耐磨耐蝕可修復(fù)鉆井用穩(wěn)定器及其制造設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種耐磨耐蝕可修復(fù)鉆井用穩(wěn)定器及其制造設(shè)備，通過等離子轉(zhuǎn)移弧焊機或激光加工機，在穩(wěn)定器的工作面上制備有耐磨耐蝕涂層，它具有表面硬度高、耐磨損、耐腐蝕、可修復(fù)的特點，適用于中高硬度地層。本穩(wěn)定器性能較現(xiàn)行合金柱和鑲合金塊穩(wěn)定器的耐磨面覆蓋范圍更大，性能更好，使用壽命更長。
【專利說明】耐磨耐蝕可修復(fù)鉆井用穩(wěn)定器及其制造設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于石油或地質(zhì)鉆井的設(shè)備，特別涉及一種耐磨耐蝕可修復(fù)鉆井用穩(wěn)定器及其制造設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]鉆具穩(wěn)定器是鉆井過程中的常規(guī)鉆井工具。當(dāng)前廣泛使用的一種鉆具穩(wěn)定器，是通過在工作面上采用鑲嵌硬質(zhì)合金塊的方式來提高耐磨性能，對鉆柱起扶正作用的穩(wěn)定器。這種穩(wěn)定器在現(xiàn)場使用時，硬質(zhì)合金柱(塊)脫落現(xiàn)象嚴(yán)重。這種現(xiàn)象不僅造成穩(wěn)定器壽命縮短，增加了起下鉆等無效鉆井時間，另外，脫落的硬質(zhì)合金柱(塊)掉入井內(nèi)后，增大鉆頭磨損速度，降低鉆頭壽命與鉆井速度，最終導(dǎo)致鉆井成本增加。由于硬質(zhì)合金柱(塊)與本體材料在硬度差別顯著，且合金柱(塊)在工作表面上的覆蓋面積只占約40%，不能覆蓋整個工作表面，軟質(zhì)本體材料磨損后，合金柱(塊)逐漸懸伸出工作外表面，在鉆柱旋轉(zhuǎn)過程中，容易導(dǎo)致硬質(zhì)合金柱(塊)的脫落、折斷，特別是在硫化氫與二氧化碳腐蝕環(huán)境中，本體更容易出現(xiàn)磨損，造成合金柱(塊)脫落失效。同時進入合金柱(塊)空隙中的高壓泥漿液、巖屑等會從內(nèi)部使合金柱(塊)的過盈配合失效。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的在于克服上述常規(guī)穩(wěn)定器性能不足的問題，提出一種具有優(yōu)良耐磨耐蝕性能、先進實用的鉆井用穩(wěn)定器，其工作外表面通過送粉式激光熔覆或等離子轉(zhuǎn)移弧堆焊工藝制備有耐磨耐蝕涂層，能夠延長穩(wěn)定器使用壽命，并使其在磨損后還可以經(jīng)修復(fù)重新使用，有效降低穩(wěn)定器的綜合使用成本。本實用新型還提供了形成該涂層的制造設(shè)備。
[0004]為了達到上述目的，本實用新型的一個技術(shù)方案是提供一種耐磨耐蝕可修復(fù)鉆井用穩(wěn)定器，所述穩(wěn)定器的工作面上形成有耐磨耐蝕涂層；所述耐磨耐蝕涂層是一種等離子轉(zhuǎn)移弧堆焊層或一種激光熔覆層。
[0005]優(yōu)選地，所述耐磨耐蝕涂層的制備材料為鎳基或鈷基碳化鎢合金粉。
[0006]優(yōu)選地，所述耐磨耐蝕涂層所覆蓋的工作面，包括所述穩(wěn)定器與井壁接觸的棱帶、螺旋帶表面。
[0007]優(yōu)選地，所述耐磨耐蝕涂層厚度為0.5-6_。
[0008]優(yōu)選地，所述穩(wěn)定器本體的材料為合金鋼或不銹鋼。
[0009]優(yōu)選地，所述穩(wěn)定器是本體為4145H鋼材質(zhì)，所述耐磨耐蝕涂層的制備材料為鎳基碳化鎢合金粉或鎳基碳化鎢合金粉的螺旋穩(wěn)定器；
[0010]或者，所述穩(wěn)定器是本體為奧氏體無磁不銹鋼材質(zhì)，所述耐磨耐蝕涂層的制備材料為鎳基碳化鎢合金粉的螺旋穩(wěn)定器；
[0011]或者，所述穩(wěn)定器是本體為40CrMnMo鋼材質(zhì)，所述耐磨耐蝕涂層的制備材料為鈷基碳化鎢合金粉的螺旋穩(wěn)定器。
[0012]本實用新型的另一個技術(shù)方案是提供一種耐磨耐蝕可修復(fù)鉆井用穩(wěn)定器的制造設(shè)備，其包含:
[0013]噴砂裝置，對穩(wěn)定器的工作面進行噴砂處理；
[0014]送粉器，向噴砂后的工作面吹送鎳基或鈷基碳化鎢合金粉；
[0015]等離子轉(zhuǎn)移弧焊機或激光加工機，形成使工作面及鎳基或鈷基碳化鎢合金粉能夠一起熔化、混合并擴散的熱源；
[0016]磨削或打磨裝置，對離開熱源后冷卻凝固在工作面上的耐磨耐蝕涂層進行磨削或打磨。
[0017]優(yōu)選地，所述送粉器的送粉率30g/min，所述等離子轉(zhuǎn)移弧焊機的焊接電流130A，焊接電壓30V，線速度25mm/mm，擺寬76mm ；
[0018]或者，所述送粉器的送粉率20g/min，所述等離子轉(zhuǎn)移弧焊機的焊接電流110A，焊接電壓35V，線速度20mm/mm，擺寬79_ ；
[0019]或者，所述送粉器的送粉率42g/min，焊接電流135A，焊接電壓40V線速度26mm/mm,擺寬 90mm。
[0020]或者，所述送粉器的送粉率22g/min，所述激光加工機的激光功率3KW，光斑直徑5mm，搭接率20%。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所述耐磨耐蝕可修復(fù)鉆井用穩(wěn)定器及其制造設(shè)備，其優(yōu)點在于:
[0022]本實用新型的制造設(shè)備基于表面技術(shù)形成耐磨耐蝕涂層，不但能夠大幅度地提高工件表面的使用性能，還可以對失效工件進行修復(fù)，降低穩(wěn)定器的綜合使用成本。等離子轉(zhuǎn)移弧堆焊與激光熔敷是兩種常用的涂層制備手段，它們的顯著優(yōu)點是其對本體的熱影響小，稀釋率低，使得工件在制備過程中變形小，工藝可控性強，可從事如弧面等精巧的焊接作業(yè)，同時它們加工能量密度大，加熱集中，熔透能力強，可以高速制備涂層，生產(chǎn)率高。而且獲得涂層的組織致密，微觀缺陷少，涂層與本體為冶金結(jié)合，強度高。涂層原料多為鎳基碳化鎢合金粉，其中碳化鎢為硬質(zhì)相，起耐磨作用，鎳合金為粘結(jié)相，起粘結(jié)碳化鎢的作用。涂層具有耐高溫、抗熱裂、耐沖擊、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)異性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型的穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)示意圖，其工作外表面具有耐磨耐蝕涂層。

【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合實施例和附圖對本實用新型做進一步說明:如附圖1所示，本實用新型中耐磨耐蝕可修復(fù)鉆井用穩(wěn)定器(以下簡稱穩(wěn)定器)，在穩(wěn)定器本體20的工作外表面具有耐磨耐蝕涂層10，該涂層10是一種等離子轉(zhuǎn)移弧堆焊層或一種激光熔覆層，即通過送粉式激光熔覆或等離子轉(zhuǎn)移弧堆焊工藝實施而形成。
[0025]一些優(yōu)選的示例中，所述的耐磨耐蝕涂層所用粉末為含鎳基或鈷基粘結(jié)鑲的碳化鎢粉末，碳化鎢的重量百分比為25-60%。耐磨耐蝕涂層的厚度可以根據(jù)需要調(diào)整進行一次或多次施焊，優(yōu)選的耐磨耐蝕涂層厚度為0.5-6mm，且覆蓋整個工作表面，包括與井壁接觸的棱帶、螺旋帶表面。該涂層具有良好的耐磨性與抗硫化氫、二氧化碳腐蝕性能，所述的耐磨耐蝕涂層在磨損后經(jīng)修復(fù)可重新使用。
[0026]本實用新型的耐磨耐蝕涂層是通過以下設(shè)備制造的:首先，由噴砂裝置，將穩(wěn)定器工作外表面噴砂處理，除去試件表面的氧化皮、油污等雜質(zhì)；然后，利用等離子轉(zhuǎn)移弧焊機或激光加工機，由送粉器向電弧的中心位置吹送鎳基或鈷基碳化鎢合金粉，等離子轉(zhuǎn)移弧產(chǎn)生的高溫將粉末與穩(wěn)定器本體表面迅速加熱并一起熔化、混合、擴散。隨著電弧或激光與工件的相對移動，熱源離開后液態(tài)合金逐漸凝固，形成一層高性能的合金涂層，從而實現(xiàn)穩(wěn)定器工作外表面的強化與硬化。最后將制備好的涂層進行磨削或打磨，滿足穩(wěn)定器工作外徑需要。
[0027]穩(wěn)定器本體材料為合金鋼(如鉻鑰合金鋼)或不銹鋼。硬質(zhì)合金層在穩(wěn)定器工作面的分布范圍由常規(guī)的40%提高到100%，同時通過等離子轉(zhuǎn)移弧堆焊與激光熔敷等方式，大幅提高穩(wěn)定器的性能質(zhì)量、使用壽命。
[0028]本實用新型還給出了一些【具體實施方式】，但本實用新型保護范圍不限于下述實施例:
[0029]實施例1:4145H鋼材質(zhì)的螺旋穩(wěn)定器，選用鎳基碳化鎢合金粉，將穩(wěn)定器工作外表面噴砂處理，利用等離子轉(zhuǎn)移弧焊機將粉末熔化，在穩(wěn)定器表面形成所需耐磨耐蝕涂層。制造該涂層的設(shè)備，其參數(shù)包含:焊接電流130A，焊接電壓30V，送粉率30g/min，線速度25mm/mm,擺寬76mm。焊接完成后,經(jīng)磨削獲得致密光亮的涂層。
[0030]實施例2:奧氏體無磁不銹鋼材質(zhì)螺旋穩(wěn)定器，選用鎳基碳化鎢合金粉，將穩(wěn)定器工作外表面噴砂處理，利用等離子轉(zhuǎn)移弧焊機將粉末熔化，在穩(wěn)定器表面形成所需耐磨耐蝕涂層。制造該涂層的設(shè)備，其參數(shù)包含:焊接電流110A，焊接電壓35V，送粉量20g/min，線速度20_/_，擺寬79_。焊接完成后，經(jīng)磨削獲得致密光亮的涂層。
[0031]實施例3:4145H鋼材質(zhì)螺旋穩(wěn)定器,選用鎳基碳化鶴合金粉,將穩(wěn)定器工作外表面噴砂處理，利用激光加工機將粉末熔化，在穩(wěn)定器表面形成所需耐磨耐蝕涂層。制造該涂層的設(shè)備，其參數(shù)包含:激光功率3KW，光斑直徑5mm，送粉率22g/min，搭接率20%，焊接完成后，經(jīng)磨削獲得致密光亮的涂層。
[0032]實施例4:40CrMnMo鋼材質(zhì)螺旋穩(wěn)定器，選用鈷基碳化鎢合金粉，將穩(wěn)定器工作外表面噴砂處理，利用等離子轉(zhuǎn)移弧焊機將粉末熔化，在穩(wěn)定器表面形成所需涂層。制造該涂層的設(shè)備，其參數(shù)包含:焊接電流135A,焊接電壓40V,送粉量42g/min,線速度26mm/mm,擺寬90_。焊接完成后，經(jīng)磨削獲得致密光亮的涂層。
[0033]綜上所述，本實用新型提供的一種用于石油或地質(zhì)鉆井的耐磨耐蝕可修復(fù)穩(wěn)定器，通過激光熔敷或等離子轉(zhuǎn)移弧工藝制備厚度有0.5-6mm的涂層。它具有表面硬度高、耐磨損、可修復(fù)的特點，適用于中高硬度地層，并具有一定的耐腐蝕能力。本穩(wěn)定器性能較現(xiàn)行合金柱和鑲合金塊穩(wěn)定器的耐磨面覆蓋范圍更大，性能更好，使用壽命更長。
[0034]盡管本實用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本實用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種耐磨耐蝕可修復(fù)鉆井用穩(wěn)定器，其特征在于， 所述穩(wěn)定器的工作面上形成有耐磨耐蝕涂層；所述耐磨耐蝕涂層是一種等離子轉(zhuǎn)移弧堆焊層或一種激光熔覆層。
2.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定器，其特征在于， 所述耐磨耐蝕涂層的制備材料為鎳基或鈷基碳化鎢合金粉。
3.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定器，其特征在于， 所述耐磨耐蝕涂層所覆蓋的工作面，包括所述穩(wěn)定器與井壁接觸的棱帶、螺旋帶表面。
4.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定器，其特征在于， 所述耐磨耐蝕涂層厚度為0.5-6mm。
5.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定器，其特征在于， 所述穩(wěn)定器本體的材料為合金鋼或不銹鋼。
6.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定器，其特征在于， 所述穩(wěn)定器是本體為4145H鋼材質(zhì)，所述耐磨耐蝕涂層的制備材料為鎳基碳化鎢合金粉或鎳基碳化鎢合金粉的螺旋穩(wěn)定器； 或者，所述穩(wěn)定器是本體為奧氏體無磁不銹鋼材質(zhì)，所述耐磨耐蝕涂層的制備材料為鎳基碳化鎢合金粉的螺旋穩(wěn)定器； 或者，所述穩(wěn)定器是本體為40CrMnMo鋼材質(zhì)，所述耐磨耐蝕涂層的制備材料為鈷基碳化鶴合金粉的螺旋穩(wěn)定器。
7.一種耐磨耐蝕可修復(fù)鉆井用穩(wěn)定器的制造設(shè)備，其特征在于，包含: 噴砂裝置，對穩(wěn)定器的工作面進行噴砂處理； 送粉器，向噴砂后的工作面吹送鎳基或鈷基碳化鎢合金粉； 等離子轉(zhuǎn)移弧焊機或激光加工機，形成使工作面及鎳基或鈷基碳化鎢合金粉能夠一起熔化、混合并擴散的熱源； 磨削或打磨裝置，對離開熱源后冷卻凝固在工作面上的耐磨耐蝕涂層進行磨削或打磨。
8.如權(quán)利要求7所述的制造設(shè)備，其特征在于， 所述送粉器的送粉率30g/min，所述等離子轉(zhuǎn)移弧焊機的焊接電流130A，焊接電壓30V,線速度 25mm/mm,擺寬 76mm ； 或者，所述送粉器的送粉率20g/min，所述等離子轉(zhuǎn)移弧焊機的焊接電流110A，焊接電壓35V,線速度20mm/mm,擺寬79mm ; 或者，所述送粉器的送粉率42g/min,焊接電流135A,焊接電壓40V線速度26mm/mm,擺寬 90mm。
9.如權(quán)利要求7所述的制造設(shè)備，其特征在于， 所述送粉器的送粉率22g/min，所述激光加工機的激光功率3KW，光斑直徑5_，搭接率
20%。
【文檔編號】E21B17/10GK204163645SQ201420491607
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】劉紅斌, 肖凡 申請人:上海天合石油工程股份有限公司