本發(fā)明涉及銅合金材料，具體涉及一種含ga-si密封銅合金及其制備方法和用途。

背景技術(shù)：

1、目前，在石油鉆井行業(yè)，深井管通常需要根據(jù)不同井下作用在某一段范圍內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)漏。常見的補(bǔ)漏方法是采用膨脹管技術(shù)，在膨脹管與原管之間采用橡膠密封件進(jìn)行密封。由于橡膠密封件具有密封性能好、膨脹壓力低、操作簡(jiǎn)便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于鉆井業(yè)。

2、如cn115450901a公開了一種油田鉆井用橡膠密封件及其制備方法，包括固定環(huán)，固定環(huán)上開設(shè)有多個(gè)通槽，多個(gè)通槽內(nèi)均開設(shè)有多個(gè)凹槽，多個(gè)凹槽內(nèi)均固定連接有用于回彈的彈簧，多個(gè)凹槽內(nèi)均滑動(dòng)連接有滑桿，多個(gè)滑桿上均轉(zhuǎn)動(dòng)連接有兩個(gè)用于限位的限位輪，多個(gè)滑管上均固定連接有用于支撐滑桿移動(dòng)的固定塊，多個(gè)彈簧分別與多個(gè)固定塊固定連接，固定環(huán)的上下兩端均設(shè)置有用于密封的橡膠密封墊，兩個(gè)橡膠密封墊上均固定連接有多個(gè)連接塊，多個(gè)連接塊上均開設(shè)有多個(gè)用于頂住限位輪的限位槽。

3、但是，由于橡膠材料的耐熱性能的限制，其最大工作溫度≤140℃。同時(shí)隨著油井深鉆技術(shù)的不斷開發(fā)，其鉆井深度不斷增加，膨脹管所需要面對(duì)的工作溫度已達(dá)300℃甚至更高，使得現(xiàn)有的膨脹管橡膠密封材料無法使用。此外，隨著深井膨脹管設(shè)計(jì)壽命(≥20年)的提高，大大超出了現(xiàn)有橡膠密封材料的使用極限。

4、金屬密封材料以其工作溫度高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，成為最有潛力滿足上述要求的密封件材料。當(dāng)前可用的金屬密封材料有cu、ag、in、不銹鋼及高溫合金等。其中ag、in合金質(zhì)地較軟，密封性能好，但強(qiáng)度不夠，使用溫度偏低，成本偏高；不銹鋼及高溫合金使用溫度較高，可以滿足高溫密封，但由于其材質(zhì)較硬，膨脹壓力偏高，密封過盈量小，其密封性較差。

5、而銅合金具有一定的強(qiáng)度和良好的塑韌性，常用來做密封墊片。但是，銅合金墊片仍存在以下缺點(diǎn)：

6、(1)塑性及粘滯性不足，密封性不及ag及in合金；

7、(2)銅合金的密封溫度較低，僅為200℃。

8、即可知銅合金作為密封墊片存在的塑性及粘滯性不足和密封溫度較低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種含ga-si密封銅合金及其制備方法和用途，以解決銅合金作為密封墊片存在的塑性及粘滯性不足和密封溫度較低的問題，所得ga-si密封銅合金的密封溫度可達(dá)300℃以上，密封性能優(yōu)于現(xiàn)有的銅墊片材料，可以滿足井下密封件的需求。

2、為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種含ga-si密封銅合金，所述含ga-si密封銅合金以質(zhì)量百分含量計(jì)包括：

4、ga?3.0-12.0wt％，si?1.0-3.0wt％，ag?0.04-0.09wt％，ni?0.6-4.7wt％，余量為cu。

5、本發(fā)明提供的銅合金，通過對(duì)銅合金配方的調(diào)整，借助ga和si增加合金密封性能開發(fā)出一種密封溫度可達(dá)300℃，能夠滿足井下密封件需求的密封銅合金，從而保證密封元件在高溫、高壓環(huán)境下的長(zhǎng)期密封性能，比目前用于密封的t1紫銅材料工作溫度高100℃，解決深井、超深井中高溫、高壓與腐蝕介質(zhì)環(huán)境下懸掛器、封隔器等橡膠密封元件材料易失效、老化，難以保持良好密封性能的問題。

6、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述含ga-si密封銅合金以質(zhì)量百分含量計(jì)包括：ga6-8wt％，si?2-2.2wt％，ag?0.06-0.07wt％，ni?2.5-2.7wt％，余量為cu。

7、第二方面，本發(fā)明提供了如第一方面所述含ga-si密封銅合金的制備方法，所述制備方法包括：

8、依據(jù)配方將將原料進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，之后進(jìn)行離心鑄造得到含ga-si密封銅合金。

9、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述真空感應(yīng)熔煉開始時(shí)進(jìn)行抽真空。

10、優(yōu)選地，所述抽真空的終點(diǎn)絕對(duì)真空度為0.005-0.1pa。

11、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述真空感應(yīng)熔煉的作業(yè)溫度為1400-1600℃。

12、優(yōu)選地，所述真空感應(yīng)熔煉的升溫速率為20-50℃/s。

13、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述真空感應(yīng)熔煉的保溫時(shí)間為0.5-1h。

14、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述離心鑄造的絕對(duì)真空度為0.005-0.1pa。

15、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述離心鑄造中離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為400-500r/min。

16、第三方面，本發(fā)明提供了如第一方面所述含ga-si密封銅合金的用途，所述用途包括采用所得含ga-si密封銅合金制備金屬密封件。

17、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述金屬密封件的密封溫度≥300℃。

18、與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

19、本發(fā)明提供的密封銅合金，通過引入鎵和硅來增加銅合金的密封性能，開發(fā)出一種密封溫度可達(dá)300℃以上的密封銅合金，可以保證密封元件在高溫、高壓環(huán)境下的長(zhǎng)期密封性能，在300℃下的抗拉強(qiáng)度≥180mpa。

技術(shù)特征：

1.一種含ga-si密封銅合金，其特征在于，所述含ga-si密封銅合金以質(zhì)量百分含量計(jì)包括：

2.如權(quán)利要求1所述含ga-si密封銅合金，其特征在于，所述含ga-si密封銅合金以質(zhì)量百分含量計(jì)包括：ga?6-8wt％，si?2-2.2wt％，ag?0.06-0.07wt％，ni?2.5-2.7wt％，余量為cu。

3.一種如權(quán)利要求1或2所述含ga-si密封銅合金的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

4.如權(quán)利要求3所述制備方法，其特征在于，所述真空感應(yīng)熔煉開始時(shí)進(jìn)行抽真空；

5.如權(quán)利要求3或4所述制備方法，其特征在于，所述真空感應(yīng)熔煉的作業(yè)溫度為1400-1600℃；

6.如權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述制備方法，其特征在于，所述真空感應(yīng)熔煉的保溫時(shí)間為0.5-1h。

7.如權(quán)利要求3-6任一項(xiàng)所述制備方法，其特征在于，所述離心鑄造的絕對(duì)真空度為0.005-0.1pa。

8.如權(quán)利要求3-7任一項(xiàng)所述制備方法，其特征在于，所述離心鑄造中離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為400-500r/min。

9.一種如權(quán)利要求1或2所述含ga-si密封銅合金的用途，其特征在于，所述用途包括采用所得含ga-si密封銅合金制備金屬密封件。

10.如權(quán)利要求9所述用途，其特征在于，所述金屬密封件的密封溫度≥300℃。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種含Ga?Si密封銅合金及其制備方法和用途，所述含Ga?Si密封銅合金以質(zhì)量百分含量計(jì)包括：Ga?3.0?12.0wt％，Si?1.0?3.0wt％，Ag0.04?0.09wt％，Ni?0.6?4.7wt％，余量為Cu。本發(fā)明提供的銅合金，通過對(duì)銅合金配方的調(diào)整，借助Ga和Si增加合金密封性能，開發(fā)出一種密封溫度可達(dá)300℃的銅合金，比目前用于密封的紫銅材料工作溫度高100℃，能夠滿足井下密封件需求的密封銅合金，從而保證密封元件在高溫、高壓環(huán)境下的長(zhǎng)期密封性能，解決深井、超深井中高溫、高壓與腐蝕介質(zhì)環(huán)境下懸掛器、封隔器等橡膠密封元件材料易失效、老化，難以保持良好密封性能的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：郭慧娟,王寶棟,孫嘉,張全立,徐丙貴,劉志同,王濱,周毅,朱英杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/19