方鉆具旋塞閥是一種鉆探設(shè)備外防噴的設(shè)備，在鉆孔操作過程中，方鉆具旋塞閥平常處在打開情況，遭受髙壓液體的沖洗、浸蝕損壞，而當(dāng)產(chǎn)生溢出井涌等特殊情況時(shí)關(guān)上閘閥。旋塞閥關(guān)掉時(shí)的密閉功能和重新啟動(dòng)便捷性是普遍存在的大難點(diǎn)，密封性無效，油路板“咬死”是長(zhǎng)時(shí)間困惑油氣田生產(chǎn)制造的首要問題[1-4]。
危害旋塞閥密封性功能的原因較多，而構(gòu)成密封性管理體系的閥球和高壓閘閥材料的有效選用是避免密封性管理體系太早無效，增加使用期限的核心之一。文中致力于從密封性閥球和高壓閘閥具體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)所需求的物理化學(xué)物理性能下手，研究設(shè)計(jì)一種TiC基硬質(zhì)合金刀具（下稱“TiC鋁合金”）材料以更換現(xiàn)階段常見的鋼材原材料。
1 設(shè)計(jì)理念與試驗(yàn)
依據(jù)運(yùn)用狀況剖析，圓球與高壓閘閥間的密封性，是金屬材料與金屬中間的密封性，現(xiàn)階段圓球與閥塊的材料通常采用碳素鋼、不銹鋼板、司太立等，可是此類材料的旋塞閥在運(yùn)用中很容易發(fā)生：⑴圓球及高壓閘閥浸蝕過快或塑性形變?cè)斐煞饪诓痪o，液態(tài)泄露[1，3-5]，⑵圓球和高壓閘閥在超高壓下因粘著磨損和“噴焊”效用造成“咬死”，閘閥無法打開[2]。依照閘閥的制定規(guī)定[6]，方桿旋塞閥圓球與閥塊的材質(zhì)需要具有較好的耐蝕性、抗磨損性和充足的強(qiáng)延展性。鑒于此，大家覺得閥球和高壓閘閥的材質(zhì)應(yīng)當(dāng)有盡可能高的強(qiáng)度和彎曲剛度，與此同時(shí)具備出色的耐蝕性和達(dá)到應(yīng)用的強(qiáng)延展性。因此，大家覺得TiC合金制品可能是一種理想化的挑選。由于，以（Ti，W）C-Ni Co Cr為主導(dǎo)有效成分的TiC鋁合金具備很好的耐腐蝕性和耐蝕性，與此同時(shí)具備比不銹鋼板材高得多的抗拉強(qiáng)度和更好的有機(jī)化學(xué)可靠性，能合理有效的避免粘著磨損和“噴焊”效用，此外，Ti原素還具備自潤(rùn)滑實(shí)際效果，能減少表層摩擦阻力，減少旋塞閥在關(guān)掉和打開全過程中摩擦阻力，便捷實(shí)際操作。
1.1 試件制取
文中采用的TiC，WC，Ni，Co，Cr及TaC原材料粉末狀均為市面上商品。將以上原材料按住表1成份配制，選用濕磨法（濕磨物質(zhì)為己烷）球磨機(jī)混和，料漿過慮，干躁，篩粉，制得混和料，再經(jīng)抑制成形，工作壓力煅燒制取6×7×20（mm）規(guī)格型號(hào)和9×13×36（mm）規(guī)格試件各自開展物理力學(xué)性能指標(biāo)及浸蝕試驗(yàn)。挑選常見的各種閥門原材料司太立和YG8硬質(zhì)合金刀具做為比照。見表1。

表1 試驗(yàn)材料成份配制世 wt.%

1.2 性能指標(biāo)
1.2.1 物理力學(xué)性能測(cè)試
文中全部性能指標(biāo)均按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)開展。選用AEL-200密度測(cè)試儀用排水法檢測(cè)試件相對(duì)密度，選用HRS-150型數(shù)顯式洛氏硬度計(jì)檢測(cè)試件強(qiáng)度，選用HS-100KN哥白尼液壓機(jī)全能試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)抗拉強(qiáng)度，選用LEICADMI5000M金相顯微鏡觀查檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)孔隙度及選用FORSTER-KOERZIMAT重力儀檢驗(yàn)試件的矯頑磁性，檢測(cè)效果如表2：

表2 試驗(yàn)材料及比照材料的物理化學(xué)物理性能

1.2.2 浸蝕試驗(yàn)
用以浸蝕試驗(yàn)的試件生產(chǎn)加工成8.4±0.02×12±0.02×35.4±0.02（mm）方形體樣塊，試件全部表層光滑度做到Ra0.2。 每一組3根試件，各自用HCl（濃度值20%），H2SO4（濃度15%），HNO3（濃度值15%），NaOH（濃度50%）水溶液在50℃環(huán)境溫度下泡浸浸蝕24鐘頭，用純凈水清洗洗凈后較為各試件的凈重耗損狀況，比照試件挑選常見的閥門用原材料司太立鋁合金[7]（StelliteAlloy）及常見密封圈原材料YG8硬質(zhì)合金刀具[8]。除在NaOH水溶液中的全部試件都未產(chǎn)生明顯反映，泡浸一天時(shí)長(zhǎng)后，試件品質(zhì)無顯著轉(zhuǎn)變外，其他液體中的研究結(jié)論列于下表3-5：

表3 試件在20%HCl水溶液中50℃下浸蝕24個(gè)小時(shí)的研究結(jié)論

表4 試件在15%H2SO4水溶液中50℃下浸蝕24個(gè)小時(shí)的研究結(jié)論

表5 試件在15%HNO3水溶液中50℃下浸蝕24個(gè)小時(shí)的研究結(jié)論

表6 各種各樣材料試件性能指標(biāo)結(jié)論

2 結(jié)果與探討
將試驗(yàn)結(jié)論匯總目錄如下所示表6示，并將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為形象化的柱形圖如下圖1所顯示。

圖1 各種各樣材料試件在各種各樣水溶液中的腐蝕深度

試驗(yàn)結(jié)果顯示TiC鋁合金除在HNO3中的腐蝕深度稍高于司太立鋁合金外，在其他標(biāo)準(zhǔn)下的的腐蝕深度遠(yuǎn)小于WC硬質(zhì)合金刀具及司太立原材料。
從研究結(jié)論剖析得知：新開發(fā)設(shè)計(jì)的三個(gè)型號(hào)TiC鋁合金有較高的強(qiáng)度，可預(yù)料其有極佳的抗磨料損壞特性，抗拉強(qiáng)度在1700Mpa以上，依據(jù)參考文獻(xiàn)[4]的剖析，文中設(shè)計(jì)的TiC鋁合金抗壓強(qiáng)度充足達(dá)到應(yīng)用。從圖1能很直接的看得出，TiC鋁合金具備很好的耐蝕性，遠(yuǎn)好于現(xiàn)階段較常用的橡膠密封件和閥門原材料。
TiC鋁合金強(qiáng)度高，屬于硬延性原材料，彈性模具大，在超高壓下不容易產(chǎn)生塑性形變。挑選強(qiáng)度相對(duì)性較低的T20做高壓閘閥原材料，而強(qiáng)度相對(duì)性較高的T10和T30做圓球，如此，閥門和圓球匹配應(yīng)用，在超高壓下，圓球壓進(jìn)高壓閘閥，閥座造成輕度彈性變形，進(jìn)而可以產(chǎn)生高效的橡膠密封墊。工作壓力卸掉后，高壓閘閥彈性變形修復(fù)，與此同時(shí)由于TiC合金制品的主成份系有機(jī)化學(xué)可靠性很高的滲碳體，因而密切觸碰時(shí)不容易產(chǎn)生蔓延“噴焊”狀況，抗粘著磨損性好，因而，不容易產(chǎn)生鋼制油路板常常產(chǎn)生的“咬死”狀況。
3 匯總
文中研究設(shè)計(jì)的TiC合金制品秀的各種閥門原材料，具備下列優(yōu)勢(shì)：
（1）強(qiáng)度高，抗磨損性好，能合理地增加油路板的服現(xiàn)役使用壽命；
（2）抗壓強(qiáng)度高，徹底可以達(dá)到閥門的應(yīng)用規(guī)定，且有非常大的安全性能；
（3）耐蝕性好，幾乎不被堿性溶液浸蝕，在酸性溶液中呈現(xiàn)出良好的耐腐蝕特性，腐蝕深度遠(yuǎn)小于當(dāng)前較常用的閥門和橡膠密封件；
（4）TiC鋁合金主成份有機(jī)化學(xué)穩(wěn)定性能高，鋁合金彈性模具大，剛度好，髙壓下，圓球壓進(jìn)球座不容易產(chǎn)生塑性形變，不產(chǎn)生蔓延“噴焊”，進(jìn)而能合理解決目前常常產(chǎn)生的油路板“咬死”而沒法電源開關(guān)的問題。
論文參考文獻(xiàn)
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