CN113818811B - 油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具及加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具及加工工艺，包括如下工艺步骤：（1）、制作非橡胶合成内衬套：将10‑15%的聚四氟乙烯、8‑12%的长度3‑12mm的芳纶1313、10‑18%的直径0.5‑1.2μm且长度30‑160μm的碳化硅纤维以及15‑25%的聚甲基丙烯酸甲酯加入混合机高速混合搅拌0.5h进行高速剪切，将搅拌均匀的混合物加入30‑35%的苯乙烯，添加3‑4%的二亚乙基三胺增溶剂、2‑5%二硫化钼添加剂、3‑5%的硫化促进剂和2‑4%癸二酸二辛酯软化剂放入密炼机，温度210‑280℃，混炼2‑2.5h后进行硫化，硫化时间12h，硫化温度160‑190℃，制成非橡胶合成内衬料；（2）、制作马达定子金属外壳、马达转子和橡胶锁紧套。
Description
技术领域
本发明涉及一种油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具及加工工艺。
背景技术
石油是一种不可再生资源，随着经济的快速发展，人类对能源的需求迅速增长，页岩油资源蕴藏量巨大，全球已探明储量约4500亿吨，2020年世界页岩油供应已达每天200万桶，是石油资源的可靠补充。页岩油是指以页岩为主的页岩层系中含有的石油资源，是一种非常规石油，其中包括泥页岩孔隙和裂缝中的石油，也包括泥页岩层系中致密碳酸岩或碎屑岩层和夹层中的石油资源。其中裂缝型和孔隙型是页岩油勘探开发的重要目标。页岩油的开采方式包括异地开采和原位开采。异地开采是通过露天开挖采矿或地下巷道采矿开采出油页岩，然后在地面设备中加热蒸馏加工出石油，是传统的常用开发方法，受经济、环境因素制约，而且粉尘污染、水质破坏严重。原位开采是采用垂直钻井方法，先钻开再将加热工具经井孔送到地下加热，再采用传统抽油方法将油抽出。
油页岩钻井大部分为水平定向井，井位深、井压高，由于地层原因，作业时间较长，且岩屑较多，常伴有腐蚀性强的页岩气，常规螺杆钻具定子内衬是由橡胶材料制成，由于井压较高，作业时间长，进入循环液中的细小岩屑颗粒又多，长时间腐蚀螺杆钻具马达的定子内衬和转子螺旋面，会造成定子橡胶过度磨损，特别是橡胶易侵蚀变形、老化、脱落，使马达失效，甚至造成事故。伴生的页岩气也会对定子内衬橡胶造成侵蚀，油页岩原位钻井开采需要可长时间使用耐磨损耐侵蚀的定子加工成的螺杆钻具。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具及加工工艺。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具，包括：进液接头、液压马达总成、万向轴总成和传动轴总成，所述进液接头的下端与液压马达总成相连接，所述液压马达总成的下端与万向轴总成相连接，所述万向轴总成的下端与传动轴总成相连接，所述液压马达总成包括：马达定子金属外壳、马达转子和设置在马达定子金属外壳与马达转子之间的非橡胶合成内衬套；在所述进液接头的外侧设置有橡胶上锁紧套，所述橡胶上锁紧套的上端内侧与进液接头螺纹连接，所述橡胶上锁紧套的下端外侧与马达定子金属外壳的上端内侧螺纹连接，在所述橡胶上锁紧套的下端设置有上锁紧斜面，在所述非橡胶合成内衬套的上端设置有与上锁紧斜面相互配合的上斜面；在所述液压马达总成的下端设置有橡胶下锁紧套，所述橡胶下锁紧套的上端外侧与马达定子金属外壳的下端内侧螺纹连接，所述橡胶下锁紧套的下端内侧与万向轴总成的上端外侧螺纹连接，在所述橡胶下锁紧套的上端设置有下锁紧斜面，在所述非橡胶合成内衬套的下端设置有与下锁紧斜面相互配合的下斜面，上述油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具的加工工艺，包括如下工艺步骤：
（1）、制作非橡胶合成内衬套：
将10-15%的聚四氟乙烯、8-12%的长度3-12mm的芳纶1313、10-18%的直径0.5-1.2μm且长度30-160μm的碳化硅纤维以及15-25%的聚甲基丙烯酸甲酯加入混合机高速混合搅拌0.5h进行高速剪切，将搅拌均匀的混合物加入30-35%的苯乙烯，添加3-4%的二亚乙基三胺增溶剂、2-5%二硫化钼添加剂、3-5%的硫化促进剂和2-4%癸二酸二辛酯软化剂放入密炼机，温度210-280℃，混炼2-2.5h后进行硫化，硫化时间12h，硫化温度160-190℃，制成非橡胶合成内衬料；
（2）、制作马达定子金属外壳、马达转子和橡胶锁紧套，在橡胶锁紧套的端部设置锁紧斜面，将步骤（1）中的得到的非橡胶合成内衬料注入马达定子金属外壳与马达转子模芯之间的腔室，在腔室的两端也设置锁紧斜面，得到两端带斜面的非橡胶合成内衬套，组装制成液压马达总成；
（3）、对马达转子、万向轴、传动轴和进液接头外表采用半导体光纤激光器同步进行淬火和激光熔覆，通过数模导入直接生成淬火轨迹，将淬火温度控制在700-850℃，淬火同时打开激光器喷覆开光，将粒径3-6μm的高温钛合金抗氧化涂层、钴基合金粉末按照3:2的比例喷射在淬火的金属基体上，平扫速度6-8mm/s，覆层厚度3-5mm，淬火回火后得到了均匀平滑的孔隙＜0.6%，硬度≥650HV的防侵蚀保护层；
（4）、制作传动轴总成、进液接头和万向轴总成，对制成的液压马达总成、进液接头、万向轴总成和传动轴总成进行组装，制成油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具。
本发明的优点是：上述油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具及加工工艺，在马达定子金属外壳的两端设置橡胶锁紧套，橡胶锁紧套的端部设置锁紧斜面，在马达定子内衬的两端也设置有锁紧斜面，可以更好地锁紧马达定子内衬，避免了马达定子内衬两端易脱落剥离事故的发生；马达定子内衬采用非橡胶合成材料制成，使用高性能的高分子合成材料取代了传统的橡胶材料，既具有橡胶的高弹性、高强度、 抗冲击性，且避免了橡胶井下复杂井况易腐蚀的缺陷，用它代替，大大增强了钻具马达的抗侵蚀性能；使用非结晶性的聚四氟乙烯具有极好的耐磨性和润滑性能，摩擦系数极低，不溶于任何溶剂，耐磨抗侵蚀性能比传统橡胶提高2-3倍，且使合成胶体更光滑；使用芳纶1313限位具有高强高模性，纤维强度0.215牛顿/旦，模量6.5-9.5牛顿/旦，热收缩和蠕变性能稳定，具有优良的耐磨性能；使用碳化硅纤维强度高达2500-4400MPa，比模量大于4X10cm聚甲基丙烯酸甲酯的机械强度高，撕裂强度高，耐磨性能好；使用苯乙烯是一种热塑性弹性体，俗称人造橡胶，既具备交联硫化橡胶的高弹性、耐老化、耐油性，而且环保无毒，是一种高性能新型合成高分子环保材料，与聚四氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯共混后使之得到改性，增加了韧性和强度，使合成体更具耐磨性和抗腐蚀性。合成胶体扯断变形＜7，扯断强度500-580Kg/㎠，撕裂强度45-49KN/M，经下井试验，φ100页岩油专用长寿命耐磨耐侵蚀螺杆钻具使用360h完钻后检测，马达无漏失，无腐蚀，过盈配合良好，效率65.7%，各项性能优良。
附图说明
图1为本发明一种高含硫油气井专用防腐防脱胶螺杆钻具的上半段结构示意图。
图2为本发明一种高含硫油气井专用防腐防脱胶螺杆钻具的下半段结构示意图。
图中：1、进液接头，11、橡胶上锁紧套，111、上锁紧斜面，21、马达定子金属外壳，22、马达转子，23、非橡胶合成内衬套，3、万向轴总成，31、橡胶下锁紧套，311、下锁紧斜面，4、传动轴总成。
实施方式
下面结合附图和具体实施例详细描述一下本发明的具体内容。
如图1、图2所示，油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具，包括：进液接头1、液压马达总成、万向轴总成3和传动轴总成4，所述进液接头1的下端与液压马达总成相连接，所述液压马达总成的下端与万向轴总成3相连接，所述万向轴总成3的下端与传动轴总成4相连接，所述液压马达总成包括：马达定子金属外壳21、马达转子22和设置在马达定子金属外壳21与马达转子22之间的非橡胶合成内衬套23；在所述进液接头1的外侧设置有橡胶上锁紧套11，所述橡胶上锁紧套11的上端内侧与进液接头1螺纹连接，所述橡胶上锁紧套11的下端外侧与马达定子金属外壳21的上端内侧螺纹连接，在所述橡胶上锁紧套11的下端设置有上锁紧斜面111，在所述非橡胶合成内衬套23的上端设置有与上锁紧斜面111相互配合的上斜面；在所述液压马达总成的下端设置有橡胶下锁紧套31，所述橡胶下锁紧套31的上端外侧与马达定子金属外壳21的下端内侧螺纹连接，所述橡胶下锁紧套31的下端内侧与万向轴总成3的上端外侧螺纹连接，在所述橡胶下锁紧套31的上端设置有下锁紧斜面311，在所述非橡胶合成内衬套23的下端设置有与下锁紧斜面311相互配合的下斜面，上述油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具的加工工艺，包括如下工艺步骤：
（1）、制作非橡胶合成内衬套：
将10-15%的聚四氟乙烯、8-12%的长度3-12mm的芳纶1313、10-18%的直径0.5-1.2μm且长度30-160μm的碳化硅纤维以及15-25%的聚甲基丙烯酸甲酯加入混合机高速混合搅拌0.5h进行高速剪切，将搅拌均匀的混合物加入30-35%的苯乙烯，添加3-4%的二亚乙基三胺增溶剂、2-5%二硫化钼添加剂、3-5%的硫化促进剂和2-4%癸二酸二辛酯软化剂放入密炼机，温度210-280℃，混炼2-2.5h后进行硫化，硫化时间12h，硫化温度160-190℃，制成非橡胶合成内衬料；
（2）、制作马达定子金属外壳、马达转子和橡胶锁紧套，在橡胶锁紧套的端部设置锁紧斜面，将步骤（1）中的得到的非橡胶合成内衬料注入马达定子金属外壳与马达转子模芯之间的腔室，在腔室的两端也设置锁紧斜面，得到两端带斜面的非橡胶合成内衬套，组装制成液压马达总成；
（3）、对马达转子、万向轴、传动轴和进液接头外表采用半导体光纤激光器同步进行淬火和激光熔覆，通过数模导入直接生成淬火轨迹，将淬火温度控制在700-850℃，淬火同时打开激光器喷覆开光，将粒径3-6μm的高温钛合金抗氧化涂层、钴基合金粉末按照3:2的比例喷射在淬火的金属基体上，平扫速度6-8mm/s，覆层厚度3-5mm，淬火回火后得到了均匀平滑的孔隙＜0.6%，硬度≥650HV的防侵蚀保护层；
（4）、制作传动轴总成、进液接头和万向轴总成，对制成的液压马达总成、进液接头、万向轴总成和传动轴总成进行组装，制成油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具。
实施例
油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具的加工工艺，包括如下工艺步骤：
（1）、制作非橡胶合成内衬套：
将10%的聚四氟乙烯、12%的长度3-12mm的芳纶1313、10%的直径0.5-1.2μm且长度30-160μm的碳化硅纤维以及15%的聚甲基丙烯酸甲酯加入混合机高速混合搅拌0.5h进行高速剪切，将搅拌均匀的混合物加入35%的苯乙烯，添加3%的二亚乙基三胺增溶剂、5%二硫化钼添加剂、4%的硫化促进剂和4%癸二酸二辛酯软化剂放入密炼机，温度210℃，混炼2h后进行硫化，硫化时间12h，硫化温度160℃，制成非橡胶合成内衬料；
（2）、制作马达定子金属外壳、马达转子和橡胶锁紧套，在橡胶锁紧套的端部设置锁紧斜面，将步骤（1）中的得到的非橡胶合成内衬料注入马达定子金属外壳与马达转子模芯之间的腔室，在腔室的两端也设置锁紧斜面，得到两端带斜面的非橡胶合成内衬套，组装制成液压马达总成；
（3）、对马达转子、万向轴、传动轴和进液接头外表采用半导体光纤激光器同步进行淬火和激光熔覆，通过数模导入直接生成淬火轨迹，将淬火温度控制在700℃，淬火同时打开激光器喷覆开光，将粒径3-6μm的高温钛合金抗氧化涂层、钴基合金粉末按照3:2的比例喷射在淬火的金属基体上，平扫速度6m/s，覆层厚度5mm，淬火回火后得到了均匀平滑的孔隙＜0.6%，硬度≥650HV的防侵蚀保护层；
（4）、制作传动轴总成、进液接头和万向轴总成，对制成的液压马达总成、进液接头、万向轴总成和传动轴总成进行组装，制成油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具。
实施例
油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具的加工工艺，包括如下工艺步骤：
（1）、制作非橡胶合成内衬套：
将15%的聚四氟乙烯、8%的长度3-12mm的芳纶1313、15%的直径0.5-1.2μm且长度30-160μm的碳化硅纤维以及19%的聚甲基丙烯酸甲酯加入混合机高速混合搅拌0.5h进行高速剪切，将搅拌均匀的混合物加入30%的苯乙烯，添加4%的二亚乙基三胺增溶剂、4%二硫化钼添加剂、3%的硫化促进剂和2%癸二酸二辛酯软化剂放入密炼机，温度25℃，混炼2h后进行硫化，硫化时间12h，硫化温度180℃，制成非橡胶合成内衬料；
（2）、制作马达定子金属外壳、马达转子和橡胶锁紧套，在橡胶锁紧套的端部设置锁紧斜面，将步骤（1）中的得到的非橡胶合成内衬料注入马达定子金属外壳与马达转子模芯之间的腔室，在腔室的两端也设置锁紧斜面，得到两端带斜面的非橡胶合成内衬套，组装制成液压马达总成；
（3）、对马达转子、万向轴、传动轴和进液接头外表采用半导体光纤激光器同步进行淬火和激光熔覆，通过数模导入直接生成淬火轨迹，将淬火温度控制在800淬火同时打开激光器喷覆开光，将粒径3-6μm的高温钛合金抗氧化涂层、钴基合金粉末按照3:2的比例喷射在淬火的金属基体上，平扫速度7m/s，覆层厚度4mm，淬火回火后得到了均匀平滑的孔隙＜0.6%，硬度≥650HV的防侵蚀保护层；
（4）、制作传动轴总成、进液接头和万向轴总成，对制成的液压马达总成、进液接头、万向轴总成和传动轴总成进行组装，制成油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具。
实施例
油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具的加工工艺，包括如下工艺步骤：
（1）、制作非橡胶合成内衬套：
将10%的聚四氟乙烯、10%的长度3-12mm的芳纶1313、18%的直径0.5-1.2μm且长度30-160μm的碳化硅纤维以及20%的聚甲基丙烯酸甲酯加入混合机高速混合搅拌0.5h进行高速剪切，将搅拌均匀的混合物加入30%的苯乙烯，添加3%的二亚乙基三胺增溶剂、2%二硫化钼添加剂、5%的硫化促进剂和2%癸二酸二辛酯软化剂放入密炼机，温度280℃，混炼2.5h后进行硫化，硫化时间12h，硫化温度190℃，制成非橡胶合成内衬料；
（2）、制作马达定子金属外壳、马达转子和橡胶锁紧套，在橡胶锁紧套的端部设置锁紧斜面，将步骤（1）中的得到的非橡胶合成内衬料注入马达定子金属外壳与马达转子模芯之间的腔室，在腔室的两端也设置锁紧斜面，得到两端带斜面的非橡胶合成内衬套，组装制成液压马达总成；
（3）、对马达转子、万向轴、传动轴和进液接头外表采用半导体光纤激光器同步进行淬火和激光熔覆，通过数模导入直接生成淬火轨迹，将淬火温度控制在850℃，淬火同时打开激光器喷覆开光，将粒径3-6μm的高温钛合金抗氧化涂层、钴基合金粉末按照3:2的比例喷射在淬火的金属基体上，平扫速度8mm/s，覆层厚度5mm，淬火回火后得到了均匀平滑的孔隙＜0.6%，硬度≥650HV的防侵蚀保护层；
（4）、制作传动轴总成、进液接头和万向轴总成，对制成的液压马达总成、进液接头、万向轴总成和传动轴总成进行组装，制成油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具。
Claims (1)
1.油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具，包括：进液接头（1）、液压马达总成、万向轴总成（3）和传动轴总成（4），所述进液接头（1）的下端与液压马达总成相连接，所述液压马达总成（2）的下端与万向轴总成（3）相连接，所述万向轴总成（3）的下端与传动轴总成（4）相连接，其特征在于：所述液压马达总成包括：马达定子金属外壳（21）、马达转子（22）和设置在马达定子金属外壳（21）与马达转子（22）之间的非橡胶合成内衬套（23）；在所述进液接头（1）的外侧设置有橡胶上锁紧套（11），所述橡胶上锁紧套（11）的上端内侧与进液接头（1）螺纹连接，所述橡胶上锁紧套（11）的下端外侧与马达定子金属外壳（21）的上端内侧螺纹连接，在所述橡胶上锁紧套（11）的下端设置有上锁紧斜面（111），在所述非橡胶合成内衬套（23）的上端设置有与上锁紧斜面（111）相互配合的上斜面；在所述液压马达总成的下端设置有橡胶下锁紧套（31），所述橡胶下锁紧套（31）的上端外侧与马达定子金属外壳（21）的下端内侧螺纹连接，所述橡胶下锁紧套（31）的下端内侧与万向轴总成（3）的上端外侧螺纹连接，在所述橡胶下锁紧套（31）的上端设置有下锁紧斜面（311），在所述非橡胶合成内衬套（23）的下端设置有与下锁紧斜面（311）相互配合的下斜面，上述油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具的加工工艺，包括如下工艺步骤：
（1）、制作非橡胶合成内衬套：
将10-15%的聚四氟乙烯、8-12%的长度3-12mm的芳纶1313、10-18%的直径0.5-1.2μm且长度30-160μm的碳化硅纤维以及15-25%的聚甲基丙烯酸甲酯加入混合机高速混合搅拌0.5h进行高速剪切，将搅拌均匀的混合物加入30-35%的苯乙烯，添加3-4%的二亚乙基三胺增溶剂、2-5%二硫化钼添加剂、3-5%的硫化促进剂和2-4%癸二酸二辛酯软化剂放入密炼机，温度210-280℃，混炼2-2.5h后进行硫化，硫化时间12h，硫化温度160-190℃，制成非橡胶合成内衬料；
（2）、制作马达定子金属外壳、马达转子和橡胶锁紧套，在橡胶锁紧套的端部设置锁紧斜面，将步骤（1）中的得到的非橡胶合成内衬料注入马达定子金属外壳与马达转子模芯之间的腔室，在腔室的两端也设置锁紧斜面，得到两端带斜面的非橡胶合成内衬套，组装制成液压马达总成；
（3）、对马达转子、万向轴、传动轴和进液接头外表采用半导体光纤激光器同步进行淬火和激光熔覆，通过数模导入直接生成淬火轨迹，将淬火温度控制在700-850℃，淬火同时打开激光器喷覆开光，将粒径3-6μm的高温钛合金抗氧化涂层、钴基合金粉末按照3:2的比例喷射在淬火的金属基体上，平扫速度6-8mm/s，覆层厚度3-5mm，淬火回火后得到了均匀平滑的孔隙＜0.6%，硬度≥650HV的防侵蚀保护层；
（4）、制作传动轴总成、进液接头和万向轴总成，对制成的液压马达总成、进液接头、万向轴总成和传动轴总成进行组装，制成油页岩原位开采耐磨耐侵蚀螺杆钻具。
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