一种防砂抽油泵及其制造方法与流程

1.本发明属于泵唧装置技术领域，具体涉及一种用于油田的防砂抽油泵及其制造方法。


背景技术：

2.在现有技术中，用于油田的抽油泵装置一般都是在泵筒的两端分别设置上接箍和下接箍，泵筒内腔从上至下依次设置有出油接头、上游动凡尔机构、柱塞和下游动凡尔机构，下接箍的一端固定在泵筒的下端，下接箍的另一端设置有固定凡尔机构。抽油泵的工作位置浸入油井的油液区，抽油泵的泵体总成与地面上的输油管线中间采用中空油管连接，抽油泵的柱塞总成与地面上的抽油机(俗称磕头机)中间采用抽油杆连接。地面抽油机通过连续往复的仰头和低头运动，带动柱塞总成在泵筒内上下移动及各凡尔机构作相应启闭，从而将地下油液抽吸到地面上来。
3.抽油泵在抽油的过程中，不可避免地有时会有油液中的砂粒同时进入泵筒，造成泵筒及柱塞拉伤，甚至柱塞卡死。长期以来抽油泵如何防砂一直是困扰着人们的一个技术难题。现有技术的一个办法就是在柱塞上设置密闭防砂槽，来储存进入到泵筒与柱塞间隙内的砂粒，但是长时间的沉积防砂槽就会填满，柱塞仍会卡死。为此，zl201620782409.8中国专利提出，在泵筒内壁也设置用于防砂的螺旋槽，当柱塞上、下运动到泵筒螺旋防砂槽部分时，通过泵自身漏失液的冲刷，来清理柱塞密闭防砂槽内储存的砂粒。虽然此种方案确实在一定程度上提高了抽油泵的防砂功能，但是由于泵筒壁厚本来就非常薄，一般只有6.0-6.5mm，采用机械加工成螺旋槽后，加工过的部位壁厚进一步减小，严重影响泵筒整体强度。在光滑的泵筒内壁上加工的螺旋槽，容易产生应力集中，尤其是沟槽边缘棱角处。泵筒长度较大，一般在6-9m之间，螺旋槽部位距离泵筒端部深度大，加工难度较高，对工装和刀具的磨损快，并且很难保证螺旋槽各个部位尺寸精度。螺旋槽是分段封闭结构，在使用过程中，一开始确实能起到储存砂粒的作用，但长时间工作后，由于油液中的粘稠油蜡等介质，使沟槽内的砂粒越来越多，最终不但失去了储存杂质的功能，甚至仍会引起卡滞柱塞的危害。
4.另外，在现有技术中，普遍采用电化学镀铬工艺对泵筒这类细长金属管件内表面硬化处理。这种处理方法其电镀废液、废气对环境污染严重；设备投资大，占地面积广，耗电量大，耗费能源；生产效率低，周期长，工艺复杂严苛，残次品率高；镀铬层与母材为化学键结合，结合强度低，容易起皮脱落，尤其在工作中，若出现镀层脱落极易造成卡泵。
5.也有极少数用渗碳或碳氮共渗工艺进行处理的。特别是对于设置螺旋防砂槽的这种内壁沟槽结构的泵筒只能是先机械加工，后进行表面硬化处理，但由于是沟槽结构，导致内表面强化处理工艺受限，只能采用渗碳或碳氮共渗。然而此强化工艺除渗硬层厚度薄(小于0.15mm)，硬度低(小于hrc58)等本身的缺点外，沟槽边缘的棱角也极易产生应力裂纹和硬度分布不均匀等问题。另外，这种处理方法其废气对环境污染仍很严重；也存在设备投资大，占地面积广，耗电量大，耗费能源等问题；生产效率低，周期长，工艺复杂严苛。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是克服上述现有技术之不足，提供一种防砂抽油泵及其制造方法。
7.本发明的目的是这样实现的：一种防砂抽油泵，包括泵筒(6)，在泵筒(6)的两端分别设置上接箍(1)和下接箍(7)，泵筒(6)内腔从上至下依次设置有出油接头(2)、上游动凡尔机构(3)、具有防砂槽的柱塞(4)和下游动凡尔机构(5)，下接箍(7)的一端固定在泵筒(6)的下端，下接箍(7)的另一端设置有固定凡尔机构(8)，其特征在于泵筒(6)内腔的光滑表面由两条不同硬度的螺旋带(9)、(10)构成。
8.进一步地，所述两条螺旋带(9)、(10)与母材同为一体，其中：硬度较高的螺旋带(9)，其硬度高于母材，硬度较低的螺旋带(10)，其硬度与母材相同。
9.进一步地，所述硬度较高的螺旋带(9)，其宽度1.5-3.0mm，硬度较低的螺旋带(10)，其宽度为3-6mm。
10.进一步地，所述硬度较高的螺旋带(9)，其硬度为58-65hrc，层深为0.25-0.4mm，硬度较低的螺旋带(10)及母材，其硬度为210-240hb。
11.一种所述防砂抽油泵的制造方法，其特征在于：
12.(1)采用45号钢热轧成型泵筒(6)；
13.(2)珩磨泵筒(6)内表面；
14.(3)对泵筒(6)内表面进行等离子弧淬火，等离子弧在泵筒(6)内表面按一定螺距螺旋运行；
15.(4)再次珩磨泵筒(6)内表面；
16.(5)等离子弧处理过的表面形成硬度较高的螺旋带(9)，未处理过的表面形成硬度较低的螺旋带(10)。
17.本发明的技术方案，利用等离子弧淬火的特点，在泵筒内壁表面形成两条不同硬度的螺旋带结构，但肉眼不可见，泵筒内壁表面仍然呈光滑平整状态，不存在机械加工棱角，没有产生应力集中的问题，提高了泵筒整体刚性强度；在抽油工作过程中，硬度较高的螺旋带成为泵筒坚硬的骨架，而硬度较低的螺旋带又成为骨架间隙处的“油池”，改善了泵筒的工作环境，提高了泵筒的耐磨性；由于两个螺旋带的硬度不同且没有沟槽，在柱塞的往复运动作用下，能够将柱塞和泵筒内表面之间形成的粘稠油蜡和砂粒的积累物及时切碎带入井下，从而很好地避免了拉伤和卡死。
18.本发明的技术方案在泵筒的生产过程中没有任何废液、废气排放，真正做到零污染；等离子发生器设备体积小，造价低，性能稳定，耗电量低，维护和使用成本极低，可实现自动化生产，提高生产效率，对金属表面进行非接触式加热，没有机械应力作用，由于加热冷却速度快，热应力也小，因此，淬硬处理后工件无变形、无氧化，没有残次品。与电镀处理工艺相比，淬火硬度层既为母材本身，完全杜绝了由于硬度层结合不牢固引起的起皮、气泡、脱落的问题。与渗碳或碳氮共渗工艺相比，增加了硬化层的深度，同时提高硬度，有效延长了泵筒的使用寿命。
附图说明
19.图1为本发明实施例的防砂抽油泵原理示意图。
20.图2为图1中泵筒(6)的原理示意图。
21.图中标记：1-上接箍，2-出油接头，3-上游动凡尔机构，4-具有防砂槽的柱塞，5-下游动凡尔机构，6-泵筒，7-下接箍，8-固定凡尔机构，9-硬度较高的螺旋带，10-硬度较低的螺旋带。
具体实施方式
22.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.参看图1，本发明实施例的防砂抽油泵，包括泵筒(6)，在泵筒(6)的两端分别设置上接箍(1)和下接箍(7)，泵筒(6)内腔从上至下依次设置有出油接头(2)、上游动凡尔机构(3)、具有防砂槽的柱塞(4)和下游动凡尔机构(5)，下接箍(7)的一端固定在泵筒(6)的下端，下接箍(7)的另一端设置有固定凡尔机构(8)，泵筒(6)内腔的光滑表面由两条不同硬度的螺旋带(9)、(10)构成。所述两条螺旋带与母材同为一体，其中：硬度较高的螺旋带(9)，其宽度1.5-3.0mm，硬度高于母材，为58-65hrc，层深为0.25-0.4mm；硬度较低的螺旋带(10)，其宽度为3-6mm，硬度与母材相同，为210-240hb。
24.本发明实施例防砂抽油泵的制造方法，先是采用45号钢热轧成型泵筒(6)；然后用珩磨机加工泵筒(6)内表面；珩磨后，对泵筒(6)内表面进行等离子弧淬火，要控制等离子设备的喷嘴，使等离子弧在泵筒(6)内表面按一定螺距螺旋运行；等离子弧淬火后，再次珩磨加工泵筒(6)内表面；等离子弧处理过的表面形成硬度较高的螺旋带(9)，未处理过的表面形成硬度较低的螺旋带(10)。

技术特征：
1.一种防砂抽油泵，包括泵筒(6)，在泵筒(6)的两端分别设置上接箍(1)和下接箍(7)，泵筒(6)内腔从上至下依次设置有出油接头(2)、上游动凡尔机构(3)、具有防砂槽的柱塞(4)和下游动凡尔机构(5)，下接箍(7)的一端固定在泵筒(6)的下端，下接箍(7)的另一端设置有固定凡尔机构(8)，其特征在于泵筒(6)内腔的光滑表面由两条不同硬度的螺旋带(9)、(10)构成。2.根据权利要求1所述的防砂抽油泵，其特征在于所述两条螺旋带(9)、(10)与母材同为一体，其中：硬度较高的螺旋带(9)，其硬度高于母材，硬度较低的螺旋带(10)，其硬度与母材相同。3.根据权利要求1所述的防砂抽油泵，其特征在于所述硬度较高的螺旋带(9)，其宽度1.5-3.0mm，硬度较低的螺旋带(10)，其宽度为3-6mm。4.根据权利要求1所述的防砂抽油泵，其特征在于所述硬度较高的螺旋带(9)，其硬度为58-65hrc，层深为0.25-0.4mm，硬度较低的螺旋带(10)及母材，其硬度为210-240hb。5.一种权利要求1所述防砂抽油泵的制造方法，其特征在于：(1)采用45号钢热轧成型泵筒(6)；(2)珩磨泵筒(6)内表面；(3)对泵筒(6)内表面进行等离子弧淬火，等离子弧在泵筒(6)内表面按一定螺距螺旋运行；(4)再次珩磨泵筒(6)内表面；(5)等离子弧处理过的表面形成硬度较高的螺旋带(9)，未处理过的表面形成硬度较低的螺旋带(10)。

技术总结
本发明公开了一种防砂抽油泵，包括泵筒(6)，在泵筒(6)的两端分别设置上接箍(1)和下接箍(7)，泵筒(6)内腔从上至下依次设置有出油接头(2)、上游动凡尔机构(3)、具有防砂槽的柱塞(4)和下游动凡尔机构(5)，下接箍(7)的一端固定在泵筒(6)的下端，下接箍(7)的另一端设置有固定凡尔机构(8)，泵筒(6)内腔的光滑表面由两条不同硬度的螺旋带(9)、(10)构成。高硬度螺旋带成为泵筒坚硬的骨架，而低硬度螺旋带又成为骨架间隙处的“油池”，能够将柱塞和泵筒内表面之间形成的粘稠油蜡和砂粒的积累物及时切碎带入井下，从而很好地避免了拉伤和卡死。从而很好地避免了拉伤和卡死。从而很好地避免了拉伤和卡死。


技术研发人员：冯海 周仁智
受保护的技术使用者：大连市中铁海明机械厂
技术研发日：2022.12.19
技术公布日：2023/9/23