[00759490]油田钻井泵用增韧氧化锆陶瓷缸套

项目研究的背景及用途：“石油钻井泵陶瓷缸套”为天津大学承担的国家八·五、九·五重点科技攻关项目。高压泥浆泵是油田钻井工作台的“心脏”，缸套是泥浆泵的重要部件，由于工作条件十分恶劣(高压15-35MPa，强碱pH10-12，含沙量0.4-2％，活塞冲次90-120次/分，温升70-170℃)，金属缸套不耐磨蚀，使用寿命很短，在地层复杂或钻深井时，常需更换而严重影响钻井效率，现场反映强烈，是油田老大难问题。该项目以最耐磨蚀的增韧氧化锆陶瓷缸套替代金属缸套，使用寿命大大提高，并由于细晶陶瓷表面异常光滑，活塞寿命和设备可靠性均大大提高，为降低钻井成本创造了条件，是泥浆泵缸套升级换代的首选方向。技术原理及流程：采用增韧氧化锆陶瓷材料制作大尺寸一体陶瓷缸套。增韧氧化锆陶瓷是新一代结构陶瓷材料，它是运用相变增韧的原理来使陶瓷强韧化，欲获得高强、高韧的氧化锆陶瓷，对原料、配方及工艺条件需严格控制，使相变增韧作用得以充分发挥。采用压制成型、常压烧结、过盈装配的工艺路线：原料按设计配方混合喷雾干燥造粒等静压成型烧成缸套瓷坯外圆加工与金属缸套过盈装配缸套内孔研磨加工陶瓷缸套成品。该配方设计使烧成温度比一般增韧氧化锆陶瓷低50-100℃，呈细晶结构，并能获得更高的强度、韧性与耐磨性。成果水平及主要技术指标：已有专利报道国外采用96％氧化铝陶瓷注浆成型、二次烧成制作缸套，国内虽有多家进行研制，但均无正式产品问世。该产品为大尺寸一体增韧氧化锆陶瓷缸套，力学性能高，综合性价比优。油田现场使用表明，天津大学研制的的增韧氧化锆陶瓷缸套使用寿命已超过1500小时，为金属缸套寿命的6-8倍。“一种陶瓷缸套的制备工艺”发明专利已被授权，专利号ZL00100512.X.2002年又申请了2项发明专利：“含硅相四元系氧化锆复相陶瓷材料”，申请号02158534.2；“制备缸套的氧化锆基陶瓷配方粒度组成”，申请号02158533.4，均正在实审中。市场分析及效益预测：金属缸套使用寿命约为300小时，较差的只有100-200小时，据统计，全国陆地油田每年需10万只，若以陶瓷缸套寿命为金属6倍计，全国年需陶瓷缸套1.6万只。同时，海上油田钻井全部使用昂贵的进口陶瓷缸套，花去大量外汇。国内一些石油机械厂出口钻井泵也需用陶瓷缸套提高其技术含量，市场潜力巨大。若以近期年产陶瓷缸套5000只计，年产值逾2000万元，利润率约10％，直接经济效益约200万元。远期目标三至四倍，由于使用陶瓷缸套可提高钻井效率，减少停泵更换缸套及活塞的次数，直接与间接经济效益可观，还可大大减轻工人劳动强度。