CN101637955A - 螺杆钻具定子橡胶双向注压成型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了螺杆钻具定子橡胶双向注压成型的方法，属于螺杆钻具定子注胶领域。其包括以下步骤：喷砂处理；清洗干燥；涂刷粘接剂；模芯组装到钢管内孔里；定子以及与注压模具放入烘箱加热；从定子的两端向中间真空负压注胶；将定子密封，放入硫化罐进行硫化；定子取出冷却；将定子两端定位的螺帽、堵头、垫片进行拆卸，将模芯从定子内孔中的胶层中顶出后脱离。本发明采用的从定子两端向中间注胶方式，回避了胶料挤压模芯，模芯直线变形现象，基本上消除了定子内孔胶层孔的绕度和偏芯，大幅度地提高了定子的使用时间；减少了定子胶层中的气泡以及表面的烂疤、流痕等缺陷，提高了合格率。克服了注胶速度慢，时间长的缺点。

Description

螺杆钻具定子橡胶双向注压成型的方法

技术领域

本发明涉及一种螺杆钻具定子注胶的方法，更具体的说是螺杆钻具定子橡胶双向注压成型的方法。

背景技术

螺杆钻具是油田钻探定向井时应用的动力具。随着定向井的大量采用，螺杆钻具的使用也日益普遍，可广泛手于定向井、水平井、侧钻丛式井，特别适用于高难度的超深井、高温井等，随着石油工业向更深层找油，其应用范围更广，前景更好。螺杆钻具由一根螺杆(转子)、定子衬套、万向轴、主轴、钻头接头、钻具上端的旁通阀等组成。螺杆钻具最主要的工作元件是螺杆及衬套。橡胶衬套的内孔在全长上是由椭圆形截面构成的螺旋通道，通道内有一麻花形的螺杆。螺杆轴线相对于衬套轴线是偏心安置的，螺杆上端可以自由旋转，下端通过万向轴与主轴相联。当高压泥浆从钻杆中心进入螺杆钻具时，它从螺杆与衬套的螺旋通道间往下挤压。

橡胶定子是钻具的核心部件，定子内所衬胶料与壳体的黏合强度以及耐磨性，决定了钻具的使用寿命和容积效率。传统生产螺杆钻具橡胶定子主要采用二步法注射成型方法或传统压注法，前者因注射容量限制需进行多次注射，后者因胶料塑化性能差且不均匀导致制品质地疏松。这两种方法都直接影响螺杆钻具橡胶定子质量和使用寿命。

定子注胶的老工艺步骤为：(1)将定子注胶用的钢管内壁进行喷砂处理；(2)对喷砂处理过的钢管内孔进行清洗，洁净后风干；(3)在洗净风干后的钢管内壁上涂刷粘接剂两遍并干燥；(4)当钢管内孔壁上涂的粘接剂干燥后，把已预热的模芯组装到钢管的内孔里，钢管的两端与模芯的轴头进行定位、锁孔；(5)将组装好的准备注胶的定子以及与其配套的注压头模具放入烘箱，整体加热到120℃±10℃；(6)加热到达温度要求后，从烘箱内取出定子和注压头模具，将定子套入注压头模具内，从定子中间开始，向定子的两端注胶；(7)当胶料注满定子的模腔后，将定子两端各两只溢胶孔和定子中间的两只注胶孔用专用螺丝封死，放入硫化罐进行硫化；(8)硫化结束后，将定子从硫化罐内取出，放入冷却水槽冷却；(9)冷却后，从水槽中取出定子，先把定子两端用于锁死的定位螺帽、堵头、垫片进行拆卸，用脱模芯装置将模芯从定子内孔中的胶层中顶出、脱离；(10)对注好胶的定子胶层的两端进行修边，用照明工具对定子内孔胶层的小径进行光线目测，检验有无气泡、烂疤、流痕。该工艺是从定子的中间向两端注胶，由于组装好有待注胶的定子是依赖两端和模芯的轴头定位的，定子内腔中的模芯中段是没有支撑点，而是悬空的，模芯的自重是会形成一定程度的绕度，如定子越长，则绕度会越大，加上从定子中间注胶，胶料的挤压流动性，更会造成胶层的绕度、偏芯。用户在使用中就会发生钻子高速旋转时，定子内孔中的胶层受力不均发生线型花瓣的峰齿小块掉胶或局部胶层剥离的质量问题；从定子中间向两端注胶，胶料进入定子空腔后，是分流到两个方向的，注胶的胶料流动压力被分流释放，注胶的速度十分慢，注胶时间长，因而生产效力比较低下。

《一步法注射螺杆钻具橡胶定子胶料的研制》(橡塑技术与装备2006年第32期)公开了应用在螺杆钻具橡胶定子的生产中的一步法橡胶注射成型技术和设备。该技术和设备注射压力大，注射容量大，可一次完成注射成型，有效地提高制品的致密度和耐磨性。但一步法注射成型技术与设备对胶料配方有特殊的要求：①要有长的焦烧时间；②要有低的门尼黏度。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对现有的螺杆钻具定子注胶的方法所存在的胶层的绕度、偏芯以及生产效力比较低下的问题，本发明提供了螺杆钻具定子橡胶双向注压成型的方法，可以消除定子内孔胶层孔的绕度和偏芯，提高了定子的使用时间；提高合格率；克服注胶速度慢，时间长的缺点。

2.本发明的技术方案如下：

一种螺杆钻具定子橡胶双向注压成型的方法，包括以下步骤：

(1)将定子注胶用的钢管内孔壁进行喷砂处理；

(2)对喷砂处理过的钢管内孔进行清洗，洗净后干燥；

(3)在洗净干燥的钢管内孔里涂刷粘接剂；

(4)当钢管内孔上涂上的粘接剂干燥后，把已预加热到90℃～110℃的模芯组装到钢管内孔里，钢管的两端与模芯的轴头进行定位和锁孔；

(5)把组装好的准备注胶的定子以及与其配套的注压模具放入烘箱，整体加热到110℃～130℃；

(6)从烘箱中取出定子和注压模具，将定子套入注压头模具内，按先后顺序，分别从定子的两端向中间注胶，用抽真空泵将定子空腔内的空气抽出，实行抽真空负压加速注胶；

(7)当胶料充满定子的模腔后，将定子两端的注胶孔以及中间的抽真空孔密封，放入硫化罐进行硫化；

(8)硫化结束后，将定子取出，进行冷却；

(9)冷却后，将定子两端定位的螺帽、堵头、垫片进行拆卸，用脱模芯装置将模芯从定子内孔中的胶层中顶出后脱离。

上述步骤(1)中喷砂处理的原料为铁砂和棕刚玉。步骤(3)中在洗净干燥的钢管内孔涂刷三遍粘接剂，其中一遍表层，两遍里层，底层采用与金属粘接力强的粘接剂；表层采用与胶层粘接性能好的粘接剂。

对注好胶的定子两头橡胶层的两端进行修边，用专用工具对定子胶层的内孔表面进行检验，有无气泡、烂疤、流痕并用硬度计检测硬度。

任何一种型号的螺杆钻具是由主机厂设计、出图并制造出定子注胶用的模芯及定位用的堵头、垫片、螺帽和配制的定子钢管，按主机厂提供的钢管、辊芯和定子图纸设计制造出注压头模具为该规格定子注胶。

3.有益效果

本发明提供了一种螺杆钻具定子橡胶双向注压成型的方法，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用的从定子两端向中间注胶方式：①依托了定子两端的模芯定位，回避了胶料挤压模芯，模芯直线变形现象，基本上消除了定子内孔胶层孔的绕度和偏芯，大大减少了用户使用中发生的定子线型花瓣的峰齿掉胶或局部胶层剥离的质量事故，大幅度地提高了定子的使用时间；②从定子两端向中间注胶由于采用了把钢管内的空气用真空泵抽出工艺，一定程度上减少了定子胶层中的气泡以及表面的烂疤、流痕等缺陷，提高了合格率。③定子两端向中间注胶回避了从定子中间向两端注胶的胶料流动压力被分流、释放的弊端，克服了注胶速度慢，时间长的缺点，据不十分精确计算

四级以上的大定子注胶工率提高了近50％。本发明适用于任何一种规格。

(2)本发明进一步的技术方案采用铁砂和棕刚玉：①比碤砂坚硬，耐撞击力强，磨擦力大，清除铁锈和氧化层状态好；②被喷面的毛糙度高，凹凸明显，扩大了橡胶与金属之间的粘合面积，从而提高了粘接强度；③残留在钢管内孔内的粉尘少，易于一道的清洗工艺。

(3)本发明的进一步技术方案在洗净干燥的钢管内孔涂刷三遍粘接剂，底层采用与金属粘接力强的粘接剂；表层采用与胶层粘接性能好的粘接剂，使得胶层-粘接剂-粘接剂-金属间接过度，减少厚薄不均的涂刷的现象，基本上消除了漏涂的盲点。

具体实施方式

以下通过实施例进一步说明本发明：

实施例1：

一种螺杆钻具定子橡胶双向注压成型的方法

(1)将定子注胶用的钢管内孔壁进行喷砂(碤砂)处理。

(2)对喷砂处理过的钢管内孔进行清洗，洗净后干燥。

(3)在洗净干燥的钢管内孔里涂刷两遍粘接剂。

(4)当钢管内孔上涂上的粘接剂干燥后，把已预加热到100℃±10℃的模芯组装到钢管内孔里，钢管的两端与模芯的轴头进行定位、锁孔。

(5)把组装好的准备注胶的定子以及与其配套的注压模具放入烘箱，整体加热到120℃±10℃。

(6)加热到温度要求后，从烘箱中取出定子和注压模具，将定子套入注压头模具内，按先后顺序，分别从定子的两端向中间注胶，过程中用抽真空泵将定子空腔内的空气抽出，实行抽真空负压加速注胶。

(7)当胶料充满定子的模腔后，将定子两端的注胶孔以及中间的抽真空孔用专用螺丝封死，放入硫化罐进行硫化。

(8)硫化结束后，将定子取出，放入冷却水槽冷却。

(9)冷却后，将定子两端定位的螺帽、堵头、垫片进行拆卸，用脱模芯装置将模芯从定子内孔中的胶层中顶出、脱离。

(10)对注好胶的定子两头橡胶层的两端进行修边，用专用工具对定子胶层的内孔表面进行检验，有无气泡、烂疤、流痕并用硬度计检测硬度。

完成本发明所需要的基本设备如下：配套注胶装置为大型压机；钢管内孔内表面喷砂处理的装置；胶取定子模芯的装置；硫化后定子降温用的水槽；各种规格定子注胶用的注压头模具；预热用的烘箱、硫化罐、回料和打卷用的炼胶机、摆放模芯用的模芯架、生产过程中取吊移动定子用的行车、清洗钢管内孔用的清洗剂喷射枪、注胶时用的抽真空泵机等。

由于定子是油田钻井时使用的螺杆钻具器械上的重要部件，一般使用于地下3000～6000M的地下，定子内腔的胶层在转子的高速旋转作用下，接触到介质主要为含油、天然气等其它成分的岩层砂浆，所以定子采用的是进口NBR，混炼胶的门尼粘度值要求在40以下，以利于注压进入钢管与模芯之间空腔内的胶料较快速地流动，充满模腔。

步骤(9)中脱模芯装置中脱模剂采用的为肥皂水。

注压时间无特别的设定，只是根据定子规格的大小，长度而决定的耗胶量来定，注满为止。小规格的定子耗胶量小，注胶时间短，大规格的定子耗胶量大，注胶时间则长。

根据现定子注胶的方式，需要预先提供在定子钢管上打注胶口，抽真空口的方位，尺寸图，在配制定子时，将注胶口打好，以便于本发明的注胶。

本实施例采用的定子两端距边口400m/m处，在钢管按圆的180度上各开两只

的注胶口，在钢管的中间处与注胶口平行，间距为150～200m/m，开1只抽真空的管接口以及胶料流动观察口，也就是一根定子钢管上开6只孔。

把用新工艺生产出来的定子胶层与钢管的粘合剂层破坏掉，把胶筒从钢管内拉出，通过直线度的解剖来检验气泡、流痕、烂痕等胶层表面的欠硫或过硫状况，通过截面解剖来判明偏芯、厚薄均衡情况，通过实物取样磨片检测胶层的硫化程度，以及其它物理机械性能情况。

用此工艺制造出来的定子经过4000M×170h的作业后，仍保持优秀的粘接和耐磨损性能

实施例2：

基本步骤同实施例1，只是将步骤(1)中喷砂处理的原料替换为为铁砂或棕刚玉。橡胶与金属之间的粘合面积扩大了，粘接强度得到提高。

实施例3：

基本步骤同实施例2，步骤(3)中在洗净干燥的钢管内孔涂刷三遍粘接剂，其中一遍表层，两遍里层，底层采用与金属粘接力强的粘接剂；表层采用与胶层粘接性能好的粘接剂。减少了厚薄不均的涂刷的现象，消除了漏涂的盲点。

Claims (5)

1、一种螺杆钻具定子橡胶双向注压成型的方法，包括以下步骤：

(1)将定子注胶用的钢管内孔壁进行喷砂处理；

(2)对喷砂处理过的钢管内孔进行清洗，洗净后干燥；

(3)在洗净干燥的钢管内孔里涂刷粘接剂；

(4)当钢管内孔上涂上的粘接剂干燥后，把已预加热到90℃～110℃的模芯组装到钢管内孔里，钢管的两端与模芯的轴头进行定位和锁孔；

(5)把组装好的准备注胶的定子以及与其配套的注压模具放入烘箱，整体加热到110℃～130℃；

(6)从烘箱中取出定子和注压模具，将定子套入注压头模具内，按先后顺序，分别从定子的两端向中间注胶，用抽真空泵将定子空腔内的空气抽出，实行抽真空负压加速注胶；

(7)当胶料充满定子的模腔后，将定子两端的注胶孔以及中间的抽真空孔密封，放入硫化罐进行硫化；

(8)硫化结束后，将定子取出，进行冷却；

(9)冷却后，将定子两端定位的零件进行拆卸，用脱模芯装置将模芯从定子内孔中的胶层中顶出后脱离。

2、根据权利要求1所述的螺杆钻具定子橡胶双向注压成型的方法，其特征是步骤(1)中喷砂处理的原料为铁砂和棕刚玉。

3、根据权利要求2所述的螺杆钻具定子橡胶双向注压成型的方法，其特征是步骤(3)中在洗净干燥的钢管内孔涂刷三遍粘接剂，底层采用与金属粘接力强的粘接剂；表层采用与胶层粘接性能好的粘接剂。

4、根据权利要求3所述的螺杆钻具定子橡胶双向注压成型的方法，其特征是步骤(9)中脱模芯装置中采用肥皂水为脱模剂。

5、根据权利要求1～4中任一项所述的螺杆钻具定子橡胶双向注压成型的方法，其特征是步骤(9)后的定子两头橡胶层的两端进行修边，用专用工具对定子胶层的内孔表面进行检验。