三元复合驱采油螺杆泵螺杆抗结垢、抗磨损、抗静电复合涂层研究

发布时间：2018-01-10 16:06

  本文关键词：三元复合驱采油螺杆泵螺杆抗结垢、抗磨损、抗静电复合涂层研究　出处：《西南石油大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：本文针对镀铬层螺杆泵螺杆在三元复合驱采油工程中存在的螺杆泵启动扭矩大、能耗高、螺杆易结垢,抗磨损性能差,检泵周期短等问题,根据固体表面与污垢沉积之间的关系和螺杆泵螺杆表面与定子橡胶之间的摩擦易于产生静电的特点,设计了以抗结垢、抗磨损性能良好和表面能低的AT13 (Al2O3+13%TiO2)陶瓷涂层为基体,掺杂减摩辅料MoS2,抗静电纳米辅料ATO(氧化锡锑—Sb掺杂SnO2)以及复合掺杂减摩辅料MoS2和抗静电辅料ATO的复合涂层,通过等离子喷涂制备出抗结垢、耐磨损、抗静电的复合陶瓷涂层。其中包括陶瓷涂层成分设计、热喷涂工艺技术研究以及螺杆泵螺杆与橡胶定子摩擦副的抗结垢、抗静电、减摩抗磨性能测试研究,并进行了现场试验。通过现代物理化学和仪器分析手段,分别对AT13+MoS2、AT13+ATO、AT 13+ MoS2+ATO三类抗结垢、减摩、抗静电复合涂层进行了性能测试,其中包括：涂层的显微硬度、结合强度、抗热震性能以及涂层密度、涂层的孔隙率测试等；采用SEM/DES/XRD等仪器对涂层进行组织结构分析,结果表明：随着MoS2含量的增加,复合涂层的孔隙率增大,密度和结合强度逐渐降低；随着纳米ATO的加入,由于纳米效应导致涂层的密度、孔隙率、与基体结合强度和抗热震性能与AT13相近；而MoS2与纳米ATO的复合加入,导致的涂层性质改变是由于MoS2和ATO综合的作用的结果。通过对上述涂层进行的抗结垢、抗腐蚀、抗磨损和抗静电性能试验,分析了MoS2和ATO对涂层减摩机理和抗静电机理,对于减摩,主要是由于掺杂MoS2降低了涂层的摩擦系数；对于抗静电,ATO的加入极大地改善了涂层的导电性能。结合组织结构和性能分析,筛选出性能优越的减摩涂层：AT13+6wt% MoS2,抗静电涂层：AT13+ 10wt% ATO和减摩抗静电复合涂层：AT13+ 6wt%MoS2+10wt% ATO。在环境条件相同的情况下,降低结垢表面的表面能,增大表面粗糙度的等级可以降低污垢的生成量,最终达到抗垢的目的；通过在材料表面制备具有较低表面能的掺杂MoS2和纳米ATO等离子喷涂复合陶瓷涂层的方式来降低固体材料表面能。由于MoS2的主导作用和纳米ATO辅助作用,AT13+ 6wt%MoS2+10wt% ATO复合涂层抗磨损综合性能最优。对上述三种涂层在自行设计的螺杆热喷涂仿形机床上进行了螺杆的等离子喷涂试验,经过等离子喷涂后的螺杆经金刚石砂带打磨后表面的粗糙度等级为Ra=0.25μm以上,在配泵后的室内水力特性检测试验中,取得了良好的效果。尤其是带有AT13+6wt%MoS2 +10wt% ATO的复合涂层的螺杆在实际工程中达到了启动扭矩小、检泵周期长的节能增效的效果,为螺杆能在复杂的三元复合驱环境中提高功效找出了一条新路。在油田矿场应用过程中,复合涂层螺杆泵表现出优良的抗结垢、抗磨损性能,较好解决了常规螺杆的结垢和磨损问题。同时通过小过盈、高硬胶配泵等配套技术能够有效降低螺杆泵运转扭矩,有效增强了螺杆泵举升适应性、延长了检泵周期。
[Abstract]:The properties of anti - scaling , anti - wear and anti - static composite coatings were studied by means of SEM / DES / XRD . This paper analyzes the anti - friction mechanism and anti - static mechanism of the coatings . The results show that the surface energy of the coating can be reduced due to the effect of reducing the surface energy of the coating : AT13 + 6wt % , anti - static coating : AT13 + 6wt % ATO and anti - friction antistatic composite coating .

【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE934;TG174.4

【参考文献】

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本文编号：1405891