一種銅基記憶合金補(bǔ)貼管及其制備方法、補(bǔ)貼方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新材料和輸油設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種補(bǔ)貼管及其制備方法、補(bǔ)貼方 法和用途，尤其涉及一種銅基記憶合金補(bǔ)貼管及其制備方法、補(bǔ)貼方法和用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 在工業(yè)生產(chǎn)中，大量的油田抽油套管、化工容器以及管路和水路會因腐蝕和地質(zhì) 變動等出現(xiàn)局部破裂和泄漏而失效，其產(chǎn)生了重大社會經(jīng)濟(jì)損失。油田每年有10%的油井 要報(bào)修，國內(nèi)有上百萬口井，全世界上億口井，這渉及數(shù)千億美元市場，因此，對破裂和泄露 的油田抽油管道等進(jìn)行補(bǔ)貼具有重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。
[0003] 較早的補(bǔ)貼技術(shù)主要是采用縫波紋管補(bǔ)貼技術(shù)，近2年的最新技術(shù)是無縫膨漲管 補(bǔ)貼，它們都是美國技術(shù)，前者補(bǔ)貼不可靠，易掉井，易漏；后者的可靠性雖然增加了，但兩 種技術(shù)均費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、費(fèi)錢，并且需使用重型機(jī)械液壓設(shè)備，后者還需要使用特殊進(jìn)口鋼材。
[0004] 熱功能好的鈦鎳合金可以用于補(bǔ)貼技術(shù)，專利CN104060126A提供了一種鎳鈦系 形狀記憶合金，所述的鎳鈦系形狀記憶合金由鎳、鈦、銅、鉻、錳以及鎘六種金屬成分組合 而成，所述的鎳鈦系形狀記憶合金中各成分所占重量百分比分別為：所述的鎳占60. 3%~ 64. 9%，所述的鈦占21. 4%~22. 5%，所述的銅占7. 4%~8. 3%，所述的鉻占2. 8%~ 3. 7%，所述的錳占1.9%~2. 7%，所述的鎘占1.6%~2. 5%。但是鎳鈦合金資源稀缺，價(jià) 格昂貴，且制備工藝繁雜，現(xiàn)有技術(shù)還制造不出20mm粗的無縫管件。現(xiàn)有技術(shù)中有將鐵基 記憶合金用于油田補(bǔ)貼堵漏，但未獲得成功，其原因是由于鐵基合金記憶效應(yīng)低下，最大回 復(fù)變形率僅1~2%，且非熱彈性相變回復(fù)，并且價(jià)格也不非。同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中最新膨漲補(bǔ) 貼技術(shù)所用的管材還是普通鋼，其在含硫化氫、濕氣大且高溫的油田環(huán)境中腐蝕嚴(yán)重。
[0005] 因此，找到一種熱彈性相變性能好、耐腐蝕、成本低且制備工藝簡單的套管補(bǔ)貼設(shè) 備是現(xiàn)在亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中補(bǔ)貼材料熱彈性相變性能差、易腐蝕、生產(chǎn)困難、加工工 藝繁雜和成本高等問題，本發(fā)明提供了一種銅基記憶合金補(bǔ)貼管及其制備方法、補(bǔ)貼方法 和應(yīng)用。
[0007] 通過熔煉、在冷卻系統(tǒng)中進(jìn)行冷卻（尤其是定向凝固冷卻處理）和熱機(jī)械處理，使 得應(yīng)用銅基記憶合金制得的補(bǔ)貼管具有良好的熱彈性相變性能，并且補(bǔ)貼工藝簡單，成本 低。
[0008] 為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0009] 一種銅基記憶合金補(bǔ)貼管，所述補(bǔ)貼管采用的銅基記憶合金按質(zhì)量百分比計(jì)包括 以下元素：
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種銅基記憶合金補(bǔ)貼管，其特征在于，所述補(bǔ)貼管采用的銅基記憶合金按質(zhì)量百 分比計(jì)包括以下元素： Be 0.2 ~1.6% Al 6-14% Mn 卜 10% Ga 0~3%且不包括0 雜質(zhì) 0~0.1% 余量為Cu。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅基記憶合金補(bǔ)貼管，其特征在于，所述補(bǔ)貼管采用的銅基 記憶合金按質(zhì)量百分比計(jì)包括以下元素： Be 0.3 ~0.6% Al 10~12% Mn 2 ~4% Ga 0~1 %且不包括0 雜質(zhì) 0~0.1% 余量為Cu。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的銅基記憶合金補(bǔ)貼管，其特征在于，所述補(bǔ)貼管為壁厚 2. 5~3. 5mm的合金管，其外徑比待補(bǔ)貼套管的內(nèi)徑大3~4mm，其在< 0°C的工質(zhì)中可被推 壓成花形管； 優(yōu)選地，所述花形管截面為4~8個(gè)外圓弧與4~8個(gè)內(nèi)圓弧相切連接，然后繞管軸心 相連形成的一個(gè)花形截面； 優(yōu)選地，所述花形管截面的外圓弧與內(nèi)圓弧的相切點(diǎn)在一個(gè)同心圓上； 優(yōu)選地，所述花形管的內(nèi)切圓半徑比待補(bǔ)貼的套管半徑小1~3_ ; 優(yōu)選地，所述花形管的花瓣數(shù)為4~8個(gè)； 優(yōu)選地，所述補(bǔ)貼管長為1~5m ; 優(yōu)選地，所述補(bǔ)貼管是通過熔煉，然后在冷卻系統(tǒng)中進(jìn)行冷卻再經(jīng)熱機(jī)械處理制備得 到的； 優(yōu)選地，所述的熔煉為真空熔煉或氬熔煉； 優(yōu)選地，所述冷卻系統(tǒng)為定向凝固冷卻系統(tǒng)； 優(yōu)選地，所述熱機(jī)械處理為均化處理、形變熱處理、定型熱處理和除空位處理； 優(yōu)選地，所述形變熱處理包括熱鍛、熱軋和擠管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的銅基記憶合金補(bǔ)貼管的制備方法，其特征在于，所 述制備方法包括以下步驟： (1) 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的銅基記憶合金成分稱取原料并進(jìn)行熔煉，然后在冷卻系 統(tǒng)中進(jìn)行冷卻，制得鑄錠； (2) 將步驟（1)得到的鑄錠進(jìn)行熱機(jī)械處理，得到補(bǔ)貼管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟（1)中所述的熔煉為真空熔煉或 氬恪煉； 優(yōu)選地，所述真空熔煉的真空度為1~IOPa ; 優(yōu)選地，所述真空熔煉的溫度為1100~1220°c ; 優(yōu)選地，所述氬熔煉為：將熔煉抽真空并充入氬氣至表壓為-0. 05~-0. 08MPa后進(jìn)行 熔煉； 優(yōu)選地，所述氬熔煉的溫度為1100~1200°C ; 優(yōu)選地，所述冷卻系統(tǒng)為定向凝固冷卻系統(tǒng)； 優(yōu)選地，所述冷卻系統(tǒng)采用干冰或液氮進(jìn)行冷卻； 優(yōu)選地，所述冷卻系統(tǒng)中冷卻設(shè)備采用金屬銅作底座； 優(yōu)選地，步驟（1)中制得的鑄錠直徑為100~200mm，長為50~200mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，步驟（2)中所述熱機(jī)械處理為均 化處理、形變熱處理、定型熱處理和除空位處理； 優(yōu)選地，所述形變熱處理包括熱鍛、熱軋和擠管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4-6任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述均化處理為：將步驟 (1)得到的鑄錠在840~860°C下保持6~24h，然后進(jìn)行冷卻； 優(yōu)選地，所述均化處理中冷卻為在< 30 °C水中或空氣中冷卻； 優(yōu)選地，所述形變熱處理中的熱鍛為：將經(jīng)過均化處理后的鑄錠進(jìn)行鍛打，其始軋溫度 為820~840 °C，終止溫度為600~620 °C ; 優(yōu)選地，所述形變熱處理中的熱鍛為：將經(jīng)過均化處理后的鑄錠在蒸汽錘中進(jìn)行鍛 打； 優(yōu)選地，所述形變熱處理中的熱軋為：將經(jīng)過熱鍛處理后的鑄錠在750~840°C下進(jìn)行 熱乳，乳成擠壓胚； 優(yōu)選地，所述形變熱處理中的擠管為：將經(jīng)過熱軋?zhí)幚砗蟮臄D壓胚在820~850°C下擠 成直徑為80~200mm的管件； 優(yōu)選地，所述經(jīng)過擠管得到管件的壁厚為2. 5~8_，長為1~5m ; 優(yōu)選地，所述定型熱處理為：將經(jīng)過形變熱處理后的管件在800~820°C下進(jìn)行保溫， 然后進(jìn)行冷卻； 優(yōu)選地，所述定型熱處理中保溫時(shí)間為1mm有效厚度保持60~360s ; 優(yōu)選地，所述定型熱處理中冷卻為在< 30°C水中或空氣中冷卻； 優(yōu)選地，所述除空位處理為：將經(jīng)過定型熱處理的管件在100~150°C下保溫30~ 60min〇
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的銅基記憶合金補(bǔ)貼管的補(bǔ)貼方法，其特征在于，所 述方法為： 將補(bǔ)貼管在< 〇°C的工質(zhì)中保持20~50min，在保持補(bǔ)貼管的溫度< (TC的情況下將補(bǔ) 貼管推壓成花形管，保持補(bǔ)貼管的溫度<〇°C再使補(bǔ)貼管整體進(jìn)入待補(bǔ)貼的套管并送至套 管漏點(diǎn)，向漏點(diǎn)處充注60~KKTC的水或蒸汽使補(bǔ)貼管膨脹完成補(bǔ)貼； 任選地，在保持補(bǔ)貼管的溫度<〇°C再使補(bǔ)貼管整體進(jìn)入待補(bǔ)貼的套管并送至套管漏 點(diǎn)后，在套管與補(bǔ)貼管間噴涂橡膠層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的補(bǔ)貼方法，其特征在于，所述< 0°C的工質(zhì)為冰水或干冰粒； 優(yōu)選地，所述花形管截面為4~8個(gè)外圓弧與4~8個(gè)內(nèi)圓弧相切連接，然后繞管軸心 相連形成的一個(gè)花形截面； 優(yōu)選地，所述花形管截面的外圓弧與內(nèi)圓弧的相切點(diǎn)在一個(gè)同心圓上； 優(yōu)選地，所述花形管的內(nèi)切圓半徑比待補(bǔ)貼的套管半徑小1~3_ ; 優(yōu)選地，所述花形管的花瓣數(shù)為4~8個(gè)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的銅基記憶合金補(bǔ)貼管的用途，其應(yīng)用于油田補(bǔ)漏、 容器補(bǔ)漏、化工管路補(bǔ)漏和水路補(bǔ)漏領(lǐng)域。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種銅基記憶合金補(bǔ)貼管及其制備方法、補(bǔ)貼方法和用途。所述銅基記憶合金按質(zhì)量百分比計(jì)包括以下元素：Be：0.2～1.6％，Al：6～14％，Mn：1～10％，Ga：0～3％且不包括0，雜質(zhì)：0～0.1％，余量為Cu。所述補(bǔ)貼管為壁厚2.5～3.5mm的合金管，其外徑比待補(bǔ)貼套管的內(nèi)徑大3～4mm，其在≤0℃的工質(zhì)中可被推壓成花形管。其制備方法為：根據(jù)合金成分稱取原料并進(jìn)行熔煉，然后在定向凝固冷卻系統(tǒng)中進(jìn)行冷卻，制得鑄錠，再進(jìn)行熱機(jī)械處理，得到補(bǔ)貼管。所述補(bǔ)貼管補(bǔ)貼工藝簡單，其能與待補(bǔ)貼的套管間產(chǎn)生強(qiáng)大的過盈配合，從而與套管間產(chǎn)生很大的密封壓力和摩擦力，防止漏油和掉落。
【IPC分類】E21B29-10, C22C1-02, C22C9-00
【公開號】CN104831111
【申請?zhí)枴緾N201510257776
【發(fā)明人】唐嘉輝
【申請人】無錫源創(chuàng)機(jī)械科技有限公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年5月19日