CN106639934B - 螺杆钻具旁通阀体的阀芯阀座 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种螺杆钻具旁通阀体的阀芯阀座，属于石油装备技术领域。工艺步骤为：在2Cr13材质的阀芯和阀座加工成型后加热至1020～1080℃并保温，保温时间为1.2～1.8小时，然后用冷却油对保温后的阀芯和阀座快速冷却至室温，然后对冷却至室温后的阀芯和阀座进行回炉保温，保温温度为150～250℃，保温时间为2～5小时，经处理后的阀芯和阀座的整体硬度≥HRC45，使用寿命≥400小时。本发明使阀芯阀座具有良好的耐冲蚀能力，能够总体提高螺杆钻具的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种螺杆钻具旁通阀体的阀芯阀座，属于石油装备技术领域。
背景技术
随着我国石油工业的高速发展你，作为开发勘探油气田的井下动力螺杆钻具的寿命长短，直接影响到油气田的开发速度和经济效益。螺杆钻具(PDM drill)，是一种以钻井液为动力，把液体压力能转为机械能的容积式井下动力钻具。当泥浆泵泵出的泥浆流经旁通阀体进入马达，在马达的进、出口形成一定的压力差，推动转子绕定子的轴线旋转，并将转速和扭矩通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井作业。
旁通阀体作为螺杆钻具的重要部件，其内部的阀芯阀座在高压泥浆的冲蚀下经常出现冲蚀严重的现象，尤其是阀芯阀座的旁通孔部位极易出现损坏。目前常规的阀芯阀座采用普通材料的钢材(如中碳钢)，加工后再进行电镀硬铬层，用以防止高压泥浆的冲蚀，确保抗冲蚀寿命可达到200小时。但是当外层的硬铬层被冲蚀掉后，单纯依靠内部的金属本体(中碳钢)抗冲击能力弱，不能保证旁通阀体的使用寿命，也很难满足日常使用的要求，造成螺杆钻具旁通阀体的整机使用寿命短，工程维修、更换费用居高不下，严重影响日常作业生产。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种螺杆钻具旁通阀体的阀芯阀座，提高阀芯阀座的的耐冲蚀能力，能够总体提高螺杆钻具的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种螺杆钻具旁通阀体的阀芯阀座，阀芯和阀座均为不锈钢材质，在阀芯和阀座加工成型后进行热处理，热处理后的阀芯和阀座的整体硬度≥HRC45；其中热处理步骤为：
步骤A：将不锈钢材质的阀芯和阀座加热至1020～1080℃并保温，保温时间为1.2～1.8小时；
步骤B：用冷却油对保温后的阀芯和阀座快速冷却至室温；
步骤C：对冷却至室温后的阀芯和阀座进行回炉保温，保温温度为150～250℃，保温时间为2～5小时。
本发明技术方案的进一步改进在于：不锈钢材质为2Cr13。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤A中将阀芯和阀座加热至1040～1060℃，保温时间为1.5小时。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤B中的冷却油的成分及重量百分比为：30#机油40～50％、柏油15％～25％、高温抗氧剂4～10％、催冷剂4～8％、光亮剂7～14％。
本发明技术方案的进一步改进在于：高温抗氧剂为烷基对苯二酚或二烷基二硫代磷酸盐或2.6-二叔丁基对甲酚，催冷剂为聚异丁烯或硫酸盐石油磺酸钡，光亮剂为咪唑啉油酸盐或硫磷丁辛基锌盐T202。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤B中的冷却油的温度为20～60℃。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤C中回炉保温采用全纤维台车式燃气保温炉。
本发明技术方案的进一步改进在于：热处理后的阀芯和阀座的整体硬度≥HRC48。
本发明技术方案的进一步改进在于：热处理后的阀芯和阀座的使用寿命≥400小时。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
将现有普通中碳钢材料，经过加工后外表层镀铬，改为2Cr13不锈钢材质，经固溶处理后，使其保持高硬度，来保证螺杆钻具旁通阀体的阀芯阀座具有良好的耐冲蚀能力。由于改变了阀芯阀座的材质，并改变原来的制作工艺，克服了常规旁通阀体阀芯阀座的寿命短(仅能使用200小时)的问题，现有工艺处理后旁通阀体阀芯阀座的寿命可达到400小时以上，使用寿命提高了一倍多，对螺杆钻具整体寿命的提高具有帮助。
固溶处理是指将奥氏体不锈钢加热到1020～1080℃，使碳化物相全部或基本溶解，碳固溶于奥氏体中，然后用冷却油快速冷却至室温，使碳达到过饱和状态，强化固溶体，并提高韧性和抗蚀性，消除应力与软化，以便继续加工或成型。固溶处理中的快速冷却似乎像普通钢的淬火，但此时的‘淬火’与普通钢的淬火是不同的，前者是软化处理，后者普通钢的淬火是淬硬(形成马氏体)。后者为获得不同的硬度所采取的加热温度也不一样，但达不到本专利申请的1020～1080℃。
本专利中的冷却油是一种工艺用油，具有良好的冷却性能，保证冷却后的工件具有一定的硬度和合格的金相组织，防止工件变形和开裂；具有高闪点和燃点，冷却时，油的温度会瞬时升高，如果油的闪点和燃点较低，可能发生着火现象，其闪点比食用油温高出800～120℃，有效杜绝油品着火现象；良好的热氧化安定性，冷却油长期在高温和连续作业的苛刻条件下使用，油品具有良好的抗氧化、抗热分解和抗老化性能，有效保证油品的冷却性能和使用寿命；低粘度，油品的粘度与它的附着量、携带损失和冷却性能有一定的关系，在保证油品冷却性能和闪点的前提下，油品的粘度小，可减少携带损失，又便于工件清洗；含水量≤0.03％，水分含量低，油品中的过量水分会影响工件的热处理质量，造成工件软点、淬裂或变形，也可能造成油品飞溅，发生事故；冷却油使用温度范围在20～60℃，无毒、无味、易处理、不易燃、对环境无污染，并使处理后的工件表面光亮，具有一定的硬度和合格的金相组织，防止工件变形开裂，不良品率大大降低；每吨价格为7000元，比商品油可节省4000～6000元/吨，进一步降低生产成本。
本专利工艺简单，省去镀铬费用，有效节约成本，减少加工工序，能够提高生产效率，工件使用寿命长，总体提高了螺杆钻具的寿命，且维修方便，损坏后易于观察，最终显著降低钻井作业故障率，提高现场可靠安全性和工作效率，实用价值显著。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1
一种螺杆钻具旁通阀体的阀芯阀座，阀芯和阀座均为2Cr13不锈钢材质，在阀芯和阀座加工成型后进行热处理，热处理后的阀芯和阀座的整体硬度≥HRC45；其中热处理步骤为：
步骤A：将不锈钢材质的阀芯和阀座加热至1020～1080℃并保温，保温时间为1.2～1.8小时；
步骤B：用冷却油对保温后的阀芯和阀座快速冷却至室温；其中冷却油的成分及重量百分比为：30#机油40～50％、柏油15％～25％、高温抗氧剂4～10％、催冷剂4～8％、光亮剂7～14％；高温抗氧剂为烷基对苯二酚或二烷基二硫代磷酸盐，催冷剂为聚异丁烯，光亮剂为咪唑啉油酸盐；冷却油的温度为20～60℃。
步骤C：对冷却至室温后的阀芯和阀座采用全纤维台车式燃气保温炉进行回炉保温，保温温度为150～250℃，保温时间为2～5小时。
热处理后的阀芯和阀座的使用寿命≥400小时。
实施例2
本实施例与实施例1的区别为：步骤A中将2Cr13材质的阀芯和阀座加热至1050℃，保温时间为1.5小时。
实施例3
本实施例与实施例1的区别为：步骤C中回炉保温温度为200℃，保温时间为3小时。
实施例4
本实施例与实施例1的区别为：步骤A中将2Cr13材质的阀芯和阀座加热至1020℃，保温时间为1.7小时。
实施例5
本实施例与实施例1的区别为：步骤C中回炉保温温度为170℃，保温时间为4小时。
实施例6
本实施例与实施例1的区别为：高温抗氧剂为2.6-二叔丁基对甲酚，催冷剂为硫酸盐石油磺酸钡，光亮剂为硫磷丁辛基锌盐T202。
取实施例1～实施例6、对比例的阀芯和阀座进行性能测定，其中对比例为采用常规处理工艺而不采用本处理工艺。各实施例的物理性能参数见表1。
表1各实施例的物理性能参数表
Claims (7)
1.一种螺杆钻具旁通阀体的阀芯阀座，其特征在于：阀芯和阀座均为不锈钢材质，在阀芯和阀座加工成型后进行热处理，热处理后的阀芯和阀座的整体硬度≥HRC45；其中热处理步骤为：
步骤A：将不锈钢材质的阀芯和阀座加热至1020～1080℃并保温，保温时间为1.2～1.8小时；
步骤B：用冷却油对保温后的阀芯和阀座快速冷却至室温；
步骤C：对冷却至室温后的阀芯和阀座进行回炉保温，保温温度为150～250℃，保温时间为2～5小时；
所述步骤B中的冷却油的成分及重量百分比为：30#机油40～50%、柏油15%～25%、高温抗氧剂4～10%、催冷剂4～8%、光亮剂7～14%；
所述高温抗氧剂为烷基对苯二酚或二烷基二硫代磷酸盐或2.6-二叔丁基对甲酚，催冷剂为聚异丁烯或硫酸盐石油磺酸钡，光亮剂为咪唑啉油酸盐或硫磷丁辛基锌盐T202。
2.根据权利要求1所述的螺杆钻具旁通阀体的阀芯阀座，其特征在于：不锈钢材质为2Cr13。
3.根据权利要求1所述的螺杆钻具旁通阀体的阀芯阀座，其特征在于：步骤A中将阀芯和阀座加热至1040～1060℃，保温时间为1.5小时。
4.根据权利要求1所述的螺杆钻具旁通阀体的阀芯阀座，其特征在于：步骤B中的冷却油的温度为20～60℃。
5.根据权利要求1所述的螺杆钻具旁通阀体的阀芯阀座，其特征在于：步骤C中回炉保温采用全纤维台车式燃气保温炉。
6.根据权利要求1～5任一项所述的螺杆钻具旁通阀体的阀芯阀座，其特征在于：热处理后的阀芯和阀座的整体硬度≥HRC48。
7.根据权利要求1～5任一项所述的螺杆钻具旁通阀体的阀芯阀座，其特征在于：热处理后的阀芯和阀座的使用寿命≥400小时。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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