1、,防 腐 抽 油 泵 介 紹,一、設計依據(jù)： 項目組通過與東北大學材料學院和中科院金屬所交流，查閱SY/T0599天然氣地面設施抗硫化物應力開裂金屬材料要求、石油工業(yè)中的腐蝕與防護、NACE MR0176-2000腐蝕油井環(huán)境抽油泵的材料要求，對各種材料的防腐能力有了更深的認識，并結合生產(chǎn)成本，初步確定了防腐泵各組件的材料選擇范圍。,根據(jù)敘利亞用戶的要求，防腐抽油泵結構設計為薄壁桿式抽油泵，結構見圖：,二、設 計： （1）、泵筒： 根據(jù)GB/T186072001抽油泵及其組件規(guī)范要求，泵筒材料有碳鋼、不銹鋼、海軍黃銅、蒙耐爾合金，但后兩種材料比較昂貴，成本較高，不利于大批量推廣。泵筒的內表面強

2、化方式分為鍍硬鉻和碳氮共滲兩種，就耐磨和防腐性能而言，鍍鉻工藝強于共滲工藝。由上述的腐蝕機理可知，當油井礦化度較高時，井液成為了電解液，如果泵筒采用碳鋼上鍍鉻，鍍鉻層的電位比碳鋼的電位高則會出現(xiàn)電化學腐蝕，如果鍍鉻層致密性差，使電解液進入鍍層與基體之間腐蝕，最終會造成鍍鉻層脫落；而采用共滲工藝，則井液中的濕硫化氫、二氧化碳形成稀硫酸和碳酸，會對泵筒造成化學腐蝕。可見兩種內表面處理方法均不能抵抗腐蝕。,如果在提高鍍鉻層致密程度的前提下，采用與鍍鉻層電位差小的不銹鋼（鉻鋼）作為泵筒基體材料，并采取內孔鍍硬鉻的處理方法就不會出現(xiàn)電化學腐蝕現(xiàn)象，同時抗化學腐蝕的能力也較強，由此可見采用不銹鋼材質的泵筒

3、且內孔鍍鉻處理是切實可行的方案。綜合以上結論并根據(jù)API抽油泵材料選擇原則，確定泵筒采用1Cr5Mo為材料。1Cr5Mo為馬氏體型不銹鋼，可通過熱處理強化，經(jīng)適當溫度回火處理后，可獲得良好的強度、韌性及耐蝕性等綜合性能。一般可在400以下使用。但由于隨強度、硬度的提高，耐蝕性有下降的趨勢，為避免氫應力開裂腐蝕，根據(jù)SY/T0599天然氣地面設備抗硫化氫應力開裂金屬材料要求的規(guī)定，硬度應小于HRC22（HB234），所以泵筒基體的硬度定為HB190220。,（2）、柱塞： 根據(jù)GB/T18607抽油泵及其組件規(guī)范要求，柱塞材料有碳鋼、不銹鋼。因為后期噴焊處理，不銹鋼噴焊工藝復雜，質量難以控制，同

4、時成本較高，故選用45鋼材料外表面噴焊鎳基粉末。由腐蝕機理可知材料的強度、硬度越高，氫脆腐蝕敏感性越大。鋼的微晶組織結構對氫脆也有影響，淬火和回火材料要比正火和退火的材料有更好的抗氫脆性。因此為避免H2S腐蝕造成氫應力開裂，柱塞毛坯供貨時應是回火狀態(tài)，硬度HB190-220。為提高柱塞內表面及螺紋的防腐能力，在對試樣進行了模擬工況試驗后，確定了柱塞的防腐措施為整體鎳磷鍍處理后，精磨外徑，再噴焊Ni60鎳基粉末。為保證防腐效果，鎳磷鍍含磷量13%。為不影響螺紋配合，鍍層單邊厚度0.02mm。,（3）、閥副 在GB/T18607抽油泵及其組件規(guī)范規(guī)定中，閥副材料分為不銹鋼、鈷合金、和硬質合金。綜合

5、對比表明，硬質合金的防腐性能和抗沖擊性能好，故選硬質合金作為閥副材料。考慮到閥球與閥座的形狀和受力狀況，將閥球材料定為YG8，硬度HRA88-89，閥座材料定為YG11,硬度HRA85-86。 對于腐蝕嚴重、要求閥副沖擊韌性高的工況，推薦使用司太利合金材料。,（4）、閥罩 抽油泵的閥罩在工作中承受交變載荷，且受到井液和閥球的沖擊，尤其是在含砂井中，容易發(fā)生沖刷磨蝕、應力腐蝕和氫脆，所以對材料性能要求較高，既要求有較高的機械性能，還要避免在受力狀態(tài)下的開裂問題。根據(jù)SY/T0599中對于潮濕H2S環(huán)境下的材料選擇原則，推薦使用3Cr17Ni7Mo2N（UNS S31800），這是一種C-N強化的

6、奧氏體不銹鋼。一般說來，含鉬的奧氏體不銹鋼在有機酸和某些還原性酸中有更好的耐蝕性；而鉻能提高鋼耐CO2、H2S的腐蝕能力；鎳能提高鋼對酸、堿的腐蝕能力，同時還能提高鋼耐腐蝕疲勞的性能。 3Cr17Ni7Mo2N不僅具有良好的抗硫化氫腐蝕能力，機械強度也較高，適用于含硫油井的金屬材料。,3Cr17Ni7Mo2N經(jīng)固溶處理，硬度HRC22，其機械性能如下： 常規(guī)閥罩使用的材料為45鋼調質處理，機械性能如下：,（5）、卡套 卡套是桿式泵上的彈性零件，用于座封整個抽油泵，不僅要求材質有較高的強度，還要有良好的彈性。常用的桿式泵卡套材料為60Si2Mn淬火處理，硬度HRC4046。但腐蝕油井中由于H2S

7、、CO2、O2及鹽類的存在，必須選擇能夠防腐蝕的材料或表面處理方法。在酸腐蝕條件下彈簧材料一般選用耐酸不銹鋼。如：奧氏體型1Cr18Ni9和1Cr18Ni9Ti；馬氏體型3Cr13和4Cr13；沉淀硬化型0Cr17Ni7Al和0Cr15Ni7Mo2Al。1Cr18Ni9和1Cr18Ni9Ti抗腐蝕能力較好，但熱穩(wěn)定性差，且只能制成簧絲，不能制作卡套。,馬氏體型3Cr13和4Cr13的強度、硬度淬透性和熱強性都較高。它的抗腐蝕能力不如奧氏體型不銹鋼，但在弱腐蝕介質中，有較好的抗腐蝕性能，同時有較好的熱穩(wěn)定性。這類材料一般用于制作機械性能要求較高、抗腐蝕性能要求較低、工作溫度300以下的彈簧。我們

8、曾經(jīng)用3Cr13制作成卡套，但其彈性較差，并且在做側壓13kN試驗時，脆性太高，卡套壓碎。顯然3Cr13不能滿足桿式泵的使用要求。 沉淀硬化型0Cr17Ni7Al和0Cr15Ni7Mo2Al有很高的強度和較好的韌性。這類鋼加工性能好，可以冷成型，抗腐蝕性能亦較好。但由于價格較高，只用于有特殊要求，高性能的不銹彈簧。,確定卡套材料仍然使用60Si2Mn ，但必須進行表面處理，從而提高防腐能力。一般情況下，表面防腐的方式主要有三種，一是表面鍍層防腐，如：鍍鉻、鍍鎳、鍍銅、鎳磷鍍等；二是表面涂層；三是表面基體處理防腐，如：發(fā)藍、碳氮共滲、氮化等。這三種方法都是在表面形成保護層，達到防腐的目的。具體優(yōu)

9、缺點如下：,通過比較氮化工藝更加適合卡套的使用工況，故選擇60Si2Mn表面氮化的技術方案，即采用法國舍舍夫（SURSRLF）技術，對卡套表面進行鹽浴氮化處理，表面形成雙層氮化組織，下面是氮化鐵層（厚度810m），表面是泡沫層（厚度68m）；再采用法國阿可（ARCOR）技術，對卡套表面進行鹽浴氮化處理，表面泡沫層氧化形成保護膜。經(jīng)過上述兩道工序，卡套表面引入了很高的殘余壓應力，提高了抗疲勞強度，同時經(jīng)過阿可技術氧化處理后，可以消除鍍層工藝遇到的“氫脆”問題。然后再經(jīng)過時效處理、克拉克油浸泡等工藝，降低脆性，提高韌性，增強表面的防腐能力。 通過上述處理過程，可在機械性能不下降的同時，使卡套具備較好的防腐能力，滿足腐蝕油井的工況要求。,（6）、其它組件 其它組件由于對機械性能要求不高，采用2Cr13不銹鋼，它是一種馬氏體型不銹鋼，抗腐蝕性和耐磨損性能良好。為防止氫應力開裂，調質處理，硬度HB190220。,三、室內試驗,1、試驗環(huán)境及設備 （1）、配制5%的NaCl溶液，加入74.2g的Na2CO3，并用乙酸調節(jié)PH值至4