CN101787509A - 一种纳米喷涂补偿胎体式pdc钻头的生产方法 - Google Patents

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张明利
李朋
张敏
张振峰
冯波
周小健
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Abstract

本发明公开了一种纳米喷涂补偿胎体式PDC钻头的生产方法，该方法包括如下步骤：(1)确定施工缺陷区域；(2)表面粗处理；(3)表面细处理；(4)纳米粉末选用；(5)喷涂前预热；(6)按既定参数喷涂；(7)保温缓冷。本发明在完成普通粉末冶金的基础上，采用先进高能等离子喷涂技术，对烧结胎体钻头的力学性能进行有针对性的补偿和强化，以此提高钻头的工作性能，提升产品质量，为PDC钻头的生产提出了一种全新的制造工艺模式。本发明有效地提高了钻头使用寿命，降低了钻井生产成本，其高抗研磨性、高抗冲击性等综合力学性能，可满足中等硬度地层的钻井施工要求，特别适于超深井水平井及小井眼钻井技术。

Description

一种纳米喷涂补偿胎体式PDC钻头的生产方法
技术领域
本发明涉及一种PDC钻头的生产方法，特别是涉及一种基于常规粉末冶金工艺，结合先进的热喷涂技术，强化了PDC钻头的整体性能，可满足各类常规及新型钻井技术，有效降低钻井成本的纳米喷涂补偿胎体式PDC钻头的生产方法。
背景技术
由于钻井技术的不断发展，在钻井勘探开发过程中对于钻进工具尤其是钻头的要求已经越来越高。特别是随着PDC钻头结合井下动力钻具钻井工艺的成熟，具有优异使用性能的PDC钻头已倍受青睐。在PDC钻头的选型中，钻头的综合力学性能成为钻头选型时考虑的一个重要因素，通常在定向井和和小于in的小井眼钻井中，都会优先考虑使用PDC钻头，钻头胎体的抗研磨行和抗冲击性是衡量钻头胎体质量的重要指标，因此这两项指标的高低决定了钻头性能的优异与否。
在衡量钻井进尺成本的模式
Figure G2010100226724D00012
式中Cb表示钻头成本，T为钻头纯钻时间，F为钻头取得的进尺，如果在其他关系因素一定的情况下，不难发现T值越大，F值就越大，钻井进尺成本就越低，所以具有高抗研磨性和高抗冲击性的钻头，可以有效地降低钻井成本，即本专利的实现和使用，可以获得较低的钻井成本。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种纳米喷涂补偿胎体式PDC钻头的生产方法，与普通的PDC钻头的生产方法相比，本发明有效地提高了钻头使用寿命，降低了钻井生产成本，其高抗研磨性、高抗冲击性等综合力学性能，可满足中等硬度地层的钻井施工要求，特别适于超深井水平井及小井眼钻井技术。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种纳米喷涂补偿胎体式PDC钻头的生产方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)、确定施工缺陷区域：对钻头胎体进行超声波无损探伤，结合孔容测定仪的测定结果，对孔隙度大于5％的部位确定为施工缺陷区域；
(2)、表面粗处理：采用刚玉砂喷砂，对钻头胎体进行表面粗处理；
(3)、表面细处理：用丙酮(AR)对钻头胎体进行清洗，以达到破坏表面氧化膜的效果，将处理好的钻头胎体存放在清洁，干燥的环境中；
(4)、选用纳米粉末：纳米粉末的选用指标包括纳米WC合金粉末的各成分重量比，采用WC-12％Co的配比，杂质总含量小于0.8％，在选用喷涂粉末时，将原始粉末粒径选定为30-450nm，团聚粉末粒度应控制在5-45μm；
(5)、喷涂前预热：在对钻头胎体进行表面细处理完毕后，再对钻头胎体进行预热，预热温度控制为200℃，时间为1-1.5小时；
(6)、按既定参数喷涂：采用功率为200KW的先进高能等离子喷涂机，首先确定涂层厚度，涂层厚度为0.10mm～0.30mm，选用枪内送粉的供粉方式和焰流呈直筒状的喷嘴，气源选用干燥的惰性气体；
(7)、保温缓冷：喷涂完毕后，将钻头胎体埋在石棉中缓冷10小时～14小时。
其中，所述喷嘴的孔径为7.3mm。
其中，所述惰性气体为氩气。
其中，所述的第(6)步中，喷涂距控制在火焰的7/10～9/10处，喷涂角和工件的夹角为85-90°，选择电弧功率时，将火焰调整为能获得较佳的喷涂效果中性碳化焰150-155KW，喷涂时喷枪与工件相对移动速度为100-110mm/s。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的一种纳米喷涂补偿胎体式PDC钻头的生产方法具有以下优点：
本发明有效地提高了钻头使用寿命，降低了钻井生产成本，其高抗研磨性、高抗冲击性等综合力学性能，可满足中等硬度地层的钻井施工要求，特别适于超深井水平井及小井眼钻井技术。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。图1是本发明的工艺流程图，如图1所示一种纳米喷涂补偿胎体式PDC钻头的生产方法，该方法包括如下步骤：
(1)、确定施工缺陷区域：对钻头胎体进行超声波无损探伤，结合孔容测定仪的测定结果，对孔隙度大于5％的部位确定为施工缺陷区域；
(2)、表面粗处理：采用刚玉砂喷砂，对钻头胎体进行表面粗处理；
(3)、表面细处理：用丙酮(AR)对钻头胎体进行清洗，以达到破坏表面氧化膜的效果，将处理好的钻头胎体保存在清洁，干燥的环境中；
(4)、选用纳米粉末：纳米粉末的选用指标包括纳米WC合金粉末的各成分重量比，采用WC-12％Co的配比，杂质总含量小于0.8％，在选用喷涂粉末时，将原始粉末平均粒径选定为30-450nm，团聚粉末粒度应控制在5-45μm；
(5)、喷涂前预热：在对钻头胎体进行表面细处理完毕后，再对钻头胎体进行预热，预热温度控制为200℃，时间为1-1.5小时；
(6)、按既定参数喷涂：采用功率为200KW的先进高能等离子喷涂机。首先确定涂层厚度，根据钻头的不同工作环境并考虑经济效益，涂层厚度会有所不同，一般为0.20mm，当涂层厚度确定之后，就相应的确定了供粉速度，即为0.20g/cm2(喷涂单位面积)，选用枪内送粉的供粉方式和孔径为7.3mm的喷嘴。喷涂距通常控制在火焰的的4/5处，即为195-210mm。喷涂角垂直工件时效果最佳，通常为85-90°。选择电弧功率时，一般将火焰调整为中性碳化焰(150-155KW)，以获得较佳的喷涂效果。气源选用惰性气体氩气，并且要保证气体充分干燥，没有油水气氛。喷涂时要保证涂层平整和喷枪行程宽度之间充分衔接，喷枪与工件相对移动速度为100-110mm/s。
(7)、保温缓冷：喷涂完毕后，将钻头胎体埋在石棉中缓冷10小时～14小时。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解：本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种纳米喷涂补偿胎体式PDC钻头的生产方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)、确定施工缺陷区域：对钻头胎体进行超声波无损探伤，结合孔容测定仪的测定结果，对孔隙度大于5％的部位确定为施工缺陷区域；
(2)、表面粗处理：采用刚玉砂喷砂，对钻头胎体进行表面粗处理；
(3)、表面细处理：用丙酮(AR)对钻头胎体进行清洗，以达到破坏表面氧化膜的效果，将处理好的钻头胎体存放在清洁，干燥的环境中；
(4)、选用纳米粉末：纳米粉末的选用指标包括纳米WC合金粉末的各成分重量比，采用WC-12％Co的配比，杂质总含量小于0.8％，在选用喷涂粉末时，将原始粉末粒径选定为30-450nm，团聚粉末粒度应控制在5-45μm；
(5)、喷涂前预热：在对钻头胎体进行表面细处理完毕后，再对钻头胎体进行预热，预热温度控制为200℃，时间为1-1.5小时；
(6)、按既定参数喷涂：采用功率为200KW的先进高能等离子喷涂机，首先确定涂层厚度，涂层厚度为0.10mm～0.30mm，选用枪内送粉的供粉方式和焰流呈直筒状的喷嘴，气源选用干燥的惰性气体；
(7)、保温缓冷：喷涂完毕后，将钻头胎体埋在石棉中缓冷10小时～14小时。
2.根据权利要求1所述的纳米喷涂补偿胎体式PDC钻头的生产方法，其特征在于：所述喷嘴的孔径为7.3mm。
3.根据权利要求1所述的纳米喷涂补偿胎体式PDC钻头的生产方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气。
4.根据权利要求1所述的纳米喷涂补偿胎体式PDC钻头的生产方法，其特征在于：所述的第(6)步中，喷涂距控制在火焰的7/10～9/10处，喷涂角和工件的夹角为85-90°，选择电弧功率时，将火焰调整为能获得较佳的喷涂效果中性碳化焰150-155KW，喷涂时喷枪与工件相对移动速度为100-110mm/s。
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