腐蝕性能極差。其四必須改變現(xiàn)有技術非旦沒有防砂結構，反而柱塞體兩端各有50mm長錐體和多個環(huán)槽(6mm寬、1．5mm深)的外形有技術非旦沒有防砂結構，反而柱塞體兩端各有50mm長錐體和多個環(huán)槽(6mm寬、1．5mm深)的外形設計和制造是挾帶采出液中含有砂子進入泵間隙，引發(fā)“拉缸”或“卡泵“的極大隱患必須克服，其理由一、現(xiàn)有技術的柱塞體外形制造是兩端各有50mm長的錐度，人們習慣稱這樣方便于柱塞引入泵筒。其實并非如此，由于這兩端的錐度加大了與泵筒的間隙這個間隙在柱塞體頂端則表現(xiàn)如同漏斗，當柱塞體上行時可沉積砂子并躋入泵間隙，即刻發(fā)生“拉缸”或“卡泵”不可阻擋。其下端是倒漏斗，當柱塞體下行時，其周邊窩存的砂子或泵筒內(nèi)壁上沾浮的砂子也有機會躋入泵間隙，即刻發(fā)生“拉缸”或“卡泵”也是不可阻擋；二、柱塞體表面有6mm寬，1．5mm深的環(huán)形槽10至20個不等(間隔60mm一個或120mm一個)無論是多與少僅以10個環(huán)形槽為例，當柱塞體上行至上止點時其柱塞體上半部進入油管300mm，這伸出泵筒進入油管300mm長柱塞體上的環(huán)形槽至少是二個，被浸泡在油管內(nèi)的采出液流之中，當伸出時可解釋為環(huán)形槽所攜帶的砂子被流動采出液流沖刷清理是一件好事。而當柱塞體下行時這伸出泵筒在油管里已被沖刷清理的部分開始下行復入泵筒之中，此刻這環(huán)形槽即可將其周圍油管內(nèi)采出液流中的油砂一起挾帶進入泵筒，這挾帶進入的砂子小于泵間隙而無害，但多了超過容積也有害，那就是發(fā)生“拉缸”或“卡泵”，如所挾帶的砂子大于泵間隙，那么立刻發(fā)生“拉缸”或“卡泵”。因此，柱塞體上的錐形兩端和外表面的環(huán)形槽萬萬不可保留，必須改革為無錐、無環(huán)槽刮砂柱塞體。
本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術中的不足，而提供一種結構簡單、功效高、壽命長的高耐腐蝕高耐磨耗防砂性能好的高耐腐蝕高耐磨耗的防砂抽油泵。
達到本實用新型上述目的的技術方案如下。
本實用新型的高耐腐蝕高耐磨耗的防砂抽油泵，包括上、下接箍、泵筒、進油閥罩、進油閥壓帽、進油閥球、進油閥座、刮砂柱塞體、上游動閥罩、接頭、上、下游動閥球、上、下游動閥座、下游動閥罩、閥座壓套、中間接箍和防砂短節(jié)，其中中間接箍為空心圓柱套，防砂短節(jié)為空心圓柱長筒，二者設置在泵筒和下接箍之間，且中間接箍的上端與泵筒的下端相套接，其下端與防砂短節(jié)的上端相套接，防砂短節(jié)的下端與下接箍的上端相套接；所述接箍、泵筒、進油閥罩、進油閥壓帽、進油閥球、進油閥座、刮砂柱塞體、中間接箍和防砂短節(jié)，均具有非晶態(tài)鎳磷合金鍍層的強化熱處理工作面；所述刮砂柱塞體為具有光滑外壁的空心圓柱體，其外徑等于上游動閥罩和下游動閥罩的外徑。
本實用新型所述的高耐腐蝕高耐磨耗的防砂抽油泵，其中所述防砂短節(jié)的長度等于600mm-900mm，其內(nèi)徑大于泵筒內(nèi)徑1．00±0．15mm。
本實用新型所述的高耐腐蝕高耐磨耗的防砂抽油泵，其中所述非晶態(tài)鎳磷合金鍍層的強化熱處理工作面的厚度為0．03mm，其硬度為HRC56-72。
本實用新型的高耐腐蝕高耐磨耗的防砂抽油泵的優(yōu)點在于(1)具有良好的防砂性能，該性能來源于兩端無錐，表面無槽同心同外徑圓柱形刮砂柱塞體及防砂短節(jié)相配合而致。如刮砂柱塞體在泵筒中做上下往復運動時，當刮砂柱塞體上行時行至上止點，其頂端上半部露出泵筒進入油管300mm，同時柱塞體環(huán)形頂將浮沾在泵筒內(nèi)壁上的砂子刮帶到泵筒以上的油管之中被流動的采出液沖刷并被舉升的油流帶到地面。柱塞體下行行至下止點，其下端進入防砂短節(jié)300mm其下端圓柱底將浮沾在泵筒內(nèi)壁上的砂子刮推到防砂短節(jié)被抽汲的液流沖刷沉落或隨液流被舉升，有效的阻止了砂子躋入泵間隙，從而避免了“拉缸”“卡泵”事故發(fā)生；
(2)各零件表面的非晶態(tài)鎳磷合金鍍層強化熱處理工作面，其硬度高，因此具有高耐磨性能；(3)所述鍍層與鋼、鐵、銅、鋁、合金等鑄件具有極良好的結合力，且致密度高、光亮性好，其結合強度至24kg／mm2以上，且該鍍層是均一單相組織，不存在晶界位錯及化學成份偏析等缺陷，對很多化學介質(zhì)，如對常溫鹽酸、硫酸、高溫氯化氫氣體、高溫氟化氫氣體，高溫和高深度燒堿、硫化氫、氯氣、乳酸、甲酸等各種有機試劑和有機溶劑、石油制品都有良好的耐腐蝕性。
(4)由于上述(2)和(3)的優(yōu)點，因此本防砂抽油泵的功效高、壽命長。
以下結合附圖對本實用新型的高耐腐蝕高耐磨耗的防砂抽油泵作一進步說明。



圖1是本實用新型的高耐腐蝕高耐磨耗的防砂抽油泵的半剖結構示意圖。
圖2是
圖1所示高耐腐蝕高耐磨耗的防砂抽油泵的中間接箍的放大半剖視圖。
圖3是
圖1所示高耐腐蝕高耐磨耗的防砂抽油泵的防砂短節(jié)的放大的半剖視圖。
圖4是
圖1所示高耐腐蝕高耐磨耗的防砂抽油泵的刮砂柱塞體的放大的半剖視圖。
如
圖1所示，本實用新型的高耐腐蝕高耐磨耗的防砂抽油泵包括上、下接箍1、泵筒3、進油閥罩5、進油閥壓帽6、進油閥球7、進油閥座8、刮砂柱塞體9、上游動閥罩10、接頭11、上、下游動閥球12、上、下游動閥座13、下游動閥罩14、閥座壓套15、中間接箍2和防砂短節(jié)4，其中中間接箍2為空心圓柱套，防砂短節(jié)4為空心圓柱長筒，二者設置在泵筒3和下接箍1之間，且中間接箍2的上端與泵筒3的下端相套接，其下端與防砂短節(jié)4的上端相套接，防砂短節(jié)4的下端與下接箍的上端相套接；所述接箍、泵筒、進油閥罩、進油閥壓帽、進油閥球、進油閥座、中間接箍和防砂短節(jié)，均具有非晶態(tài)鎳磷合金鍍層的強化熱處理工作面；所述刮砂柱塞體9為具有表面噴焊層的光滑外壁的空心圓柱體，其外徑等于上游動閥罩10和下游動閥罩14的外徑；所述防砂短節(jié)4的長度等于600mm-900mm，其內(nèi)徑大于泵筒3內(nèi)徑1．00+0．15mm；所述非晶態(tài)鎳磷合金鍍層的強化熱處理工作面的厚度為0．03mm，其硬度為接箍、進油閥罩、進油閥壓帽、中間接箍和防砂短節(jié)均為HV500-600；泵筒為HRC68-72，進油閥球為HRC57-63，進油閥座為HRC52-58；所述刮砂柱塞體表面噴焊層的硬度為HRC56-66。
如圖2所述，中間接箍2為兩端具有內(nèi)螺紋的空心圓柱套，外壁具有凹平面2的一端與泵筒3的外螺紋端聯(lián)接，另一端與防砂短節(jié)4端的外螺紋聯(lián)接。
如圖3所述，防砂短節(jié)4為兩端具有外螺紋的空心圓柱長筒，其一端與中間接箍2外壁具有凹平面2的這端內(nèi)螺紋聯(lián)接，另一端與下接箍的內(nèi)螺紋端聯(lián)接。
如圖4所述，刮砂柱塞體9為無槽，且兩端無圓錐部分只具有光滑外壁的空心圓柱體，其兩端具有內(nèi)螺紋，它們分別與接頭11和下游動閥罩14一端的外螺紋聯(lián)接。
將上述各零件按SY／T5059-91的抽油泵標準中技術參數(shù)組裝，即成本實用新型的高耐腐蝕高耐磨耗的防砂抽油泵。
所述鎳磷合金鍍層采用化學沉積方法，鍍件表面發(fā)生自催反應，不用加電源、均鍍能力好、鍍層厚度均勻，厚薄可控，邊、角、溝，槽等部位均能得到均勻鍍層。這對精度要求高的零件對幾何形狀復雜的零部件尤為合適。
化學鍍鎳Ni-磷P與工業(yè)硬鉻比較
大連實業(yè)總公司化學鍍廠提供美國標準局的耐磨試驗結果干滑動磨擦，磨擦對象為碳素工具試驗結果。
非晶態(tài)Ni-10-11％P合金在下列介質(zhì)中的腐蝕速度(由鋼研所提供)
非晶態(tài)Ni-10-11％P合金在下列介質(zhì)中的腐蝕速度(由鋼研所提供)
注表中◎表示可能產(chǎn)生腐蝕；※表示可能產(chǎn)生晶間腐蝕；¤表示可能產(chǎn)生應力腐蝕開裂目前國際上對泵筒工作面的強化熱處理、除極少數(shù)采用整體淬火，絕大部分采用對泵筒工作面(內(nèi)壁)進行強化熱處理，而多種強化熱處理，各有千秋，但沒有任何一各能滿足加工、使用、維修等多方面要求，如鍍硬鉻、雖有耐磨的一定性能，但不能耐H2S、CO2、CI-等介質(zhì)腐蝕，另有鍍層不均，易剝落和尖角效應以及生產(chǎn)過程污染環(huán)境等缺點。氮化、滲碳、碳氮共滲，具有較好的耐磨和耐濃度低的鹽酸腐蝕能力，但它由于氧化時間長不適于碳鋼泵筒，同時滲層深度有不均勻性，而且對H2S、CO2、CI-等介質(zhì)毫無耐腐蝕能力，又有經(jīng)高溫長時間加熱后淬火，泵筒變形，很難校直，便依靠進行強力珩磨以保證直線精度，這樣就無疑降低了滲層的有效性和均勻性；激光淬火，雖有周期短，低變形的優(yōu)點，但由于小孔徑不能或很難或處理了也很難改變被處理工件的工作面的化學成份及軟硬帶相間問題也就無法滿足高硬度、高耐磨、高耐腐蝕的要求；多元共滲除存在著上述缺點還有韌性差等缺點，也是不能滿足高硬度、高耐磨耗、高耐腐蝕的要求。
唯世界先進、國內(nèi)預先應用的非晶態(tài)鎳Ni-磷P合金鍍層是在沒有外加電源的情況下，利用氧化還原反應，在具有催化性材料表面析出鎳NI和磷P的過程，也稱之為無電解鍍。由于其設備、工藝簡單，不須外加電源，沒有電鍍工藝的尖角效應問題，在棱角邊緣突出部分沒有過份增厚現(xiàn)象、鍍層致密、無孔、均勻、外觀光亮，特別適合形狀復雜、管內(nèi)壁等金屬及非金屬基體上鍍膜。
化學鍍鎳、磷合金鍍層具有優(yōu)良的物理、化學和機械性能、其鍍態(tài)下硬度為HV500-600，經(jīng)400℃熱處理硬度為HV1100，相應HRC72，磨擦系數(shù)低，能與許多材料配對，具有自潤滑效果，耐磨必能好，比硬鉻耐磨性能更好。
化學鍍鎳磷合金鍍層，在鍍態(tài)下為非晶態(tài)結構，這種非晶態(tài)成份均勻，沒有凝固過程帶來的種種缺陷，即不存在晶體結構中的晶界、亞晶界、相界、位錯等不完整性，因此，耐腐蝕性能非常之好。在常溫的鹽酸、硫酸、高溫氯化氫氣體、高濁氟化氫氣體、高溫高濃度燒堿，絕大多數(shù)鹽類、硫化氫、氯氣、乳酸、甲酸、醋酸等有機介質(zhì)中都具有良好的耐腐蝕性能，其腐蝕率遠低于不銹鋼，耐鹽酸腐蝕優(yōu)于哈氏合金硼(B)。在中性與非氧化性無機氯化物及有機氯化物中可與鈦(TI)材媲美。
化學鍍鎳-磷合鍍層與基體間具有良好極強的結合力，在低碳鋼上，結合強度為35-40kg／mm2，在不銹鋼上為16-20kg／mm2。
由于該項技術的諸多優(yōu)點，因此在發(fā)達國家得到了極廣泛的應用，各個領域都顯示出巨大的優(yōu)越性，僅以石油天然氣開采為例足以說明化學鍍鎳-磷合金鍍層的重要位置。來自美國資料表明、中東地區(qū)的一個油田H2S含量22mol％、溫度80℃，壓力20Mpa，高含量H2S引起嚴重腐蝕，未加保護的球閥最多使用三個月就失效了，經(jīng)英格蘭鍍以75um的鎳-磷合金鍍層后，使用3年未發(fā)現(xiàn)問題。美國Knff天然氣井含CO26mol％，H2S 0．06mol％，濕度95℃、壓力35Mpa、速度6m／s未加保護的鋼零件扼流閥、管邊每年腐蝕3-5mm，經(jīng)化學鍍鎳-磷合金鍍層后，使用兩年未測出腐蝕。在美國Pernium Basin地區(qū)的350口油井上，近幾年安裝近萬米的化學鍍鎳-磷合金鍍層管道。
權利要求1.一種高耐腐蝕高耐磨耗的防砂抽油泵，包括上、下接箍(1)、泵筒(3)、進油閥罩(5)、進油閥壓帽(6)、進油閥球(7)、進油閥座(8)、刮砂柱塞體(9)、上游動閥罩(10)、接頭(11)、上、下游動閥球(12)、上、下游動閥座(13)、下游動閥罩(14)、閥座壓套(15)，其特征在于還包括中間接箍(2)和防砂短節(jié)(4)，其中中間接箍(2)為空心圓柱套，防砂短節(jié)(4)為空心圓柱長筒，二者設置在泵筒(3)和下接箍(1)之間，且中間接箍(2)的上端與泵筒(3)的下端相套接，其下端與防砂短節(jié)(4)的上端相套接，防砂短節(jié)(4)的下端與下接箍(1)的上端相套接；所述接箍、泵筒、進油閥罩、進油閥壓帽、進油閥球、進油閥座、中間接箍和防砂短節(jié)，均具有非晶態(tài)鎳磷合金鍍層的強化熱處理工作面；所述刮砂柱塞體(9)為具有表面噴焊層的光滑外壁的空心圓柱體，其外徑等于上游動閥罩(10)和下游動閥罩(14)的外徑。
2.根據(jù)權利要求1所述的高耐腐蝕高耐磨耗的防砂抽油泵，其特征在于所述防砂短節(jié)(4)的長度等于600mm-900mm，其內(nèi)徑大于泵筒(3)內(nèi)徑1．00+0．15mm。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的高耐腐蝕高耐磨耗的防砂抽油泵，其特征在于所述非晶態(tài)鎳磷合金鍍層的強化熱處理工作面的厚度為0．03mm，其硬度分別是接箍、進油閥罩、進油閥壓帽、中間接箍和防砂短節(jié)均為HV500-600；泵筒為HRC68-72；進油閥球為HRC57-63；進油閥座為HRC52-58所述刮砂柱塞體表面噴焊層的硬度為HRC56-66。
專利摘要本實用新型的高耐腐蝕高耐磨耗防砂抽油泵是在現(xiàn)有技術泵筒與下接箍之間加裝內(nèi)徑大于泵筒內(nèi)徑的專用防砂短節(jié)和中間接箍,且泵筒、上、中、下接箍,防砂短節(jié)、進油閥罩,壓帽以及閥球,閥座全部具有非晶態(tài)鎳磷合金鍍層的強化熱處理工作面,并配以兩端無錐度,表面無槽的圓柱刮砂柱塞體,按SY/5059－91抽油泵標準參數(shù)配裝而成的。它徹底克服了現(xiàn)有技術硬度偏低、易磨耗、防腐蝕性能極差和沒有防砂功能和使用壽命短的缺點。
文檔編號F04B47/02GK2427647SQ0020563
公開日2001年4月25日 申請日期2000年3月6日 優(yōu)先權日2000年3月6日
發(fā)明者岳勇 申請人:岳勇