[发明专利]一种泥浆泵缸套用LaMgAl11O19-SiC-Al2O3复相陶瓷材料

说明书

技术领域

一种泥浆泵缸套用LaMgAl₁₁O₁₉-SiC-Al₂O₃复相陶瓷材料，属于特种陶瓷及耐磨材料技术领域。

背景技术

随着浅层易开采的油气资源逐渐被采殆尽，油气资源的开发向深井、超深井钻探技术方向发展，勘探的难度以及成本也越来越大，同时对钻探设备和井下机具的使用寿命也提出了更高的要求。泥浆泵是钻井泥浆循环系统的关键设备，相当于钻井设备的心脏。它的主要作用是向井底输送高压泥浆，以便冷却钻头、冲洗井底，并带走钻探过程中产生的岩屑，进而辅助钻头钻进。泥浆泵服役工况条件十分恶劣，在工作过程中，泥浆泵输送的是一种含砂、高压，有一定粘度、密度和腐蚀性的碱性钻井液介质，其使用性能的好坏会对钻井的速度和质量产生直接影响，一旦失效就得停钻维修或更换零件，极大地影响了钻进的效率，给油气钻探行业造成较大经济效益。缸套是钻井泵的关键易损件，泥浆泵通过活塞在缸套里的往复运动将泥浆液输送到井底，缸套和活塞是泵压的直接承受部件。在工作过程中泥浆泵缸套一般要承受15MPa以上的压力，泥沙含量高，pH值为10～12，缸套直接受到磨料磨损和介质腐蚀的双重作用，当磨损量达0.2～0.3mm时，造成泥浆泄漏，泵压下降，导致缸套损毁。。特别是现代泥浆泵发展到大功率、大排量、高压力后，所输送的泥浆液成分也变得复杂，因此，延长泥浆泵缸套等易损部件的使用寿命是提高钻探设备工作稳定性和钻探效率必须解决的技术难题。

随着我国经济的快速发展和日益严峻的能源形势，要求能源地质勘探工作量迅速增长，对钻探设备的长使用寿命提出了更高的要求。缸套一活塞是钻井设备中重要的摩擦密封副，泥浆泵缸套作为井下机具中较为容易失效的零部件之一，用作其滑动摩擦副的材料除了要有良好的力学性能，还要求耐高压、耐腐蚀和耐磨损。目前，泥浆泵缸套主要采用高耐磨铸铁、耐磨合金钢、硬质合金等金属基材料，但金属基材料抗磨损性能较差、耐腐蚀性差(特别在中高温使用条件下)、使用寿命较短，已不能很好地满足高效率钻探的连续化生产要求。近年来以Al₂O₃、ZrO₂、Sialon等为代表的高硬度陶瓷材料由于具有硬度高、耐磨性好、耐腐蚀、耐高温以及摩擦系数小等特点而引起了人们的关注。高硬度结构陶瓷材料在钻探设备中耐磨材料领域的应用方面已取得了一定的进展，泥浆泵陶瓷缸套的使用寿命可达普通金属缸套的2～5倍左右。在耐磨陶瓷材料中，Al₂O₃陶瓷是一种成本低廉且应用较为广泛的耐磨损材料，具有机械强度高，抗腐蚀性好，耐磨损等优良性能，但用作油气钻探技术中的耐磨材料，其突出缺点是韧性低，硬度欠佳，抗冲击性能差，容易产生脆性断裂。因此，本发明通过在氧化铝陶瓷基体中添加板片状结构的LaMgAl₁₁O₁₉粉体和纳米SiC粉体，通过LaMgAl₁₁O₁₉片状晶和纳米SiC粒子的协同作用以实现对Al₂O₃陶瓷的增韧补强，提高氧化铝陶瓷材料的韧性和耐磨损性能，用作钻探设备中泥浆泵缸套，是油气钻探技术领域一种新型的耐磨陶瓷材料。

发明内容

本发明提出了在氧化铝中添加板片状结构的LaMgAl₁₁O₁₉粉体和纳米SiC粉体制备出具有良好耐磨损性能的LaMgAl₁₁O₁₉-SiC-Al₂O₃复相陶瓷材料。通过调整LaMgAl₁₁O₁₉粉体和纳米SiC粉体的加入量，产生较好的增韧补强作用，提高其耐磨粒磨损性能。