MX2014001552A

MX2014001552A - Componentes de resbalamiento de superficie dura metalica para herramientas de fondo de pozo.

Info

Publication number: MX2014001552A
Application number: MX2014001552A
Authority: MX
Inventors: Robert P Badrak
Original assignee: Weatherford Lamb
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2014-09-02
Also published as: US9273527B2; EP2767668A2; CN103981520A; AR094737A1; CN103981520B; MX350975B; CA2841512A1; CA2841512C; EP2767668A3; US20140216723A1

Abstract

Un componente de resbaladera para una herramienta de fondo de pozo tiene una superficie de cojinete que es tratada para superficie dura; el componente de resbaladera, el cual puede ser una resbaladera u otro componente de un mecanismo de resbaladera utilizado en una empacadura, tapón puente, u otra herramienta de fondo de pozo, está compuesto de un material base metálico tal como magnesio, aluminio, una aleación de aluminio, o una aleación de magnesio; para tratar por superficie dura el componente de resbaladera, al menos la superficie de cojinete es colocada con relación a un aparato de electrochispa; utilizando el aparato de electrochispa, una capa externa es unida al menos sobre el cojinete; en una modalidad adicional, una capa intermedia primero puede ser unida sobre al menos la superficie de cojinete mediante pulverización iónica de un material intermedio sobre el material base metálico del componente de resbaladera; después, una capa externa puede ser unida al menos sobre la capa intermedia mediante deposición por electrochispa.

Description

COMPONENTES DE RESBALAMIENTO DE SUPERFICIE DURA METALICA PARA HERRAMIENTAS DE FONDO DE POZO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las herramientas de fondo de pozo utilizan resbaladeras para acoplar un tubo de encamisado y mantener una herramienta de fondo de pozo en su lugar. Por ejemplo, las empacaduras son un tipo de herramienta de fondo de pozo que utilizan resbaladeras. Las empacaduras son utilizadas en pozos de petróleo y gas principalmente para aislar diferentes zonas de producción. En la empacadura, una resbaladera proporciona una sujeción por fricción entre la empacadura y el tubo de encamisado o pozo de sondeo que ayuda a mantener la empacadura en su lugar cuando es sometida a alta presión, alta temperatura, y fuerzas aplicadas. La empacadura y la resbaladera asociada son permanentes o recuperables.

Las empacaduras permanentes por lo regular son menos costosas de fabricar y por lo regular tienen la capacidad para soportar alta presión y temperatura. En contraste, una empacadura recuperable puede ser "desconectada" utilizando medios hidráulicos o mecánicos. Después que la empacadura es "desconectada," ésta puede ser llevada pozo arriba con tubería o una sarta de trabajo. Debido a que está diseñada para ser reutilizable, una empacadura recuperable por lo regular es más compleja y tiene más partes mecánicas.

Debido a que es permanente, una empacadura permanente típicamente es destruida por fresado o perforación para retirarla. En otras palabras, la empacadura permanente está diseñada para un solo uso y es destruida para retirarla. Por lo tanto, es deseable construir una empacadura permanente en materiales que puedan ser fresados o perforados de manera más fácil. Ejemplos de materiales que puedan ser fresados o perforados de manera más fácil están hechos a partir de materiales no metálicos, tal como materiales compuestos, cerámicas y plásticos. Plásticos tales como polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW) , politetrafluroetileno (PTFE) o plásticos de grado ingeniería similar pueden ser utilizados debido a su alto peso molecular y sus largas cadenas moleculares, aunque también se podrían utilizar otros polietilenos termoplásticos .

Hablando en términos amplios, materiales que pueden ser fresados/perforados de manera más fácil son más débiles y, por lo tanto, tienen menos capacidad para llevar carga. De manera correspondiente, la formación de una empacadura permanente a partir de materiales metálicos más robustos hace que la empacadura permanente sea más fuerte. Sin embargo, la fuerza añadida significa que es más difícil fresar o perforar la empacadura permanente para retirarla. La fuerza añadida a la empacadura significa que se requiere tiempo de perforación adicional para fresar o perforar la empacadura para retirarla. Por lo tanto, existe una contradicción inherente entre el uso de empacaduras permanentes compuestas de materiales metálicos debido a que significativamente se consume más tiempo fresando o perforando cuando éstas ya no son necesarias. Debido a que el tiempo de perforación es costoso, el gasto añadido de tiempo de perforación adicional puede igualar o exceder los ahorros de utilizar una empacadura permanente en oposición a una empacadura recuperable .

El uso de materiales metálicos más duraderos también puede provocar un problema conocido como "rastreo de broca" cuando se realiza el fresado o perforación de un material metálico. Durante el rastreo de broca, la broca utilizada para fresar la herramienta permanece en una trayectoria y ya no corta el material que se va a perforar o fresar. Cuando sucede esto, es apropiado levantar la broca y rápidamente reconectar el material que está siendo perforado. Durante el rastreo de broca, cierta cantidad de material puede ser retirada, pero en realidad la broca simplemente se está desgastando contra la superficie de la herramienta de fondo de pozo. Esencialmente, durante el rastreo de broca, la broca está rotando, pero ésta no está cortando de manera apropiada la empacadura u otro material que se va a retirar. Infortunadamente, pudiera no ser fácilmente aparente para los operadores en la superficie que está ocurriendo el rastreo de broca debido a que la broca continúa rotando normalmente, aún cuando no está fresando o perforando la empacadura u otro material que se va a perforar.

Se puede utilizar una herramienta de fondo de pozo cuando se desea sellar tubería u otro entubado en el tubo de encamisado o sondeo del pozo, tal como en el caso donde se desea bombear cemento u otra lechada dentro de una formación. En esta situación, es apropiado sellar la tubería con respecto al tubo de encamisado del pozo y evitar que la presión de fluido de la lechada saque la tubería del pozo. Las empacaduras, tapones puente, y similares están diseñados para estos propósitos generales. Los mecanismos de resbaladera son dispositivos utilizados en estas herramientas de fondo de pozo para contactar el pozo y mantener la herramienta de fondo de pozo en el pozo sin movimiento sustancial, y tal como se analizó antes, para detener el fluido o presión. Típicamente, el mecanismo de resbaladera es utilizado para contactar el pozo a fin de mantener la herramienta de fondo de pozo en el pozo sin movimiento sustancial .

Los mecanismos de resbaladera actuales utilizados en la técnica incluyen mecanismos de resbaladera estilo T, hidro-estilo, y estilo flecha, los cuales se analizan brevemente.

Las figuras 1A-1B muestran un mecanismo de resbaladera estilo T 10 de acuerdo con la técnica anterior. El mecanismo 10 incluye varios componentes de resbaladera, tal como resbaladeras estilo T 20, un cono 30, y una jaula 40 — cada uno de los cuales colocado en un mandril 14 de una empacadura 12 o similar. Las resbaladeras estilo T 20 tienen extremos de mimbre 24 y extremos en forma de T 28 interconectados por cuellos 22. Las ranuras de resbaladera 42 en la jaula 40 mantienen los extremos en forma de T 28, mientras que las ranuras 32 en el cono 30 mantienen los extremos de mimbre 24. En particular, los extremos de mimbre 24 tienen soportes o listones 25 (figura 1A) que se deslizan en muescas 35 en las ranuras de la jaula 32.

Las resbaladeras estilo T 20 se fijan dentro de la pared del tubo de encamisado cuando el cono 30 es movido en forma mecánica o hidráulica más cerca de la jaula de resbaladera 40. Por este motivo, los extremos de mimbre 24 de las resbaladeras tienen bordes inclinados 27 que son empujados por el cono 30.

Las figuras 2A-2B muestran un mecanismo de resbaladera de hidro-estilo 110 de acuerdo con la técnica anterior. El mecanismo 110 incluye varios componentes de resbaladera, tales como resbaladeras de hidro-estilo 120, un cono 130, y una jaula 140 — cada uno de los cuales colocado en un mandril 14 de una empacadura 12 o similar. Las resbaladeras de hidro-estilo 120 se ajustan alrededor del mandril 14 y tienen caras de mimbre 124a-b que se ajustan a través de las ranuras de resbaladera 142 en la jaula 140. Un muelle 160 es colocado en un pasaje central 122 a lo largo de la longitud de la resbaladera 120 y se asienta debajo de una banda central 144 en las ranuras de resbaladera 142. Este muelle, que por lo general es un muelle estilo hoja, desvía la resbaladera 120 a una condición replegada cuando el cono 130 ha sido sacado de la posición fija. Tal como se muestra en la posición fija, no obstante, la resbaladera de hidro-estilo 120 tiene mimbres 126 en su cara exterior que se pueden fijar en la pared del tubo de encamisado circundante (que no se muestra) .

Para fijar la resbaladera de hidro-estilo 120 en la pared del tubo de encamisado, el cono 130 es movido (típicamente por activación hidráulica) más abajo de la jaula de resbaladera 140 y también debajo de las resbaladeras de hidro-estilo 120. Un borde inclinado 137 en el cono 130 empuja contra el extremo inclinado 127 de la resbaladera 120. Por lo tanto, el cono 130 debiera deslizarse debajo de la jaula de resbaladera 140 para empujar las resbaladeras 120 a través de las ranuras de resbaladera 142.

Las figuras 3A-3B muestran un mecanismo de resbaladera estilo flecha 210 de acuerdo con la técnica anterior. Este mecanismo 210 incluye varios componentes de resbaladera, tal como resbaladeras estilo flecha 220, un cono 230, y una jaula 240 — cada uno de los cuales colocado en el mandril 14 de una empacadura 12 o similar. Las resbaladeras estilo flecha 220 se ajustan alrededor del mandril 14 y tienen extremos de mimbre 224 y extremos ajustados 228 interconectados por cuellos 222. Los extremos ajustados 228 se ajustan en ranuras con forma comparable 242 en la jaula 240, mientras que los cuellos 222 se ajustan debajo de un área de soporte 244 en el borde de la jaula 240. La resbaladera estilo flecha 220 se fija en la pared del tubo de encamisado cuando el cono 230 es movido de manera mecánica o hidráulica más cerca de la jaula de resbaladera 240. En particular, el extremo de mimbre 224 de la resbaladera 220 incluye un borde inclinado 227 en su lado interior. Cuando el cono 230 es movido hacia la jaula 240, el borde inclinado 237 de los conos acopla los extremos inclinados 227 de la resbaladera, empujando el extremo de mimbre 224 de la resbaladera hacia la pared del tubo de encamisado. Cuando la resbaladera 220 se fija, los mimbres 226 en el extremo de mimbre 224 de la resbaladera se fijan en la pared del tubo de encamisado circundante (que no se muestra) . Ya sea que las resbaladeras 220 estén fijas o no, la jaula 240 permanece conectada a los extremos ajustados 228 de la resbaladera estilo flecha 222 en virtud de estas ranuras de resbaladera 242.

Los requerimientos para resbaladeras son que muerdan o se aseguren en una herramienta; el primer ejemplo es una resbaladera de empacadura utilizada para asegurar la empacadura en una posición seleccionada en un tubo de encamisado o pozo. El problema es hacer que las resbaladeras sean más fáciles de retirar mediante técnicas de fresado o perforado cortando asi la construcción del pozo, tiempo de completación, y costos.

Las resbaladeras de la técnica anterior han sido hechas de tipos de hierro fundido gris y dúctil. Estos hierros fundidos se pueden fresar/perforar más fácilmente, pero siguen requiriendo tiempo de fresado/perforación significativo. De manera más reciente, las resbaladeras han sido hechas con elementos de mordedura de cerámica pegados en bases de resbaladera compuesta. El trabajo en resbaladeras compuestas es prometedor pero no se prueba debido a que puede haber problemas de ductilidad con los materiales base de resbaladera compuesta. Por lo tanto, estas soluciones, en este punto, han resultado ser menos que una solución ideal.

Además, se sabe que se endurece la superficie de una empacadura metálica de aluminio anodizando la superficie para formar un recubrimiento metálico anodizado. Sin embargo, esto es problemático debido a que se ha descubierto que la anodización produce recubrimientos muy delgados de solamente unos pocos angstromios o mieras. Debido a que ésta es una capa relativamente delgada, la resbaladera no puede adherirse fácilmente con el substrato. La pulverización de iones también se ha utilizado para formar un recubrimiento metálico. Sin embargo, esto también produce solamente un substrato delgado en el orden de unos pocos angstromios o mieras, lo que también se ha descubierto que carece de la fuerza suficiente.

La materia sujeto de la presente divulgación está dirigida a superar, o al menos reducir los efectos de uno o más de los problemas antes establecidos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un componente de resbaladera para una herramienta de fondo de pozo tiene una superficie de cojinete que es una superficie dura tratada. El componente de resbaladera puede ser una resbaladera u otro componente de un mecanismo de resbaladera utilizado en una empacadura, tapón puente u otra herramienta de fondo de pozo. De hecho, el componente de resbaladera puede ser una resbaladera, un cono, y/o una jaula de un mecanismo de resbaladera de la herramienta de fondo de pozo y puede incluso incluir una porción de un mandril de la herramienta de fondo de pozo adyacente al mecanismo de resbaladera. De cualquier forma, el componente de resbaladera está compuesto de un material base metálico que tiene un punto de fundición relativamente bajo en comparación con el acero. Por ejemplo, el material base metálico del componente de resbaladera puede ser magnesio, aluminio, una aleación de aluminio o una aleación de magnesio. En particular, la aleación de aluminio para el componente de resbaladera puede ser una aleación de aluminio serie 6000, tal como la aleación de aluminio 6061-T6.

Para tratar por superficie dura el componente de resbaladera, al menos la superficie de cojinete del componente de resbaladera es colocada con relación a un aparato de deposición por electrochispa, el cual tiene un electrodo compuesto de un material externo seleccionado para deposición sobre el componente de resbaladera. La superficie de cojinete puede ser una superficie de agarre de una resbaladera utilizada para acoplar un tubular de fondo de pozo, aunque cualquier superficie de cojinete sujeta a desgaste, fricción, etc. se puede beneficiar de las técnicas divulgadas. Al utilizar el aparato de deposición por electrochispa, una capa externa es pegada al menos sobre la superficie de cojinete a través de deposición por electrochispa del material externo del electrodo al material base metálico del componente de resbaladera.

Durante la deposición por electrochispa del material externo al material base, se forma una unión metalúrgica entre el material externo con el material base metálico en el cual una temperatura del producto al granel del componente de resbaladera se mantiene muy por debajo del punto de fundición del material base. De esta manera, la temperatura del producto al granel del componente de resbaladera se puede mantener por debajo de una temperatura donde se compromete un nivel de fuerza del diseño del componente de resbaladera.

Se pueden utilizar diversos materiales externos para proceso de electrochispa, incluyendo, pero no limitado a, un material metálico, un material de cerámica-metal, un material de cerámica, una aleación de superficie dura, una aleación de superficie dura de base cobalto, una aleación de superficie dura de base hierro, una aleación de superficie dura de base níquel, un acero inoxidable, una súper aleación de níquel, y una aleación de base cobalto, tal como una aleación de metal Stellite®. (STELLITE es una marca registrada de DELORO STELLITE HOLDINGS CORPORATION) . Como algunos ejemplos particulares, la aleación de superficie dura puede ser UNS R30001, UNS R30035, y UNS N99646 disponibles de Stellite Coatings of Goshen, Indiana.

Una dureza de al menos una porción de la capa externa puede ser incrementada adicionalmente mediante el tratamiento de superficie de la capa externa para inducir tensiones de compresión o liberar tensiones de tracción. Por ejemplo, el tratamiento de superficie de la capa externa puede involucrar el uso de un proceso mecánico, tal como granallado, endurecimiento por granallado, y bruñido, o puede involucrar el uso de un proceso no mecánico, tal como granallado ultrasónico y granallado láser.

En una modalidad adicional, el tratamiento por superficie dura del componente de resbaladera puede involucrar una etapa intermedia en la cual al menos la superficie de cojinete está colocada con relación a un aparato de pulverización iónica antes del tratamiento con electrochispa de una capa externa en el componente de resbaladera. En esta modalidad, una capa intermedia es unida sobre al menos la superficie de cojinete a través de pulverización iónica de un material intermedio sobre el material base metálico del componente de resbaladera. Después, al menos la superficie de cojinete es colocada con relación al aparato de deposición por electrochispa de manera que una capa externa puede ser pegada al menos sobre la capa intermedia .

La breve descripción anterior no pretende resumir cada modalidad potencial o cada aspecto de la presente divulgación .

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La figura 1A ilustra una sección transversal parcial de una herramienta de fondo de pozo que tiene un mecanismo de resbaladera estilo T de acuerdo con la técnica anterior.

La figura IB ilustra una vista en perspectiva de la resbaladera estilo T de la figura 1A.

La figura 2A ilustra una sección transversal parcial de una herramienta de fondo de pozo que tiene un mecanismo de resbaladera de hidro-estilo de acuerdo con la técnica anterior .

La figura 2B ilustra una vista en perspectiva de la resbaladera de hidro-estilo de la figura 2A.

La figura 3A ilustra una sección transversal parcial de una herramienta de fondo de pozo que tiene un mecanismo de resbaladera estilo flecha de acuerdo con la técnica anterior.

La figura 3B ilustra una vista en perspectiva de una resbaladera estilo flecha de la figura 3A.

La figura 4 ilustra una representación esquemática de un tratamiento de superficie con el sistema de deposición por electrochispa de un componente de resbaladera de acuerdo con la presente divulgación.

La figura 5A ilustra un componente de resbaladera después que el sistema de deposición por electrochispa, tal como se ilustra en la figura 4, ha depositado una capa externa dura utilizando electrochispa al menos a una superficie de cojinete del componente.

La figura 5B ilustra una vista detallada del componente de resbaladera de la figura 5A.

La figura 6 ilustra otro componente de resbaladera en el cual el tratamiento de superficie de la presente divulgación se aplicó a la superficie de agarre del componente.

La figura 7 ilustra una representación esquemática de un sistema de pulverización iónica utilizado en una modalidad alternativa de la presente divulgación para tratar la superficie de un componente de resbaladera.

La figura 8A ilustra un componente de resbaladera después que el sistema de pulverización iónica tal como se ilustra en la figura 7 ha depositado una capa de unión de substrato metálico delgada utilizando pulverización iónica al menos a una superficie de cojinete del componente.

La figura 8B ilustra una vista detallada del componente de resbaladera en la figura 8A.

Las figuras 9A y 9B ilustran el componente de resbaladera de las figures 8A-8B después que el sistema de deposición por electrochispa tal como se ilustra en la figura ha depositado una capa exterior dura utilizando lectrochispa a la capa de unión de substrato metálico.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La figura 4 ilustra un esquema de un sistema de deposición por electrochispa 400 de acuerdo con la presente divulgación para tratamiento de superficie dura de un componente de resbaladera metálico de una herramienta de fondo de pozo. La deposición por electrochispa también se refiere como un endurecimiento por chispa, endurecimiento por electrochispa, aleación por electrochispa, superficie de fusión por impulso y superficie de electrodo por impulso. Hablando en términos amplios, la deposición por electrochispa es un proceso de micro-soldadura por impulsos que utiliza descargas de energía eléctrica rápidas para lograr la transferencia de metal desde un electrodo a una superficie de contacto. Otras tecnologías de "impulso", tal como la soldadura por percusión y la soldadura por impulso magnético también transfieren cantidades ínfimas de material utilizando el "impulso" para lograr la transferencia de metal.

El sistema de deposición por electrochispa 400 incluye una unidad de control 410 que se conecta a una pieza de trabajo 320 y a un electrodo 414. En este ejemplo, la pieza de trabajo 320 es un componente de resbaladera metálico, por ejemplo, un componente de un mecanismo de resbaladera utilizado en una herramienta de fondo de pozo, tal como una empacadura, tapón puente, o similar, y de manera más particular, la pieza de trabajo 320 es una resbaladera, tal como una resbaladera estilo flecha, para un mecanismo de resbaladera. Aunque los presentes ejemplos se enfocan en el tratamiento de superficie dura de una resbaladera, se apreciará con el beneficio de la presente divulgación que el proceso de tratamiento de superficie dura divulgado de la presente divulgación se puede aplicar a cualquier componente de resbaladera (o cualquier componente) de un fondo de pozo que tenga una superficie de cojinete que se pueda beneficiar del tratamiento de superficie dura.

En el sistema 400, el electrodo 414 es colocado y movido con respecto a la resbaladera 320. Los parámetros asociados con el electrodo 414 y la energía de la unidad de control 410 son controlados de manera que fuerzas electrostáticas controladas son establecidas en la punta del electrodo 424 y en la resbaladera 320 y específicamente en una ubicación 426 donde se desea depositar material a través del proceso de electrochispa .

De manera más específica, el electrodo 414 está colocado con respecto a la resbaladera 320 de manera que la fuerza electrostática es sustancialmente igual a una condición de descarga luminiscente. El electrodo 414 entonces se hace avanzar para que entre en contacto con la superficie 324 de la resbaladera 320 y después es retirado rápidamente para obtener un arco de chispa entre el electrodo 414 y la superficie 324. Se prefiere que el proceso sea controlado de manera que ninguna corriente significativa fluya entre el electrodo 414 y la resbaladera 320. De esta manera, el único calentamiento significativo de la resbaladera 320 es provocado por el arco de chispa en si mismo. Este calentamiento ocurrirá sustancialmente solo en el área donde el electrodo 414 ha tocado la superficie 324, y en este punto puede ocurrir rápidamente el templado al aire, como se muestra en la Patente de los Estados Unidos No. 4,551,603.

Durante el proceso de electrochispa, los parámetros también son controlados de manera que el arco de chispa tiene suficiente energía para fundir una porción del electrodo 414. La punta 424 del electrodo es el ánodo y de preferencia tiene un área muy pequeña de manera que el arco de chispa puede fundir la punta 424 del electrodo 414 sin calentar significativamente la resbaladera 320. A medida que el electrodo 414 es retirado de la resbaladera 320, se deja un depósito del material del electrodo 434 sobre la superficie 324 de la resbaladera. Este proceso se repite hasta que las áreas deseadas de la resbaladera 320 tienen depositado sobre las mismas el material del electrodo 434. Se puede considerar que estos depósitos son la transferencia de cantidades ínfimas de un material de superficie deseado desde un electrodo de contacto 414 a la superficie 324 de la resbaladera 320. Estas microsoldaduras se traslaparán, producirán una superficie endurecida nueva completa que está unida de manera metalúrgica al material subyacente de la resbaladera 320.

La figura 5A muestra un ejemplo de un componente de resbaladera 320, tal como una T-resbaladera, compuesta de un material metálico, y la figura 5B es una vista detallada de la superficie 324 de la resbaladera metálica 320 después que el sistema de deposición por electrochispa, tal como se ilustra en la figura 4, ha depositado una capa exterior dura utilizando electrochispa al menos a una superficie de cojinete del componente. Tal como se observó antes, la resbaladera 320 está compuesta de un material metálico y de manera más particular puede estar compuesta de magnesio, aluminio, aleación de aluminio o aleación de magnesio. En particular, las aleaciones de aluminio de la serie 6000 pueden ser favorables para tratamiento de superficie utilizando las técnicas aquí divulgadas. Una aleación de aluminio preferida es el Aluminio 6061-T6 fora para superficie dura de la resbaladera 320 utilizando las técnicas divulgadas. La mayoría de las aleaciones de aluminio son buenos candidatos; el factor de definición es cumplir con una fuerza de diseño mínima de la resbaladera 320 a temperaturas de aplicación experimentadas en el fondo del pozo.

En la vista detallada de la figura 5B, la superficie 324 de la resbaladera 320 ha sido tratada con el sistema de deposición por electrochispa 400 para depositar una capa por electrochispa 350 utilizando el proceso de electrochispa. Tal como se observó antes, la deposición por electrochispa involucra la transferencia de gotas fundidas ínfimas del material de superficie deseado, tal como un metal, desde el electrodo de contacto (414) a la superficie 324 de la resbaladera 320. Estas micro-soldaduras se traslapan, produciendo una nueva superficie completa. Además, debido a que el material de electrochispa es unido al substrato metálico de la superficie 324 de la resbaladera 324, se forma una unión metalúrgica. Esto es en contraste a otros procesos de baja entrada de calor, tal como procesos de atomización por arco o procesos de oxígeno-combustible de alta velocidad.

Tal como se observó antes, un depósito del material (434) del electrodo se deja sobre la superficie 324 de la resbaladera para formar la capa de electrochispa 350. El material de depósito del electrodo puede incluir un material metálico, un material de cerámica-metal, o un material de cerámica, y puede incluir carburos de metal, nitruros, o boruros. Un ejemplo preferido es el carburo de tungsteno cementado, el cual incluye un carburo de metal y un metal dúctil de matriz. Alternativamente, también se puede utilizar una aleación de superficie dura, tal como un cobalto, hierro, o aleación de superficie dura de base níquel. Ejemplos específicos de estas aleaciones incluyen UNS R30001, UNS R30035, o UNS N99646. En alternativas adicionales, se pueden utilizar aleaciones de níquel, tal como súper aleaciones de Ni; composiciones de acero inoxidable, tal como aceros inoxidables martensíticos ; o aleación de base cobalto (por ejemplo, Stellite®) .

En modalidades adicionales para mejorar la dureza de la capa de electrochispa 350, las propiedades del material de la capa de electrochispa 350 se pueden mejorar adicionalmente mediante trabajo mecánico, tal como granallado, endurecimiento por granallado, y bruñido. También se pueden emplear procesos no mecánicos, tal como granallado ultrasónico y granallado láser. El trabajo adicional puede incrementar la dureza de al menos una porción de la capa del material de electrochispa induciendo tensiones de compresión o liberando tensiones de tracción.

Tal como se observó antes, el proceso de electrochispa tiene una entrada de calor extremadamente baja. Se cree que el proceso tiene como resultado un incremento de temperatura máximo en el orden de unos pocos grados C lejos de la interfaz de unión del electrodo 414 y la superficie 324 de la resbaladera. Por lo tanto, este proceso de baja entrada de calor no altera la integridad de la resbaladera de aluminio 320 pero tiene como resultado una unión metalúrgica entre la capa exterior dura 350 y la resbaladera de aluminio 320. Se cree que el proceso divulgado tiene como resultado una zona endurecida que no está limitada a una baja fuerza de unión, tal como 12000 psi y menos.

Tal como se observa aquí, varias porciones de un componente de resbaladera pueden ser tratadas para superficie dura de acuerdo con las técnicas aquí divulgadas. Por ejemplo, la figura 6 ilustra una resbaladera 320, tal como una resbaladera estilo flecha, en donde el proceso divulgado ha sido aplicado a los bordes de mordedura o superficies 326, también referidas como superficies de agarre, de la resbaladera 320. Otras superficies de cojinete de la resbaladera 320 se pueden beneficiar del tratamiento de superficie dura divulgado de la presente divulgación. Por ejemplo, la rampa 327 en el extremo de la resbaladera 320 puede ser tratado de acuerdo con la presente divulgación. Por consiguiente, un experto en la técnica apreciará que la capa exterior dura unida principalmente de forma metalúrgica al componente de resbaladera de abajo puede proporcionar una resistencia al desgaste mejorada, resistencia a la erosión, y también resistencia al corte y deformación de manera que cualquier superficie de cojinete del componente de resbaladera se puede beneficiar del tratamiento divulgado.

Como también se observó antes, el proceso divulgado también se puede utilizar para endurecer varios tipos de resbaladeras, tal como resbaladeras T, resbaladeras de hidro-estilo, o resbaladeras estilo flecha. De hecho, el proceso divulgado también se puede utilizar para endurecer cualquier superficie de cojinete de un componente de resbaladera o incluso una herramienta de fondo de pozo, tal como una empacadura, hecha al menos en parte de un material de aluminio. Por ejemplo, el proceso divulgado puede ser utilizado para conos, anillos de calibre, mandril, y componentes similares de una herramienta de fondo de pozo.

Las figuras 7, 8A, 8B y 9 ilustran una modalidad alternativa de la presente divulgación en donde una capa intermedia es pulverizada con iones sobre un componente de resbaladera antes que la capa exterior metálica dura sea depositada por electrochispa .

La figura 7 ilustra una representación esquemática de un sistema de pulverización iónica 700 de acuerdo con la presente divulgación. El sistema de pulverización iónica 700 incluye una cámara C, un cañón iónico 710, y un objetivo 720 para aplicar una capa intermedia a una pieza de trabajo 320, la cual nuevamente es una resbaladera de aluminio para una herramienta de fondo de pozo , o empacadura en el presente ejemplo. La pulverización al vacio lograda por el sistema de pulverización iónica 700 es un método bien establecido para depositar una capa delgada de material de unión sobre un substrato. De acuerdo con la técnica, un haz de iones es encendido desde el cañón iónico 710 en el objetivo 720 en la cámara C. De preferencia, la cámara C es mantenida sustancialmente a un vacio. El impacto resultante de los iones contra el objetivo 720 provoca que los átomos del material objetivo sean expulsados desde ahi y que sean depositados sobre la superficie 324 de la resbaladera 320. Ejemplos de materiales para el objetivo 720 incluyen níquel, hierro, cobalto, oro, plata y aleaciones o combinaciones de estos materiales.

Las figuras 8A-8B ilustran la resbaladera 320 después que el sistema de pulverización iónica 700 ha depositado una capa intermedia 800 utilizando pulverización iónica a la superficie 324 de la resbaladera 320. La capa metálica de pulverización iónica 800 puede tener un grosor en el orden de cinco mil a diez mil angstromios. La pulverización iónica es el proceso preferido para aplicar la capa metálica 800 debido a la baja entrada de calor que el proceso de pulverización iónica tiene en el material base, que en este caso es la sección de agarre de aluminio 326 de la resbaladera 320. Un proceso con una alta entrada de calor podría dañar el material subyacente de la sección de agarre de aluminio 326 debido a que la entrada de calor puede fundir el material subyacente. Sin embargo, se pueden utilizar procesos diferentes a la pulverización iónica en caso que tengan una entrada de calor lo suficientemente baja para no fundir o dañar el material subyacente de la resbaladera de aluminio 320. Por su parte, se cree que el proceso de pulverización iónica no debiera incrementar la temperatura del material subyacente por encima del sólido (es decir, la temperatura a la cual los materiales comienzan a fundirse) . En muchos casos, el sólido es menor que el punto de fundición. Esto significa que las propiedades físicas de los materiales base de material de aluminio subyacentes, tal como la dureza, pueden deteriorarse antes que el material haya sido calentado a su punto de fundición.

Después del tratamiento con el proceso de pulverización iónica para aplicar la capa intermedia 800, la resbaladera 320 entonces puede ser tratada con el proceso de electrochispa previamente divulgado con referencia a la figura 4 para aplicar una capa de electrochispa externa. Por ejemplo, las figuras 9A-9B ilustran la resbaladera 320 después del proceso de electrochispa de una capa de substrato metálica 900 a la capa intermedia 800 previamente depositada con la pulverización iónica. Tal como se muestra, la capa de electrochispa 900 se puede aplicar a los bordes de mordedura o superficies, también referidas como superficie de agarre 326, de la resbaladera 320, aunque otras porciones de la resbaladera 320 pueden ser tratadas como se observa aquí.

La descripción anterior de las modalidades preferidas asi como otras no pretende limitar o restringir el alcance o aplicación de los conceptos inventivos concebidos por los Solicitantes. Se apreciará, con el beneficio de la presente divulgación, que las características antes descritas de acuerdo con cualquier modalidad o aspecto de la material sujeto divulgada pueden ser utilizadas, ya sea solas o en combinación, con cualquier otra característica descrita, en cualquier otra modalidad o aspecto de la materia sujeto divulgada .

En intercambio por la divulgación de los conceptos inventivos aquí contenidos, los Solicitantes desean todos los derechos de patente soportados por las reivindicaciones anexas. Por lo tanto, se pretende que las reivindicaciones anexas incluyan todas las modificaciones y alteraciones a la plena extensión que esté dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones o equivalentes de las mismas.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito la presente invención, se considera c una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. - Un método para generar superficie dura de un componente de resbaladera para una herramienta de fondo de pozo, el componente de resbaladera tiene una superficie de cojinete y está compuesto de un material base, el material base es metálico, el método comprende: colocar al menos la superficie de cojinete del componente de resbaladera con relación a un aparato de deposición por electrochispa; y unir una capa externa al menos sobre la superficie de cojinete mediante deposición por electrochispa de un material externo al material base.

2. - El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la deposición por electrochispa del material externo al material base comprende formar una unión metalúrgica entre el material externo con el material base metálico .

3. - El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la formación de la unión metalúrgica comprende mantener una temperatura del producto al granel del componente de resbaladera por debajo de un punto de fundición del material base.

4. - El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el mantenimiento de la temperatura del producto al granel del componente de resbaladera por debajo del punto de fundición comprende mantener la temperatura del producto al granel del componente de resbaladera por debajo de una temperatura donde se compromete un nivel de fuerza del diseño del componente de resbaladera.

5. - El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material base del componente de resbaladera es seleccionado del grupo que consiste de magnesio, aluminio, aleaciones de aluminio, y aleaciones de magnesio.

6. - El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la aleación de aluminio es seleccionada del grupo que consiste de una aleación de aluminio series 6000.

7. - El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la aleación de aluminio es una aleación de aluminio 6061-?ß.

8.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de electrochispa externo comprende al menos uno de un material metálico, un material de cerámica-metal, un material de cerámica, una aleación para superficie dura, una aleación para superficie dura de base cobalto, una aleación para superficie dura de base hierro, una aleación para superficie dura de base níquel, un acero inoxidable, una súper aleación de níquel, y una aleación de base cobalto.

9. - El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la aleación de base cobalto es seleccionada del grupo que consiste de UNS R30001, UNS R30035, y UNS N99646.

10. - El método de conformidad con la reivindicación 1, que además comprende incrementar una dureza de al menos una porción de la capa externa mediante el tratamiento de superficie de la capa externa para inducir tensiones de compresión o liberar tensiones de tracción.

11. - El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el tratamiento de superficie de la capa externa comprende: utilizar un proceso mecánico seleccionado del grupo que consiste de granallado, endurecimiento por granallado, y bruñido; o utilizar un proceso no mecánico seleccionado del grupo que consiste de granallado ultrasónico y granallado láser.

12. - El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente de resbaladera comprende al menos una resbaladera de un mecanismo de resbaladera de la herramienta de fondo de pozo, y en donde la superficie de cojinete comprende una superficie de agarre de al menos una resbaladera .

13. - El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente de resbaladera es seleccionado del grupo que consiste de una resbaladera, un cono, y una jaula de un mecanismo de resbaladera de la herramienta de fondo de pozo.

14. - El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente de resbaladera comprende al menos una porción de un mandril de la herramienta de fondo de pozo adyacente a un mecanismo de resbaladera de la herramienta de fondo de pozo.

15. - Un componente de resbaladera para una herramienta de fondo de pozo, el componente de resbaladera está compuesto de un material base y tiene una superficie de cojinete, el material base es metálico, al menos la superficie de cojinete tratada al: colocar al menos la superficie de cojinete con relación a un aparato de deposición por electrochispa; y unir una capa externa al menos sobre la superficie de cojinete mediante deposición por electrochispa de un material externo al material base.

16. - Un método para generar superficie dura de un componente de resbaladera para una herramienta de fondo de pozo, el componente de resbaladera tiene una superficie de cojinete y está compuesto de un material base, el material base es metálico, el método comprende: colocar al menos la superficie de cojinete del componente de resbaladera para tratamiento de superficie dura; unir una capa intermedia sobre al menos la superficie de cojinete mediante pulverización iónica de un material intermedio sobre el material base metálico; y unir una capa externa al menos sobre la capa intermedia mediante deposición por electrochispa de un material externo al menos al material intermedio de la capa intermedia.

17. - El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque la colocación de al menos la superficie de cojinete del componente de resbaladera para el tratamiento de superficie dura comprende colocar al menos la superficie de cojinete con relación a un aparato de pulverización iónica .

18. - El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la colocación de al menos la superficie de cojinete del componente de resbaladera para el tratamiento de superficie dura además comprende colocar al menos la superficie de cojinete con relación a un aparato de deposición por electrochispa .

19.- El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque la deposición por electrochispa del material externo al menos al material intermedio comprende formar una unión metalúrgica entre la capa externa con la capa intermedia.

20.- El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque la formación de la unión metalúrgica comprende mantener una temperatura del producto al granel del componente de resbaladera por debajo de un punto de fundición del material base.

21.- El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el mantenimiento de la temperatura del producto al granel del componente de resbaladera por debajo del punto de fundición comprende mantener la temperatura del producto al granel del componente de resbaladera por debajo de una temperatura donde se compromete un nivel de fuerza del diseño de la resbaladera.

22.- El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el componente de resbaladera comprende al menos una resbaladera de un mecanismo de resbaladera de la herramienta de fondo de pozo, y en donde la superficie de cojinete comprende una superficie de agarre de al menos una resbaladera .

23. - El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el componente de resbaladera es seleccionado del grupo que consiste de una resbaladera, un cono, y una jaula de un mecanismo de resbaladera de la herramienta de fondo de pozo.

24. - El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el componente de resbaladera comprende al menos una porción de un mandril de la herramienta de fondo de pozo adyacente a un mecanismo de resbaladera de la herramienta de fondo de pozo.

25. - Un componente de resbaladera para una herramienta de fondo de pozo, el componente de resbaladera está compuesto de un material base y tiene una superficie de cojinete, el material base es metálico, al menos la superficie de cojinete tratada al: colocar al menos la superficie de cojinete del componente de resbaladera para tratamiento de superficie dura ; unir una capa intermedia sobre al menos la superficie de cojinete mediante pulverización iónica de un material intermedio sobre el material base metálico; y unir una capa externa al menos sobre la capa intermedia mediante deposición por electrochispa de un material externo al menos al material intermedio de la capa intermedia.