RU56447U1

RU56447U1 - ROTOR OF SCREW BOTTOM ENGINE

Info

Publication number: RU56447U1
Application number: RU2005140744/22U
Authority: RU
Inventors: Лев Христофорович Балдаев
Original assignee: Лев Христофорович Балдаев
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2006-09-10

Abstract

Полезная модель относится к технике бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к винтовым забойным двигателям.The utility model relates to techniques for drilling oil and gas wells, namely to downhole screw motors.

Ротор винтового забойного двигателя имеет форму спирального винта 1, на который нанесено антикоррозионное износостойкое покрытие, выполненное в виде напыленного высокоскоростным газопламенным методом слоя 2 на основе порошка с размером частиц от 5 до 40 микрон, включающего частицы карбида вольфрама размером до 4-х микрон, диспергированные в сплаве кобальта с хромом.The rotor of a downhole screw motor is in the form of a spiral screw 1, on which an anti-corrosion wear-resistant coating is applied, made in the form of a powder-based layer 2 sprayed with a high-speed gas-flame method with a particle size of 5 to 40 microns, including tungsten carbide particles up to 4 microns in size, dispersed in an alloy of cobalt with chromium.

Полезная модель обеспечивает экономичное покрытие наружной поверхности ротора материалом, обладающим отличной стойкостью к износу и коррозии, что позволяет улучшить эксплуатационные характеристики ротора, продлевая срок его службы.The utility model provides an economical coating of the outer surface of the rotor with a material having excellent resistance to wear and corrosion, which allows to improve the operational characteristics of the rotor, prolonging its service life.

Description

Ротор винтового забойного двигателя обычно изготавливается из стального стержня, на котором нарезаны наружные винтовые зубья. Стальной статор внутри имеет привулканизированную резиновую обкладку с винтовыми зубьями, число которых на единицу больше числа зубьев ротора (см. Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин: Учебник для нач. проф. Образования - М.: Издательский центр «Академия», 2004 г., стр.227-228).The rotor of a downhole helical motor is usually made of a steel rod on which external helical teeth are cut. The steel stator inside has a vulcanized rubber lining with helical teeth, the number of which is one more than the number of rotor teeth (see Vadetsky Yu.V. Oil and Gas Well Drilling: A Textbook for the Head Prof. Education - Moscow: Academy Publishing Center, 2004, pp. 227-228).

При работе буровой раствор (обычно смесь воды и/или масла, глины и некоторых хим. веществ) нагнетается по длине двигателя между ротором и статором, вызывая вращение ротора. Твердые частицы бурового раствора изнашивают поверхность ротора, а водное окружение и химически активные вещества способствуют его коррозии. Износ и коррозия приводят к разрушению уплотнения между ротором и статором и ухудшают работу двигателя, резко снижая сроки его эксплуатации.During operation, the drilling fluid (usually a mixture of water and / or oil, clay and some chemicals) is pumped along the length of the motor between the rotor and stator, causing the rotor to rotate. Solid particles of the drilling fluid wear out the surface of the rotor, and the water environment and chemically active substances contribute to its corrosion. Depreciation and corrosion lead to the destruction of the seal between the rotor and the stator and impair the operation of the engine, dramatically reducing its life.

Для защиты поверхности ротора от коррозии, на его поверхность часто наносится хромовое покрытие. Так, например, известен ротор винтового забойного двигателя, имеющий форму спирального винта и выполненный с коррозионно-стойким износостойким покрытием в виде гальванического хрома. (Патент США №4650549, опубл. 17.03.87).To protect the rotor surface from corrosion, a chrome coating is often applied to its surface. So, for example, a rotor of a downhole screw motor is known, having the shape of a spiral screw and made with a corrosion-resistant wear-resistant coating in the form of galvanic chromium. (US Patent No. 4650549, publ. 17.03.87).

Данное покрытие является, во-первых, дорогим, во-вторых, допускающим коррозию базового материала ротора ввиду возможности проникновения жидкости через поры хромовой пластины, и, в-третьих, трудно добиться единой толщины хромового покрытия на поверхности ротора, потому что сложная геометрия ротора вызывает неравномерные This coating is, firstly, expensive, secondly, it allows corrosion of the rotor base material due to the possibility of liquid penetrating through the pores of the chrome plate, and thirdly, it is difficult to achieve a uniform thickness of the chrome coating on the surface of the rotor, because the complex geometry of the rotor causes uneven

электрические поля, развиваемые вокруг ротора во время покрытия, что приводит к получению неровной толщины покрытия, которое искажает спроектированную точность геометрического сопряжения ротора со статором и снижает эффективность даже нового двигателя. Нанесение равномерного гальванического хромового покрытия на поверхность ротора требует наличия дорогостоящей оснастки, что повышает стоимость ротора.electric fields developed around the rotor during coating, which results in an uneven coating thickness, which distorts the designed accuracy of the geometric coupling of the rotor with the stator and reduces the efficiency of even a new motor. The application of a uniform galvanic chrome coating on the surface of the rotor requires the availability of expensive equipment, which increases the cost of the rotor.

Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является обеспечение экономичного покрытия наружной поверхности ротора материалом, имеющим отличную стойкость к износу и коррозии.The task to which the claimed utility model is directed is to provide an economical coating of the outer surface of the rotor with a material having excellent resistance to wear and corrosion.

Технический результат достигается тем, что в роторе винтового забойного двигателя, имеющем форму спирального винта и выполненным с коррозионно-стойким износостойким покрытием на его наружной поверхности, покрытие выполнено в виде напыленного высокоскоростным газопламенным методом слоя порошка с размером частиц от 5 до 40 микрон, включающего частицы карбида вольфрама размером до 4-х микрон, диспергированные в сплаве кобальта с хромом.The technical result is achieved in that in the rotor of a downhole screw motor having the shape of a spiral screw and made with a corrosion-resistant wear-resistant coating on its outer surface, the coating is made in the form of a powder layer sprayed with a high-speed gas-flame method with a particle size of 5 to 40 microns, including particles tungsten carbide up to 4 microns in size, dispersed in an alloy of cobalt with chromium.

Использование частиц карбида вольфрама, обладающих высокой твердостью, превышающей твердость абразивных частиц, для образования металлической матрицы покрытия позволяет создать слой из износостойкого материала, обеспечивающего желательную стойкость к абразивному износу. Для образования матрицы связки покрытия используется сплав кобальта с хромом, обеспечивающий покрытию коррозионную стойкость.The use of tungsten carbide particles having a high hardness exceeding the hardness of the abrasive particles to form a metal coating matrix allows the creation of a layer of wear-resistant material that provides the desired abrasion resistance. An alloy of cobalt with chromium is used to form a coating binder matrix, which provides corrosion resistance to the coating.

Размер частиц карбида вольфрама (до 4-х микрон) выбирается из соображения его сопоставимости с размером абразивных частиц (песка и глины) в буровом растворе. По мере того, как покрытие будет медленно разъедаться буровым раствором, неизбежным является то, что более мягкие и менее износостойкие частицы покрытия будут разъедаться первыми. Не превышение размера абразивных частиц (а именно частиц глины, имеющих The particle size of tungsten carbide (up to 4 microns) is selected for reasons of comparability with the size of abrasive particles (sand and clay) in the drilling fluid. As the coating slowly corrodes with the drilling fluid, it is inevitable that softer and less wear resistant particles of the coating will corrode first. Not exceeding the size of abrasive particles (namely clay particles having

размер от 4-х микрон) гарантирует то, что более твердые частицы карбида вольфрама останутся в покрытии и не будут вымываться раствором.size from 4 microns) ensures that harder particles of tungsten carbide will remain in the coating and will not be washed out by the solution.

Таким образом, благодаря выбранному типу твердого материала на поверхности ротора, эффективным, недорогим и надежным способом обеспечивается защитный слой с требуемым уровнем прочностных и коррозионных свойств.Thus, due to the selected type of solid material on the surface of the rotor, a protective layer with the required level of strength and corrosion properties is provided in an efficient, inexpensive and reliable way.

Нанесение защитного слоя методом высокоскоростного газопламенного напыления обеспечивает равномерное покрытие профиля ротора, высокие адгезионные характеристики с основным материалом ротора, высокую плотность покрытия - 99,5% и, благодаря используемой при данном методе низкой температуре газовой струи и отсутствию свободного кислорода способствует низкому содержанию оксидов в покрытии, что повышает его коррозионную стойкость.The application of the protective layer by high-speed flame spraying provides uniform coating of the rotor profile, high adhesion characteristics with the main material of the rotor, high coating density of 99.5% and, due to the low temperature of the gas jet used in this method and the absence of free oxygen, contributes to a low oxide content in the coating , which increases its corrosion resistance.

Ограничение по размеру частиц напыляемого порошка также выбирается из требований обеспечения качественной адгезии и низкой пористости покрытия, для чего частицы напыляемого порошка должны быть прогреты до температуры не меньшей по значению 0,9 от температуры их плавления (Т_плав.). Частицы с размером менее 5 микрон при используемом методе нанесения покрытия перегреваются и начинают разлагаться и испаряться. Частицы с размером более 40 микрон из-за большой массы нагреваются менее чем на 0,9 Т_плав., что приводит к росту пористости покрытия и ухудшении его адгезионных характеристик.Limit the particle size of sprayed powder is also selected to ensure quality requirements of adhesion and low porosity coating, which particles are sprayed powder should be heated to a temperature of not less than 0.9 times the value of their melting temperature (T _melt.). Particles with a size of less than 5 microns with the coating method used are overheated and begin to decompose and evaporate. Particles larger than 40 microns are heated by less than 0.9 T _melt due to their large mass _. , which leads to an increase in the porosity of the coating and the deterioration of its adhesive characteristics.

На фиг.1 показан общий вид ротора винтового забойного двигателя; на фиг.2 приведено поперечное сечение ротора по линии А-А.Figure 1 shows a General view of the rotor of a downhole motor; figure 2 shows the cross section of the rotor along the line aa.

Ротор винтового забойного двигателя имеет форму спирального винта 1 и снаружи покрыт слоем 2 из антикоррозионного износостойкого материала. Слой 2 выполнен посредством нанесения на поверхность ротора методом высокоскоростного газопламенного напыления порошка с размером частиц от 5 до 40 микрон, включающем твердые частицы карбида вольфрама, The rotor of a downhole screw motor has the shape of a spiral screw 1 and is coated on the outside with a layer 2 of an anti-corrosion wear-resistant material. Layer 2 is made by applying to the surface of the rotor by high-speed flame spraying of a powder with a particle size of 5 to 40 microns, including solid particles of tungsten carbide,

диспергированные в сплаве кобальта с хромом. Частицы напыляемого порошка образуются путем интенсивного перемешивания карбида вольфрама с размером частиц до 4-х микрон и материала связки с их дальнейшим спеканием, дроблением и сфероидизированием.dispersed in an alloy of cobalt with chromium. Particles of the sprayed powder are formed by intensively mixing tungsten carbide with a particle size of up to 4 microns and a binder material with their further sintering, crushing and spheroidization.

Работа ротора осуществляется следующим образом.The operation of the rotor is as follows.

Ротор размещается в статоре 3, имеющем внутренние винтовые зубья 4 из упруго-эластичного материала, например резины. Число наружных зубьев спирального винта 1 на единицу меньше числа зубьев 4 статора 3. Ось ротора O₁O₁ смещена относительно оси статора О₂О₂ на величину эксцентриситета. Буровой раствор поступает в полость 5 между наружными зубьями ротора и внутренними зубьями 4 статора 3. В результате винтового направления зубьев ротора и статора под действием неуравновешенных гидравлических сил ротор приводится во вращение, перемещая буровой раствор по длине двигателя.The rotor is placed in the stator 3 having internal helical teeth 4 of an elastic material, such as rubber. The number of external teeth of the helical screw 1 is one less than the number of teeth 4 of the stator 3. The axis of the rotor O ₁ O ₁ is offset relative to the axis of the stator O ₂ O ₂ by the amount of eccentricity. The drilling fluid enters the cavity 5 between the outer teeth of the rotor and the inner teeth 4 of the stator 3. As a result of the helical direction of the teeth of the rotor and the stator under the influence of unbalanced hydraulic forces, the rotor is rotated, moving the drilling fluid along the length of the motor.

Ротор винтового забойного двигателя находится в жестких условиях абразивного износа, так как в буровом растворе часто присутствуют песчаные и глинистые фракции. Покрытие 2, равномерно нанесенное на поверхность ротора, обладая высокими адгезионными характеристиками и высокой плотностью, предохраняет эту поверхность от быстрого изнашивания и коррозии.The rotor of a downhole helical motor is in severe conditions of abrasive wear, since sand and clay fractions are often present in the drilling fluid. Coating 2, uniformly applied to the surface of the rotor, having high adhesive characteristics and high density, protects this surface from rapid wear and corrosion.

Полезная модель позволяет улучшить эксплуатационные характеристики ротора, продлевая срок его службы и сокращая затраты на восстановление покрытия.The utility model allows to improve the operational characteristics of the rotor, extending its service life and reducing the cost of restoration of the coating.

Claims

The rotor of a downhole screw motor having the shape of a helical screw and made with a corrosion-resistant wear-resistant coating on its outer surface, characterized in that the coating is made in the form of a powder-based layer sprayed with a high-speed gas-flame method with a particle size of 5 to 40 microns, including tungsten carbide particles of size up to 4 microns dispersed in an alloy of cobalt with chromium.