專利名稱：有增摩涂層的連續(xù)管注入頭夾持塊制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油田連續(xù)管作業(yè)專用工具，特別涉及一種連續(xù)管注入頭的夾持塊，是 一種夾持塊表面爆炸噴涂處理的方法。
背景技術(shù)：
油田在鉆井、測(cè)井或修井作業(yè)中，有人使用連續(xù)管進(jìn)行施工。連續(xù)管纏繞在滾筒 上，施工時(shí)通過(guò)井口上部的連續(xù)管導(dǎo)向器和注入頭將連續(xù)管下入井內(nèi)。連續(xù)管注入頭的主 要功能是卡緊連續(xù)管并將連續(xù)管注入井內(nèi)或抽取出連續(xù)管。連續(xù)管注入頭上有夾持塊。參 閱圖1。夾持塊1為長(zhǎng)方體形，在夾持塊1的一個(gè)表面是半圓形凹面(半圓弧形凹槽)，半 圓弧形凹槽是夾持連續(xù)管2表面的夾持面，兩個(gè)夾持塊1相對(duì)能夾緊連續(xù)管2外壁，防止連 續(xù)管2和夾持塊1之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。下入井內(nèi)的連續(xù)管2長(zhǎng)度越長(zhǎng)需要注入頭夾持力越 大，保證連續(xù)管不下滑。
通過(guò)不斷嘗試，對(duì)夾持塊半圓弧形凹槽表面進(jìn)行不同的表面處理或改變夾持塊表 面的結(jié)構(gòu)形式，達(dá)到增加夾持塊夾持性能。目前制造的夾持塊的半圓形凹面表面有采用光 面，也有在夾持塊半圓弧形凹槽表面進(jìn)行刻槽處理。未經(jīng)表面處理的夾持面是光面形式的 夾持塊與連續(xù)管之間的摩擦系數(shù)較小，要懸掛井下連續(xù)管就必須加較大的橫向正壓夾持 力。連續(xù)管受夾持塊擠壓容易產(chǎn)生變形，并且?jiàn)A持塊與連續(xù)管的接觸面在導(dǎo)入導(dǎo)出連續(xù)管 過(guò)程中本身也很容易被磨損，而此時(shí)鋼與鋼的摩擦系數(shù)僅為0. 15，既降低了夾持塊的夾持 性能又降低了夾持塊的使用壽命。國(guó)內(nèi)對(duì)刻槽處理的夾持塊也曾做過(guò)相關(guān)的夾持研究試 驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)刻槽處理的夾持塊的試驗(yàn)?zāi)Σ料禂?shù)比光面夾持塊摩擦系數(shù)更低0. 1左右。
目前熱噴涂技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，熱噴涂包括電弧噴涂、超音速噴涂、等離子噴涂和 爆炸噴涂。爆炸噴涂的層結(jié)合強(qiáng)度高、致密性好；工件受熱小，工件不會(huì)發(fā)生相變及形變。 爆炸噴涂方法是一種比較成熟的表面處理技術(shù)，已經(jīng)應(yīng)用于形成表面強(qiáng)化涂層，修復(fù)多種 零件表面。燃?xì)庵貜?fù)爆炸噴涂(簡(jiǎn)稱爆炸噴涂)的噴涂顆粒速度高達(dá)800 1200m/s，其結(jié) 合強(qiáng)度高，涂層致密性好，爆炸噴涂工藝過(guò)程中，工件表面溫升在180 260°C以下，造成工 件回火軟化和熱變形及殘余熱應(yīng)力較小，在工業(yè)生產(chǎn)中已有應(yīng)用。
如中國(guó)專利公開號(hào)CN101116900，提供了“一種在連續(xù)鑄造結(jié)晶器表面制備強(qiáng)化 涂層的方法”。對(duì)結(jié)晶器銅板或銅合金板表面爆炸噴涂，將金屬陶瓷噴涂粉末直接噴涂在結(jié) 晶器銅板或銅合金板表面，形成表面強(qiáng)化涂層，金屬陶瓷噴涂粉末由合金與碳化物組成，優(yōu) 選為Ni-Cr合金與Cr3C2組成。強(qiáng)化涂層與銅或銅合金基體間的結(jié)合性能較好，適用于結(jié)晶 器的工作環(huán)境，不需要制備中間過(guò)渡涂層，簡(jiǎn)化結(jié)晶器的制造和修復(fù)，降低了成本。適用于 銅或銅合金表面的強(qiáng)化與修復(fù)。又如中國(guó)專利公開號(hào)CN1600820A，提供了“一種納米耐磨 涂層用熱噴涂粉體的制備及應(yīng)用”。熱噴涂粉是以WC平均晶粒尺寸為40 90nm的WC-Co 納米復(fù)合粉末為原料、采用霧化造粒方法制備而成。熱噴涂粉呈球形或類球形結(jié)構(gòu)，粉體的 顆粒尺寸為10 60um，粉體的流動(dòng)性好。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種有增摩涂層的連續(xù)管注入頭夾持塊制備方法，利用熱 噴涂方法在夾持塊的夾持面上噴涂增摩涂層，增大夾持塊表面的摩擦系數(shù)，使夾持塊具有 良好的摩阻性能。提高夾持塊的夾持性能及使用壽命、降低連續(xù)管的損傷和變形。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是有增摩涂層的連續(xù)管注入頭夾持塊制備方法，其特征 在于利用熱噴涂方法在夾持塊的夾持面上噴涂增摩涂層，使用的噴涂料是WC-Co硬質(zhì)合 金粉末。
所述的熱噴涂方法是爆炸噴涂、超音速噴涂或等離子噴涂。
所述的采用WC-Co硬質(zhì)合金粉末是粗粒度噴涂粉末，WC-Co金屬陶瓷噴涂粉末的 粒度在200 500目之間。以提高夾持塊夾持面增摩涂層的摩擦系數(shù)，提高夾持塊夾持油管 的性能。選擇適當(dāng)粗的粉末粒度有利于提高增摩涂層表面粗糙度，進(jìn)而提高增摩涂層的摩 阻性能。而過(guò)于粗的粉末粒度則會(huì)導(dǎo)致涂層孔隙率過(guò)高，會(huì)降低增摩涂層的耐腐蝕性能；過(guò) 于細(xì)的粉末粒度則會(huì)導(dǎo)致涂層孔隙率過(guò)低，會(huì)降低增摩涂層表面的摩擦系數(shù)，降低夾持力。
所述WC-C0硬質(zhì)合金粉末中，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)Co含量為12%，提高涂層的粘結(jié)潤(rùn) 濕性。
為提高增摩涂層的耐磨性能，增摩涂層厚度在0. 18 0. 25mm之間。能提高增摩 涂層的使用壽命防止增摩涂層腐蝕剝落，采用雙重涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的增摩涂層。
有增摩涂層的連續(xù)管注入頭夾持塊制備過(guò)程
A、噴涂前準(zhǔn)備(1)對(duì)夾持塊噴涂前外形尺寸檢測(cè)，特別是檢測(cè)夾持塊夾持面半 圓形凹面半徑，并記錄；(2)夾持塊夾持面噴涂前表面進(jìn)行清洗并除掉表面油污；C3)對(duì)夾 持塊夾持面進(jìn)行噴砂處理，使夾持塊夾持面粗糙化。
B、噴涂將夾持塊固定在噴涂裝置上，由于夾持塊的夾持面是半圓形凹面，為了噴 涂均勻，所述的熱噴涂噴槍的噴嘴垂直對(duì)準(zhǔn)夾持塊夾持面的待噴涂部位，橫向噴涂完一遍 后，噴槍縱向下或向上移動(dòng)15 20mm，同時(shí)夾持塊以半圓形凹面的中心線為軸旋轉(zhuǎn)15 60°，保證噴槍下移后的橫向待噴涂面與噴槍焰流垂直。噴涂中采用橫向噴涂、噴槍縱向移 動(dòng)和夾持塊配合旋轉(zhuǎn)。橫向噴涂是從夾持塊夾持面的一端開始，噴槍垂直對(duì)準(zhǔn)夾持塊夾持 面噴涂，噴槍沿夾持塊夾持面半圓形凹面的中心線平行移動(dòng)到另一端，完成一橫排噴涂；橫 向噴涂一橫排后噴槍縱向下或向土移動(dòng)15 20mm，同時(shí)夾持塊配合旋轉(zhuǎn)15 60°，噴槍 垂直于下一部分的待噴涂面，再進(jìn)行下一橫排噴涂；直至完成夾持塊整個(gè)夾持面上涂層的 均勻噴涂達(dá)到設(shè)計(jì)涂層厚度為止。
C、噴涂后檢驗(yàn)對(duì)夾持塊噴涂后外形尺寸檢測(cè)，特別是檢測(cè)夾持塊夾持面半圓柱 形面涂層的均勻性和噴涂增摩涂層表面粗糙度，并記錄；完成有增摩涂層的連續(xù)管注入頭 夾持塊的制作。
本發(fā)明的原理利用熱噴涂技術(shù)特別是爆炸噴涂或超音速火焰噴涂技術(shù)的高溫火 焰熔化熔點(diǎn)在1800°C的WC-Co硬質(zhì)合金粉末，使粉末粒子形成液固兩相狀態(tài)并高速將其噴 射在夾持塊夾持基體表面制備成增摩涂層。在這種增摩涂層中WC硬質(zhì)材料顆粒均勻彌散 分布在涂層中形成彌散強(qiáng)化復(fù)合材料，由WC硬質(zhì)顆粒阻止滑移運(yùn)動(dòng)而顯示高的摩擦系數(shù) 和耐磨性，而Co金屬材料則提供涂層自身結(jié)合強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度等必需的力學(xué)性能。利用熱 噴涂高速噴涂的增摩涂層結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)到60 lOOMPa，顯微硬度能夠達(dá)到HV1200左右，表面摩擦系數(shù)μ能夠達(dá)到0. 5以上。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明有增摩涂層的連續(xù)管注入頭夾持塊制備方法，能在夾 持塊夾持面噴涂增摩涂層。
①增摩涂層粗糙度達(dá)到Ra3. 2以上。具有較大的摩擦系數(shù)的表面粗糙度，摩擦系 數(shù)能夠達(dá)到0.5，降低了相關(guān)液壓系統(tǒng)夾持正壓力，減小了夾持機(jī)構(gòu)對(duì)連續(xù)管的損傷、變形 等破壞性，夾持性能優(yōu)異。
②夾持塊增摩涂層致密、結(jié)合強(qiáng)度好，涂層結(jié)合強(qiáng)度大于60MPa。在夾持塊工作時(shí) 抗剪切破壞能力強(qiáng)。
③增摩涂層顯微硬度達(dá)到HVllOO 1200。硬度越高，耐磨性能越好，有利于保持 摩擦系數(shù)的穩(wěn)定和保證使用壽命。
④涂層孔隙率< 1. 5%。增摩涂層低孔隙率能夠有效防止腐蝕介質(zhì)滲入夾持塊基 體，克服對(duì)基體金屬的腐蝕導(dǎo)致增摩涂層剝落。


圖1是兩個(gè)夾持塊相對(duì)，夾持連續(xù)管的橫剖面示意圖。
圖2是本發(fā)明利用噴槍對(duì)夾持塊的夾持面進(jìn)行噴涂的示意圖。
圖3是夾持塊1旋轉(zhuǎn)和噴槍3移動(dòng)過(guò)程示意圖。
圖中，1.夾持塊，2.連續(xù)管，3.噴槍。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 以采用爆炸噴涂方法進(jìn)行有增摩涂層的連續(xù)管注入頭夾持塊制備為 例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
A、噴涂前準(zhǔn)備(1)對(duì)夾持塊噴涂前外形尺寸檢測(cè)，檢測(cè)夾持塊加工尺寸是否符 合圖紙尺寸技術(shù)要求。檢測(cè)夾持塊夾持面半圓柱形凹面半徑19. 23mm，表明需要噴涂層厚 度達(dá)到0. 18mm，并記錄；( 噴涂前對(duì)夾持塊的夾持面(半圓形凹面、噴涂表面)用丙酮清 洗，去除油污和其他污染物，非噴涂面采用工裝保護(hù)好非噴涂部位。( 噴砂采用20 40 目棕剛玉砂粒噴砂，噴砂的壓縮空氣壓力為0. 6MPa。夾持塊的夾持面表面均勻噴砂至顯露 白色金屬基體光澤，檢查基體噴砂面無(wú)漏光現(xiàn)象，即在內(nèi)半圓形夾持面上放上相同直徑的 標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)棒，檢測(cè)漏光縫隙寬度的均勻性；噴砂后表面粗糙度達(dá)到Ra8。噴砂過(guò)的夾持塊表 面需用潔凈手套搬運(yùn)裝夾，保證噴砂表面的清潔防止污染。
B、噴涂將夾持塊固定在噴涂裝置上，由于夾持塊的夾持面是半圓形凹面，為了噴 涂均勻，熱噴涂噴槍的噴嘴垂直對(duì)準(zhǔn)夾持塊夾持面的待噴涂部位，橫向噴涂完一遍后，噴槍 縱向下移準(zhǔn)備進(jìn)行下一橫排的噴涂，同時(shí)夾持塊以半圓形凹面的中心線為軸旋轉(zhuǎn)30°，噴 槍下移后的橫向待噴涂面與噴槍焰流垂直。噴涂中采用橫向噴涂、噴槍縱向移動(dòng)和夾持塊 配合旋轉(zhuǎn)。橫向噴涂是從夾持塊夾持面的一端開始，噴槍垂直對(duì)準(zhǔn)夾持塊夾持面噴涂，噴槍 沿夾持塊夾持面半圓形凹面的中心線平行移動(dòng)到另一端，縱向移動(dòng)時(shí)噴槍行走速度500mm/ min0橫向噴涂一橫排后噴槍縱向下移動(dòng)20mm，夾持塊旋轉(zhuǎn)30°角度后，進(jìn)行下一橫排噴 涂，直至完成整個(gè)夾持面的涂層均勻噴涂；選擇WC-12CO硬質(zhì)合金粉末進(jìn)行爆炸噴涂。其中 Co的含量為12%，粉末粒度為250 325目。WC_12Co硬質(zhì)合金粉末的生產(chǎn)廠家是無(wú)錫市新科表面工程材料有限公司、產(chǎn)品代號(hào)是MA8812。爆炸噴涂的燃料組分比是& 2. 5、C2H2 2. O^N2 0. 8 ；噴槍噴口與夾持塊夾持面之間的垂直距離是170mm。
C、噴涂后檢驗(yàn)對(duì)夾持塊噴涂后涂層厚度均勻性檢測(cè)，用相同直徑的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)棒， 檢測(cè)漏光縫隙寬度的均勻性，用涂層測(cè)厚儀檢測(cè)增摩涂層厚度達(dá)到0. 18mm。噴涂增摩涂層 表面粗糙度達(dá)到Ra6以上，孔隙率低于3%，顯微硬度達(dá)到HV1200。完成有增摩涂層的連續(xù) 管注入頭夾持塊的制作。
實(shí)施例2 實(shí)施例2與實(shí)施例1不同之處在于采用超音速噴涂，采用兩種不同粒 度的WC-12CO硬質(zhì)合金粉末，分兩層噴涂。WC-12CO硬質(zhì)合金粉末分別為200 250目和 325 500目?jī)煞N。
先用325 500目的WC 12Co硬質(zhì)合金粉末在夾持塊夾持面上橫向超音速噴 涂每一橫排噴涂后，噴槍縱向移動(dòng)20mm，夾持塊隨工裝旋轉(zhuǎn)30°角度，再進(jìn)行下一橫排噴 涂，完成第一層夾持面的均勻噴涂，涂層厚度為0. 18mm的涂層。超音速噴涂工藝采用 2000SCFH, Fuel (航空煤油):22. 8L/h，送粉載氣12. 8L/min，送粉率85g/min，槍管長(zhǎng)度 152. 4mm，噴槍噴口與夾持塊夾持面之間的距離是380mm。該噴涂層結(jié)構(gòu)致密，耐磨耐腐蝕 性能優(yōu)異，涂層噴涂態(tài)粗糙度為Ra3. 2，該涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要為耐腐蝕性考慮。
再用200 250目WC_12Co硬質(zhì)合金粉末在前期0. 18mm厚度涂層上以相同的噴 涂方式均勻覆蓋噴涂厚度為0. 09mm的涂層。超音速噴涂工藝采用 1900SCFH, Fuel (航 空煤油)19. 3L/h，送粉載氣12. 8L/min，送粉率85g/min，槍管長(zhǎng)度101. 6mm,噴槍槍口 與夾持塊夾持面之間的距離是380mm。該涂層表面粗糙度高，噴涂態(tài)粗糙度可達(dá)到Ra5以 上，主要起耐磨和增摩作用。最終涂層厚度為0. 27mm，底層0. 18mm厚度的涂層結(jié)構(gòu)致密具 有良好的耐腐蝕性，而表層0. 09mm厚度的涂層具有較高粗糙度，能提供良好的增摩作用。
權(quán)利要求
1.一種有增摩涂層的連續(xù)管注入頭夾持塊制備方法，其特征在于利用熱噴涂方法在 夾持塊的夾持面上噴涂增摩涂層，使用的噴涂材料是WC-C0硬質(zhì)合金粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有增摩涂層的連續(xù)管注入頭夾持塊制備方法，其特征是所 述的熱噴涂方法是爆炸噴涂、超音速噴涂或等離子噴涂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有增摩涂層的連續(xù)管注入頭夾持塊制備方法，其特征是所 述的采用WC-Co硬質(zhì)合金粉末是粗粒度噴涂粉末，WC-Co金屬陶瓷噴涂粉末的粒度在200 500目之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有增摩涂層的連續(xù)管注入頭夾持塊制備方法，其特征是所 述WC-Co硬質(zhì)合金粉末中，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，Co含量為12%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的有增摩涂層的連續(xù)管注入頭夾持塊制備方法，其特 征是增摩涂層厚度在0. 18 0. 25mm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的有增摩涂層的連續(xù)管注入頭夾持塊制備方法，其特 征是噴涂過(guò)程包括噴涂前準(zhǔn)備、噴涂和噴涂后檢驗(yàn)。A、噴涂前準(zhǔn)備(1)對(duì)夾持塊噴涂前外形尺寸檢測(cè)，特別是檢測(cè)夾持塊夾持面半圓形 凹面的半徑，并記錄；(2)夾持塊夾持面噴涂前表面進(jìn)行清洗并除掉表面油污；C3)對(duì)夾持 塊夾持面進(jìn)行噴砂處理，使夾持塊夾持面粗糙化。B、噴涂將夾持塊固定在噴涂裝置上，由于夾持塊的夾持面是半圓形凹面，為了噴涂均 勻，所述的熱噴涂噴槍的噴嘴垂直對(duì)準(zhǔn)夾持塊夾持面的待噴涂部位，橫向噴涂完一遍后，噴 槍縱向下或向上移動(dòng)15 20mm，同時(shí)夾持塊以半圓形凹面的中心線為軸旋轉(zhuǎn)15 60°， 保證噴槍下移后的橫向待噴涂面與噴槍焰流垂直。噴涂中采用橫向噴涂、噴槍縱向移動(dòng)和 夾持塊配合旋轉(zhuǎn)。橫向噴涂是從夾持塊夾持面的一端開始，噴槍垂直對(duì)準(zhǔn)夾持塊夾持面噴 涂，噴槍沿夾持塊夾持面半圓柱形凹面的中心線平行移動(dòng)到另一端，完成一橫排噴涂；橫向 噴涂一橫排后噴槍縱向下或向上移動(dòng)15 20mm，同時(shí)夾持塊配合旋轉(zhuǎn)15 60°，噴槍垂 直于下一部分的待噴涂面，再進(jìn)行下一橫排噴涂；直至完成夾持塊整個(gè)夾持面上涂層的均 勻噴涂達(dá)到設(shè)計(jì)涂層厚度。C、噴涂后檢驗(yàn)對(duì)夾持塊噴涂后外形尺寸檢測(cè)，特別是檢測(cè)夾持塊夾持面內(nèi)半圓形面 涂層的均勻性和噴涂增摩涂層表面粗糙度，并記錄；完成有增摩涂層的連續(xù)管注入頭夾持 塊的制作。
全文摘要
有增摩涂層的連續(xù)管注入頭夾持塊制備方法，應(yīng)用于連續(xù)管注入頭夾持塊半圓形凹面，即加持面進(jìn)行增摩涂層的噴涂。利用熱噴涂方法在夾持塊的夾持面上噴涂增摩涂層，使用的噴涂料是WC-Co硬質(zhì)合金粉末。效果是能在夾持塊夾持面噴涂增摩涂層。增摩涂層具有較大的摩擦系數(shù)，降低了相關(guān)液壓系統(tǒng)夾持正壓力，減小了夾持機(jī)構(gòu)對(duì)連續(xù)管的損傷、變形等破壞性，夾持性能優(yōu)異。增摩涂層顯微硬度達(dá)到HV1100～1200，有利于保持摩擦系數(shù)的穩(wěn)定和保證使用壽命。涂層孔隙率＜1.5％，能克服基體金屬的腐蝕導(dǎo)致增摩涂層剝落。
文檔編號(hào)C23C4/06GK102031479SQ201010535928
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者任武, 熊革, 石成剛, 羅剛, 袁文才, 譚文峰 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院, 中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院江漢機(jī)械研究所