[發明專利]一種石油開采用缸套及其制備方法

有效

• 申請號: 201710309014.5
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107218209B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 廖君
• 申請（專利權）人: 成都金信元機械設備有限公司
• 主分類號: F04B53/16
• 分類號: F04B53/16;C22C38/56;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/44;C22C38/46;C22C38/06;C22C38/60;B22D19/00;C21D1/26;C21D1/18;C23C8/66;C04B35/584
• 代理公司: 成都環泰知識產權代理事務所(特殊普通合伙)51242
• 代理人: 李斌,鄒翠

技術領域

本發明屬于石油開采技術領域，具體涉及一種石油開采用缸套及其制備方法。

背景技術

石油鉆井泥漿泵的缸套為關鍵零部件，缸套的一端與泥漿泵液缸總成裝配在一起，通過動力端的活塞桿連接著活塞在缸套內部進行高壓軸向往復運動實現對鉆井泥漿的吸入與排出。傳統缸套主要由鑲裝在一起的缸內套和缸外套組成，如圖1所示，缸內套a和缸外套b的軸向長度保持一致，在裝配狀態下，缸內套a的兩端面與缸外套b的兩端面保持齊平。采用這種結構的缸套，在安裝過程中缸套裝配端容易與配合件或其他硬性物體相接觸而導致缸內套被磕碰，同時還存在因缸套內外套熱鑲裝過盈量低或內外套接觸面小而導致內套脫套的危險，對于設備的運行效率及人員安全造成極大隱患。

近年來，在深井、硬巖層、海洋鉆探等復雜地質條件下鉆井，大力推廣的高泵壓和大排量條件下的噴射鉆井技術對鉆進泵缸套的耐磨性、耐蝕性和抗疲勞特性提出了更高的要求，傳統缸套已經不能滿足使用要求，缸套易發生早期失效，致使鉆井成本居高不下，耐磨性、耐腐蝕性和抗疲勞特性不足是主要原因，同時，缸套質地不夠均勻，材料中存在空隙，也影響了其強度。

發明內容

基于此，針對上述問題，本發明提出一種石油開采用缸套及其制備方法，從結構、材質以及制備工藝三個方面對傳統缸套進行了改進，結構上的改進可保證內外套不會脫套，材質及制備工藝的改進大大提升了缸套的耐磨性、耐腐蝕性和抗疲勞特性，且生產出的缸套質地均勻，強度高。

本發明的技術方案是：一種石油開采用缸套，包括外套和內套；所述內套鑲嵌在所述外套內；所述內套的兩端分別設有第一環套和第二環套,第一環套和第二環套與內套為一體成型的整體式結構；所述外套的兩端分別設有第一環槽和第二環槽,所述第一環套位于第一環槽內,所述第二環套位于第二環槽內。

通過在內套上設置第一環套和第二環套,外套上設置與第一環套和第二環套分別相匹配適應的第一環槽和第二環槽,將內套卡在外套內，完全避免了傳統缸套脫套的風險，確保運行效率和工作人員的安全。

優選地，所述外套采用35CrMo鋼材質。35CrMo鋼具有很高的靜力強度、沖擊韌性及較高的疲勞極限，高溫下有高的蠕變強度與持久強度，用做外套材質可提升缸套整體的耐沖擊韌性、耐疲勞性和高溫下的蠕變強度與持久強度。

優選地，所述內套管壁厚為4mm-8mm。目的是保證足夠的支撐強度。

優選地，所述內套為高鉻鑄鐵材質，按重量百分比內套的化學成分為：C：1.5％～1.8％，Si≤0.4％，Mn：0.25％～0.35％，Mo：0～3.5％，Cr：15％～25％，V：1.9％-3.9％，Al：0.9％～1.4％，Ni：0.1％5～0.25％，Re：0.2％～0.3％，P≤0.05％、S≤0.05％，余量為Fe。

通過合理設計高鉻鑄鐵材質各成分的配比，極大地提升了內套的機械強度、耐磨性、耐腐蝕性和抗疲勞特性。其中，硅成分和鋁成分作為變質劑，通過細化鋁硅合金中的粗晶硅，將粗晶硅轉變為細纖維狀，消除在這些微粒周圍形成的應力點，并使硅分散于鋁中，從而改善鑄件的機械性能，大大增強鑄件產品的強度，提高機械性能，改善合金的組織，增強組織的均勻性，提高內套的耐磨性。

優選地，所述內套采用陶瓷材料，該陶瓷材料按以下重量份數的原料組成：氮化硅80-90份、碳化硅7-10份、氧化鎂3-7份、氧化鋁2-6份、三氧化二鐵2-6份以及氟化鎂1-4份。

通過合理設計陶瓷材質各成分的配比，與傳統缸套相比，極大地提升了內套20的耐磨性、耐腐蝕性和抗疲勞特性。

優選地，所述氮化硅中的α相氮化硅占氮化硅總質量的92％以上。

本發明還公開了一種石油開采用缸套的制備方法,包括以下步驟：

(1)制備內套；

(2)以制備的內套為模芯，配合相應的外模構成外套模具，將冶煉好的35CrMo鋼水澆鑄到外套模具中，澆鑄溫度為1560℃-1580℃，在壓力為0.3Mpa-0.5Mpa下對鋼水吹氬氣5分鐘-8分鐘，待冷卻后即在內套外形成外套，獲得半成品缸套；

(3)退火：將所述半成品缸套以220℃/h-250℃/h的速率加熱至830℃-850℃，并保溫2h-3h，再以60℃/h-80℃/h的速率緩慢冷卻至500℃，最后出爐油冷至常溫；嚴格控制退火參數，目的是消除殘余應力，穩定尺寸，減少變形與裂紋傾向，細化晶粒，調整組織，消除組織缺陷；