热等静压处理的铸造阀瓣.pdf

为大量节约成本，井下安全阀的组件是铸造的而不是机械加工的。特别是，阀瓣是用718镍合金铸造的，并用HIP工艺处理以增大强度和耐腐蚀性并减少气孔。其他井下阀组件也试图通过同样的技术来制造，并可以采用不同的材料。取决于特定的合金，与它们相应的锻造组件相比，所得的HIP组件或者在性能(例如强度、耐腐蚀性)上更加优良，或者在生产上便宜很多。

1、  一种制造井下工具组件的方法，包括：
铸造组件；
使组件经历HIP工艺；
对所述组件进行精加工以获得预期的尺寸。

2、  权利要求1所述的方法，包括：制造接合的井下工具组件。

3、  权利要求1所述的方法，包括：制造安全阀的阀瓣。

4、  权利要求1所述的方法，包括：制造安全阀中阀瓣的阀座。

5、  权利要求1所述的方法，包括：制造安全阀的流管。

6、  权利要求1所述的方法，包括：用镍合金作为所述铸造的材料。

7、  权利要求1所述的方法，包括：用718镍合金作为所述铸造的材料。

8、  权利要求1所述的方法，包括：用所述的HIP工艺减少所述铸件的气孔。

9、  权利要求1所述的方法，包括：用所述的HIP工艺改善所述铸件的耐腐蚀性。

10、  权利要求1所述的方法，包括：用所述的HIP工艺增大所述铸件的强度。

11、  权利要求3所述的方法，包括：用镍合金作为所述铸造的材料。

12、  权利要求10所述的方法，包括：用718镍合金作为所述铸造的材料。

13、  权利要求11所述的方法，包括：用所述的HIP工艺减少所述铸件的气孔。

14、  权利要求12所述的方法，包括：用所述的HIP工艺改善所述铸件的耐腐蚀性。

15、  权利要求13所述的方法，包括：用所述的HIP工艺增大所述铸件的强度。

16、  权利要求14所述的方法，包括：制造接合的井下工具组件。

17、  权利要求15所述的方法，包括：制造安全阀中阀瓣的阀座。

18、  权利要求16所述的方法，包括：制造安全阀的流管。

热等静压处理的铸造阀瓣
优先权信息
[0001]本申请要求2004年6月24日提出的美国临时申请No.60/582,614的优先权。
技术领域
[0002]本发明的领域是可以被铸造而不是用机械加工棒材来得到的井下工具的组件，特别是被铸造并经过热等静压(HIP)处理的井下安全阀组件。
[0003]HIP工艺是公知的。热等静压(HIP)，即加热和高压的同时实施，在许多工业已成为标准的生产工艺。在HIP单元里，高温炉被装入压力容器中。工件被加热，并由惰性气体，通常是氩气，对其施加均匀的压力。为了获得最优的材料性质，对温度、压力和处理时间进行控制。
HIP的经济性
[0004]作为制造工艺中不可分割的部分而并入的HIP工艺减少了碎屑。
[0005]HIP通常允许用铸件来代替锻造组件。由于铸件接近最终形状，这减少了用于每个部件的昂贵的镍合金的数量。
[0006]相比于从棒料开始加工，HIP铸件减少了机械加工时间。
[0007]通过提高材料性质并减少性能的耗散，HIP可以减少保证质量的必要条件。有时，射线照相费用的节约将大于HIP的费用。
铸件
[0008]HIP被广泛用于铸造工业，以消除浇铸过程中产生的内部气孔。这将导致铸件强度、延展性和疲劳寿命的改善。废品率减少，并且各部件的机械性能更一致。通常经过HIP处理的铸造合金包括镍、钴、铝和钛。
粉末冶金
[0009]HIP将细粉固结为理论密度接近100％的组件。预烧结组件被完全压实或粉末在一密封容器内被压缩，然后直接被HIP处理成接近最终形状。该工艺有助于工具钢、烧结碳化钨、铜、镍和钴合金的处理。陶器的和复合材料也可以用这种方法成形。
其他应用
[0010]HIP用于不同材料的粘结、等离子喷镀层的固结、焊接的改善、软磁和硬磁材料的处理和各种陶瓷的应用。在例如涡轮发动机改造的应用中，HIP消除了组件的疲劳效应，这些组件已接近它们使用寿命的终点。这些组件可以通过进一步的保养来复原。
[0011]在石油和天然气工业，美国专利6138779、5758733和5560440已经阐述了对钻头组件进行HIP处理来形成硬化面。HIP工艺已被用于需要高强度和高耐温性的铸造镍合金，例如如美国专利6632299中所述的用于航空燃气轮机工业。美国专利6705385已经指出，HIP工艺能够降低钛铸件的多孔性。美国专利6733726已经指出，HIP能够提高铝合金的耐腐蚀性。在石油和天然气工业，现在属于Schlumberger一部分的Camco为一些井下工具制造S-蒙乃尔镍合金的铸件，但由于得到的工具不符合硫化氢条件下使用的行业标准而停止实施。MR0175标准是由全国防腐工程师协会(NACE)出版的，而且已经被许多国家管理机构和许多油气井操作人员采用。
[0012]尽管铸件需要一些精加工，但是铸件通常会比锻造部件节约大量成本。制造好的部件的成本节约有可能达到大约70％。在井下安全阀领域里，阀瓣(flapper)和与之啮合的阀座(seat)包括复杂的加工，而且提供了利用HIP处理节约成本的机会。尽管HIP工艺已经存在了30多年，并且在此期间井下安全阀也一直在使用，但没有制造商象本发明一样试图将HIP技术结合到井下安全阀部件的处理中。事实上，本领域技术人员尝试过铸造以前锻造的部件以节约成本，但是面对铸进部件时必需的损失，特别是在强度、多孔性、断裂韧度和耐腐蚀性降低方面，这种尝试被放弃了。本发明意识到通过井下工具铸造组件获得的节约可以通过利用HIP来实现。特别是，采用铸造镍合金可以获得节约，更具体地是当该组件是井下安全阀的阀瓣和与其相连的部件时。通过对优选实施例和所附权利要求描述的回顾，本发明的该方面及其他方面对于本领域技术人员将变得更加清楚。
发明内容
[0013]为大量节约成本，井下安全阀的组件是铸造的而不是机械加工的。特别是，阀瓣是用718镍合金铸造的，并用HIP工艺处理以增大强度和耐腐蚀性并减少气孔。其他井下阀组件也试图通过同样的技术来制造，并可以采用不同的材料。取决于特定的合金，与它们相应的锻造组件相比，所得的HIP组件或者在性能(例如强度、耐腐蚀性)上更加优良，或者在生产上便宜很多。
附图简要说明
[0014]图1是井下安全阀处于闭合状态的剖视图。
优选实施方案的详细说明
[0015]图1显示了一井下安全阀SSV，其处于闭合状态。当在控制管接头20失去压力而流管16被闭合弹簧18举升时，阀瓣10被紧靠阀座14的盘簧12可旋转地闭合。图1显示了一已知的井下安全阀SSV。本发明在于生产组件的方法，特别是生产阀瓣10和与之相联的阀座22的方法。优选的材料是镍718合金，且其优选被铸造并进行HIP处理，然后经过精加工得到符合尺寸公差的组件。HIP处理减少了气孔，并增大了强度，改善了耐腐蚀性。用这种技术生产的阀瓣比用棒料加工的可以节省接近70％的成本，很显然井下安全阀SSV的其他组件，例如阀座22、流管16或其他部件，也可以采用同样的铸造和HIP技术来生产。尽管阀瓣10的优选材料是镍718合金，其他的材料也可以被铸造并进行HIP处理来制造井下工具组件，以节省成本并使性能得到上述的改善。
[0016]本领域技术人员知道，尽管井下安全阀SSV已使用了许多年，它们的细件是用棒料机械加工得到的，这比铸造和精加工的成本高很多。井下工具铸件被用于井下安全阀SSV是已知的，这些部件没有经过HIP处理，特别是它们对用于硫化氢条件的适应性是有限的。在生产出具有必要的强度、耐腐蚀性和气孔水平以满足各种井下工作条件的井下安全阀SSV组件之前，本领域技术人员进行了尝试并且失败了。情况就是这样的，尽管HIP工艺已经使用了30多年。
[0017]尽管本发明集中在用镍718合金铸造得到用于井下安全阀SSV的阀瓣，本领域技术人员能够意识到其他材料也可以被铸造并进行HIP处理来制造用于井下工具的组件。组件的范围不限于井下工具领域中的井下安全阀。不同的材料可以被用于给定工具的独立组件，其被铸造并进行HIP处理来达到上述的优点。
[0018]尽管上面描述了优选的实施例，本领域技术人员能够意识到本发明的范围是非常宽的，并由所附的权利要求来限定。