[发明专利]一种高压注浆成型制备石油钻井用陶瓷缸套的方法

说明书

一种高压注浆成型制备石油钻井用陶瓷缸套的方法，取氧化锆、氧化铝、碳化硅、氧化钇、氧化铈和二氧化钛为原料，并将各原料按重量分成若干份；以制备80—85%固含量的浆料为目标称取水，并将水与分散剂、粘结剂和增强剂均匀混合成预混液置于球磨罐中，然后按照原料所分的份数，逐份分批次将原料投入球磨罐中，并在投入每份原料后均进行球磨，且各批次投料后球磨的时间依次延长，球磨制成的浆料注入模具中，并逐步增大注浆压力，保压一定时间后脱模得到坯体干燥、脱胶，然后于气氛炉中烧结制得陶瓷缸套。制备陶瓷缸套，相对密度达到98.9‑99.3%，抗弯强度达到1200‑1275MPa，断裂韧性达到10.5‑11.8 MPa·m1/2，具有优异的综合性能。

技术领域

本发明涉及一种高压泥浆泵陶瓷缸套的制备方法，具体地说是一种高压注浆成型制备石油钻井用陶瓷缸套的方法。

背景技术

在石油钻井中，高压泥浆泵是钻井平台的心脏，其中缸套是泥浆泵最重要的部件，在作业时要承受高压力、高磨损、强腐蚀的工况条件，是钻井泵的主要易损件之一，其质量和性能的好坏直接影响到钻井工作的正常进行。

目前使用较多的缸套主要有双金属缸套、氧化铝为主体的陶瓷缸套、氧化锆为主体的陶瓷缸套等，其中双金属缸套不耐磨、易被腐蚀，使用寿命不超过500h。而陶瓷缸套多数使用干式成型方法，如公开号为CN106699175A、CN106286274B的中国发明专利，均采取将球磨后的造粒粉先预压再冷等静压成型（CIP）的方法制得坯体，该成型方式的缺点在于：1）无论是在刚性模具中预压，还是在包套后冷等静压的成型过程中坯体的压力传递沿缸套坯体厚度方向存在梯度损失，易导致坯体密度分布不均匀，这样宏观上坯体易出现整体或局部变形，增加了后期加工的成本和难度，微观上坯体内部结构均匀性也不理想，易出现气孔和尺寸异常的晶粒；2）干式成型方法，即便用很高的等静压压力保压，其所得坯体密度仍与理论极限值差距较大，在使用微米级原料粉时，往往须通过很高的烧结温度才能实现较好的致密度，但烧结温度偏高会使烧成品晶粒变大，导致强度和耐磨性的下降；若使用亚微米级或纳米级的较高烧结活性原料，虽可降低致密化温度，但造成了成本的增加；3）干式成型自动化程度低，需要多道工序且只有少部分可以自动化，其余需要人工操作。故干式成型方法，其烧结后的陶瓷缸套的强度、断裂韧性、耐磨性等方面均与使用要求存在差距，实际使用寿命难以超过4000h。

现今在海洋、深井等复杂或恶劣条件下，尤其是随着大排量、高压力泵的应用，对缸套的强度、耐磨耐蚀性、使用寿命均提出了更高的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有成型技术坯体内部结构均匀性不理想。强度低的问题，提供一种高压注浆成型制备石油钻井用陶瓷缸套的方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种高压注浆成型制备石油钻井用陶瓷缸套的方法，包括如下步骤：

（1）、取氧化锆、氧化铝、碳化硅、氧化钇、氧化铈和二氧化钛为原料，并将各原料按重量分成若干份备用。

（2）、按照步骤（1）所取原料，以制备80—85%固含量的浆料为目标称取水，并将水与分散剂、粘结剂和增强剂均匀混合成预混液。

（3）、将步骤（2）制成的预混液置于球磨罐中，然后按照原料所分的份数，逐份分批次将原料投入球磨罐中，并在投入每份原料后均进行球磨，且各批次投料后球磨的时间依次延长，球磨制成的浆料备用。

（4）、将步骤（3）制成的浆料注入模具中，并逐步增大注浆压力，保压一定时间后脱模得到坯体。

（5）、将步骤（4）得到的坯体干燥后加热脱胶，然后于气氛炉中烧结制得陶瓷缸套。

所述的分散剂为聚丙烯酸铵、柠檬酸铵、聚羧酸铵或聚碳酸酯。

所述的粘结剂为聚乙烯醇。

所述的增强剂为改性淀粉、栲胶或棉花纤维。