Trong quá trình phát triển mỏ dầu, máy bơm, với vai trò là thiết bị quan trọng để vận chuyển chất lỏng, phải đối mặt với các điều kiện vận hành phức tạp như nhiệt độ cao, áp suất cao, ăn mòn và mài mòn cát. Các đặc tính vật liệu quyết định trực tiếp đến độ tin cậy và tuổi thọ của thiết bị. Vì vậy, việc lựa chọn hợp lý vật liệu là rất quan trọng để cải thiện độ ổn định vận hành của máy bơm và hiệu quả kinh tế.
Các vật liệu phổ biến cho thân máy bơm và các bộ phận dòng chảy bao gồm thép cacbon, thép không gỉ, thép hợp kim và vật liệu tổng hợp phi kim loại. Thép carbon, nhờ chi phí thấp và khả năng gia công tốt, đã được sử dụng rộng rãi trong-việc vận chuyển nước sạch áp suất thấp thời kỳ đầu. Tuy nhiên, nó dễ bị ăn mòn điện hóa trong môi trường chứa hydro sunfua, carbon dioxide hoặc nước muối, cần có lớp phủ hoặc lớp lót bảo vệ. Thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn vượt trội, đặc biệt là thép không gỉ austenit (như 304 và 316L), hoạt động xuất sắc trong môi trường axit yếu, kiềm yếu và nước biển. Tuy nhiên, khả năng chống ăn mòn rỗ ion clorua của nó bị hạn chế, đòi hỏi phải lựa chọn cẩn thận trong điều kiện clorua cao.
Đối với vật liệu chứa cát-và có độ mài mòn cao, các hợp kim-chống mài mòn chẳng hạn như gang-crom cao cấp và gang cứng-niken được ưu tiên. Những vật liệu này sở hữu độ cứng cao và khả năng chống xói mòn mạnh, chống chịu hiệu quả sự va đập, mài mòn của các hạt rắn lên cánh quạt và vỏ bơm. Tuy nhiên, chúng có độ dẻo dai tương đối thấp, khó gia công và đắt hơn thép thông thường. Trong môi trường có cả sự ăn mòn và mài mòn mạnh, thép không gỉ song công, thép không gỉ siêu austenit hoặc hợp kim gốc niken-(chẳng hạn như Hastelloy) có thể cân bằng khả năng chống ăn mòn với một mức độ chống mài mòn nhất định. Mặc dù đắt hơn nhưng chúng có thể kéo dài đáng kể chu kỳ bảo trì và phù hợp với các giếng quan trọng hoặc vận chuyển chất lỏng có giá trị cao.
Trong những năm gần đây, vật liệu composite phi kim loại đã dần dần thâm nhập vào lĩnh vực máy bơm mỏ dầu, chẳng hạn như polyme gia cố bằng sợi carbon và lớp phủ hỗn hợp ma trận gốm. Những vật liệu này có mật độ thấp và khả năng chống ăn mòn mạnh, mang lại lợi thế về thiết kế nhẹ và yêu cầu chống ăn mòn đặc biệt. Tuy nhiên, bị hạn chế bởi khả năng chịu áp suất và định mức nhiệt độ, chúng chủ yếu được sử dụng trong các bộ phận phụ trợ hoặc các điều kiện vận hành cụ thể.
Lựa chọn vật liệu đòi hỏi phải đánh giá toàn diện về thành phần môi trường, nhiệt độ, áp suất, hàm lượng cát và các yếu tố kinh tế. Ví dụ: thép hợp kim chịu được lưu huỳnh-được ưa chuộng để vận chuyển dầu thô có chứa hydro sunfua; nước sản xuất có hàm lượng cát-cao đòi hỏi phải tập trung vào lớp phủ bằng gang-có khả năng chống mài mòn hoặc hợp kim cứng. Bằng cách kết hợp khoa học các vật liệu và điều kiện vận hành, không chỉ có thể giảm tỷ lệ sai sót mà tổng chi phí vòng đời cũng có thể được tối ưu hóa, mang lại sự đảm bảo chắc chắn cho sự phát triển an toàn và hiệu quả của các mỏ dầu.