[00142506]非常规油气田页岩油压裂泵阀箱用高强不锈钢

一、任务来源：本项目为四川六合特种金属材料股份有限公司的自选项目。 二、成果研究的背景及意义。 压裂在本质上是利用压裂泵产生高压力的液体,从而对压力进行传导,在油井中产生裂纹,填补上支撑剂后,即形成了一块渗透率极高的区域。在施工时,高压泵将液体以极高的速度向地层内部注入,由于地层的吸收速度远小于液体的注入速度,导致底层的破裂,并且裂缝会逐渐加大,注入的液体越多,泵的压力越大,产生的裂缝就越大。进而提高了石油的生产效率,压裂技术的应用降低了石油开采的成本,极大的提升了石油的可开采量。由此可见,无论是页岩气的开发,还是提高产油率的关键技术都是压裂技术,而压裂泵是实现压裂工艺意图最直接和最关键的执行设备。 在油田、页岩气的开采中,高压井、深井的数目逐渐增多,对压裂泵的压力要求也随之提高,如此苛刻的条件,导致阀箱的工作压力不断增加,因此经常会出现阀箱失效的问题。阀箱的使用寿命降低,传统材料的使用寿命约为200-300h,已经严重影响压裂工艺效率。 基于上述背景,本项目研制的高强度不锈钢油气田压裂设备用阀箱,通过材料创新、制造工艺创新,将阀箱由传统材料使用寿命200-300h,提高至800-1500h,获得国内油气田一致好评。 三、成果的创造性、先进性。 3.1 不锈钢超低氢低氧、高纯净精炼技术：通过开发AOD、VOD高效脱氢、强铝脱氧、高碱度高氧化镁渣系、弱钙处理技术,实现了不锈钢脱氢率＞80% 、锭坯中[H]≤1ppm、T [O]≤20ppm、夹杂物细化且弥散分布,将氢、氧元素和非金属夹杂物对材料的危害将至行业最低水平; 3.2 锭坯残余铁素体超低含量控制技术：通过开发锭坯低过热度、快速冷却等凝固技术及其高温均质处理技术,将锭坯中残余铁素体含量由20%降低到1%以下,实现了阀箱产品中零铁素体,提高了材料性能稳定性,满足了在复杂环境下的特殊性能要求; 3.3 高组织均匀性控制技术：通过研究和总结高强度不锈钢在热锻、热处理过程晶粒度的变化机理和规律,开发出“高温扩散+大锻比+大单道变形量+少火次+匹配固溶处理+匹配时效处理”,具备了500~700mm厚度阀箱锻件晶粒度级别可需求进行控制、且级差不超过2级的工艺技术水平,满足了阀箱产品对材料组织均匀性的要求; 3.4 提高阀箱产品抗腐蚀能力技术：通过C元素和Nb元素的合理匹配控制,将15-5PH钢种的抗腐蚀能力提高到与其超低碳钢种316同等的水平,高度统一抗腐蚀性能和高强度之间的矛盾关系,实现了钢种能力的超越; 3.5 低温韧性和强度控制技术：通过研究体心立方金属及合金或密排六方晶体金属及合金,当试验温度低于某一温度tk时,材料由韧性状态变为脆性状态,冲击吸收功明显下降,断裂机理由微孔聚集变为穿晶解理,断口特征由纤维状变为结晶状,即低温脆性。从宏观角度分析,材料低温脆性的产生与其屈服强度σs和断裂强度σc随温度变化有关。从以上因素展开研究,找到影响低温韧性的主要原因如化学成分（P/C/Si、Ni/Mo/Mn等）、第2相粒子、晶粒度等,实现了阀箱15-5PH材料低温韧性和强度的良好匹配。