專利名稱：抽油泵柱塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種抽油泵柱塞。
背景技術(shù)：
抽油機(jī)有桿泵采油是一種人工舉升采油方式，以其設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，管理方便，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被國(guó)內(nèi)外各主要油田廣泛采用。有桿泵采油設(shè)備性能的好壞在石油開(kāi)采領(lǐng)域具有舉足輕重的作用。抽油泵是其中的一個(gè)重要組成部分，是通過(guò)油管和抽油桿下到井中并沉沒(méi)在液面以下一定深度、靠抽汲作用將油排出地面。抽油泵主要由泵筒、柱塞、進(jìn)油閥、出油閥組成。上沖程時(shí)，柱塞下面的下泵腔容積增大，壓力減小，進(jìn)油閥在其上下壓差的作用下打開(kāi)，原油進(jìn)入下腔；與此同時(shí)，出油閥在其上下壓差作用下關(guān)閉，柱塞上面的上泵腔內(nèi)的原油沿油管排到地面。同理，下沖程時(shí)，柱塞壓縮進(jìn)油閥和出油閥之間的原油，關(guān)閉進(jìn)油閥，打開(kāi)出油閥，下泵腔原油進(jìn)入上泵腔。柱塞一上一下，抽油泵完成了一次循環(huán)。如此周而復(fù)始，地下的原油不斷的通過(guò)抽油泵被排出地面。
在抽油泵的工作過(guò)程中，在泵筒內(nèi)周而復(fù)始上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的柱塞不可避免的與泵筒內(nèi)表面發(fā)生摩擦作用，在自身外表面磨損的同時(shí)，也對(duì)泵筒內(nèi)表面造成了破壞。此外，國(guó)內(nèi)油田普遍進(jìn)入高含水開(kāi)發(fā)后期，由于高含砂、高含水、高礦化度、高溫蒸汽稠油開(kāi)采、注聚合物開(kāi)采及強(qiáng)腐蝕的介質(zhì)環(huán)境等因素影響，也對(duì)柱塞造成腐蝕破壞作用，這種腐蝕作用同時(shí)更加劇了柱塞的磨損。
由于抽油泵柱塞及泵筒的磨損導(dǎo)致抽油泵失效，結(jié)果造成修井作業(yè)，而修井作業(yè)除引起修井開(kāi)銷外，也同時(shí)損失了產(chǎn)量。因此如何提高抽油泵的使用壽命，是油田開(kāi)采急需解決的重要問(wèn)題之一。
為減少抽油泵柱塞及泵筒的磨損，目前的措施是在抽油泵柱塞表面鍍有一層鉻保護(hù)層，這種柱塞表面硬度高、光潔度高、有一定的耐磨性和耐腐蝕性。但是電鍍層與基體結(jié)合不緊密，電鍍層與基體之間有明顯的界面，界面兩側(cè)基體和電鍍層的成分相差非常大，其化學(xué)電位差也非常大。一旦表面電鍍層由于硬質(zhì)顆粒例如砂粒的劃傷而出現(xiàn)缺陷，造成基體的露出，在電化學(xué)作用下，腐蝕過(guò)程會(huì)沿著電位差最大的位置即界面迅速擴(kuò)展，最終導(dǎo)致鍍層的大片剝落，導(dǎo)致柱塞的失效。這也就是電鍍鉻不耐磨粒磨損的原因。同時(shí)電鍍鉻鍍層的高硬度也加劇了對(duì)抽油泵泵筒內(nèi)表面的磨損。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以提高柱塞的耐磨損和耐腐蝕性的抽油泵柱塞。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案一種抽油泵柱塞，包括柱塞桿體和兩端的帶有外螺紋的接頭，其特征在于，在所述柱塞桿體表面噴涂有一層耐腐蝕耐磨損合金涂層。
所述合金涂層的厚度為0.25mm～0.4mm。
所述合金涂層包括下列重量比的組份鉻14％～17％，鐵≤8％，硅3.5％～5％，硼2.8％～3.8％，碳0.5％～1％，鎳65.2％～78.9％。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、本發(fā)明抽油泵柱塞，包括柱塞桿體和兩端的帶有外螺紋的接頭，在柱塞桿體表面噴涂有一層耐腐蝕耐磨損合金涂層。在抽油泵工作過(guò)程中，柱塞在泵筒內(nèi)部上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，柱塞外表面與泵筒內(nèi)表面發(fā)生摩擦。在微觀上，從摩擦學(xué)的角度來(lái)看，兩個(gè)表面都不是完全平整光滑的，具有凹凸不平的表面起伏，在兩個(gè)表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，隨著摩擦?xí)r間的延長(zhǎng)，表面上相對(duì)突出的部分會(huì)被對(duì)方表面“切割”而脫落下來(lái)，同時(shí)在微觀摩擦熱的作用下，脫落下來(lái)的涂層材料可以通過(guò)“微焊接”作用，附著到對(duì)方表面的凹陷處。柱塞表面的耐腐蝕耐磨損涂層即以這種方式，在柱塞與泵筒的摩擦過(guò)程中，從柱塞表面轉(zhuǎn)移到泵筒內(nèi)表面上，與柱塞表面相摩擦，從而起到了一定的保護(hù)泵筒內(nèi)表面的作用，減緩泵筒的失效，從整體上提高抽油泵的使用壽命。
2、本發(fā)明抽油泵柱塞，其中合金涂層包括下列重量比的組份鉻14％～17％，鐵≤8％，硅3.5％～5％，硼2.8％～3.8％，碳0.5％～1％，鎳65.2％～78.9％。該涂層中，加入與氧親和力較大并能自行脫氧的硼、硅元素，用來(lái)清除熔融涂層和基體界面的氧，保證良好的潤(rùn)濕基體基面，對(duì)基體表面有自熔性。此外，硼、硅元素可以與合金粉末中的鐵、鈷、鎳等元素在高溫下生成共晶合金，使粉末合金的熔點(diǎn)大幅度降低。此外，硼、硅元素對(duì)合金涂層的金相組織起到固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化作用，大幅度提高涂層的表面硬度。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明抽油泵柱塞，包括柱塞桿體3和兩端的帶有外螺紋的接頭1、4，其特征在于，在柱塞桿體3表面噴涂有一層耐腐蝕耐磨損合金涂層2。
合金涂層2的厚度為0.25mm。如果涂層2的厚度小于0.25mm，則不能完全保證柱塞在正常使用時(shí)期內(nèi)的正常磨損消耗。
合金涂層2的厚度為0.3mm。
合金涂層2的厚度為0.4mm，如果涂層2的厚度大于0.4mm，則相應(yīng)會(huì)提高產(chǎn)品的成本。
實(shí)施例一，合金涂層包括下列重量比的組份14％的鉻，6％的鐵，4％的硅，3％的硼，0.8％的碳，72.2％的鎳。
實(shí)施例二，合金涂層包括下列重量比的組份14.3％的鉻，3.5％的硅，2.8％的硼，0.5％的碳，78.9％的鎳。
實(shí)施例三，合金涂層包括下列重量比的組份17％的鉻，8％的鐵，5％的硅，3.8％的硼，1％的碳，65.2％的鎳。
本發(fā)明抽油泵柱塞的制作方法包括下列步驟一、合金粉末混合物的配制，即將下列重量比的粉末狀金屬原料混合14％的鉻，6％的鐵，4％的硅，3％的硼，0.8％的碳，72.2％的鎳；二、噴涂用合金粉末制作首先，將步驟一中獲得的合金粉末混合物倒入熔煉爐鍋體中，在1000℃～1150℃的溫度下，使合金粉末混合物熔化成液態(tài)合金，并除去表面熔渣；然后，打開(kāi)熔煉爐鍋體底部的漏嘴，利用壓縮氣噴槍噴出的0.78MPa～0.82MPa的高壓氣體作為氣刀對(duì)從熔煉爐鍋體底部的漏嘴漏出的液態(tài)合金細(xì)流進(jìn)行切割，使液態(tài)合金細(xì)流霧化成極微小的金屬液滴，金屬液滴在下落過(guò)程中，在壓縮氣噴槍形成的氣流的冷卻作用下凝固成合金粉末，合金粉末落入熔煉爐底部的潔凈的干燥的器皿中；最后利用150目～300目的篩子將器皿中的合金粉末進(jìn)行篩分，得到的篩下物即為噴涂用合金粉末；三、柱塞桿體表面預(yù)處理，對(duì)柱塞桿體表面用100#砂帶打磨粗化，并使表面活化，保證柱塞桿體表面清潔、無(wú)油污；四、對(duì)柱塞桿體表面預(yù)熱、噴涂；首先，將柱塞穿過(guò)上海華儀感應(yīng)加熱設(shè)備有限公司生產(chǎn)中KGPS-160KW/8KHZ型中頻感應(yīng)加熱器的感應(yīng)線圈，柱塞的兩端通過(guò)帶有內(nèi)螺紋的連接桿、卡盤固定在柱塞固定車床上，柱塞固定車床具有可帶動(dòng)柱塞的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和移動(dòng)裝置；然后讓柱塞以145轉(zhuǎn)/分鐘～155轉(zhuǎn)/分鐘的速度轉(zhuǎn)動(dòng)著在中頻感應(yīng)加熱器的加熱線圈內(nèi)沿軸向以19mm/s～21mm/s的速度移動(dòng)，使柱塞桿體表面自始端至終端依次被中頻感應(yīng)加熱器的加熱線圈預(yù)熱一遍，預(yù)熱時(shí)，中頻感應(yīng)加熱器的輸出功率保持在19KW～21KW，以除去柱塞表面的水分和提高柱塞表面的溫度，增加粉末粘接結(jié)合率，避免過(guò)多粉末撞擊在冷工件上所造成的反彈損耗，預(yù)熱一遍后即將中頻感應(yīng)加熱器電源關(guān)閉；而被加熱后從加熱線圈端部伸出來(lái)的柱塞立刻用上海瑞發(fā)噴涂機(jī)械有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為QT-E20000-7/h的金屬粉末噴槍噴涂上述步驟二中得到的噴涂用合金粉末，直至噴涂完柱塞桿體的末端，噴涂時(shí)噴涂用合金粉末是通過(guò)氣泵輸送到金屬粉末噴槍中的，并與氧氣和乙炔在金屬粉末噴槍中混合后從噴槍口送出，其中輸送到金屬粉末噴槍的氧氣流量為0.39m3/h～0.41m3/h，乙炔流量為0.79m3/h～0.81m3/h，氣泵的氣體壓力為0.023MPa～0.025Mpa；五、柱塞桿體終端噴完后，使柱塞桿體以145轉(zhuǎn)/分鐘～155轉(zhuǎn)/分鐘的速度轉(zhuǎn)動(dòng)著在中頻感應(yīng)加熱器的加熱線圈內(nèi)沿軸向以19mm/s～21mm/s的速度向相反方向移動(dòng)，并用金屬粉末噴槍對(duì)柱塞桿體噴涂第二遍；如果涂層厚度要求較高則噴第三遍；六、重熔冷卻，采用上海華儀感應(yīng)加熱設(shè)備有限公司生產(chǎn)中KGPS-160KW/8KHZ型中頻感應(yīng)加熱器對(duì)柱塞桿體進(jìn)行表面感應(yīng)加熱，中頻感應(yīng)加熱器的輸出功率保持在103KW～107KW，柱塞相對(duì)中頻感應(yīng)加熱器的線圈作轉(zhuǎn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)，柱塞的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為145轉(zhuǎn)/分鐘～155轉(zhuǎn)/分鐘，柱塞沿軸向的移動(dòng)速度為13mm/s～15mm/s，使粉末充分熔化流動(dòng)，并使柱塞在轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下在空氣中自然冷卻下來(lái)；該噴涂層通過(guò)重熔工藝與柱塞基體材料形成冶金結(jié)合，涂層的成分與基體的成分在重熔過(guò)程中相互擴(kuò)散滲透，在涂層和基體材料之間存在一定厚度的過(guò)渡區(qū)，使得涂層到基體的成分變化相對(duì)緩慢，避免了形成成分突變的界面，也就避免了電鍍鉻涂層在表面出現(xiàn)缺陷后因腐蝕的擴(kuò)展導(dǎo)致涂層大片脫落的問(wèn)題。
七、對(duì)柱塞拋光，即依次采用100#砂帶和200#砂帶打磨拋光，使柱塞表面涂層厚度為0.25mm或0.3mm或0.4mm范圍，粗糙度不超過(guò)Ra0.4μm。如果涂層的厚度小于0.25mm，則不能完全保證柱塞在正常使用時(shí)期內(nèi)的正常磨損消耗，如果涂層的厚度大于0.4mm，則將導(dǎo)致柱塞成本過(guò)高。
權(quán)利要求
1.一種抽油泵柱塞，包括柱塞桿體和兩端的帶有外螺紋的接頭，其特征在于，在所述柱塞桿體表面噴涂有一層耐腐蝕耐磨損合金涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油泵柱塞，其特征在于，所述合金涂層的厚度為0.25mm～0.4mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抽油泵柱塞，其特征在于，所述合金涂層包括下列重量比的組份鉻14％～17％，鐵≤8％，硅3.5％～5％，硼2.8％～3.8％，碳0.5％～1％，鎳65.2％～78.9％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抽油泵柱塞，包括柱塞桿體和兩端的帶有外螺紋的接頭，在柱塞桿體表面噴涂有一層耐腐蝕耐磨損合金涂層。在抽油泵工作過(guò)程中，柱塞在泵筒內(nèi)部上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，柱塞外表面與泵筒內(nèi)表面發(fā)生摩擦，隨著摩擦?xí)r間的延長(zhǎng)，柱塞外表面涂層的一部分成分在微觀摩擦熱的作用下，脫離柱塞表面，通過(guò)“微焊接”作用，附著到泵筒內(nèi)表面上。在進(jìn)一步的摩擦過(guò)程中，附著到泵筒內(nèi)表面的耐腐蝕耐磨損的涂層成分與柱塞表面相摩擦，從而起到了一定的保護(hù)了泵筒內(nèi)表面的作用，減緩泵筒的失效，從整體上提高抽油泵的使用壽命。
文檔編號(hào)C22C38/54GK1900523SQ20061008896
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2006年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月27日
發(fā)明者黃錦濱, 倪德才, 吳振寧, 王強(qiáng), 陳洪 申請(qǐng)人:安東石油技術(shù)(集團(tuán))有限公司