耐磨损和耐腐蚀钢组合物及包括其的高压泵和泵部件制造技术

根据一些实施例，本公开涉及一种耐磨耐蚀钢组合物，其包括从约1.75％MB至约5.75％MB的镍含量。此外，本公开涉及一种用于柱塞泵设备的流体端块组件，所述流体端组件包括：至少一个缸体，所述至少一个缸体构造成接收来自动力端的相应柱塞；至少一个抽吸开孔，所述至少一个抽吸开孔构造成容纳阀体、阀座、弹簧；弹簧保持器，其中缸体、抽吸开孔和弹簧保持器中的至少一个由具有从约1.75％MB至约5.75％MB的镍含量的钢组合物构成。含量的钢组合物构成。含量的钢组合物构成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】耐磨损和耐腐蚀钢组合物及包括其的高压泵和泵部件


[0001]在一些实施例中，本公开涉及耐磨损和耐腐蚀钢组合物(即，耐磨耐蚀钢组合物)。在一些实施例中，本公开涉及由耐磨耐蚀钢组合物构成的高压泵和泵部件(例如，水力压裂泵的流体端组件)。

技术介绍

[0002]水力压裂是一种油井增产技术，其中通过施加加压压裂流体来压裂(即破裂)基岩。压裂流体的有效性不仅取决于加压，还取决于其一种或多种支撑剂(例如砂)和化学添加剂(例如稀酸、灭微生物剂、破胶剂、pH调节剂)的组成。将加压压裂流体施加到现有基岩裂隙中以在基岩中产生新的裂缝，并且增加现有裂缝的大小、范围和连通性。这允许更多的石油和天然气流出岩层并且进入井孔，从井孔可以开采它们。
[0003]水力压裂泵大体上由动力端组件和流体端组件构成，其中动力端组件加压压裂流体以生成加压流体，并且流体端组件通过一系列导管将加压流体引导到井孔中。暴露于压裂流体的水力压裂泵部件(例如，流体端组件)容易遭受流体泄漏、故障和其它可持续性问题，这是由于它们暴露于具有腐蚀或磨蚀特性的压裂流体组分(例如，支撑剂、化学添加剂)所造成的磨损、腐蚀和劣化而引起。因此，水力压裂泵部件需要以高昂的成本频繁更换。
[0004]水力泵部件的组合物在替换频率和成本两者中起着重大作用。尽管由不锈钢构成的泵部件具有约2000个工作小时数的寿命，但不锈钢的过高成本往往使其使用成本难以承受。相比之下，由碳钢合金构成的泵部件价格较低，但与其不锈钢对应物相比，其寿命仅为约10
‑
15％(即200/>‑
300个工作小时数)。因此，需要既耐磨损又耐腐蚀(以提供更长工作寿命)并且以合理价格提供的水力泵部件。

技术实现思路

[0005]根据一些实施例，本公开涉及具有从约1.75％的质量基准(MB)至约5.75％MB的镍含量的耐磨耐蚀钢组合物。在一些实施例中，耐磨耐蚀钢组合物可具有从约2.0％MB至约4.1％MB的镍含量。当暴露于腐蚀物时，与碳合金钢对应物相比，耐磨耐蚀钢组合物可以展现出少约5％到少约50％的点状腐蚀。当暴露于压裂流体时，耐磨耐蚀钢组合物可以展现比碳钢合金对应物长至少10％到长至少500％的范围的平均寿命。
[0006]在一些实施例中，耐磨耐蚀钢组合物可包括从约0.07％MB至约0.17％MB的碳含量；从约0.3％MB至约0.6％MB的锰含量；以及从约8％MB至约10％MB的铬含量中的一种或多种。耐磨耐蚀钢组合物可以包括小于约0.5％MB的铜含量；小于约0.02％MB的硫含量；以及小于约1％MB的硅含量中的一种或多种。根据一些实施例，耐磨耐蚀钢组合物可以包括小于约0.04％MB的磷含量；从约0.5％MB至约2％MB的钼含量；以及从约0.01％MB至约0.1％MB的铌含量。钢组合物可以包括从约0.01％MB至约0.1％MB的钒含量；从约0.0001％MB至约0.1％MB的钛含量；从约0.02％MB至约0.07％MB的氮含量；以及小于约0.1％MB的铝含量。
[0007]根据一些实施例，本公开涉及一种包括流体端组件的水力压裂泵。流体端组件可
包括缸体、抽吸开孔和弹簧保持器。缸体可构造成接收来自动力端组件的相应柱塞。抽吸开孔可以构造成容纳阀体、阀座和弹簧。在一些实施例中，缸体、抽吸开孔和弹簧保持器中的一者或多者可以包括具有从约1.75％MB至约5.75％MB的镍含量的钢组合物。流体端组件可以是无凹槽的。水力压裂泵可包括构造成配合到抽吸开孔中的抽吸盖和通过杆附接到抽吸盖的阀止挡件，所述阀止挡件构造成锁定在流体缸开孔中的脊下方。抽吸开孔可以包括一个或多个凹槽。水力压裂泵可包括构造成通过凹槽锁定就位的翼式阀止挡件。
[0008]在一些实施例中，本公开涉及一种水力压裂泵，其包括流体端组件和动力端组件。动力端组件包括曲轴；框架；连接到曲轴的连杆；十字头；以及连接到连杆的柱塞。曲轴、框架、连杆、十字头和柱塞中的一个或多个包括具有从约1.75％MB至约5.75％MB的镍含量的耐磨耐蚀钢组合物。
附图说明
[0009]本文参考附图描述本公开的示例性实施例，其中相同的部分由相同的附图标记表示，并且在附图中：
[0010]图1示出了一般水力压裂泵的截面透视图；
[0011]图2示出了由暴露于含有磨蚀和腐蚀性组分的高压流体引起的水力压裂泵的金属部件上的点状腐蚀；
[0012]图3示出了根据本公开的特定示例性实施例的水力压裂泵的前部透视图；
[0013]图4A示出了根据本公开的特定示例性实施例的具有阀止挡件设计的无凹槽流体端组件的前部透视图，所述阀止挡件设计锁定在流体缸开孔中的脊下方；以及
[0014]图4B示出了根据本公开的特定示例性实施例的具有凹槽抽吸开孔以将阀止挡件锁定就位的流体端组件的前部透视图。
具体实施方式
[0015]本公开涉及当与碳合金钢对应物相比时具有提高的耐磨损性或耐腐蚀性的钢组合物(即，耐磨耐蚀钢组合物)。而且，本公开涉及一种制造成本低于具有类似磨损或腐蚀性质的不锈钢对应物的耐磨耐蚀钢组合物。在一些实施例中，本公开涉及一种耐磨耐蚀钢组合物，当与碳钢合金对应物相比时，其具有提高的耐磨损性或耐腐蚀性，并且具有与不锈钢对应物相比足够低的制造成本，使得特性的组合是期望的。
[0016]如表1中所示，碳钢合金由其主要合金成分碳限定，并且其特性主要取决于存在的碳的百分比。随着碳百分比增加，碳合金钢的硬度提高并且延展性降低。碳合金钢通常分为三类：包括在0.05％至0.3％MB之间的碳的低碳钢；包括在0.3％至0.8％MB之间的碳的中碳钢；以及包括在0.8％MB至2％MB之间的碳的高碳钢。尽管主要关注元素是碳，但碳合金钢还可包括按质量计：从0.75％MB至1.75％MB的锰含量、0.25％MB的镍含量、低于0.6％MB的铜含量、从0.25％MB至0.35％MB的硫含量、从0.1％MB至2.2％MB的硅含量、从0.06％MB到1.25％MB的铝含量、从0.04％MB到0.09％MB的磷含量、小于0.01％MB的钼含量、小于0.01％MB的铌含量、小于0.01％MB的钒含量、小于0.01％MB的钛含量、从0.02％MB到0.07％MB的氮含量，以及它们的任意组合。碳合金钢通常仅包括痕量的铬。碳合金钢易于磨损和腐蚀，特别是在暴露于诸如压裂流体的腐蚀性材料时。碳合金钢部件(例如，由碳合金钢构成的流体
端组件)可具有长达100小时，或长达150小时，或长达200小时，或长达250小时，或长达300小时的寿命。
[0017]相比之下，不锈钢包括0.03％至0.15％MB的低碳含量和高水平的铬，其通常范围为11％至30％MB。不锈钢的高铬含量导致其高制造成本。取决于期望的特定特性，不锈钢可能具有不同含量的其它元素，包括铜、锰、镍、钼、钛、铌、氮、硫、磷和硒。通常，不锈钢中仅存在痕量的铝。如表1所示，其中不锈钢具有按质量计：从0.03％MB至0.15％MB的碳含量、从0.75％MB至1％MB的硅含量、从0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种耐磨耐蚀钢组合物，包括从约1.75％MB至约5.75％MB的镍含量。2.根据权利要求1所述的耐磨耐蚀钢组合物，其进一步包括以下至少一种：从约0.07％MB至约0.17％MB的碳含量；从约0.3％MB至约0.6％MB的锰含量；从约8％MB至约10％MB的铬含量；小于约0.5％MB的铜含量；小于约0.02％MB的硫含量；小于约1％MB的硅含量；小于约0.04％MB的磷含量；从约0.5％MB至约2％MB的钼含量；从约0.01％MB至约0.1％MB的铌含量；从约0.01％MB至约0.1％MB的钒含量；从约0.0001％MB至约0.1％MB的钛含量；从约0.02％MB至约0.07％MB的氮含量；以及小于约0.1％MB的铝含量。3.根据权利要求1所述的耐磨耐蚀钢组合物，其中所述镍含量在从约2.0％MB至约4.1％MB的范围内。4.根据权利要求1所述的耐磨耐蚀钢组合物，其中当暴露于腐蚀物时，所述耐磨耐蚀钢展现出比碳合金钢对应物少约5％至约50％的点状腐蚀。5.根据权利要求1所述的耐磨耐蚀钢组合物，其中当暴露于压裂流体时，所述耐磨耐蚀钢展现出比碳钢合金对应物长至少10％到长至少500％的范围的平均寿命。6.一种包括流体端组件的水力压裂泵，所述流体端组件包括：缸体，所述缸体构造成接收来自动力端组件的相应柱塞；抽吸开孔，所述抽吸开孔构造成容纳阀体、阀座和弹簧；以及弹簧保持器，其中所述缸体、所述抽吸开孔和所述弹簧保持器中的至少一个包括钢组合物，所述钢组合物包括：从约1.75％MB至约5.75％MB的镍含量。7.根据权利要求6所述的水力压裂泵，其中所述钢组合物进一步包括以下至少一种：从约0.07％MB至约0.17％MB的碳含量；从约0.3％MB至约0.6％MB的锰含量；从约8％MB至约10％MB的铬含量；小于约0.5％MB的铜含量；小于约0.02％MB的硫含量；小于约1％MB的硅含量；小于约0.04％MB的磷含量；从约0.5％MB至约2％MB的钼含量；从约0.01％MB至约0.1％MB的铌含量；从约0.01％MB至约0.1％MB的钒含量；
从约0.0001％MB至约0.1％MB的钛含量；从约0.02％MB至约0.07％MB的氮含量；以及小于约0.1％MB的铝含量。8.根据权利要求6所述的水力压裂泵，其中所述镍含量在从约2.0％MB至约4.1％MB的范围内。9.根据权利要求6所述的水力压裂泵，其中所述流体端组件是无凹槽的。10.根据权利要求9所述的水力压裂泵，进一步包括构造成配合到所述抽吸开孔中的抽吸盖和通过杆附接到所述抽吸盖的阀止挡件，所述阀止挡件构造成锁定在流体缸开孔中的脊下方。11.根据权利要求6所述的水力压裂泵，其中所述抽吸开孔包括凹槽。12.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：SPM石油和天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：