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《不锈钢压裂泵锻件标准》

      

地球储藏能源油、气是不可再生的宝贵资源。随着人类对油、气资源依赖度的日益加深,凸显出该资源越来越重要。它决定着一个国家的发展和国力的强弱。在全球经济高速发展的当时,油、气的开采量在不断增加。与此同时,单位油、气井的产量率滴油、气工业的重大课题。通过优化或改进开采工艺和设备来提高油、气井单位产量,降低开采成本,提高经济效益。

“压裂泵”作为油、气开采设备中主要设备之一,随着科技的不断发展,压裂工艺技术也得到了前所未有的发展。几十年来人们对“压裂泵”的研发也从未停止过,特别是近几年,在压裂技术不断提升的同时,对“压裂泵”的承压能力和使用寿命提出来更高的要求。由原来的的低合金钢制造的“压裂泵”在新压裂技术要求下使用,不但承受能力不够,而且使用寿命特别短暂,最短的带压使用时间不到100小时。这样凸显出工作效率特别低下,经济效益将受到很大的影响。

针对上述情况,我公司自2013年4月组建了研发团队,历经三年多时间,从调研走访到查阅资料,分析“压力泵”的工作原理。对其压力、工况、介汁及地质结构等作了详细的研究。最终认定需要选用一种高强度、高韧塑性、耐腐蚀、抗磨损的高合金钢来制造“压裂泵”,可以满足并达到新技术要求下使用。对多种材料经过了是上百次试验,结果证明在本标准框架内的材料完全符合新技术,新工艺条件下使用。在2016年6月我公司生产的第一件不锈钢“压裂泵”产品交付重庆涪陵礁石坝页岩气开采现场进行工况实验。实验结果表明各项指标均符合技术要求,累计带压作业时间达到1000多小时。开创了同类产品在恶劣工况使用时间最长之先列。得到了业内人士的一直好评。

我们将再接再厉,不断创新,一定能够研发出更好的产品投放市场,服务于社会。

1  范围

本标准适用于石油、页岩油、页岩气开采“压裂泵”制造。本标准不适用其他行业或产业。

2  规范性引用文件:

下列文件凡是注明日期的引用文件,仅注明日期的版本适用于本文件,不注明日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)使用本文件。

GB/T222      钢的成品化学成分允许偏差

GB/T226      钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法

GB/T228.1    金属材料  拉伸试验  第1部分:室温试验方法

GB/T229      金属材料  夏比摆锤冲击试验方法

GB/T231.1    金属材料  布氏硬度试验  第1部分:试验方法

ASTM  A370   钢制品力学性能试验的标准试验方法及定义

GB/T6394     金属平均晶粒度测定方法

ASTM  E112   平均晶粒度测定的试验方法标准

GB/T10561    钢中非金属夹杂物含量的测定--标准评级图显微检验方法

GB/T11170   不锈钢多元素含量的测定  火花放电院子发射光谱法(常规法)

NB/T47013.5  承压设备无损检测  第5部分:渗透检测

ASTM A388/A388M   大型钢设备超声波检验

3   技术要求

3.1冶炼方法

本标准用钢采用VODC,全真空冶炼,细晶粒纯镇静钢,或电弧炉冶炼+AOD真空精炼,必要时可+电渣重熔或其他更高质量的冶炼方法。

3.2锻造

3.2.1  泵头体锻件用钢,钢锭TB端(水口、冒口)应有足够的切余量。以确保锻件无缩孔和严重偏析。

3.2.2  锻造设备应有足够的功力,采用三维锻造法,使锻件的整个截面都能得到充分锻透。总锻造比大于5,其中镦粗比大于3

3.2.3  锻件用钢,进炉加热要均匀,严格控制始锻温度和终锻温度。保温要充分。防止因阴阳火或过烧而影响锻件质量。

3.2.4  锻后热处理:锻件锻后须进专用热处理炉进行热处理,热处理要求N+T(即正火+回火)。

3.3  化学成分:

3.3.1锻件成分就符合表1规定

1  化学成分(%)

C

Mn

Si

S

P

Ni

Cr

≤0.080

≤2.0

≤1.0

≤0.015

≤0.020

3.0-7.0

11.5-18.0

Mo

Cu

Nb

V

H

O

N

≤2.0

≤4.50

≤0.50

≤0.20

≤2PPM

≤20PPM

≤80PPM

注:H、O、N不作考核指标,由制造厂家提供数据。化学成分按10.4<表三>中的力学性能要求由制造厂家自行调整。

3.4  非金属夹杂物 GB/T10561ASTM标准评级图评定,符合表2要求。

2   非金属夹杂物

类别

A

B

C

D

DS

总和

粗系

1级

1级

1级

1.5级

1级

2.5级

细洗

1级

1级

1级

1.5级

1级

2.5级

3.5  毛坯检验

3.5.1  锻件表面不允许有裂纹、折叠等影响加工尺寸的缺陷存在。如有缺陷但不影响精加工,允许用冷切削方式将缺陷去除。不允许用火焰或其他氧化方式清楚缺陷。缺陷清除后须做渗透检测,确认缺陷已彻底去除。

5.3.2  锻件任何部位都不允许补焊。禁止一切动火行为(热处理除外)。

3.6  粗加工

3.6.1  锻件按粗加工图及工艺进行粗加工。粗加工后表面粗糙度Ra6.3。

3.6.2  锻件粗加工后表面不允许有裂纹、气泡、结疤、折叠、夹渣、疏松等危害性缺陷存在。

3.7  无损检验

3.7.1  超声波检测:锻件粗加工见光后应进行100%超声波探伤。探伤方法按《ASTM A388/A388M 大型钢锻件超声波检验标准》进行。3.7.2  锻件探伤不允许有裂纹、白点、缩孔、折叠等缺陷存在。

3.7.3  锻件不允许存在大于φ2当量直径的单个缺陷。不允许密集区缺陷存在(φ1.6当量直径的缺陷不计,但因缺陷引起的杂波高度应低于当量直径φ1.6幅度的50%)。

3.7.4  因缺陷引起的地波降低量≤6dB。

3.7.5  不允许游动信号和条状缺陷信号存在。

3.7.6  渗透检测:按《NB/T47013.4  承压设备无损检测  5部分:渗透检测》进行。

3.7.6.1  泵头体最终机加工后内腔应进行100%渗透检测。相贯线部位不允许存在线状或原形缺陷,对于内腔非相贯线部位100*100mm范围内线状或原状缺陷显示累计长度不得超过3mm,且不允许呈链状分布。对于内腔缺陷允许打磨去除,缺陷去除后不能大幅度改变泵头体内腔分布状态,不能形成局部涡流。

3.7.6.2  泵头体精加工后外表面不允许存在任何方向长度或深度大于3mm的缺陷,100*100mm范围内缺陷显示累计长度不超过5mm,且不允许呈链状分布。

3.8  性能热处理:

3.8  锻件经粗加工,无损检测合格后进行性能热处理(即Q+T)。热处理工艺有制造厂家根据性能要求、化学成分、设备状况、冷却方法。冷却介质等因素自定,以达到性能要求为目的。

3.9  力学性能

3.9.1  力学性能试验在锻件性能热处理后进行

3.9.2  取样方法:试样应取自锻件本体距表面50mm处(按取样图),分别为纵向、横向各一组,每组试样做一拉三冲。

3.9.3  试验方法:按《GB/T228》、《GB/T229》或《ASTM  A370》进行。

3.10  力学性能

3.10.1  锻件力学性能应符合表3规定

3   力学性能

试样方向

σs

σb

δ4(%)

Ψ(%)

AkV/J-30℃

纵向

≥830

960-1150

16

55

≥70

横向

≥810

940-1130

16

50

≥70

注:冲击功每组实验中允许1个试样实验值低于标准值,且不得低于标准值得80%,但一组试验三个试样的平均值应符合标准要求。

3.10.2  复试:当一次试验不合格时可在原取样位置相邻处去双倍试样进行复试,如再不合格允许重新热处理。

3.10.3  重新热处理:当锻件力学性能试验不合格时允许重新热处理,锻件热处理次数不得超过三次。回火次数不计。

3.11  低倍组织检验:

3.11.1 酸浸低倍组织级别应符合《GB/T1220-2007》中1组要求。允许用超声波探伤替代低倍祖师检验。低倍组织要求应符合表4.

 4

组别

中心疏松

一般疏松

锭型偏析

一般点状偏析

边缘点状偏析

皮下气泡

晶间裂纹

级别

≤1.5

≤1.5

≤1.5

≤1.5

不允许

不允许

不允许

3.12  晶粒度:

3.12.1  晶粒度评定方法:按《GB/T6394》或《ASTM  E112》。

3.12.2  晶粒度要求:锻件最终热处理后的平均晶粒度5级或更细。晶粒度不作验收条件,但制造厂家应提供晶粒度试验报告。

3.13  标识:

3.13.1  锻件精加工、检验合格后将生产过程中的冶炼好、材质、编号、件号、生产日期用低应力钢印打在产品规定区。

3.14  锻件交货时,应附有质量证明书,其内容包括:

3.14.1  锻件交货时须提供相应报告(原材料质保书、化学成分复检报告、探伤报告、渗透检测报告、非金属夹杂物检验报告、低倍实验报告、力学性能报告、晶粒度报告、注明热处理状况)。

4  本标准属本公司企业标准,与其它标准无涉。

5  本标准解释权属起草人。

6  本标准起草人:嘉兴市乍浦杭湾重型机械有限公司。



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