影響螺桿泵定子質量環境因素分析

趙國江，趙國強，孫 雙

(1.大慶油田力神泵業有限公司，黑龍江 大慶 163311；2.大慶油田有限責任公司 第四采油廠，黑龍江 大慶 163511)①

·開發應用·

影響螺桿泵定子質量環境因素分析

趙國江1，趙國強2，孫 雙1

(1.大慶油田力神泵業有限公司，黑龍江 大慶 163311；2.大慶油田有限責任公司 第四采油廠，黑龍江 大慶 163511)①

針對螺桿泵定子制造的特點，按照其工藝過程，從溫度、濕度和清潔度等方面分析了環境因素對螺桿泵定子制造質量的影響。探討了管理及改進環境因素的方式，提出了提高螺桿泵定子質量的方法。可為螺桿泵的制造提供參考。

螺桿泵；定子；質量；環境因素

隨著螺桿泵人工舉升技術的不斷發展，螺桿泵已在稠油井開采、煤層氣井排水采氣、含砂井開采等領域得到廣泛應用，并且取得了較好的經濟效益。螺桿泵定子質量是影響螺桿泵經濟性的重要因素，因此螺桿泵制造商通常從人員、設備、原料及工藝等方面來提高定子質量，但忽視了環境因素對定子制造質量的影響，從而導致定子質量出現波動。本文針對螺桿泵定子的制造特點，從溫度、濕度和清潔度等方面深入分析環境因素對螺桿泵定子質量的影響，為提高定子質量提出具體方法。

螺桿泵定子制造工藝主要包括橡膠混煉、定子管加工、注膠及硫化等過程。

1 影響橡膠混煉質量的環境因素分析

橡膠混煉是指生膠經塑煉后按順序加入各種配合劑(如炭黑、硫黃、促進劑和其他填充劑)，經過翻煉達到均勻分散，然后出片冷卻、停放的全過程[1]。該過程是橡膠加工中的重要工序，對螺桿泵定子的質量影響很大。因此螺桿泵定子橡膠的混煉要求生膠及各種配合劑在混煉時質量完好，而這些膠料都是化工類產品，對貯存環境條件有明確的要求，螺桿泵定子丁腈橡膠膠料貯存環境的要求如表1。

從表1可以看出，各種膠料對陰涼、干燥、避光、通風、溫度和濕度等條件都有明確要求，尤其是溫度和濕度要求得非常具體，這就要求膠料必須貯存在可監控、可調整溫度和濕度的庫房內，確保膠料質量狀態持續完好，滿足橡膠混煉中“均勻分散”的基本要求。混煉橡膠質量不穩定，除了膠料自身質量不穩定以外，膠料貯存環境條件不滿足要求是一個重要而又容易忽視的原因。

表1 丁腈橡膠膠料貯存環境要求

2 影響定子管加工質量的環境因素分析

定子管加工包括下料、車螺紋、鉆孔、噴砂和噴膠等工藝過程。該工藝過程中，下料、車螺紋和鉆孔一般不受環境因素影響，而噴砂和噴膠對環境因素則比較敏感。噴砂的主要用途是涂裝前的表面清理[2]，它是利用壓縮空氣將鋼砂噴向油管內壁，沖刷其表面的鐵銹、氧化皮或者其他污染雜質，以確保油管內壁呈現金屬本色，滿足粗糙度和清潔度要求，為粘接劑噴涂奠定良好基礎。噴膠是利用壓縮空氣驅動氣動工具高速旋轉將粘接劑霧化后噴向金屬表面，形成厚度均勻的粘接層。

噴砂和噴膠過程都需要應用壓縮空氣，雖然空氣壓縮機一般與干燥、除油和除塵等過濾裝置配合使用，但是工廠環境、設備故障和長距離的空氣運輸管線都會導致壓縮空氣中含有水分和粉塵，甚至是含油，這必將污染粘接劑，導致粘接強度下降乃至粘接失效。這就要求壓縮空氣運輸管線盡量采用不銹鋼材質，同時在壓縮空氣運輸的最末端(使用最前端)增加小型空氣干燥、除油和除塵等過濾裝置，最大程度地降低壓縮空氣中水、油和粉塵的含量，為提高粘接強度奠定基礎。另外為了防止噴砂粉塵污染噴膠過程，噴膠過程與噴砂過程一定要有效隔離或距離較遠。

螺桿泵定子管材料通常采用J55或N80油管，如果貯存防護不當，材料生銹使噴砂車間空氣中的粉塵含量大幅增加，進而影響噴砂質量；鋼砂同樣會在貯存防護不當時生銹。因此應重視原料的貯存條件，減少銹蝕的發生。另外，油管螺紋處的絲扣油對后續噴膠有重大影響，當油管絲扣油污染嚴重時，需要二次清洗或者重新加工螺紋，避免絲扣油污染鋼砂、噴砂設備和油管內壁。

噴砂結束后，已經呈現金屬本色的油管內壁直接暴露在空氣中，從理論上講，噴砂結束后油管內壁就開始(氧化)生銹，尤其是當溫度和濕度較高時，生銹速度就會加快。因此噴砂結束后要盡快清洗并噴膠，只要粘接劑完全覆蓋了金屬表面，阻斷金屬表面與空氣直接接觸，阻止油管生銹，否則由于油管內壁二次生銹，將會導致粘接失效。實際生產過程中，如果廠房內溫度和濕度無法控制，且溫度在25 ℃以下，相對濕度≤80%，噴砂結束后30 min內噴膠，可以確保粘接質量，長時間的停留將導致粘接強度下降或粘接失效。尤其需要注意，一是不要將水與油管內壁直接接觸，否則即使在20 ℃時，油管也會在6～8 min生銹；二是當相對濕度>85%，待涂工件表面容易產生凝露[3]，這對粘接的影響是致命的，務必避免。

噴膠過程中使用的原料包括粘接劑、稀釋劑和清洗劑。清洗劑用于油管內壁表面清洗脫脂；稀釋劑用于調整粘接劑粘度，確保其符合工藝要求。這3種原材料均是化工類產品，對貯存環境條件有明確的要求。表2為 Chemlok粘接劑、三氯乙烯清洗劑及稀釋劑的貯存環境要求。

表2 Chemlok粘接劑、三氯乙烯清洗劑及稀釋劑貯存環境要求

需要強調是，粘接劑推薦的貯存溫度條件(21～27 ℃)比較苛刻，尤其是Chemlok205的保質期僅為1 a，因此應將粘接劑存放在空調庫房內，避免因貯存不當或超保質期導致粘接強度下降。

噴膠需要在一定溫度范圍內將特定粘度的粘接劑噴涂至油管內壁，確保形成浸潤良好、厚度均勻、無桔皮、無干噴、無發花、無流掛的涂層。粘接劑的粘度與溫度密切相關，而多數噴涂問題均與粘接劑粘度相關，因此，噴膠車間溫度以21～25 ℃為宜，這樣粘接劑的臨時存放、攪拌、輸送、霧化和敷料等環節就完全可控。

噴膠結束后，粘接劑的干燥是一個需要關注的環節。干燥時間取決于溫度、濕度、車間其他條件和季節的變化等。干燥不充分將會導致氣泡和粘接強度下降的現象，尤其是雙體系粘接時，底涂粘接劑干燥不充分就進行面涂將直接導致粘接失效。實際生產中，可將油管進行預熱，預熱溫度30 ℃～38 ℃，這樣既減小了溫度因素的影響，又獲得更好的浸潤性和粘接效果。采用預熱方式就需要考慮預熱系統的清潔問題，尤其是采用熱風機對定子管預熱時，建議將熱風機空氣吸入口接入到壓縮空氣運輸最末端的過濾裝置上。對于粘接劑未干的油管內壁，嚴禁用手或手套等去接觸，以防膠粘劑被污染或誤擦；對于粘接劑干透的油管，應當用塑料或布防護起來，保護粘接劑表面，避免粘接劑表面被空氣中的粉塵污染。另外，由于空氣(粉塵及灰塵)和固化粘接劑的共同影響，噴槍及槍桿會比較臟，因此應當及時清理噴槍及槍桿，避免再次噴膠時污染油管內壁。

總之，所有粘接失效類型的原因都包括污染，環境清潔度是直接影響表面噴涂質量的重要因素[4]，因此要重視各類污染，確保螺桿泵定子管粘接質量。

3 影響定子注膠及硫化質量的環境因素分析

注膠及硫化工藝包括裝模、預熱、注塑、硫化等過程，是定子制造最復雜的工藝過程。

1) 裝模的環境因素。水、油、灰塵、粉塵及其他污物都可能污染模具和各種工裝，因此要及時清理裝模過程中用到的模具和工裝。模具要定期清理和維護。在模具裝入油管內部前，一定要用干凈的白布清理模具表面的水、灰塵和粉塵。在裝模過程中，嚴禁用手或手套等去接觸粘接劑表面，防止粘接劑被污染。

2) 預熱過程的環境因素。①油管外部的銹蝕或者其他污物，空氣中的水、灰塵和粉塵等會導致預熱設備內有水、油、粉塵或其他污物，應當經常清理預熱設備內部；②油管要合理防護或清除外部銹蝕或污物，預熱設備空氣進入前端安裝小型干燥、除油和除塵的過濾裝置；③為了確保橡膠在油管及模具組成的型腔內順利流動，需要對油管和模具進行預熱，預熱溫度應當考慮粘接劑使用說明的要求，綜合考慮預熱設備的加熱特點和車間溫度，避免超溫引起的粘接劑提前活化，同時還要確保充分利用預熱設備中的熱風循環，使得油管和模具充分均勻受熱，以獲得最佳的預熱效果。以開姆洛克(Chemlok)為例，開姆洛克膠粘接系列作為一種熱硫化型膠粘接[5]，其活化溫度在120℃左右，推薦預熱溫度65～93 ℃，考慮到不同季節條件下的散熱速度，確保注膠的一致性，夏季預熱溫度可為70～75 ℃，春秋季預熱溫度75～80 ℃，冬季預熱溫度80～85 ℃。

3) 注塑過程的環境因素。雖然在預熱過程中可以通過調整不同季節條件下的預熱溫度，但無法根本消除散熱速度不同導致的實際注塑溫度不一致的問題。模具溫度會影響表面質量、流動性、收縮率，注塑周期以及變形等方面[6]，實際注塑溫度不一致是定子內腔尺寸的重要影響因素，因此建議在注塑生產過程中采取保溫措施，削弱實際注塑溫度不一致的影響。

4 結論

1) 為了減少螺桿泵定子質量波動，提高定子制造質量，應重視和研究環境因素對定子制造質量的影響。

2) 采取有效措施控制、管理和改進影響產品質量的環境因素。①鋼管、橡膠混煉膠料和粘接劑等原料務必按照要求貯存在溫度和濕度適宜的環境中；②壓縮空氣和預熱空氣使用前盡量清除其中的水、粉塵和油等；③噴砂和噴膠過程中控制好溫度和濕度，防止二次銹蝕，特別是要防止凝露；④注膠和硫化過程中強化工裝的清潔，防止涂層污染，管控好溫度，提高定子內腔尺寸穩定性。

[1] 馮新德，張中岳，施良和，等.高分子辭典[K].北京：中國石化出版社，1998：39-42.

[2] 李欽奉.噴砂技術及其表面清理效率的研究[J].中國修船，2000，13(3)：24-24.

[3] 賈學軍，張勇，仵世平，等.石油機械產品涂裝防腐的環境溫-濕度控制[J].石油機械，2003(8)：25-26.

[4] 周增華.汽車涂裝車間環境的清潔維護及管理模式[J].汽車工程學報，2005(6)：3.

[5] 張恩波.開姆洛克膠粘劑性能及應用工藝[J].石家莊化工，1995(2)：22-23.

[6] 陳以文.模具溫度對注塑成型的影響研究[J].中國機械，2015(18)：12-13.

Analysis of Environmental Factors Influence to the Quality of PCP’s Stator

ZHAO Guojiang1，ZHAO Guoqiang2，SUN Shuang1

(1.Daqing Oilfield Powerlift Pump Industry Co.，Ltd.，Daqing 163311，China；2.No.4OilProductionPlant，DaqingOilfieldCo.，Ltd.，Daqing163511，China)

In view of the manufacturing characteristics of stator in progressing cavity pump(PCP)，this article deeply analyses the influences of environmental factors to the quality of stator in PCP from temperature，humidity and clearance on the basis of progress，and discusses the way of management and improvement of environmental factors，thereby puts forward suggestions in details on improving the quality of PCP’s.It can be used as reference for the manufacturing of the PCP.

progressing cavity pump；stator；quality；environmental factor

1001-3482(2016)12-0040-04

2016-07-18

趙國江(1976-)，男，黑龍江大慶人，高級工程師，現從事螺桿泵技術管理工作，E-mail：zhaogj@cnpc.com.cn。

TE933.3

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2016.12.011