0 引言
油田采油用的螺杆泵是一种容积泵，主要排量有40，70，120， 200，300，400，500，800，1200，1400 mL/转等10 种，级数有14 级15，16，18，20，21，25，27，30，40 等10 种，螺杆泵的基本型号 有40 -40，70 -30，120 -27，120 -30，200 -25，300 -21，400 - 16，500 -18，500 -20，800 -16，800 -18，1200 -14，1400 -16 等13 种，螺杆泵的内部没有阀件，流道简单，螺杆（转子）是螺杆泵唯 一的运动件，其结构决定了泵内原油扰动性小，水力损失相对其 他泵较小。目前油田用螺杆泵橡胶衬套（定子）材料大多采用丁晴 橡胶，螺杆为钢质材料，2 种材料的定转子在接触表面运动带的运 动是滚动加滑动性质的，会使井下油水等液体中的颗粒物不容易 沉淀，定子转子副之间均匀的容积变化产生了对油液的抽吸和推 挤作业，从而达到了液体、气体、固体三相在容积内混合运输的良 好效果。虽然我国目前已经具备了独立生产各种型号螺杆泵的条 件，但是在材料方面仍然受到制约，国内大部分螺杆泵生产厂家生 产的定子橡胶工作温度范围＜80 ℃。同样由于材料的限制，螺杆泵 的最大扬程、使用寿命与国外同型号产品之间仍然存在较大的差 距。若进一步提高螺杆泵的性能，必须在螺杆泵定子橡胶材料的选 择及材料的改进上加深研发，以提高螺杆泵的使用寿命。
1 油田螺杆泵定子橡胶材料分析
1.1 定子橡胶材料类别
（1）螺杆泵定子橡胶材料多为丁腈橡胶，工作温度≤80 ℃，而 井下复杂的条件对其要求较高，如要把工作温度提高到120 ℃，则 是一个重要的研发课题。丁腈橡胶由于其特殊的材料特性，只 有对配方进行科学改进后，才可以提高工作环境的适应温度。
（2）丁腈橡胶分类。①按聚合温度，可分为高温聚合丁腈橡 胶及低温聚合丁腈橡胶；②按应用范围，可分为通用型和特殊型 丁腈橡胶。油田应用的普通丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈聚合 而成的二元聚合物。而特殊型丁腈橡胶包括引进第三单体的三 元共聚物，如羧基丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丁腈橡胶与聚氯乙 烯的共混物、部分交联丁腈橡胶等。
1.2 影响螺杆泵定子性能的因素
油田现场的开采过程中能对螺杆泵定子橡胶性能造成影响 的主要有磨耗、过盈值以及井下环境。磨耗一般包括磨损磨耗、 疲劳磨耗和卷曲磨耗等3 种形式。
维护与修理
（1） 磨损磨耗是指螺杆泵在混合油水泥沙等颗粒物井液的 工作介质环境下工作时，泥沙等颗粒物会在高速旋转的泵体通 道内不停对定子橡胶表面形成摩擦，被摩擦部分在泥沙等颗粒 物的切割作用下形成细小的颗粒物从橡胶表面脱落，从而造成 定子橡胶的磨损。
螺杆泵的工作介质是油、水、气的混合物，在高温和高转速 的工作环境下，定子橡胶在转子高速的周期性的旋转过程中，整 个定子长期处于受挤压的状态。油气中的烃类、硫化氢、二氧化 硫，能渗入到橡胶中引起膨胀等故障，使定子橡胶的性能下降。 其表面在硫化物等高温作用下会慢慢形成裂纹，使定子橡胶表 面脱落形成疲劳磨耗。由于定子橡胶表面有凹凸不平的地方，在 与金属转子的光滑表面接触时，在摩擦力作用下表面成卷曲状 而被撕扯下来，这就是卷曲磨耗。
从螺杆泵使用情况看，疲劳磨耗带来的影响最为严重。定子 转子装配是过盈配合，导致转子的周期性旋转对定子形成的周 期性挤压，加上高温作用使定子橡胶很快老化，不仅导致性能下 降，还会引起磨损磨耗与卷曲磨耗。因此在选用定子橡胶时，需 要综合考虑其材料在实际环境下的耐疲劳性能等。
（2） 定子转子装配是过盈配合，必然会影响螺杆泵的容积 率，而在油井介质高温高压作用下，使定子橡胶的膨胀变大，占 据了一部分的空腔空间，导致螺杆泵腔体内实际的空腔空间进 一步变小，容积率也会降低，而影响螺杆泵的泵效。
过盈值过大会引起转子与定子接触面的磨耗加剧，同时由 于摩擦力大，摩擦产生的热量也大，温度升高较快，使定子橡胶 的老化加剧。过盈值大，定子转子间的巨大摩擦力极易使转子卡 住，造成卡泵。而过盈值过小，定子转子间接触不充分，泵内空腔 产生间隙造成举升油液漏失，出现举升油液失效等现象。定子橡 胶的过盈值大，螺杆泵的排量也会相应增大。井液的温度高，定 子橡胶的膨胀就高，此时应选择较小的过盈值。当井液黏度较大 不会产生漏液时，可适当减小过盈值以减少定子转子间的磨耗。 因此，在选择过盈值时，要充分考虑排量、介质温度、举升介质黏 度等影响，合理选择定子橡胶过盈值。
（3）井下环境对定子橡胶性能的影响包括原油特性、温度环 境、油液环境，而井下原油中，均具有较高的烃类物质、硫化物 等。烃类物质中的芳香烃以及硫化物中的硫化氢和二氧化硫等，
会让定子橡胶产生膨胀硬化、变脆，直至破坏。长期在高温环境 下运行的定子橡胶，内部分子间的连接键会发生变化，合适的高 温度下会形成新的分子键连接，使定子橡胶的硬度发生变化。随 着温度的增高，定子橡胶内部分子键断裂会逐步增加，分子之间 的结构遭到破坏，定子橡胶会变得软化甚至碳化，碳化后橡胶变 脆很容易发生磨耗。另外，在高温作用下橡胶会产生降解，导致 定子橡胶的力学性能大大降低。定子橡胶长期在酸性的井液环 境中浸泡，也会导致井液内的化学物质不断的侵入定子橡胶的 内部组织中，导致定子橡胶结构遭到破坏，其机械性能降价。定 子橡胶与橡胶衬套是通过胶粘合在一起的，虽然粘合强度很高， 但定子橡胶脱胶现象也时有发生。因此，加强橡胶衬套与定子橡 胶的粘结工艺以及选择粘性胶等，也是重要的课题。
（4）由于现场工况复杂多变，影响定子橡胶性能的因素也是多 样性的，因此在选择合理的定子橡胶的同时，也要加大对丁腈橡胶 等的配方研究。如增加不同的添加剂来提高其性能，研发性能更好 的橡胶等。例如，把丁腈橡胶经过特殊的处理在配方中加入氢，就 可以得到高饱和度的一种弹性橡胶，该橡胶完全可以使用在高温 高压的井况，并对螺杆泵的泵效能够起到了良好的保障作用。
2 定子橡胶的性能检测与应用性能分析
2.1 定子橡胶的机械性能
定子橡胶必须具有良好的力学性能。定子橡胶在进行举升 作业时由于是过盈装配，决定了定子橡胶在举升时会受到转子 的不断挤压，同时定子橡胶还要承受转子在高速旋转下产生的 离心力的不断冲撞。因此良好的力学性能是保证定子橡胶整体 性能的重要因素。另一方面，定子橡胶与转子之间是通过过盈配 合挤压转子与定子橡胶的腔体空间，以实现密封来避免产生举 升漏液等现象。这样定子橡胶与转子接触面会产生较大的摩擦 力，摩擦产生的磨耗会损坏定子橡胶的表面，从而引起定子橡胶 与转子之间的密封性能降低，一旦发生密封性能降低就会导致 举升漏液，大大降低螺杆泵的泵效，严重时会导致举升失败。因 此，要求定子橡胶要具有较好的耐磨性能。
2.2 定子橡胶的曲挠性能
定子橡胶的性能在一定程度上也取决于其受挤压时的变形 疲劳性能。螺杆泵在进行举升作业时定子橡胶与转子的旋转过 程中，定子橡胶与转子靠过盈配合来完成对螺杆泵的动态密封， 定子橡胶的受力是动态的。定转子接触面积由于旋转速度跟定 子橡胶表面凹凸不平的性质等，导致定子橡胶长期要受到周期 性的变形挤压，定子橡胶在该力作用下会出现升温变形，就会导 致老化，而周期性的挤压也会造成定子橡胶的永久性变形。随着 变形的加剧，也会影响定子橡胶与转子之间的密封效果，严重时 会导致定子转子密封失效。因此，在考虑定子橡胶力学性能时， 也应考虑动态性能下降导致的一系列问题。
3 结语
螺杆泵定子橡胶的选用不同于普通橡胶，因其会受到井下 介质、井液压力以及周期性受力作用等因素的影响。而定子橡胶 与转子之间的过盈配合的过盈值，对螺杆泵的举升效率也有重 大影响，同时也影响着定子橡胶的温度与受力情况，而温度跟定 子橡胶的受力直接影响定子橡胶的性能。因此在选择定子橡胶 时，要综合考虑各种因素的影响。加大定子橡胶材料的研究，生 产出更能适应采油工况的定子橡胶材料。