潜油电泵的砂蚀机理及抗砂蚀材料的选择.pdf

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1、机械工程师MECHANICALENGINEER孙元文(大庆油田力神泵业有限公司，黑龙江大庆163311)摘要：潜油电泵在生产过程中常会遇到油井出砂问题，造成机组损坏，影响生产。文中通过研究潜油电泵的砂蚀机理按照不同磨损方式提出两种抗砂蚀材料，减轻或消除潜油泵的磨损，延长工作寿命。关键词：潜油泵；砂蚀；磨损；材料中图分类号：TE933。3文献标志码：B文章编号：1002—2333(2016105-0168—020引言油井出砂是油井生产过程中经常遇到的问题，它直接影响油井的正常生产。在潜油电泵井的生产过程中要求井液的含砂量

2、不能超过0．5％t”，如果井液含砂量过高，潜油电泵在运行过程中，会使泵严重摩损，排量下降，电机负荷增大，严重时会引起卡泵，从而使机组寿命降低。1潜油电泵的砂蚀机理潜油电泵机组在含砂井中运转时所产生的磨损有两种，第一种是相对运动表面之间的摩擦磨损，第二种是含砂液体中砂粒对流道表面的冲蚀磨损。1)潜油电泵机在含砂井中的相对运动表面之间的磨损为三元磨粒磨损。三元磨粒磨损是由硬质物体或硬质颗粒的切削或刮擦作用引起的机械磨损。影响磨粒磨损的最重要的参数是硬度，磨损程度即磨损量主要取决于相对运动表面的硬度日。和磨粒硬度日a之间的关

3、系。当日√日a>0．8时为软磨粒磨损，磨损度低。当HJH。

4、在含砂井中，磨损区的磨损度按石英砂计算，HJH．=O．58<0．8为硬磨粒磨损，所以当井液中的砂粒(特别是石英砂)进入到潜油电泵机组的磨损区时，磨损度会迅速增加，磨损速率加快，从而使潜油电泵机组运转稳定性迅速下降。短时间内会使潜油电泵机组因磨损而损坏。我们对磨损区的材料做了深入的研究，选择原则是在抗砂蚀材料的冲击韧性适当的情况下，硬度要大于或接近于井液中硬度最高的石英砂的硬度，以减轻或消除机组的磨损。抗砂蚀材料的选择分为以下两种情况：2．J抗三元磨粒磨损的抗砂蚀材料的选择通过调研，首选了金属陶瓷硬质合金作为抗磨蚀材料I

5、a。这种合金的特点是：硬度高(可达69～81HRC)，热硬性好(可达900～1000。C)，耐磨性优良。广泛应用在各种行业上的耐磨零件。根据井液中砂粒的硬度我们选用了一种含钴量相对较高的金属陶瓷硬质合金材料，它的性能指标如表1所示：表1金属陶瓷硬质合金材料硬度抗弯强度抗压强度线膨胀冲击韧性比重／HRC／MPa系数，℃。(J·am‘2)／(g·cm4)72196035865．3x10。6413．9．14．2它的硬度接近于井液中最硬的石英砂硬度，硬度比较高、耐磨性较好、抗冲击能力强。将这种材料应用到潜油电泵中，可使潜油电泵

6、磨损区的磨损度降低，日。．埘。值约为l，大于0．8。使磨损区成为软磨粒磨损，大大地降低了．磨损区的磨损速率，确保了机组的运转稳定性。近几年的现场应用效果比较好，产生断裂和磨碎等现象很少。2．2抗冲蚀磨损材料的选择由于井液中石英砂的硬度高，潜油电泵流道表面硬度低，混合液体的流速很高，流体对流道表面撞击力大，使流道表面受到含砂液体的冲蚀磨损，所以必需提高配件流道表面的硬度。提高电泵机组流道表面的硬度的途径有两种：一种是通过选择高硬度的材料提高流道配件自身材料的硬度，使流道表面的硬度提高；另一种是通过对配件流道表面进行处理，

7、使流道表面硬度提高。第一种方法中，要使配件材料自身的硬度达到60HRC以上，使HJH．>O．8，有很多不利点。一是材料硬度要达到很高必需加入一些合金元素，使配件的成本提高很多。二是硬度达到一定程度，由于叶、导轮结构比较复杂，会给加工造成很大困难。第二种方法是对流道表面进行涂层处理，采用化学涂镀工艺对离心泵部件和内腔进行涂镀，涂料是硬质的镍合金与超硬的金刚砂组成，涂料的基料由90％的镍和平衡磷组成。金刚砂的含量在20％～30％之间，金刚砂的粒度在1～10仙m。采用这种涂镀材料和涂镀工艺解决了离168l2016年第5期网址

8、：www．jxgcs．com电邮：hrbengineer@163．com机械工程师MECHANICALENGINEER路素银，李曼，任瑞杰(保定天威保变电气股份有限公司，河北保定071051)摘要：抗震性能是变压器设计中的一个关键指标，而模态分析是一切振动分析的基础。文中在实体单元力学理论的基础上，利用有限元软件ANSYS协同仿真