一种油气井用氧化锆陶瓷及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种油气井用氧化锆陶瓷及其制造方法，属于油气田钻井、完井、修井用陶瓷技术领域。一种油气井用氧化锆陶瓷，由以下物质按照质量百分比混合而成：73～76％的氧化锆、15～17％的氧化镁、4～6％的氧化铝、1.8～2.2％的氧化钇、0.5～1％的氧化镧和0.3～0.8％的氧化钐、0.8～1.2％的粘接剂和0.8～1.2％的分散剂。制造方法，包括以下步骤：球磨粉料；造粒；制作包套；冷等静压；烧结坯料。本发明专利技术的有益效果是：通过添加氧化钇、氧化镧、氧化钐，提高了氧化锆陶瓷致密度，降低了烧结温度、加工难度和成本；通过优化氧化镁与氧化铝的配比，明显降低了120℃下氧化锆陶瓷的摩擦系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种油气井用氧化锆陶瓷及其制造方法，属于油气田钻井、完井、修井用陶瓷

技术介绍
在油气田钻井、完井、修井作业中，膨胀管技术得到了广泛应用，特别是在补贴套管破漏或腐蚀井段、套变井打通道后补贴加固、封堵射孔层段、封堵高出水层段、加深井和侧钻井完井等方面技术优势明显。膨胀管技术是在液压或机械力的作用下，驱动膨胀芯头在膨胀管内产生纵向移动，通过膨胀芯头膨胀段挤压膨胀管内壁，使膨胀管发生永久塑性变形，从而紧贴在套管内壁或者裸眼井段上。在高含硫气田作业过程中，需要在120℃、高含硫化氢、二氧化碳的环境中进行作业，急需一种耐高温耐磨抗硫膨胀芯头。目前膨胀管补贴和完井采用的膨胀芯头所用材料多为普通碳钢材料。ZL201110343666.3公开的插接式膨胀头和ZL200920164454.7公开的膨胀管膨胀工具，都采用了高硬度钢材，一体式设计，但不具备抗硫特性。ZL200910131180.6公开的一种氧化锆陶瓷缸套材料及其制备方法和ZL201310440933.8公开的一种氧化锆陶瓷制造工艺，其氧化锆陶瓷材料的烧结温度分别为1550～1600℃和1650～1800℃，氧化锆陶瓷的烧结温度过高，不利于生产和操作；同时，在膨胀管施工过程中，膨胀芯头对膨胀管会产生很大的摩擦力，进而对膨胀管产生损伤，不利于后期生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的氧化锆陶瓷材料烧结温度较高和r>高温下摩擦系数过大易对膨胀管产生损伤等缺陷，进而提供了一种油气井用氧化锆陶瓷，同时在于提供一种油气井用氧化锆陶瓷制造方法。本专利技术通过以下技术方案加以实现：一种油气井用氧化锆陶瓷，由氧化锆、氧化镁、氧化铝、氧化钇、氧化镧和氧化钐按照以下质量百分比混合而成：73～76％的氧化锆、15～17％的氧化镁、4～6％的氧化铝、1.8～2.2％的氧化钇、0.5～1％的氧化镧和0.3～0.8％的氧化钐、0.8～1.2％的粘接剂和0.8～1.2％的分散剂。一种油气井用氧化锆陶瓷制造方法，包括以下步骤：(1)球磨粉料：将质量百分比为73～76％的氧化锆、15～17％的氧化镁、4～6％的氧化铝、1.8～2.2％的氧化钇、0.5～1％的氧化镧和0.3～0.8％的氧化钐加入至球磨机中，形成混合粉料，再向混合粉料中分别加入占混合粉料百分比为0.8～1.2％的粘接剂和分散剂，然后开机球磨得到浆料；(2)造粒：在造粒喷雾塔中将步骤(1)中得到的浆料进行喷雾干燥，去除其中的水分得到造粒粉；(3)制作包套：根据膨胀芯头膨胀段尺寸制作钢制模具，并将其在烘箱中加热至180℃，把加热后的钢制模具放入配好的聚氯乙烯料中，待钢制模具外表面均匀挂料后，将钢制模具再次放入180℃的烘箱加热，10～15min后取出，放入水中，迅速从模具上取下包套；(4)冷等静压：将步骤(2)中的造粒粉放入制作好的包套中，进行预成型压制和冷等静压处理，得到膨胀芯头膨胀段的坯料，预成型工作压力为280～330kg/cm2，冷等静压工作压力为1400～1600kg/cm2，压制后对坯料进行二次加工，使得膨胀段尺寸符合制作要求；(5)烧结坯料：对步骤(4)中的生坯进行烧结，烧结温度为1250～1300℃，保温6～8小时，即制作出油气井用氧化锆陶瓷。所述的粘接剂为甲基纤维素或乙基纤维素。所述的分散剂为聚丙烯酸盐。所述的聚丙烯酸盐包括聚甲基丙烯酸铵和聚甲基丙烯酸乙酯。本专利技术的有益效果是：1、通过氧化钇、氧化镧、氧化钐的复合添加，显著提高了氧化锆陶瓷的致密度，稀土氧化物是非常好的表面活性物质，可以改善材料的润湿性，最终达到降低烧结温度的效果，降低了氧化锆陶瓷膨胀芯头的加工难度和加工成本；2、为了降低氧化锆陶瓷在120℃温度下的摩擦系数，进行了一系列的优化实验，发现氧化镁与氧化铝的配比不同，可以明显改变氧化锆陶瓷的在120℃温度下的摩擦系数。通过成分优化，降低了晶界处的残余应力，提高了晶粒的晶间强度；细化了晶粒，提高氧化锆陶瓷的致密度，最终降低氧化锆陶瓷高温摩擦系数。附图说明图1为对比例1在120℃温度下的摩擦系数测试结果；图2为对比例2在120℃温度下的摩擦系数测试结果；图3为对比例3在120℃温度下的摩擦系数测试结果；图4为实施例5在120℃温度下的摩擦系数测试结果。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。实施例1：(1)将氧化锆、氧化镁、氧化铝、氧化钇、氧化镧和氧化钐按如下重量加入至球磨机中，形成混合粉料，ZrO2，74kg；MgO，16kg；Al2O3，4.4kg；Y2O3，2kg；La2O3，1kg；Sm2O3，0.6kg。再向混合粉料中加入0.8kg乙基纤维素和1.2kg聚甲基丙烯酸铵，然后开球磨机球磨得到浆料；(2)在造粒喷雾塔中将(1)中得到的浆料进行喷雾干燥，去除其中的水分得到造粒粉；(3)使用聚氯乙烯料制作包套，聚氯乙烯料的配比如下：聚氯乙烯树脂，49kg；苯二甲酸二辛脂，49kg；三盐基硫酸铅，1.85kg；硬脂酸，0.15kg，将制作的钢制模具在烘箱中加热至180℃，把加热后的模具放入配好的聚氯乙烯料中，将挂料后的模具再次放入180℃的烘箱加热，10min后待浆料变黄后取出，放入水中，迅速从模具上取下包套；(4)将预制的造粒粉放入制作好的包套中，然后进行预成型压制和冷等静压处理，得到膨胀芯头膨胀段的坯料。预成型工作压力为300kg/cm2。冷等静压工作压力为1500kg/cm2。坯料压制后，按要求将坯料加工至膨胀段尺寸；(5)烧结坯料。对生坯进行烧结，烧结温度为1250℃，保温7小时。实施例2：(1)混合粉料，将氧化锆、氧化镁、氧化铝、氧化钇、氧化镧和氧化钐按如下比例加入至球磨机中。ZrO2，74kg；MgO，16kg；Al2O3，4.5kg；Y2O3，2kg；La2O3，0.8kg；Sm2O3，0.7kg。然后在混合粉料中加入1kg乙基纤维素和1kg聚甲基丙烯酸乙酯，开机球磨；(2)在造粒喷雾塔中将(1)中得到的浆料进行喷雾干燥，去除其中的水分得到造粒粉；(3)使用聚氯乙烯料制作包套，聚氯乙烯料的配比如下：聚氯乙烯树脂，47kg；苯二甲酸二辛脂，50kg；三盐基硫酸铅，2.85kg；硬脂酸，0.15kg，将制作的钢制模具在烘箱中加热至180℃，把加热后的模具放入配好的聚氯乙烯料中。将挂料后的模具再次放入180℃的烘箱加热，15min后待本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油气井用氧化锆陶瓷，其特征是：由氧化锆、氧化镁、氧化铝、氧化钇、氧化镧和氧化钐按照以下质量百分比混合而成：73～76％的氧化锆、15～17％的氧化镁、4～6％的氧化铝、1.8～2.2％的氧化钇、0.5～1％的氧化镧和0.3～0.8％的氧化钐、0.8～1.2％的粘接剂和0.8～1.2％的分散剂。

【技术特征摘要】
1.一种油气井用氧化锆陶瓷，其特征是：由氧化锆、氧化镁、氧化铝、
氧化钇、氧化镧和氧化钐按照以下质量百分比混合而成：73～76％的氧化锆、
15～17％的氧化镁、4～6％的氧化铝、1.8～2.2％的氧化钇、0.5～1％的氧化镧
和0.3～0.8％的氧化钐、0.8～1.2％的粘接剂和0.8～1.2％的分散剂。
2.根据权利要求1所述的一种油气井用氧化锆陶瓷，其特征是：所述的
粘接剂为甲基纤维素或乙基纤维素。
3.根据权利要求1所述的一种油气井用氧化锆陶瓷，其特征是：所述的
分散剂为聚丙烯酸盐。
4.根据权利要求3所述的一种油气井用氧化锆陶瓷，其特征是：所述的
聚丙烯酸盐包括聚甲基丙烯酸铵和聚甲基丙烯酸乙酯。
5.一种油气井用氧化锆陶瓷制造方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)球磨粉料：将质量百分比为73～76％的氧化锆、15～17％的氧化镁、
4～6％的氧化铝、1.8～2.2％的氧化钇、0.5～1％的氧化镧和0.3～0.8％的氧化
钐加入至球磨机中，形成混合粉料，再向混合粉料中分别加入占混合粉料百
分比为0.8～1.2％的粘接剂和分散剂，然后开机球磨得到浆料；
(2)造粒：在造粒喷雾塔中将步骤(1)中得到的浆料进行喷雾干...

【专利技术属性】
技术研发人员：行舒乐，陈传东，王木乐，宋胜利，赵斌，向俊科，郭伟成，尚磊，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司中原油田分公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11