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Richtungsbohren beinhaltet die beabsichtigte Abweichung oder das beabsichtigte Lenken einer Bohrerspitze zur Bildung eines nicht vertikalen Bohrlochs, das einer gewünschten Bahn folgt. Die Bohrerspitze kann in die Richtung zeigen, in die man bohren möchte, was durch die Verwendung einer permanenten Biegung in der Nähe der Bohrerspitze bei einem nach unten in das Loch steuerbaren Schlammmotor, auch als Exzenterschneckenpumpe bezeichnet, bewerkstelligt werden kann. Ein solcher Schlammmotor verbindet die Bohrgarnitur und die Bohrerspitze. Der Schlammmotor schließt ein Leistungsteil mit einem Rotor und Stator und ein Getriebeteil ein. Der Druck der Bohrflüssigkeit, die auch als Schlamm bezeichnet wird, die durch die Bohrgarnitur von der Oberfläche gepumpt wird, erzeugt eine Exzenterbewegung im Leistungsteil des Schlammmotors, die von dem Getriebeteil als konzentrische Kraft auf die Bohrerspitze übertragen wird. Durch Pumpen von Schlamm durch die Bohrgarnitur zum Schlammmotor dreht sich die Bohrerspitze, während sich die Bohrgarntitur nicht dreht, was es der Bohrerspitze ermöglicht, in die Richtung zu bohren, in die sie zeigt.
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Bei einem Schlammmotor dreht sich in der Regel ein Rotor innerhalb eines Stators, um die Kraft, die die Bohrerspitze in Richtung nach unten in einem Bohrloch dreht, zu erzeugen. Schlammmotoren können unterschiedliche Rotor- und Statorkonfigurationen verwenden, um die Leistung für eine Richtbohranordnung zu optimieren. Bislang werden nichtmetallische Materialien, wie Verbundwerkstoffe und/oder widerstandsfähige Materialien, wie Elastomere, bei der Herstellung von Komponenten von Schlammmotoren eingesetzt. Zum Beispiel kann der Stator des Schlammmotors aus einem Verbundmaterial, das mit einem widerstandsfähigen Material, wie einem Elastomer, ausgekleidet ist, gebildet werden. Allerdings neigen schwierige Betriebs- und Umgebungsbedingungen im Zusammenhang mit Ölfeldanwendungen, bei denen die Richtbohranordnungen eingesetzt werden können, dazu, diese Materialien, die die Komponenten von Schlammmotoren bilden, zu zersetzen oder deren mechanisches Versagen aufgrund unzureichender Haftung oder Bindung zwischen den Materialien zu verursachen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen im Allgemeinen ein Verfahren zum Anhaften einer ersten Komponente einer Richtbohranordnung an eine zweite Komponente bereit. Eine Oberfläche einer ersten Komponente kann plasmabehandelt werden, um eine plasmabehandelte Oberfläche zu bilden. Die plasmabehandelte Oberfläche kann dann an eine Oberfläche der zweiten Komponente angehaftet werden. Die Oberfläche der zweiten Komponente kann auch plasmabehandelt werden. Plasma kann atmosphärisches Plasma oder Vakuumplasma sein. Die plasmabehandelte Oberfläche kann auch mit einem Bindemittel an einer Oberfläche der zweiten Komponente angehaftet werden.
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Das Plasmabehandeln kann Reinigen, Ätzen und Aktivieren der Oberfläche der ersten Komponente mit Plasma einschließen, oder das Plasmabehandeln kann eine oder mehrere dieser Funktionen einschließen. Bei einer solchen Behandlung kann das Reinigen das Behandeln der Oberfläche der ersten Komponente mit Plasma einer ersten Intensität einschließen. Ätzen kann das Behandeln der Oberfläche der ersten Komponente mit Plasma einer zweiten Intensität einschließen. Aktivieren kann das Behandeln der Oberfläche der ersten Komponente mit Plasma einer dritten Intensität einschließen. Das gleiche Plasma kann bei den ersten, zweiten und dritten Intensitäten verwendet werden oder unterschiedliche Plasmen können bei den ersten, zweiten und dritten Intensitäten verwendet werden.
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sehen auch das Bilden einer Richtbohranordnung durch Plasmabehandeln einer Oberfläche einer widerstandsfähigen Schicht vor, um an einem polymerbasierten Verbundmaterial zu haften. Eine innere Oberfläche eines Statorrohrs kann auch plasmabehandelt werden, um an dem polymerbasierten Verbundmaterial zu haften. Die widerstandsfähige Schicht kann ein Fluorelastomer, einen hydrierten Nitril-Kautschuk, einen Nitril-Kautschuk, einen synthetischen Kautschuk und/oder einen natürlichen Kautschuk einschließen. Der polymerbasierte Verbundwerkstoff kann ein Epoxiharz, ein metallgefülltes Epoxidharz, ein anorganisch gefüllte Epoxidharz, ein polymerfasergefülltes Epoxidharz, ein Polyimid, ein Polyetheretherketon, ein Polyketon, ein Phenolharz, und/oder ein Polyphenylenoxidsulfid sein.
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Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können die Bindungseigenschaften von Komponenten eines Schlammmotors verbessern, indem einem Schlammmotor mit einem Stator, der aus einer mit widerstandsfähigen Schicht ausgekleideten Kassette gebildet ist, das Anhaften einer Oberfläche der mit einer widerstandsfähigen Schicht ausgekleideten Kassette an einen Polymerverbundwerkstoff und das Behandeln der Oberfläche der mit einer widerstandsfähigen Schicht ausgekleideten Kassette mit Plasma vor dem Anhaften der Oberfläche der mit einer widerstandsfähigen Schicht ausgekleideten Kassette an einen Polymerverbundwerkstoff bereitgestellt wird. Eine innere Oberfläche eines Statorrohrs kann mit Plasma behandelt werden, um eine plasmabehandelte Oberfläche zu bilden. Die plasmabehandelte Oberfläche kann dann an den Polymerverbundwerkstoff angehaftet werden.
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Diese Zusammenfassung wird bereitgestellt, um eine Auswahl von Prinzipien einzuführen, die weiter unten in der ausführlichen Beschreibung beschrieben werden. Diese Zusammenfassung dient nicht dazu, Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch soll sie zur Einschränkung des Schutzumfangs des beanspruchten Gegenstands benutzt werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Für ein vollständigeres Verständnis dieser Offenbarung und ihrer Merkmale wird nun auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung Bezug genommen. Es zeigt:
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1 einen Stator, der einen Abschnitt einer Richtbohranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bildet.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen Verfahren zur Verbesserung der Haftung oder Bindung zwischen Materialien, die Komponenten für Richtbohranordnungen bilden, bereit. Solche Verfahren können die Verwendung einer Plasmabehandlung oder von Beschichtungen zur Verstärkung oder Verbesserung der Haftung zwischen den zu verbindenden Materialien vorsehen, wodurch der Abbau oder das mechanische Versagen der zur Verwendung in Ölfeldanwendungen gebildeten Materialien reduziert wird.
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Plasma ist ein Begriff, der sich allgemein auf ein angeregtes oder ionisiertes Gas beziehen kann. Eine Plasmabehandlung kann daher allgemein als die Verwendung eines solchen angeregten oder ionisierten Gases bei niedrigem Druck oder Atmosphärendruck, um eine Wirkung auf eine Oberfläche zu haben, wie beispielsweise die Energie auf dieser Oberfläche zu erhöhen oder zu erniedrigen. Die Plasmabehandlung kann eingesetzt werden, um verschiedene Materialien, die bei der Herstellung von Richtbohranordnungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, zu reinigen und/oder deren Oberfläche zu behandeln. Plasma kann beispielsweise auf Komponenten, die einen Stator oder Rotor in einem Schlammmotor einer Richtbohranordnung bilden, angewendet werden, da Plasma im Allgemeinen als umweltfreundlich angesehen wird, da es wenig oder keine Abfallchemikalien erzeugt und möglicherweise eine sicherer Herstellungstechnik darstellt. Ferner kann Plasma abgestimmt werden, oberflächenaktive Eigenschaften zu liefern. Plasma kann auch dazu verwendet werden, temperaturspezifische Oberflächen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu aktivieren und/oder zu behandeln.
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Die Plasmabehandlung kann eine Vielzahl von Funktionen in Bezug auf die Herstellung von Komponenten von Richtbohranordnungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfassen. Genauer gesagt, kann die Plasmabehandlung zum Ätzen einer Oberfläche verwendet werden, um die Benetzbarkeit der Oberfläche zu fördern, um die Oberflächenaktivierung zu erhöhen, zur Reinigung und/oder zur Anhaftung, beispielsweise durch Schaffung von mechanischen Verriegelungen. Es versteht sich, dass eine oder mehrere dieser Funktionen auf einer Oberfläche durchgeführt werden können, um die Haftung zwischen den Komponenten gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Jede dieser Plasmabehandlungsfunktionen wird im Folgenden näher beschrieben.
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Das Plasmaätzen kann eingesetzt werden, um die Rauheit einer Oberfläche, die mit einer anderen Oberfläche oder einem anderen Material in einer Richtbohranordnung verbunden oder an diese bzw. dieses angehaftet werden soll, im mikroskopischen Maßstab gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Das Ätzen kann zur Haftvermittlung die Rauheit einer Oberfläche durch Erhöhen der Kontaktfläche und der mechanischen Verriegelung ändern. Das Ätzen kann auch eine Rolle bei der Entfernung von Verunreinigungen auf einer Oberfläche spielen. Zum Beispiel kann eine Oberfläche einer Komponente, die bei der Herstellung eines Rotors oder Stators in einem Schlammmotor einer Richtbohranordnung verwendet wird, unter Verwendung von Plasma, wie einem reaktiven Prozessgas, geätzt werden. Die Teilchen, die auf einer solchen Oberfläche vorhanden sind, können abgesputtert werden, in eine gasförmige Phase überführt werden, und dann beispielsweise unter Verwendung eines Vakuumsystems abgesaugt werden. Dies kann die Oberfläche eines Materials erhöhen, das an ein anderes angehaftet werden soll, um eine Komponente einer Richtbohranordnung herzustellen. Das Plasmaätzen in einer solchen Weise kann die Oberfläche eines Materials leichter benetzbar machen. Ferner kann das Aufrauhen einer oder mehreren Oberflächen die mechanische Verriegelung erhöhen, zum Beispiel zwischen den Materialien, die verbunden oder aneinander gehaftet werden sollen, um eine Komponente einer Richtbohranordnung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung herzustellen. Beispielsweise kann das Einspritzen von Plasma in eine aufgeraute Oberfläche eines Stators es dem Plasma ermöglichen, leichter in die geätzten Abschnitte der aufgerauten Oberfläche zu fließen. Der Einschluss von Plasma kann die Hafteigenschaften einer behandelten Oberfläche relativ zu einer Oberfläche eines anderen Materials, mit dem die behandelte Oberfläche verbunden oder an das sie angehaftet werden kann, um eine Komponente einer Richtbohranordnung zu bilden, verbessern.
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Oft komplementär zu dem Plasmaätzen können Formen der Plasmabehandlung verwendet werden, um die Benetzbarkeit einer Oberfläche innerhalb einer Richtbohranordnung, wie beispielsweise eine Oberfläche einer Komponente eines Stators oder eines Rotors, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu fördern. Das Benetzen ist im Allgemeinen die Fähigkeit einer Flüssigkeit den Kontakt mit einer festen Oberfläche zu erhalten, die sich aus intermolekularen Wechselwirkungen ergibt, wenn die Flüssigkeit und die feste Oberfläche zusammengebracht werden. Dies kann einen besseren Kontakt oder eine bessere Wechselwirkung beispielsweise zwischen einer Oberfläche einer mit einer widerstandsfähigen Schicht ausgekleideten Kassette, die an einen Polymerverbundwerkstoff angehaftet oder mit diesem verbunden werden soll, ermöglichen, um einen Stator oder Rotor in einer Richtbohranordnung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung herzustellen.
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Die Plasmaoberflächenaktivierung kann eine andere Form der Plasmabehandlung zur Verwendung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellen. Bei der Plasmaoberflächenaktivierung können mit Plasma verbundene aktive Sauerstoffspezies oder -radikale eine Oberfläche beaufschlagen, um Trennmittel, Silikone und/oder Öle auf einer Oberfläche zu zersetzen, wobei diese Teilchen unter Verwendung eines Vakuumsystems von der Oberfläche abgepumpt werden können, wodurch die Oberfläche gereinigt wird. Mit Plasma verbundene aktive Sauerstoffspezies oder -radikale können an aktiven Stellen der Oberfläche auf dem Material binden und dadurch eine Oberfläche erzeugen, die einer Verbindung oder einer Haftung empfänglicher ist. Aktive Sauerstoffspezies oder -radikale können dann die Bindungen brechen und/oder es kann eine Vernetzung der Moleküle auf der Oberfläche auftreten. Die erhaltene Oxidation kann die mit dieser Oberfläche verbundenen polaren Gruppen erhöhen.
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Die Plasmaoberflächenaktivierung kann daher Oberflächenschichten mit niedrigen Molekulargewichten entfernen, während die obersten Atomlagen des Materials oxidiert werden. Die Erhöhung der Polarität aufgrund der Plasmaoberflächenaktivierung kann zur Verbesserung der Haftungseigenschaften der Oberfläche führen, wenn diese in Kontakt mit einer anderen Oberfläche oder einem Haftvermittler zum Zwecke der Verbindung oder Anhaftung in Richtbohranordnungen gebracht wird.
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Wenn eine Oberfläche durch Vakuumplasma aktiviert wird, können zum Beispiel die chemischen Wechselwirkungen (wie polare Wechselwirkungen und/oder kovalente Bindung) der zu verbindenden Oberfläche verstärkt werden. Dies kann die Haftungs- oder Verbindungseigenschaften der Oberfläche verbessern, ohne die Materialeigenschaften der aktivierten Oberfläche zu verändern. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine Oberfläche einer mit einer widerstandsfähigen Schicht ausgekleideten Kassette, die einen Stator oder Rotor bildet, mit Ammoniak-, Stickstoff- und/oder Wasserstoffgasen behandelt werden, um die Oberfläche durch die Bildung von chemischen Amingruppen auf der Oberfläche zu funktionalisieren. Durch die Funktionalisierung der Oberfläche durch Plasmaaktivierung können die physikalisch-chemischen Wechselwirkungen zwischen der Oberfläche der mit einer widerstandsfähigen Schicht ausgekleideten Kassette und einer anderen Oberfläche, mit der diese verbunden sein kann, wie beispielsweise einem Polymerverbundwerkstoff, verstärkt werden.
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Die Plasmareinigung ist eine andere Form einer Plasmabehandlung, die eine Vorbereitung der Oberfläche von Komponenten in einer Richtbohranordnung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bieten kann. Die Plasmareinigung kann Unreinheiten und Verunreinigungen von Oberflächen unter Verwendung eines energetischen Plasmas, das aus gasförmigen Spezies erzeugt wurde, entfernen. Energetische Spezies in Plasma können eine Oberfläche beaufschlagen und dabei die meisten organischen Bindungen von Oberflächenverunreinigungen brechen und daher Öl und Fett, die auf der Oberfläche vorhanden sein können, abbauen. Das Reinigen einer Oberfläche beispielsweise mit Sauerstoffplasma kann Öle und Fette auf der Oberfläche im Nanomaßstab entfernen und kann Verunreinigungen mehr reduzieren als herkömmliche Nassreinigungsverfahren. Als Ergebnis der Plasmareinigung kann eine saubere Oberfläche bereitgestellt werden, die nun zur Verbindung oder zur weiteren Verarbeitung bereit sein kann, ohne viel, wenn überhaupt, schädliche Abfallmaterialien zu erzeugen.
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Wegen der geringen Toxizität der verwendeten Gase kann Plasmareinigung eine wünschenswerte Form der Oberflächenvorbereitung bei Richtbohranordnungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sein. Verglichen mit anderen Oberflächenvorbereitungsverfahren ist die Plasmareinigung bezüglich Leistung, Druck, Gasart, und/oder Verarbeitungszeit möglicherweise genauer steuerbar. Darüber hinaus können Abfälle, die möglicherweise während der Plasmareinigung erzeugt werden, einen Gaszustand annehmen und können ohne unnötige nachteilige Auswirkungen auf die Umwelt direkt in die Atmosphäre abgegeben werden.
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Die Ionisierung eines Niederdruckgases unter Verwendung von Hochfrequenzspannungen kann Plasma erzeugen, das zur Reinigung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eingesetzt werden kann. Es versteht sich jedoch, dass auch Atmosphärendruckplasma eingesetzt werden kann, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Ferner können andere Mechanismen zur Bildung von Plasma eingesetzt werden, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann energetischer Sauerstoff im Plasma mit Oberflächenverunreinigungen reagieren und dabei Wasser- und Kohlendioxidnebenprodukte bilden, die aus der Kammer, in der die Oberfläche möglicherweise bearbeitet wird, abgepumpt werden können.
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Durch das Plasmareinigen einer Oberfläche zur Entfernung von Verunreinigung, wie beispielsweise Weichmachern, Abbauhemmern und als Vulkanisationsaktivator wirkenden chemischen Komplexen, kann die Haftung zwischen zu verbindenden Oberflächen, um beispielsweise einen Rotor oder Stator in einer Richtbohranordnung gemäß Ausführungsformen der vorliegende Offenbarung zu bilden, verbessert werden. Die Behandlung mit Ammoniak- oder Wasserstoff- oder Stickstoffgasen kann die Oberfläche durch die Bildung chemischer Amingruppen auf der Oberfläche, die die physikalisch-chemischen Wechselwirkungen erhöhen, funktionalisieren. Es versteht sich, dass sowohl aus metallische als auch nichtmetallische Oberflächen bildende Komponenten von Richtbohranordnungen plasmagereinigt werden können, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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In Verbindung mit, oder zusätzlich zu, den verschiedenen zuvor beschrieben Plasmabehandlungsfunktionen kann die Plasmabehandlung eingesetzt werden, um die Haftung zwischen den in einer Richtbohranordnung zu verbindenden Oberflächen zu verbessern. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Haftung zwischen den Oberflächen einer mit einer widerstandsfähigen Schicht ausgekleideten Kassette, einem Polymerverbundwerkstoff und/oder einem Metallstatorrohr oder -rotorkern, die die Komponenten eines Stators oder Rotors bilden, gefördert werden.
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Es versteht sich, dass die Plasmabehandlung zur Verstärkung der Haftung zwischen den Oberflächen in einer Richtbohranordnung verbessert werden kann, unabhängig davon, ob auch ein Bindemittel (z. B. ein Klebstoff) zur Verbindung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet wird. Es versteht sich auch, dass die Plasmabehandlung eingesetzt werden kann, um die Haftung eines Bindemittels an eine oder mehrere innerhalb einer Richtbohreinheit zu verbindenden Oberflächen zu verstärken, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Daher können gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung metallische oder nichtmetallische Oberflächen durch Plasmabehandlung gereinigt, aufgerauht und/oder aktiviert werden. Eine solche Plasmabehandlung kann die Benetzbarkeit der Oberfläche(n) verbessern, die Oberfläche vergrößern und/oder die Haftung von einer Oberfläche an eine andere Oberfläche oder an ein Bindemittel, die bzw. das bei der Herstellung von Komponenten in einer Richtbohranordnung verwendet wird, verbessern.
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1 veranschaulicht einen Stator, der einen Teil einer Richtbohranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bildet. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann Oberfläche 101 einer mit einer widerstandsfähigen Schicht ausgekleideten Kassette plasmabehandelt werden und an Polymerverbundwerkstoff 102 angehaftet werden, um einen Stator zur Verwendung in einem Schlammmotor in einer Richtbohranordnung zu bilden. Es versteht sich, dass eine Oberfläche einer mit einer widerstandsfähigen Schicht ausgekleideten Kassette auch plasmabehandelt und an einen Polymerverbundwerkstoff in einem Rotor gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angehaftet werden kann. In der Vergangenheit tendierte eine mit einer widerstandsfähigen Schicht ausgekleideten Kassette, die zur Bildung von Statoren oder Rotoren verwendet worden war, beispielsweise dazu, von einem Polymerverbundwerkstoff zu delaminieren, wenn herkömmliche Verbindungstechniken verwendet worden waren, um eine Oberfläche einer mit einer widerstandsfähigen Schicht ausgekleideten Kassette an einen Polymerverbundwerkstoff anzuhaften. Das Reinigen, Ätzen und/oder Aktivieren der Oberfläche 101 durch eine Plasmabehandlung kann jedoch zu verstärkten Wechselwirkungen und verbesserter Haftung zwischen Oberfläche 101 und Polymerverbundwerkstoff 102 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung führen. Ferner kann Statorrohr 103 an Verbundwerkstoff 102 durch Plasmabehandlung der Oberfläche 104 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angehaftet werden.
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Die Behandlung mit atmosphärischem und/oder Vakuumplasma kann verwendet werden, um eine beliebige oder alle der oben beschriebenen Funktionen in der Herstellung von Richtbohranordnungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung durchzuführen. Bei der Behandlung mit atmosphärischem Plasma kann eine elektrisch geladene Atmosphäre unter Verwendung von Gasatmosphären, wie beispielsweise Stickstoff oder Ammoniak anstelle von Luft, erzeugt werden, um eine Vielzahl von Oberflächenmodifikationen an einem Substrat einzuführen. Eine Oberfläche kann durch den Abbau Oberflächenverunreinigung, Oxidieren der zu behandelnden Oberfläche, feines Ätzen der Oberfläche zur Erzeugung einer größeren Oberfläche und/oder Abscheiden von Beschichtungen auf der Oberfläche gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hergestellt werden. Die Behandlung mit atmosphärischem Plasma kann mit einem Kopf erfolgen, der die Oberfläche eines zu behandelnden Materials abtastet. Ein Plasmabrenner kann ebenfalls verwendet werden. Es versteht sich jedoch, dass andere Mechanismen zur Anwendung von atmosphärischem Plasma verwendet werden können, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Im Gegensatz zur Behandlung mit atmosphärischem Plasma kann die Vakuumplasmabehandlung die Erzeugung eines stabilen und wirkungsvollen Plasmas durch eine elektromagnetische Entladung von Gas bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur beinhalten. Bei der Vakuumplasmabehandlung kann Plasma mit der Oberfläche mit der Oberfläche wechselwirken, ohne die Materialeigenschaften der Oberfläche zu verändern. Das Vakuumplasma kann in einem Gefäß oder einer Vakuumkammer angewendet werden. Wie bei atmosphärischem Plasma können jedoch andere Mechanismen des Aufbringens Vakuum-Plasma ohne von der vorliegenden Offenbarung verwendet werden.
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Es versteht sich, dass ein oder mehrere Gase in den Verfahren der Plasmabehandlung beim Herstellen einer Richtbohranordnung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können. Gase unterschiedlicher Intensitäten können in ähnlicher Weise eingesetzt werden. Zum Beispiel kann ein Gas mit einer ersten Intensität zum Reinigen verwendet werden, ein zweites Gas (oder das erste Gas mit einer unterschiedlichen Intensität) kann zur Oberflächenaktivierung eingesetzt werden, und ein drittes Gas (oder das erste oder zweite Gas mit einer unterschiedlichen Intensität) kann zum Ätzen der Oberfläche einer Komponente eingesetzt werden. Zum Beispiel kann weniger Energie (oder Intensität) zum Plasmareinigen einer Oberfläche erforderlich sein als zum Plasmaätzen einer Oberfläche erforderlich sein kann. Dementsprechend kann verglichen mit dem Plasmaätzen ein anderes Gas oder eine weniger intensive Form des gleichen Gases bei dem Plasmareinigen verwendet werden. Es versteht sich, dass ein Gas oder unterschiedliche Gase unterschiedlicher Intensitäten beispielsweise unter Verwendung einer Plasmakanone angewendet werden können, obwohl andere Mechanismen zur Lieferung von Plasma an eine Oberfläche eingesetzt werden können, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Die Plasmabehandlung kann auf Oberflächen der verschiedenen Materialien angewendet werden, die Komponenten einer Richtbohranordnung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bilden. Zum Beispiel kann die Plasmabehandlung auf eine Oberfläche einer mit einer widerstandsfähigen Schicht ausgekleideten Kassette, die einen Teil eines Stators oder Rotors bildet, angewendet werden. Die Plasmabehandlung kann auch auf einen Polymerverbundwerkstoff, der einen Stator oder Rotor bildet, angewendet werden. Es versteht sich auch, dass Plasmabehandlung auch in Bezug auf Schlammmotoren sowie Exzenterschneckenpumpen oder Hydraulikmotoren ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, verwendet werden können.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Stator eine mit einer widerstandsfähigen Schicht ausgekleidete Kassette einschließen. Widerstandsfähige Schichten gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können ohne notwendigerweise darauf beschränkt zu sein, die folgenden einschließen: Fluorelastomere (wie VITON-Fluorelastomere), hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR), Nitrilkautschuk (NBR), synthetischer Kautschuk und/oder Naturkautschuk oder Kombinationen davon. Solche widerstandsfähigen Schichten können vollständig ausgehärtet, teilweise ausgehärtet oder grün oder ungehärtet sein, wenn sie in einen Stator gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eingebracht werden. Es versteht sich auch, dass eine solche Kassette aus Schichten verschiedener Materialien gebildet werden kann und selbst auch eine nicht widerstandfähige Schicht einschließen kann. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann eine Kassette mit einer widerstandsfähigen Schicht, die faserverstärkt oder gitterverstärkt ist, gebildet werden. In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Kassette metallisch sein (z. B. aus Stahl, Edelstahl, Aluminium, Titan oder eine Kombination davon gebildet) und/oder mit Metall (z. B. Chrom, Gold, Silber, Kupfer, Cadmium, Nickel, Zink, Blei, Zinn oder einer Kombination davon) beschichtet sein. Eine Oberfläche einer Kassette in einem Stator, der gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gebildet ist, kann einer Plasmabehandlung unterzogen werden, um die Haftung an andere Oberflächen innerhalb des Stators und/oder ein Bindemittel, mit dem es verbunden ist, zu verbessern.
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Es versteht sich auch, dass verschiedene polymerbasierte Verbundwerkstoffe bei der Herstellung eines Stators oder eines Rotors zur Verwendung in einer Richtbohranordnung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können. Solche polymerbasierte Verbundwerkstoffe können ohne notwendigerweise darauf beschränkt zu sein, die Folgenden einschließen: Epoxidharze, Polyimide, Polyetheretherketone (PEEK), Polyketone, Phenolharze und/oder Polyphenylensulfide (PPS) oder Kombinationen davon. Jeder dieser polymerbasierten Verbundwerkstoffe kann gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung plasmabehandelt werden. Zum Beispiel kann ein polymerbasierter Verbundwerkstoff durch Plasmabehandlung an eine Oberfläche einer mit einer widerstandsfähigen Schicht ausgekleideten Kassette und/oder an eine innere Oberfläche eines Statorrohrs mit oder ohne Bindemittel, wie Klebstoff, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angehaftet werden.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird eine widerstandsfähige Schicht mit einer kontrollierten Dicke gebildet und in eine Längsbohrung eines Körpers eingefügt, um einen Stator oder Rotor zur Verwendung in einem Schlammmotor einer Richtbohranordnung zu erzeugen. Zum Beispiel kann dann ein Gussmaterial, wie beispielsweise ein metallgefülltes, ein anorganisch gefülltes und/oder ein polymerfasergefüllter Polymerverbundwerkstoff, in dem Hohlraum, der zwischen der äußeren Oberfläche der widerstandsfähigen Schicht und der Längsbohrung des Körpers gebildet wird, angeordnet werden. Das Gussmaterial und die widerstandsfähige Schicht können dann plasmabehandelt werden, so dass das Gussmaterial an der widerstandsfähigen Schicht anhaftet. Plasma kann an der äußeren Oberfläche der widerstandsfähigen Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet werden. Zur Förderung der Haftung kann Plasma auf das Gussmaterial oder sowohl auf das Gussmaterial und die widerstandsfähige Schicht angewendet werden. Jedoch können auch andere Verfahren als der Einsatz von Gussmaterialien gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein widerstandfähiges Material in einen Hohlraum zwischen einem Stator und einem Drehstift eingespritzt werden. Der Statorkörper, der aus Metall bestehen kann, kann plasmabehandelt werden, und der Drehstift kann unter Bildung eines mit einem widerstandsfähigen Material ausgekleideten Stator entfernt werden. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein widerstandsfähiges Material durch eine Profilform extrudiert werden. Die Plasmabehandlung kann bei der Bildung von Komponenten von Richtbohranordnungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, um verbesserte Bindung zu erzielen.
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können das Beschichten einer inneren Oberfläche der widerstandsfähigen Schicht 101 (dargestellt in 1) im Anschluss an eine Plasmabehandlung bereitstellen. Fluorbasierte Beschichtungen, Metallbeschichtungen, wie Verchromung und/oder harte Beschichtungen, einschließlich Beschichtungen aus diamantartigem Kohlenstoff (DLC), als Beschichtung 105 in 1 dargestellt, können zum Schutz der widerstandsfähigen Schicht 101 angewendet werden. Die Plasmabeschichtung kann in dieser Weise verwendet werden, um die Reibung mit Bezug auf die widerstandsfähige Schicht 101 zu minimieren sowie zur Verbesserung der Bindung zwischen Beschichtung 105 und der widerstandsfähigen Schicht 101, und zwar unabhängig davon, ob eine andere Plasmabehandlung stattfinden kann. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine widerstandsfähige Schicht eines Leistungsteils eines Stators mit Plasma behandelt und dann mit einer fluorbasierten Beschichtung beschichtet werden, um die widerstandsfähige Schicht zu schützen. Eine solche Behandlung kann die chemische Beständigkeit der widerstandsfähigen Schicht verbessern sowie die Reibung zwischen einem Rotor und einem Stator bei der Bindung minimieren und dadurch die Zuverlässigkeit und die Leistung des Stators und/oder des Rotors im Betrieb einer Richtbohranordnung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verbessern.
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Obwohl mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Plasmabehandlung in Bezug auf bestimmte Typen von Statoren beschrieben haben, versteht es sich, dass die Plasmabehandlung auch mit Bezug auf herkömmlichere Stator-Technologie eingesetzt werden kann. Es versteht sich ferner, dass die Plasmabehandlung, wie hier beschrieben, in einer ähnlichen Weise in Bezug auf sowohl Rotoren als auch Statoren bei der Herstellung von Richtbohranordnungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
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Obwohl die vorliegende Offenbarung ausführlich beschrieben wurde, versteht es sich, dass verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen hier gemacht werden können, ohne von dem Geiste und dem Schutzumfang der Offenbarung, wie durch die beigefügten Patentansprüche definiert, abzuweichen. Darüber hinaus ist der Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung nicht auf die besonderen Ausführungsformen des Prozesses, der Maschine, der Herstellung, der Stoffzusammensetzung, der Mittel, der Verfahren und Schritte, die in der Beschreibung beschrieben werden, beschränkt. Wie ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet aus der Offenbarung leicht versteht, können Prozesse, Maschinen, Herstellung, Stoffzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte, die gegenwärtig existieren oder später entwickelt werden, die im Wesentlichen die gleiche Funktion erfüllen oder im Wesentlichen zu dem gleichen Ergebnis führen wie die entsprechenden, hier beschriebenen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung eingesetzt werden. Dementsprechend sollen die beigefügten Patentansprüche solche Prozesse, Maschinen, Herstellung, Stoffzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte in ihrem Schutzumfang einschließen.
