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耐腐蚀电磁阀的发明

来源:新葡萄京 发布时间:2014-04-14

发明背景本发明涉及的电磁阀的字段,用于控制工具操作井下在烃类生产井和海底油井设施。更具体地说,本发明涉及一种用具有适当材料的铁磁和强度性能,并具有高的耐腐蚀性,以井下流体和盐水构成的井下电磁阀。井下电磁驱动工具控制压力油和天然气在油气生产井,并在海底油井应用生产。电磁阀控制不同的操作,包括阀门的开启和关闭,滑套,封隔器,井口和其它井下工具和海底井系统。 螺线管??和其他工具执行器通常由含有铁(Fe)和铁的合金的铁磁材料。当电线圈绕合金致动时,铁作为一个磁铁用于致动所述螺线管。虽然钢铁合金和不锈钢合金通常为电磁阀的材料,这种合金仍腐蚀性,不承受暴露于井下流体和海水在海底安装发现。 已作出许多努力来改善电磁阀的耐腐蚀性,同时保持阀门的铁磁性质。在纯粹的形式,铁是比较弱,需要添加合金元素来提高强度和耐腐蚀性。铁一般用合金碳(C)和硅(Si),以增加强度。既不是这些元素中的提高耐腐蚀性,因此少量的铬(Cr)的钼(Mo)和锰(Mn)添加到铁的合金,以提高耐腐蚀性无显著减少电磁阀材料的铁磁性质。耐磨,与其他元素,包括铍小于3%(BE),银(Ag),锶(Sr)和钡(Ba)的组合具有镍铁高导磁合金。然而,这些合金被用于记录行业中的磨损特性非常重要,屈服强度是相对不重要开发。除了腐蚀方面的考虑,井下井筒的狭窄范围内限制了可用于电磁阀等电磁致动设备的空间。较大的电磁阀不容易被横向放置在所述井筒,和更大的电磁阀占据空间的生产烃流体的干扰。 在深井,高流体压力需要有足够的铁磁性开动井下设备螺线管。没有任何已知的材料或相结合的必要的耐腐蚀性的化合物,机械强度,和铁磁性能,以充分提供一种能够在井眼操作井下的小型电磁阀。各种合金已经被开发来提供耐腐蚀电磁阀。必要属性的合金组成的高饱和感应,开发一个强大磁场减少所需的驱动能量,高渗透性,以允许小的,高效率的元件,低的矫顽场强允许快速磁化和退磁快速阀操作的发展,从磁时效的自由,使磁特性的持续时间的推移,电阻为电磁阀高效运转,并且耐腐蚀性耐腐蚀性的井下流体。 硅加入到低碳铁,以增加硬度和电阻率,但是这种合金有腐蚀环境最小的阻力,而且往往镀金打造的抗腐蚀性。 铬铁合金提供良好的耐腐蚀性和足够的磁特性为核心应用,但是这种合金允许更高的磁芯损耗和提供比硅铁合金较低的饱和度和渗透率。一个铬铁合金的一个例子是类型43OF螺线管优质不锈钢制成,具有18%的铬含量和少量钼,相对于其他的不锈钢具有优异的磁特性和低剩磁。被称为铬合金核电磁其它合金被控制,化学,铁素体,具有优异的耐腐蚀性纯铁,低碳钢,或硅铁合金,但又具有更大的免疫力的饱和磁感应强度下降铬铁合金相关18%的铬铁素体不锈钢。各种Chrome的芯合金的有8%和12%铬,并具有磁通密度接近电铁和硅芯铁在磁场强度超过800 A / M 13%铬合金进一步提高电阻率,同时提供良好的耐蚀性和稳定的铁素体,钼和铌中添加了18%的铬的合金芯,以增加耐腐蚀的性能,同时提供相对高的电阻率。宾夕法尼亚州采用0.01%的碳,0.05%锰,0.05%硅,48.75%钴,1.90%的钒,其余为铁。这种材料主要用作电气设备需要高导磁率在非常高的磁通密度磁芯材料,并具有253欧姆的c / MF和420微欧毫米的电阻率。 这种合金的铁含量相对较高限制了在高腐蚀应用中使用这种电磁合金。还有,相应地,需要一种用于提供强度,耐腐蚀性和磁性性能在井下应用和在海底井系统中使用的改进的材料。 

发明内容本发明公开了一种铁磁性的,抗腐蚀的用于电磁设备用材料概要。该材料包含两种钴或镍的量按重量计等于或大于60%,余量包含选自铍,锂,铝,或钛中的一种。在本发明的不同实施例中,该材料的平衡是由至少两种选自铍,锂,铝,钛组成的组中的设置,并且所述电磁设备可以包括一个电磁线圈,例如用于与一个井下电磁阀。该材料可以具有至少60 ksi的的屈服强度,使材料可在其量按重量计等于或小于3%,钴,镍,或钴和镍的组合所形成的平衡包括铍。  

这一发现提供了考虑潜在的电磁合金以前在井下工具的应用和在海底油井安装未知的。钴(Co)和镍(Ni)提供了有力的铁磁特性,但是这些元素的纯的和退火的形式是非常弱的,因此并不适合用于构造电磁阀。元素镍是非常弱的,具有15-25 KSI之间的屈服强度。元素钴弱,有20-40 KSI之间的屈服强度。因此,从纯钴或镍构成的电磁阀需要足够容纳井下电磁阀受力要求大的结构,而这些大型结构不会在井筒内密闭空间内适合井下。如果最高达3%铍(Be)加入到镍,相比于镍铍的原子数是小的,使得溶液退火和时效析出的铍出在微观结构的晶粒边界,大大增加了材料的强度。 虽然纯镍具有15-25 ksi的屈服强度,另外2%的铍加溶液退火和时效的结果在范围170-220 ksi的,充分地超过用于井下电磁阀的要求的屈服强度。其他小元件,例如锂(Li),铝(Al),或钛(Ti)可以被添加到镍来完成,由铍提供的强度性能。元素钴具有范围在20-40 ksi的屈服强度,但耐腐蚀性和铁磁性能优异。加入到3%的铍或其它小分子,例如锂,铝,钛或钴,随后溶液退火和析出硬化或其他形式的老化,将导致具有足够的强度,以形成螺线管芯的合金。 A 甲材料等于60%(重量)或更大的镍或钴将提供高的耐蚀性和合适的铁磁品质用于井下的井孔10或在海底应用,条件是该物质平衡中的至少一部分形成有至少一个一组由铍,锂,铝或钛的。在本发明的另一个实施例中,2在该组中的元素的一个或多个可以形成该材料的平衡。 在本发明的一个优选实施方案中,3%或更低的材料可以与铍形成,具有能与镍或钴形成的平衡,或镍和钴的组合。本发明独特地提供了一种具有足够的铁磁特性,强度和耐腐蚀性,以在井筒中的设备,如井的井下工具进行操作,并在海底井应用的材料。由本发明所公开的材料提供不具备现有的电磁磁铁材料的组合优势,并提供了在生产烃类的用于井下工具系统的设计显著灵活性。在海底井系统,该材料的腐蚀引起的海水高度抗性,并且是适合于提供所需的海底致动器的高压性能的磁和强度性能。虽然本发明已经在某些优选实施例进行了描述,但显而易见对本领域的普通技术人员进行修改和改进可以在本文中而不脱离本发明的精神和范围作出的发明概念的。本文所示的实施例仅仅是说明性的,本发明的概念,并且不应被解释为限制本发明的范围。

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