[发明专利]一种防垢、防腐和防砂陶瓷抽油泵及其制造方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种在石油开采的结垢、腐蚀和出砂井中使用的防垢、防腐和防砂陶瓷抽油泵及其制造方法。

背景技术：

在石油开采中，有杆泵采油是其中一种最主要的采油方式。随着大量采油新工艺方法和油田化学增油措施的应用，油井的结垢、腐蚀和出砂现象越来越严重，导致井下大量抽油泵早期失效，检泵周期很短，甚至关井停产，这些已经严重影响油田的正常生产和经济效益。目前，虽然对抽油泵进行了大量的研究和改进工作，但由于金属材料本身的特性、泵制造中热处理工艺的限制以及在结构上存在的不足，多年来一直进步不大，现场应用无明显效果，成为困扰油田发展的技术难题。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种在石油开采的结垢、腐蚀和出砂井中使用的防垢、防腐和防砂陶瓷抽油泵及其制造方法，该泵使用在结垢、腐蚀和出砂井中能够大幅度延长检泵周期、并且能提高泵效。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在构造材料、形状结构和制造方法上同时提出了适于应用的新的技术方案。

在构造材料上，其柱塞和泵筒的工作部分由表面硬度极高的工程结构陶瓷制造，选择的工程结构陶瓷精加工后具有极好的防垢、防腐和防砂性能。陶瓷部件通过金属零件连结组装成一体，组装部件之间通过间隙的设计和预应力的施加，消除了热变形的影响和应力的合理分布。阀球用工程结构陶瓷制造，阀座可以使用工程结构陶瓷制造，也可以用钨钴类硬质合金、钴铬钨合金或者碳化钛合金制造，为了提高钨钴类硬质合金的抗疲劳性能，材料中可添加0.5～1％的钽。由于油井类型、井下温度和原油物性的不同，陶瓷柱塞、泵筒和阀组分别用氧化锆、氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆增韧陶瓷或金属陶瓷等制造，陶瓷配方应加入合适的增韧剂，在保证抗弯强度的同时，提高陶瓷件的断裂韧性。由于工程结构陶瓷精加工后的疏垢特性、极高的表面硬度和无晶界的组织结构，能达到防垢、防腐和防砂的效果。

在结构上，该泵采用了挡、刮、沉三种特殊结构的组合，完成防垢和防砂的功能。挡是在柱塞上设计了挡垢、挡砂帽，挡垢、挡砂帽可与柱塞出油接头制成一体，其外径大于泵筒内径，在泵的上、下行程中，使油管柱中沉垢，沉砂沿其外径滑落，而不能够进入柱塞与泵筒的工作间隙中去；刮是在泵筒两端设计组合的刮垢、刮砂环，刮垢、刮砂环成组设置，装在环组外套中，环组外套与刮垢、刮砂环中间装有弹簧套，对刮垢、刮砂环施加压力，使其工作中紧紧包复在柱塞外表面，达到工作时粘附在柱塞上的结垢和砂粒也无法进入泵的工作间隙中去；沉是在泵筒外设计了沉砂外管、沉垢、沉砂通道和进液分隔接头，使泵中挡垢、挡砂帽挡落的沉垢、沉砂和刮垢、刮砂环刮落的垢和砂能顺利地进入到盛垢、盛砂管中，在检泵作业时提出地面。

陶瓷件的制造方法是：粉料超细制备—真空造粒—振动法填模—等静压成型—烧结—热处理—粗磨—精磨。在粗磨后按每窑抽样的方式进行力学性能和烧熟检验，精磨后用飘红、荧光检验或其它相应检验方法逐—检查表面质量。

陶瓷泵筒的加工和装配方法是：陶瓷衬套内外圆柱面及端面精加工后，端面进行镀铜处理，以增加密封性能和减少装配中的应力集中，然后按设计长度进行组配，泵筒外套装配前要加热至280—350℃，将陶瓷衬套迅速放入泵筒外套中，再用泵筒接头上紧，泵筒外套和泵筒接头的螺纹连接处要用耐温螺纹密封胶粘牢，并用紧固螺钉固定。多节陶瓷衬套的装配可以采用液压涨力装配芯轴来装配。泵筒外套与陶瓷衬套要有0.01～0.03mm的装配过盈，以对陶瓷衬套施加预应力，抵抗泵工作时内腔的张力和热变形。

安装在泵筒两端的刮垢、刮砂环用38CrMoAl制造，表面进行氮化处理，也可以用其它材料进行表面硬化处理制造。制造工艺是：粗车—调质—精车—粗磨—去应力时效处理—精磨—氮化—研磨—线切割。