地区：上海市 宝山区
关键词：上海海事大学;上海大境海洋新材料有限公司;上海天合石油工程股份有限公司
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000001292
成果描述：
| 该项目属于海洋工程材料领域。深海高温、高压、磨损、硫化氢腐蚀给深海油气资源钻采装备带来了极为严酷的挑战。开发适用于深海钻采装备的高性能耐磨耐蚀防护新材料及规模化工艺是国际性难题。项目组在上海市科委的支持下，从深海钻采装备制造和应用两大需求出发，运用感应等离子体技术实现了球形碳化钨粉宏量制备，并通过等离子体转移弧堆焊技术将其涂覆于钻采工具表面，依据深海原位检测结果对材料和工艺进行优化，成功解决了深海石油钻采装备的防护问题，显著提高使用寿命。尤其是实现技术产业化，创造了较好的经济效益。主要成果包括：运用感应等离子体技术制备细晶球形碳化钨。通过理论数值模拟温度场、流场和速度场，综合优化加料速率、载气流量、系统压力等参数，精确控制碳化钨在等离子体中的加热溶化和滞留时间，使其在表面张力的作用下进行激冷球形固化，形成具有共晶组织、流动性好、强度高、无棱角、耐蚀损性好的球形颗粒。球化率高达97%以上，空心率低于5%，每天可连续工作20小时，年产达到20吨，解决了高熔点碳化钨球化工艺复杂、成本高、球化率低等难题。打破了国内近五十年来球形碳化钨研究无显著进展并依赖进口的局面；运用等离子体转移弧堆焊技术，综合优化送粉量、电流、摆动、气流量等参数，使用自主研发的镍基球形碳化钨粉在深海钻采装备关键部件表面自动焊接高强度、硬度冶金结合涂层，寿命普遍提高三倍以上。涂层厚度1-4mm可调，缺陷总量不超过8%，且不存在平行于基体的横向裂纹；球形碳化钨体积分数接近60%。在HF系列扶正器的外表面堆焊涂层，硬质合金层覆盖面积由常规的40%提高到100%，产品显著优于传统镶嵌合金柱式扶正器，其中HF6000扶正器的使用寿命由150小时提高至750小时，大幅降低钻井成本，成为钻井研磨性岩层能够使用的产品，属国内首创；国内首次实现了深海石油钻采装备与材料服役状态的原位蚀损模拟检测。自主设计了容积5升的深海原位腐蚀磨损系统，依靠零件高精度加工锥面之间相互压紧实现密封，可同时耐受150MPa压力和430oC高温。能够模拟全海深、热液区、海浪涌动、腐蚀介质、微生物耦合状态。解决了深海环境模拟器规模小，参数低的问题。打破国外封锁获得材料深海腐蚀数据，为中国深海装备设计制造及腐蚀防护提供了技术支撑。该技术获得授权发明专利1项，申报4项，发表SCI/EI论文13篇。球形碳化钨粉性能达到国外同类产品水平，价格降至德国Starck公司的三分之一，三年来新增利税总额3770万元。其硬面涂层堆焊技术已应用于28种钻采部件，在多家钻具生产及石油开采企业中得到推广应用，显著提高了使用效率与安全性，填补了国内钻具防护领域的技术空白，达到国际一流水平。并通过哈里伯顿认证，取得了在石油钻具表面施工并出口销售的资质。该技术产品三年来出口创汇4493万美元，其他综合节支2.05亿元人民币。为中海油等石油开采公司供应高品质钻采部件，替代了部分关键部件和材料进口，提高了中国深海钻采装备的国产化率及国际竞争力，促进了深海能源钻采行业的技术进步。 |
