CN111456661A - 耐用钻杆浮阀 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐用钻杆浮阀，包括浮阀主体，该浮阀主体的材质为碳钢、不锈钢或耐酸钢，该浮阀主体所包括的元素中，各元素的含量百分比为：C 0.51‑0.55%，Si 0.7‑0.9%，Mn 0.91‑0.96%，S 0.02‑0.03%，P 0.02‑0.03%，Ni 0.32‑0.35%，Cr 0.36‑0.40%，Cu 0.2‑0.3%，Mo 0.25‑0.3%，V 0.04‑0.06%。本发明涉及本发明的优点是：采用特殊配制的浮阀主体材料、精心制定的热处理工艺及密封区域的设计，将浮阀在使用现场所出现的各种失效现象进行系统而有针对性的设计与攻关，从而使得钻杆浮阀的使用寿命得到极大的延长，满足了用户现场使用的要求，在节省钻井时效的同时，为用户节约的大量钻井成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐用钻杆浮阀，涉及钻井的技术领域。
背景技术
钻杆浮阀是在正常钻井时，连接在钻井管串下部的一种内防喷工具。其主要功能是防止钻屑回流致钻井管串内腔，同时兼具防止井涌及至井喷的功能。
目前，在国内各油田钻井区块所使用的浮阀的耐用度普遍不高，使用寿命往往达不到预期目标。经过油田统计钻杆浮阀的使用寿命普遍在200-350小时左右，个别钻杆浮阀甚至只能用一次即失效(或者一趟钻下来就失效)。致使钻井现场要经常起钻进行更换，造成钻井时效下降，增大钻井成本，为钻井作业带来不利影响。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，结合上述浮钻杆浮阀存在的问题，经过多年的攻关摸索，成功研制出高质量长寿命钻杆浮阀，为油田作业现场提高的钻井时效，并节约了可观的钻井成本，得到用户的青睐。本发明提供一种耐用钻杆浮阀，本发明的技术方案是：
一种耐用钻杆浮阀，包括浮阀主体，该浮阀主体的材质为碳钢、不锈钢或耐酸钢，其特征在于，该浮阀主体所包括的元素中，各元素的含量百分比为：C 0.51-0.55％，Si0.7-0.9％，Mn 0.91-0.96％，S 0.02-0.03％，P 0.02-0.03％，Ni 0.32-0.35％，Cr 0.36-0.40％，Cu 0.2-0.3％，Mo 0.25-0.3％，V 0.04-0.06％。
所述的C 0.55％，Si 0.8％，Mn 0.95％，S 0.03％，P 0.03％，Ni 0.32％，Cr0.38％，Cu 0.3％，Mo 0.25％，V 0.05％。
所述的浮阀主体进行热处理时，采用正火预处理及调质热处理二步热处理工艺；所述的正火预处理的具体工艺为：
(3-1)将炉温升高至600-700℃时装入工件；
(3-2)工件装入后，进行正火处理，正火温度控制在830-860℃之间，保温时间35-45分钟后进行冷却，冷却方式采用风冷。
所述的调质热处理的具体工艺为：
(4-1)工件采用单层排列，相邻两工件的间隙15-30mm；
(4-2)对工件进行加热，加热速度按40-70℃/h，当升温至650℃时，保温20-30分钟；然后以60-100℃/h升温至840℃；
(4-3)采用水冷进行降温，淬火水槽要求温度保持在40℃以下；
(4-4)进行高温回火，高温回火具体工艺为：加温至550-600℃，保温1.5h，然后出炉空冷。
在所述浮阀主体的阀体内安装有密封机构，所述的密封结构包括定位环(3)、密封垫(4)和拍板(5)，所述的密封垫(4)的外沿折弯后装入到阀体(1)的沟槽中，该密封垫(4)的内沿与定位环(3)接触，并通过定位环(3)进行固定并限位；拍板(5)转动的安装在密封垫(4)下部的阀体内，与所述的密封垫(4)的动配合；当拍板处于开启状态时，密封垫(4)嵌入到阀体(1)的沟槽内，并由定位环3进行限位；当拍板(5)处于关闭状态时，拍板(5)的密封平面与密封垫(4)压紧并起到密封作用。
在所述浮阀主体的阀体内安装有密封机构，所述的密封机构包括弹簧(3)、垫片(5)、垫圈(6)和轴塞(7)其中，所述的垫圈(6)套装到轴塞(7)的轴杆上，该垫圈(6)的外沿向下倾斜后与所述的阀体紧密配合；在该垫圈(6)的下部安装有垫片(5)，该垫片(5)通过安装在垫片下部的弹簧(3)顶紧，弹簧(3)的弹力通过垫片(5)作用在垫圈(6)上，当轴塞(7)处于关闭状态时，垫圈(6)在正向液体的作用下，碗状的垫圈(6)的外沿将向外变形并紧密贴合在阀体(2)的内密封面上。
本发明的优点是：对浮阀主体的组成元素进行合理配伍，精心制定的热处理工艺及密封区域的改进设计，将浮阀在使用现场所出现的各种失效现象进行系统而有针对性的设计与攻关，从而使得钻杆浮阀的使用寿命得到极大的延长，满足了用户现场使用的要求，在节省钻井时效的同时，为用户节约的大量钻井成本。
附图说明
图1是本发明第一种实施例的主体结构示意图。
图2是图1中密封机构的结构示意图。
图3是本发明第二种实施例的主体结构示意图。
图4是图2中密封机构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1：本发明涉及一种耐用钻杆浮阀，包括浮阀主体，该浮阀主体的材质为碳钢、不锈钢或耐酸钢，该浮阀主体所包括的元素中，各元素的含量百分比为：C 0.51％，Si0.7％，Mn 0.91％，S 0.02％，P 0.02％，Ni 0.32％，Cr 0.36％，Cu 0.2％，Mo 0.25％，V0.04％。
所述的浮阀主体进行热处理时，采用正火预处理及调质热处理二步热处理工艺；所述的正火预处理的具体工艺为：
(3-1)将炉温升高至600℃时装入工件；
(3-2)工件装入后，进行正火处理，正火温度控制在830℃之间，保温时间35分钟后进行冷却，冷却方式采用风冷。
所述的调质热处理的具体工艺为：
(4-1)工件采用单层排列，相邻两工件的间隙15mm；
(4-2)对工件进行加热，加热速度按40℃/h，当升温至650℃时，保温20分钟；然后以60℃/h升温至840℃；
(4-3)采用水冷进行降温，淬火水槽要求温度保持在39℃；
(4-4)进行高温回火，高温回火具体工艺为：加温至550℃，保温1.5h，然后出炉空冷。
实施例2：本发明涉及一种耐用钻杆浮阀，包括浮阀主体，该浮阀主体的材质为碳钢、不锈钢或耐酸钢，该浮阀主体所包括的元素中，各元素的含量百分比为：C 0.55％，Si0.9％，Mn 0.96％，S 0.03％，P 0.03％，Ni 0.35％，Cr 0.40％，Cu-0.3％，Mo0.3％，V0.06％。
所述的浮阀主体进行热处理时，采用正火预处理及调质热处理二步热处理工艺；所述的正火预处理的具体工艺为：
(3-1)将炉温升高至650℃时装入工件；
(3-2)工件装入后，进行正火处理，正火温度控制在840℃之间，保温时间40分钟后进行冷却，冷却方式采用风冷。
所述的调质热处理的具体工艺为：
(4-1)工件采用单层排列，相邻两工件的间隙20mm；
(4-2)对工件进行加热，加热速度按60℃/h，当升温至650℃时，保温25分钟；然后以80℃/h升温至840℃；
(4-3)采用水冷进行降温，淬火水槽要求温度保持在38℃；
(4-4)进行高温回火，高温回火具体工艺为：加温至580℃，保温1.5h，然后出炉空冷。
实施例3：本发明涉及一种耐用钻杆浮阀，包括浮阀主体，该浮阀主体的材质为碳钢、不锈钢或耐酸钢，该浮阀主体所包括的元素中，各元素的含量百分比为：所述的C0.55％，Si 0.8％，Mn 0.95％，S 0.03％，P 0.03％，Ni 0.32％，Cr 0.38％，Cu 0.3％，Mo0.25％，V 0.05％。
所述的浮阀主体进行热处理时，采用正火预处理及调质热处理二步热处理工艺；所述的正火预处理的具体工艺为：
(3-1)将炉温升高至700℃时装入工件；
(3-2)工件装入后，进行正火处理，正火温度控制在860℃之间，保温时间45分钟后进行冷却，冷却方式采用风冷。
所述的调质热处理的具体工艺为：
(4-1)工件采用单层排列，相邻两工件的间隙30mm；
(4-2)对工件进行加热，加热速度按70℃/h，当升温至650℃时，保温30分钟；然后以100℃/h升温至840℃；
(4-3)采用水冷进行降温，淬火水槽要求温度保持在40℃以下；
(4-4)进行高温回火，高温回火具体工艺为：加温至600℃，保温1.5h，然后出炉空冷。
表1
在本发明的组分中，对于个别元素含量进行科学调整，并进行无数次熔炼与试验才成功研制，该组分中Si元素的百分含量明显进行了提高，这是利用Si固溶于铁素体和箩奥氏体中可超到提高材料的硬度和强度的作用；另外，Si还可提高材料局部抗腐蚀的能力；Mo含量的提高主要是利用Mo在钢中可形成特殊的碳化物，从而可改善在高温高压下搞氢侵蚀的作用及提高钢整体的搞腐蚀能力；其它各元素的组分含量也均有所调整，目的是为了获得良好的综合力学性能。以上都是针对钻杆浮阀产品的使用及耐用度进行研制的(性能参见表1)。
如图1和图2所示，在所述浮阀主体的阀体内安装有密封机构，所述的密封结构包括定位环3-1、密封垫4-1和拍板5-1，所述的密封垫4-1的外沿折弯后装入到阀体1的沟槽中，该密封垫4-1的内沿与定位环3-1接触，并通过定位环3-1进行固定并限位；拍板5-1转动的安装在密封垫4-1下部的阀体内，与所述的密封垫4-1的动配合；当拍板处于开启状态时，密封垫4-1嵌入到阀体1的沟槽内，并由定位环3-1进行限位；当拍板5-1处于关闭状态时，拍板5-1的密封平面与密封垫4-1压紧并起到密封作用。
如图3和图4所示，在所述浮阀主体的阀体内安装有密封机构，所述的密封机构包括弹簧3-2、垫片5-2、垫圈6和轴塞7其中，所述的垫圈6套装到轴塞7的轴杆上，该垫圈6的外沿向下倾斜后与所述的阀体紧密配合；在该垫圈6的下部安装有垫片5-2，该垫片5-2通过安装在垫片下部的弹簧3-2顶紧，弹簧3-2的弹力通过垫片5-2作用在垫圈6上，当轴塞7处于关闭状态时，垫圈6在正向液体的作用下，碗状的垫圈6的外沿将向外变形并紧密贴合在阀体1的内密封面上；导向套4-2安装在阀体1的内部，套装在轴塞7的下部；弹簧的下端顶在所述的导向套4-2上，上端顶在垫片5-2上。
Claims (6)
1.一种耐用钻杆浮阀，包括浮阀主体，该浮阀主体的材质为碳钢、不锈钢或耐酸钢，其特征在于，该浮阀主体所包括的元素中，各元素的含量百分比为：C 0.51-0.55%，Si 0.7-0.9%，Mn 0.91-0.96%，S 0.02-0.03%，P 0.02-0.03%，Ni 0.32-0.35%， Cr 0.36-0.40%，Cu0.2-0.3%，Mo 0.25-0.3%，V 0.04-0.06%。
2.根据权利要求1所述的一种耐用钻杆浮阀，其特征在于，所述的C 0.55%，Si 0.8%，Mn0.95%，S 0.03%，P 0.03%，Ni 0.32%，Cr 0.38%，Cu 0.3%，Mo 0.25%，V 0.05%。
3.根据权利要求1所述的一种耐用钻杆浮阀，其特征在于，所述的浮阀主体进行热处理时，采用正火预处理及调质热处理二步热处理工艺；所述的正火预处理的具体工艺为：
（3-1）将炉温升高至600-700℃时装入工件；
（3-2）工件装入后，进行正火处理，正火温度控制在830-860℃之间，保温时间35-45分钟后进行冷却，冷却方式采用风冷。
4.根据权利要求3所述的一种耐用钻杆浮阀，其特征在于，所述的调质热处理的具体工艺为：
（4-1）工件采用单层排列，相邻两工件的间隙15-30mm；
（4-2）对工件进行加热，加热速度按40-70℃/h，当升温至650℃时，保温20-30分钟；然后以60-100℃/h升温至840℃；
（4-3）采用水冷进行降温，淬火水槽要求温度保持在40℃以下；
（4-4）进行高温回火，高温回火具体工艺为：加温至550-600℃，保温1.5h，然后出炉空冷。
5.根据权利要求1所述的一种耐用钻杆浮阀，其特征在于，在所述浮阀主体的阀体内安装有密封机构，所述的密封结构包括定位环（3-1）、密封垫（4-1）和拍板（5-1），所述的密封垫（4-1）的外沿折弯后装入到阀体（1）的沟槽中，该密封垫（4-1）的内沿与定位环（3-1）接触，并通过定位环（3-1）进行固定并限位；拍板（5-1）转动的安装在密封垫（4-1）下部的阀体内，与所述的密封垫（4-1）的动配合；当拍板处于开启状态时，密封垫（4-1）嵌入到阀体（1）的沟槽内，并由定位环（3-1）进行限位；当拍板（5-1）处于关闭状态时，拍板（5-1）的密封平面与密封垫（4-1）压紧并起到密封作用。
6.根据权利要求1所述的一种耐用钻杆浮阀，其特征在于，在所述浮阀主体的阀体内安装有密封机构，所述的密封机构包括弹簧（3-2）、垫片（5-2）、垫圈（6）和轴塞（7）其中，所述的垫圈（6）套装到轴塞（7）的轴杆上，该垫圈（6）的外沿向下倾斜后与所述的阀体紧密配合；在该垫圈（6）的下部安装有垫片（5-2），该垫片（5-2）通过安装在垫片下部的弹簧（3-2）顶紧，弹簧（3-2）的弹力通过垫片（5-2）作用在垫圈（6）上，当轴塞（7）处于关闭状态时，垫圈（6）在正向液体的作用下，碗状的垫圈（6）的外沿将向外变形并紧密贴合在阀体（1）的内密封面上。
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