耐机械性和耐磨损腐蚀钢组合物和高压泵以及包含它们的泵部件的制作方法

在一些实施方案中，本发明涉及耐机械性和耐磨损腐蚀钢组合物(即，耐腐蚀钢组合物)。在一些实施例中，本发明涉及由耐腐蚀钢组合物构成的高压泵和泵部件(例如，水力压裂泵的流体端组件)。

背景技术：

1、水力压裂是油井增产技术，其中基岩通过应用加压压裂流体而被压裂(即压裂)。压裂流体的有效性不仅归因于加压，而且归因于其一种或多种支撑剂(例如砂)和化学添加剂(例如稀酸、杀生物剂、破乳剂、ph调节剂)的组成。向现有基岩裂缝施加加压压裂流体在基岩中产生新的裂缝，以及增加现有裂缝的尺寸、范围和连通性。这允许更多的油和气体流出岩层并进入井筒，它们可从井筒抽出。

2、水力压裂泵通常包括动力端组件和流体端组件，动力端组件对压裂流体加压以产生加压流体，流体端组件通过一系列导管将加压流体引导到井筒中。暴露于压裂流体的水力压裂泵部件(例如，流体端组件)由于其暴露于具有腐蚀性或磨蚀性的压裂流体的部件(例如，支撑剂、化学添加剂)而导致的磨损、腐蚀和降解而易于发生流体泄漏、故障和其它可持续性问题。另外，由于过量的机械和化学压力机械和化学压力以及由上述磨损导致的破裂而易于发生机械变形。结果，水力压裂泵部件需要以相当大的成本频繁更换。

3、水力泵部件的组成在更换频率和成本方面都起着很大的作用。虽然由不锈钢构成的泵部件具有大约2000个工作小时的寿命，但是不锈钢的高成本经常使其使用成本过高。相反，由碳钢合金构成的泵部件提供了便宜的价格点，但与其对应的不锈钢相比，其寿命仅约为10－15％(例如，200－300个工作小时)。因此，需要具有机械和化学抵抗磨损、腐蚀和变形的水力泵部件，以提供先进的工作寿命，并以可承受的价格提供。

技术实现思路

1、本发明涉及一种耐腐蚀钢组合物，其包括约3％mb至约4％mb的镍含量；锰含量为约0.5％mb至约1.5％mb；铬含量为约12％mb至约13.4％mb；约0.3％mb至约0.7％mb的钼含量；以及小于约0.40％mb的铜含量。

2、在一些实施例中，本发明涉及一种包括流体端组件的水力压裂泵，所述流体端组件包括构造成从动力端组件接收相应柱塞的缸体；吸入孔，所述吸入孔构造成容纳阀体、阀座和弹簧；以及弹簧保持器。所述缸体、所述吸入孔和所述弹簧保持器中的至少一个包含钢组合物，所述钢组合物包含从约3％mb至约4％mb的镍含量；锰含量为约0.5％mb至约1.5％mb；铬含量为约12％mb至约13.4％mb；约0.3％mb至约0.7％mb的钼含量；以及小于约0.40％mb的铜含量。

3、本发明涉及一种用于产生耐腐蚀钢组合物的方法，所述方法包括将一种或多种耐腐蚀钢部件熔融在一起以形成熔融钢；精炼所述熔融钢以形成精炼钢；以及纯化所述精炼钢以形成所述耐腐蚀钢组合物。所述耐腐蚀钢组合物可包含镍含量为约3％mb至约4％mb中的至少一种；锰含量为约0.5％mb至约1.5％mb；铬含量为约12％mb至约13.4％mb；约0.3％mb至约0.7％mb的钼含量；以及小于约0.40％mb的铜含量。

4、在一些实施方案中，本发明涉及耐腐蚀钢组合物。一种耐腐蚀钢组合物可包括小于约0.05％mb的碳含量和小于约0.10％mb的氮含量。一种耐腐蚀钢组合物可以包括小于约0.025％mb的铝含量。一种耐腐蚀钢组合物可包括碳和氮的组合含量为约0.03％mb至约0.1％mb，钛、铌和钒的组合含量为约0.01％mb至约0.15％mb，以及钼和钨的组合含量为约0.32％mb至约0.70％mb中的至少一种。一种耐腐蚀钢可包括小于约300的j因子值、在130ksi至150ksi范围内的最小屈服强度、在140ksi至160ksi范围内的yts和在70ft./lbs至90ft./lbs.范围内的纵向最小夏比@－22°f中的至少一种。一种耐腐蚀钢可包括在-22°f下的横向最小夏比硬度、范围为60ft./lbs.至80ft./lbs.、伸长率为16/14(l/t)、ra值为55/50(l/t)、布氏硬度值为315至375中的至少一个。一种耐腐蚀钢组合物可以包括以下至少一种：材料疲劳极限比可比不锈钢和碳钢对应物大25％，断裂韧性比可比不锈钢和碳钢对应物大400％，寿命比可比不锈钢和碳钢对应物长至少10％，出现的点蚀比可比不锈钢和碳钢对应物小至少5％至至少50％，以及比可比的不锈钢和碳钢对应物低至少5％至至少60％的制造成本。

5、一种产生耐腐蚀钢组合物的方法可包括在熔融钢的精炼过程中除去炉渣。一种产生耐腐蚀钢组合物的方法可包括在精炼钢的提纯过程中用氩氧脱碳法使精炼钢脱碳。一种用于产生耐腐蚀钢组合物的方法可以包括在精炼钢的净化过程中去除溶解的气体和不希望的元素以及将该耐腐蚀钢组合物铸造成锭中的至少一种。

技术特征：

1.一种耐腐蚀钢组合物，其包括：

2.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢组合物，进一步包括：

3.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢组合物，还包括以下中的至少一种：

4.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢组合物，其中，所述耐腐蚀钢还包括以下中的至少一种：

5.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢组合物，其中，所述耐腐蚀钢还包括以下中的至少一种：

6.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢组合物，其中所述耐腐蚀钢进一步包括以下中的至少一种：

7.一种包括流体端组件的水力压裂泵，所述流体端组件包括：

8.根据权利要求7所述的水力压裂泵，其中，所述钢组合物进一步包括以下中的至少一种：

9.根据权利要求7所述的水力压裂泵，其中，所述钢组合物进一步包括以下中的至少一种：

10.根据权利要求7所述的水力压裂泵，其中，所述钢组合物进一步包括以下中的至少一种：

11.根据权利要求7所述的水力压裂泵，其中，所述钢组合物进一步包括以下中的至少一种：

12.根据权利要求7所述的水力压裂泵，其中，所述钢组合物进一步包括以下中的至少一种：

13.根据权利要求7所述的水力压裂泵，其中，所述钢组合物进一步包括：

14.一种用于产生耐腐蚀钢组合物的方法，所述方法包括：

15.根据权利要求14所述的用于产生耐腐蚀钢组合物的方法，进一步包括：

16.根据权利要求14所述的用于产生耐腐蚀钢组合物的方法，还包括在所述精炼钢的所述提纯过程中用氩氧脱碳法使所述精炼钢脱碳。

17.根据权利要求14所述的用于产生耐腐蚀钢组合物的方法，还包括在所述精炼钢的所述提纯过程中除去溶解的气体和不需要的元素。

18.根据权利要求14所述的用于产生耐腐蚀钢组合物的方法，还包括将所述耐腐蚀钢组合物铸造成锭。

19.根据权利要求14所述的用于产生耐腐蚀钢组合物的方法，其中，所述钢组合物还包括以下中的至少一种：

20.根据权利要求14所述的用于产生耐腐蚀钢组合物的方法，其中，所述钢组合物进一步包括：

技术总结
本发明涉及包含约3％MB至约4％MB的镍含量的耐腐蚀钢组合物；锰含量为约0.5％MB至约1.5％MB；铬含量为约12％MB至约13.4％MB；约0.3％MB至约0.7％MB的钼含量；以及小于约0.40％MB的铜含量。在一些实施方案中，本发明涉及用于产生耐腐蚀钢组合物的方法，所述方法包括将一种或多种耐腐蚀钢部件熔融在一起以形成熔融钢；精炼所述熔融钢以形成精炼钢；以及纯化所述精炼钢以形成所述耐腐蚀钢组合物。

技术研发人员：J·贝尤克,A·S·皮尔森,F·希佩恩斯蒂尔,M·穆勒
受保护的技术使用者：SPM石油和天然气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14