[發明專利]用于安全系統和其它高壓應用的滾壓成型的高強度材料

無效

• 申請號: 200780051363.6
• 申請日: 2007-12-12
• 公開（公告）號: CN101611161A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: W·M·貝利;K·C·霍姆斯
• 申請（專利權）人: 貝克休斯公司
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22F1/10
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 柳 冀

發明背景

在烴回收工業中，所使用的與流體生產的所有方面有關的工具至 少潛在地暴露于非常苛刻的條件下。這些條件可為自然的，如高溫和 高壓，并且一些可歸因于流體如CO₂、H₂S、氯離子和酸刺激。應了解， 這些條件僅僅是示例性的，而且同樣涉及到促使材料應力、腐蝕和/ 或環境開裂(無論自然的還是誘發的)的其它條件。

因為井下工具必須在所述條件下操作，所以常規經驗是必須使用 極高強度和高度耐腐蝕性的材料。這些性質在外國產且高成本的合金 材料中見到。雖然這些材料是已知的并且對于它們的預定目的將非常 適用，但是它們非常昂貴且通常不能以所需要的尺寸得到。

在所需要的極高強度下，特別是根據NACE?MR0175規范，非常少的 材料符合對于腐蝕和抗環境開裂性的材料要求。極高強度、極高耐腐 蝕性、比較厚的壁厚和尺寸均一性的組合先前僅僅可在外國產的合金 如MP35N和Elgiloy中得到。

概述

制造用于油氣井的井下工具材料的方法，包括固溶熱處理沉淀硬 化的鎳合金；在所述固溶熱處理之后冷加工所述合金；在所述冷加工 之后時效所述合金并由此制造所述材料。

詳細描述

與生產如上所述的超高性能井下工具相關的材料限制和成本可通 過下文描述的制造井下工具的方法來降低。通過以某一順序采用某些 加工步驟，大大廉價地獲得沉淀硬化的鎳合金，其能主要在強度方面 增強到使它們可接受地用作超高性能井下工具的水平。目前，如本領 域的普通技術人員所公認的，對于在井眼內的高壓或高度腐蝕性環境 中使用的這些合適的耐腐蝕合金的強度存在限制。在本文中所描述并 在本文中加工的材料將超越對于這些合金的當前限制，由此提高總強 度并促進對于部件形狀和尺寸的更大自由度，和/或使得評價整個工具 用的性能(例如破裂、拉伸)顯著更高。

沉淀硬化的鎳合金例如725(UNS?NO7725)和625+(UNS?NO7716)已 經成功地用于在嚴重腐蝕性環境中的井下環境中，直到約130-140ksi 的最小屈服強度。該強度是按照NACE?MR0175的要求使用固溶處理和時 效熱處理所能實現的峰值。當經受如本文中所教導的加工步驟時，可 以進一步增強該合金的強度水平到約160ksi或更高的最小屈服強度。

根據本文中所公開的方法，現在可以制造沉淀硬化的鎳合金以具 有更高的最小屈服強度并保持高耐腐蝕性。

為了實現以上闡述的益處，使沉淀硬化的鎳合金在約1600°F到約 2000°F的溫度范圍下經受固溶化熱處理并歷時約30分鐘到約4小時的 時間。該固溶化將允許晶粒生長并促使不同相的小沉淀物溶解在基質 內。可以使用多種時間和溫度曲線，約束條件是所述沉淀物被溶解。 在該熱處理之后且替代例如沉淀硬化的其它處理，使所述材料根據本 文中的方法經受滾壓成型處理，由此向該材料中引入相當大量(在約 20％至約90％之間)的冷加工，或者換句話說該材料由于材料的塑性形變 而強化。在滾壓成型工藝中，使用傳遞極度壓縮力的輥子將材料毛坯 冷加工以使材料“變形”以在旋轉處理過程中匹配規定的形式。在該 處理中不使用外部施加的熱量，但應注意到由于該滾壓成型工藝，成 型本身可以引起目標材料的溫度升高。滾壓成型工藝除了通過冷加工 強化材料之外還提供幾乎凈成型能力，這減少了機械加工和材料損耗。

隨后將目前冷加工的材料導去時效以進一步增加其強度。時效在 約1000°F到約1500°F的較低溫度下進行約2到約25小時以使由于應變 硬化的強度組分的損失最小化。由于該時效工藝，最后的機械加工往 往更好地保持耐受性，因為在通過本文的方法制備的材料中存在更低 的內部殘余應力，以使得在機械加工期間的扭曲最小化。

通過使用本文所描述的方法，可以改進相對廉價的材料以呈現足 以相當或超出當前服務要求的所需要的強度性質和耐腐蝕性。

雖然已展示并描述了優選的實施方案，可以對其進行改變和替換 而不脫離本發明的精神和范圍。因此，應理解的是，本發明已通過舉 例說明而非限制進行描述。