The керамическая втулка бурового насоса представляет собой улучшенную версию вставного типа биметаллическая втулка бурового насоса, где внутренняя втулка из высокохромистого чугуна заменена коррозионно-стойкой керамической. Технический принцип заключается в применении современной технологии фазового упрочнения с использованием высокопрочных и высокопрочных оксидных керамических материалов для изготовления внутренней втулки вкладыша, что обеспечивает длительный срок службы. Технология изготовления внешней втулки идентична технологии изготовления внешней втулки биметаллических вкладышей.

Ⅰ. Материалы керамических вкладышей

В условиях продолжающегося расширения масштабов освоения нефтегазовых ресурсов в мире частая замена большого количества металлических футеровок по-прежнему не обеспечивает удовлетворения требований к высокому давлению и износостойкости буровых установок. Однако керамические материалы для футеровок, такие как диоксид циркония, оксид алюминия и композитная керамика ZTA (цирконий-оксид-упрочненный оксид алюминия), обладают чрезвычайно высокой твёрдостью, значительно превосходящей твёрдость металлических материалов.

Исходные материалы (микропорошки диоксида циркония и оксида алюминия высокой чистоты) подвергаются сложному холодному прессованию для однократного формования, высокотемпературному спеканию, сборке и финишной высокоточной шлифовке и полировке. Полученные керамические вкладыши обладают высокой прочностью на изгиб, высокой прочностью на растяжение, высокой вязкостью разрушения и превосходной стойкостью к кислотной и щелочной коррозии.

Ⅱ. Особенности керамических вкладышей

1. Отличная коррозионная стойкость

Керамические материалы обладают чрезвычайно высокой химической стабильностью и менее подвержены химическим реакциям в агрессивных средах, таких как кислоты, щелочи и соляной туман. Ни ионы хлора/водорода в буровом растворе, ни кислотный шлам в горнодобывающей промышленности не способны легко вызвать коррозию керамических футеровок. Например, при работе с буровым раствором с pH от 3 до 11 керамические футеровки могут сохранять структурную целостность в течение длительного времени; в отличие от них, биметаллические футеровки могут подвергаться коррозии из-за истончения стенок и нарушения герметичности в течение нескольких месяцев.

2. Хорошая стойкость к высоким температурам и термическая стабильность

Керамические материалы имеют высокие температуры плавления (например, около 2050 °C для оксида алюминия и 2715 °C для диоксида циркония) и низкие коэффициенты теплового расширения, поэтому они не склонны к деформации или растрескиванию в условиях высоких температур. Во время бурения локальная температура, возникающая из-за трения при работе насоса, может достигать 150–200 °C; керамические футеровки сохраняют размерную стабильность, предотвращая увеличение зазоров в уплотнениях из-за теплового расширения и сжатия. В отличие от них, металлические футеровки подвержены термической деформации при высоких температурах, что может привести к утечке бурового раствора и снижению эффективности насоса.

3. Низкий коэффициент трения и энергосберегающие свойства

Керамические материалы обладают высокой гладкостью поверхности и чрезвычайно низким коэффициентом трения с поршнями или плунжерами. Например, Керамическая втулка бурового насоса типа FНасосы имеют равномерно структурированную керамическую внутреннюю облицовку; их поверхности подвергаются многоэтапной прецизионной обработке, что обеспечивает превосходную чистоту и блеск. Это снижает сопротивление трения между облицовкой и движущимися частями, снижая энергопотребление буровых насосов, что обычно обеспечивает экономию энергии на 5–10%. Кроме того, это дополнительно замедляет старение компонентов и повышает стабильность работы всего оборудования.

Ⅲ. Общая стоимость

По сравнению с традиционными биметаллическими вкладышами, срок службы керамических вкладышей может достигать 3000–4000 часов — более чем в 10 раз больше, чем у металлических. Это значительно повышает экономическую эффективность, снижает комплексные затраты (включая техническое обслуживание, трудозатраты, хранение и транспортировку) и обеспечивает стабильное ведение буровых работ.