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螺杆泵设计数字化技术应用同螺杆泵井腐蚀磨损分析
其一、数字化技术在螺杆泵设计中的应用
制造业是一个国家的支柱产业，制造业的发展水平直接反映出国家经济和科技的发展水平。以信息技术为主导的现代科学技术的迅速发展，推动了全球经济的高速增长也推动了制造业和数字化设计技术的快速发展。
1、潜油螺杆泵的发展概况
螺杆泵的全称为ProgressingCavityPump，常称PC泵，是20世纪30年代由法国工程师雷涅。摩伊诺(ReneMoineau)发明的，此后受到各国研究人员的关注。1931年瑞典IMO公司发明三螺杆泵；1943年，德国鲍曼(Bornemann)公司开发了外置轴承的双螺杆泵，并于1944年开始批量生产；1959年以来，德国费里茨。基伯格对单螺杆泵作了重大改进，设计和制造了德国第一台新型单螺杆泵；近二十年来，国内外学者对螺杆泵进行了大量研究，取得了一些进展。螺杆泵因其离心泵液流平稳、容积泵效率高的优势，被广泛地应用于化工、食品、纺织、造纸及污水处理等领域。
从上世纪50年代中期开始，前苏联开始研制石油开采用井下单螺杆泵，并于1973年形成地面驱动螺杆泵采油系统的批量生产，在高粘度稠油(5000mPa·s)、大油气比油(700m³/t)和含砂油(≥2.5%v/v)开采作业中表现出较好的性能和效益。
潜油螺杆泵采油系统是一种井下电机拖动的无杆采油设备，该系统自下而上由潜油电机、减速器、保护器、联轴体和螺杆泵等组成，系统利用动力电缆将电力传送至潜油电机，通过减速器减速和联轴体进行运动形式的转换后，带动螺杆泵转子在低速下做往复直线运动；井液经过螺杆泵增压后，通过油管被举升到地面。潜油螺杆泵因具有较高的系统效率而日益受到重视。据美国相关专业人士预言，电动潜油螺杆泵将在中浅井、深井和低产油田中普遍采用，以代替常规的抽油机，成为主要的机械采油设备。由于我国对螺杆泵的研制起步较晚，因而采油工艺中螺杆泵的应用仍处于初始阶段。但近几年来随着国外技术的不断引进，许多油田和企业正致力于潜油螺杆泵方面的研究并已开始现场试验和应用。
2、数字化设计内涵及应用
数字化设计是一种以计算机技术为基础的系统化、集成化的现代设计技术，以实现产品设计为目标，以计算机软硬件技术为基础，以数字化信息为辅助手段，是支持产品建模、分析、修改、优化以及生成设计文档的相关技术的有机集合。数字化设计集成了现代设计制造过程中的多项先进技术，包括三维建模、装配分析、优化设计、系统集成、产品信息管理、虚拟设计与制造、多媒体和网络通讯等，是一项多学科的综合技术。数字化设计的内涵是支持企业产品的开发全过程、创新设计、相关数据管理和开发流程的控制与优化等。归纳起来：“产品建模是基础，优化设计是主体，数控技术是工具，数据管理是核心”。
数字化设计技术的应用可以大大提高企业的产品开发能力、缩短产品研制周期、降低开发成本，使企业能在最短时间内组织全球范围的设计制造资源开发出新产品，大大提高企业的市场响应和竞争能力。
其二、螺杆泵井腐蚀磨损分析
1、腐蚀磨损的内容
腐蚀磨损失效是指在摩擦过程中，杆管与周围介质发生了化学或电化学作用，这种作用加剧了材料的磨损。其特征是化学腐蚀和机械磨损同时存在并互相促进。机械磨损可以除去杆管表面的可缓腐蚀产物，把新的金属暴露在介质中，从而促进了磨损面的腐蚀。
2、腐蚀磨损的原因
腐蚀磨损是螺杆泵采油系统中杆管磨损的另外一种磨损形式，这种形式主要体现在油田的开发后期。随着我国东部油田的不断深入开发，混合液中的含水量大大地增加，直到现在含水达到90%以上，含水量的增加也带来了其他介质的物性变化，下面列举目前已经存在的一些腐蚀磨损。
(1)综合含水的影响
随着含水的不断增加，油井产出液的化学性质也在发生变化。当含水比例达到一定程度后，油井产出液由油包水转换为水包油，在此产出液中工作的抽油杆、油管的外壁就失去了油液的保护作用，摩擦的润滑剂由原油变为产出水，产出水直接接触金属，产生化学腐蚀。另外，由于杆管本身原来就存在磨损的情况，又失去原油的润滑作用，使得油管内壁和抽油杆磨损速度加快，磨损严重。
(2)腐蚀介质的影响
随着我国东部油田的多年开发，在含水量大量增加的同时，时也出现了其他化学物质含量过高的特点，即矿化度、Cl-、H多等含量过高。产出液中这些化学物质的大量增加，导致了抽油杆和油管等金属物质发生化学腐蚀的速度大大增加，最终导致了抽油杆以及油管的腐蚀失效。腐蚀和偏磨可以互相促进，当杆管磨损以后，就加快了腐蚀的速度，而杆管被腐蚀后，其强度降低，磨损的速度也会加快固。
(3)缝隙腐蚀和冲蚀明显
由于产出液含水较高及产出液的强腐蚀性，使杆管螺纹联接处产生缝隙腐蚀；另外，由于产出液对油管公螺纹外缘的冲刷作用，再加上产出液的强腐蚀性，发生冲蚀，易使油管公螺纹老化。油管螺纹联接处处在偏磨腐蚀、缝隙腐蚀和冲蚀的综合作用下，易使该处产生油管断脱、刺漏。
(4)管、杆等的材料耐腐蚀性能较差
由于油井的产出液具有强腐蚀性，而所用的油管耐腐蚀性能达不到要求，油管表层涂料的强度和耐腐蚀性较差，再加上已经存在的偏磨，因此，油管腐蚀、磨损严重，甚至穿孔和磨蚀成裂缝。腐蚀疲劳的特点：在介质作用下，材料疲劳强度显著降低。
3、腐蚀磨损的形式
腐蚀磨损主要有以下几种形式：
(1)间隙腐蚀
抽油杆与油管之间的有缝隙的地方都会发生缝隙腐蚀。缝隙腐蚀是由于缝隙内外的宏观电池造成的。杆管在有氧的产出液中会发生有氧腐蚀，即铁的阳极溶解反应和阴极氧化还原反应。
缝隙中的氧很快就消耗掉了，由于氧的扩散很难，因此在缝隙中的氧化还原反应停止，而缝隙外的反应仍在进行，缝隙内的阳极溶解出的电子移到缝隙外被氧消耗，这样就形成了缝隙内外相连表面间的宏观电池。从而导致缝隙内金属离子过剩，而缝隙外过剩阴离子如Cl-就不断向缝隙内移动，造成氯化铁浓度增加而在缝隙中水解。这样缝隙内的pH值就会达到很低，2~3。所以缝隙里就有了很高的腐蚀速度。缝隙腐蚀产生的蚀坑会造成密封不良，便将导致疲劳寿命下降。
(2)点蚀
杆、管经酸洗或机械除锈后，经常能发现表面有大量的蚀坑。点蚀的主要起源是钢材表面的缺陷如位错、晶界、疏松、夹杂物等。在点蚀的起始阶段，由于产出液中的H+以及阳极溶解的金属离子水解的H+使得蚀孔中的pH值降低，加快了金属的溶解。蚀孔上覆盖有腐蚀产物使蚀孔内金属离子浓度增加，为了达到电荷平衡，阴离子如Cl-就会向孔内聚集。与缝隙腐蚀相似的发生水解，降低pH值从而加快了腐蚀。按环境分，杆管腐蚀可分为硫化氢腐蚀、二氧化碳腐蚀、溶解氧腐蚀等。
(3)硫酸盐还原菌等细菌腐蚀
许多油井发生硫酸盐还原菌腐蚀是由于水淹和注水的缘故。硫酸盐还原菌是厌氧微生物，它不是直接地腐蚀金属，而是在还原水中的硫酸盐时产生硫化氢，引起硫化氢腐蚀，其产物是黑色的硫化铁，其中有大量的硫酸盐还原菌。
河北来福工业泵制造有限公司（http://www.cnlfpump.com）主要产品有不锈钢沥青泵，保温齿轮油泵，沥青转子泵，高粘度螺杆泵等，产品规格齐全，性能可靠，质优价廉，赢得了广大客户的信赖。产品行销全国各地，广泛应用于石油、化工、船舶、电力、粮油、食品、医药、建材、冶金等行业。
其一、数字化技术在螺杆泵设计中的应用
制造业是一个国家的支柱产业，制造业的发展水平直接反映出国家经济和科技的发展水平。以信息技术为主导的现代科学技术的迅速发展，推动了全球经济的高速增长也推动了制造业和数字化设计技术的快速发展。
1、潜油螺杆泵的发展概况
螺杆泵的全称为ProgressingCavityPump，常称PC泵，是20世纪30年代由法国工程师雷涅。摩伊诺(ReneMoineau)发明的，此后受到各国研究人员的关注。1931年瑞典IMO公司发明三螺杆泵；1943年，德国鲍曼(Bornemann)公司开发了外置轴承的双螺杆泵，并于1944年开始批量生产；1959年以来，德国费里茨。基伯格对单螺杆泵作了重大改进，设计和制造了德国第一台新型单螺杆泵；近二十年来，国内外学者对螺杆泵进行了大量研究，取得了一些进展。螺杆泵因其离心泵液流平稳、容积泵效率高的优势，被广泛地应用于化工、食品、纺织、造纸及污水处理等领域。
从上世纪50年代中期开始，前苏联开始研制石油开采用井下单螺杆泵，并于1973年形成地面驱动螺杆泵采油系统的批量生产，在高粘度稠油(5000mPa·s)、大油气比油(700m³/t)和含砂油(≥2.5%v/v)开采作业中表现出较好的性能和效益。
潜油螺杆泵采油系统是一种井下电机拖动的无杆采油设备，该系统自下而上由潜油电机、减速器、保护器、联轴体和螺杆泵等组成，系统利用动力电缆将电力传送至潜油电机，通过减速器减速和联轴体进行运动形式的转换后，带动螺杆泵转子在低速下做往复直线运动；井液经过螺杆泵增压后，通过油管被举升到地面。潜油螺杆泵因具有较高的系统效率而日益受到重视。据美国相关专业人士预言，电动潜油螺杆泵将在中浅井、深井和低产油田中普遍采用，以代替常规的抽油机，成为主要的机械采油设备。由于我国对螺杆泵的研制起步较晚，因而采油工艺中螺杆泵的应用仍处于初始阶段。但近几年来随着国外技术的不断引进，许多油田和企业正致力于潜油螺杆泵方面的研究并已开始现场试验和应用。
2、数字化设计内涵及应用
数字化设计是一种以计算机技术为基础的系统化、集成化的现代设计技术，以实现产品设计为目标，以计算机软硬件技术为基础，以数字化信息为辅助手段，是支持产品建模、分析、修改、优化以及生成设计文档的相关技术的有机集合。数字化设计集成了现代设计制造过程中的多项先进技术，包括三维建模、装配分析、优化设计、系统集成、产品信息管理、虚拟设计与制造、多媒体和网络通讯等，是一项多学科的综合技术。数字化设计的内涵是支持企业产品的开发全过程、创新设计、相关数据管理和开发流程的控制与优化等。归纳起来：“产品建模是基础，优化设计是主体，数控技术是工具，数据管理是核心”。
数字化设计技术的应用可以大大提高企业的产品开发能力、缩短产品研制周期、降低开发成本，使企业能在最短时间内组织全球范围的设计制造资源开发出新产品，大大提高企业的市场响应和竞争能力。
其二、螺杆泵井腐蚀磨损分析1、腐蚀磨损的内容
腐蚀磨损失效是指在摩擦过程中，杆管与周围介质发生了化学或电化学作用，这种作用加剧了材料的磨损。其特征是化学腐蚀和机械磨损同时存在并互相促进。机械磨损可以除去杆管表面的可缓腐蚀产物，把新的金属暴露在介质中，从而促进了磨损面的腐蚀。
2、腐蚀磨损的原因
腐蚀磨损是螺杆泵采油系统中杆管磨损的另外一种磨损形式，这种形式主要体现在油田的开发后期。随着我国东部油田的不断深入开发，混合液中的含水量大大地增加，直到现在含水达到90%以上，含水量的增加也带来了其他介质的物性变化，下面列举目前已经存在的一些腐蚀磨损。
(1)综合含水的影响
随着含水的不断增加，油井产出液的化学性质也在发生变化。当含水比例达到一定程度后，油井产出液由油包水转换为水包油，在此产出液中工作的抽油杆、油管的外壁就失去了油液的保护作用，摩擦的润滑剂由原油变为产出水，产出水直接接触金属，产生化学腐蚀。另外，由于杆管本身原来就存在磨损的情况，又失去原油的润滑作用，使得油管内壁和抽油杆磨损速度加快，磨损严重。
(2)腐蚀介质的影响
随着我国东部油田的多年开发，在含水量大量增加的同时，时也出现了其他化学物质含量过高的特点，即矿化度、Cl-、H多等含量过高。产出液中这些化学物质的大量增加，导致了抽油杆和油管等金属物质发生化学腐蚀的速度大大增加，最终导致了抽油杆以及油管的腐蚀失效。腐蚀和偏磨可以互相促进，当杆管磨损以后，就加快了腐蚀的速度，而杆管被腐蚀后，其强度降低，磨损的速度也会加快固。
(3)缝隙腐蚀和冲蚀明显
由于产出液含水较高及产出液的强腐蚀性，使杆管螺纹联接处产生缝隙腐蚀；另外，由于产出液对油管公螺纹外缘的冲刷作用，再加上产出液的强腐蚀性，发生冲蚀，易使油管公螺纹老化。油管螺纹联接处处在偏磨腐蚀、缝隙腐蚀和冲蚀的综合作用下，易使该处产生油管断脱、刺漏。
(4)管、杆等的材料耐腐蚀性能较差
由于油井的产出液具有强腐蚀性，而所用的油管耐腐蚀性能达不到要求，油管表层涂料的强度和耐腐蚀性较差，再加上已经存在的偏磨，因此，油管腐蚀、磨损严重，甚至穿孔和磨蚀成裂缝。腐蚀疲劳的特点：在介质作用下，材料疲劳强度显著降低。
3、腐蚀磨损的形式
腐蚀磨损主要有以下几种形式：
(1)间隙腐蚀
抽油杆与油管之间的有缝隙的地方都会发生缝隙腐蚀。缝隙腐蚀是由于缝隙内外的宏观电池造成的。杆管在有氧的产出液中会发生有氧腐蚀，即铁的阳极溶解反应和阴极氧化还原反应。
缝隙中的氧很快就消耗掉了，由于氧的扩散很难，因此在缝隙中的氧化还原反应停止，而缝隙外的反应仍在进行，缝隙内的阳极溶解出的电子移到缝隙外被氧消耗，这样就形成了缝隙内外相连表面间的宏观电池。从而导致缝隙内金属离子过剩，而缝隙外过剩阴离子如Cl-就不断向缝隙内移动，造成氯化铁浓度增加而在缝隙中水解。这样缝隙内的pH值就会达到很低，2~3。所以缝隙里就有了很高的腐蚀速度。缝隙腐蚀产生的蚀坑会造成密封不良，便将导致疲劳寿命下降。
(2)点蚀
杆、管经酸洗或机械除锈后，经常能发现表面有大量的蚀坑。点蚀的主要起源是钢材表面的缺陷如位错、晶界、疏松、夹杂物等。在点蚀的起始阶段，由于产出液中的H+以及阳极溶解的金属离子水解的H+使得蚀孔中的pH值降低，加快了金属的溶解。蚀孔上覆盖有腐蚀产物使蚀孔内金属离子浓度增加，为了达到电荷平衡，阴离子如Cl-就会向孔内聚集。与缝隙腐蚀相似的发生水解，降低pH值从而加快了腐蚀。按环境分，杆管腐蚀可分为硫化氢腐蚀、二氧化碳腐蚀、溶解氧腐蚀等。
(3)硫酸盐还原菌等细菌腐蚀
许多油井发生硫酸盐还原菌腐蚀是由于水淹和注水的缘故。硫酸盐还原菌是厌氧微生物，它不是直接地腐蚀金属，而是在还原水中的硫酸盐时产生硫化氢，引起硫化氢腐蚀，其产物是黑色的硫化铁，其中有大量的硫酸盐还原菌。
河北来福工业泵制造有限公司（http://www.cnlfpump.com）主要产品有不锈钢沥青泵，保温齿轮油泵，沥青转子泵，高粘度螺杆泵等，产品规格齐全，性能可靠，质优价廉，赢得了广大客户的信赖。产品行销全国各地，广泛应用于石油、化工、船舶、电力、粮油、食品、医药、建材、冶金等行业。
