[發明專利]一種鋼體PDC鉆頭表面強化防護工藝

無效

• 申請號: 201210559954.7
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN103045985A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 李朋;張明利;張敏;何櫻子
• 申請（專利權）人: 上海中盟石油天然氣有限公司;上海融智金剛石鉆頭有限公司
• 主分類號: C23C4/10
• 分類號: C23C4/10;C23C4/12;C23C4/02;C23C4/18;E21B10/00
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 呂伴

技術領域

本發明涉及一種防護工藝，尤其涉及一種通過熱噴涂技術硬化鋼體鉆頭表面，特別是硬化鉆頭冠部，以此提高鉆頭在井下的耐磨性等綜合性能的鋼體PDC鉆頭表面強化防護工藝。

背景技術

鋼體PDC鉆頭是PDC鉆頭中的一種類別，相對于胎體PDC鉆頭而言，鋼體PDC鉆頭造型不受刀翼強度限制，冠部主體強度高，生產成本低，效率高。但是鋼體鉆頭在復雜的工況下（如復合磨損，泥漿沖蝕等交替作用）極易出現冠部磨損嚴重的情況，大大限制了鋼體鉆頭的使用范圍。針對這一問題，以往通常采用堆焊的方法，即在鉆頭冠部敷焊一層耐磨材料。這種工藝的生產效率過低，在復雜的工況下，特別是在大位移的定向井和超深井中，容易發生堆焊層脫落的事故。

發明內容

針對上述問題，本發明的主要目的在于提供一種通過熱噴涂技術硬化鋼體鉆頭表面，特別是硬化鉆頭冠部，以此提高鉆頭在井下的耐磨性等綜合性能的鋼體PDC鉆頭表面強化防護工藝。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種鋼體PDC鉆頭表面強化防護工藝，所述工藝包括如下步驟：

步驟一：涂層設計；

步驟二：表面預處理；

步驟三：涂層施工；

步驟四：保溫緩冷；

步驟五：機械后處理；

所述步驟一中的涂層設計包括：在施工前明確施工步驟以及確定各施工步驟中的具體操作參數，以利于施工時各工序的緊密銜接，從而最終保證產品質量；

所述步驟二中的表面預處理包括：冠部凹切、屏蔽非噴涂層、表面粗化和表面凈化共四個環節；所述步驟三中的涂層施工包括工件預熱、噴涂粘結底層、噴涂工作層共三個環節。

在本發明的具體實施例子中，所述冠部凹切包括凹切區域和凹切余量，鋼體PDC鉆頭冠部由內錐、頂部、側翼、肩部和保徑五部分組成，在凹切時依次對冠部的這五個組成區域進行打磨，凹切應以滿足粘結底層和噴涂層的容量為原則，根據噴涂粉末和基體的材質特性,涂層的厚度為2.50—3.00mm，上述涂層在強化鉆頭抗磨損性的前提下，可以有效的保證涂層與基體的結合強度，故確定凹切的加工余量為3.0—3.5mm。

在本發明的具體實施例子中，所述屏蔽非噴涂層包括：噴涂區域即為凹切的鉆頭冠部處，因此只需對鉆頭冠部上的齒穴進行屏蔽，用與齒穴同尺寸相同的石墨替塊屏蔽是首選方案。

在本發明的具體實施例子中，所述表面粗化包括用噴砂的方式粗化工件，噴砂壓力為0.6-0.7Mpa,噴砂介質是石英砂，粒度為0.5-1.5mm，噴砂后工件表面粗糙度應達到8-10μmRa，噴砂的重點區域為凹切的鉆頭冠部。

在本發明的具體實施例子中，所述表面凈化包括用壓縮空氣吹凈鉆頭體表面的砂粒和其它雜質，然后用丙酮清洗鉆頭冠部，清洗的重點區域為凹切的鉆頭冠部。

在本發明的具體實施例子中，所述工件預熱包括用功率為80KW的中頻爐預熱，預熱時要與可升降平臺配合使用，要求升溫速率3—5℃/min，中頻頻率1000Hz，預熱溫度為550℃。

在本發明的具體實施例子中，所述噴涂粘結底層中噴涂方式選擇氧—乙炔焰粉末噴涂，噴涂設備采用氧乙炔噴涂炬，使用規格為100目的F512作為噴涂材料，噴涂前應將粉末用電熱鼓風干燥箱干燥1h，干燥溫度為100℃，涂層厚度應為0.10—0.18mm，氧氣表壓力3.5—4.0Mpa，乙炔表壓力0.10—0.14Mpa，噴涂時調整火焰至微碳化焰，垂直于工件表面噴涂，噴涂距離以150—200mm為宜，噴涂時,噴涂炬的移動面速度為20—25cm/s。

在本發明的具體實施例子中，所述噴涂工作層包括噴涂方式選擇氧—乙炔焰粉末噴涂，噴涂設備采用氧乙炔噴涂炬，使用規格為150目的F102與WC的復合粉末作為噴涂材料，其中WC的含量為60﹪，要求粉末雜質含量小于0.3﹪，噴涂前應將粉末用電熱鼓風干燥箱干燥1h，干燥溫度為100℃，涂層厚度應為2.5—2.8mm，氧氣表壓力3.5—4.0Mpa，乙炔表壓力0.10—0.14Mpa，噴涂時調整火焰至微碳化焰，垂直于工件表面噴涂，噴涂距離(焰芯端面至工件表面)以150-200mm為宜，噴涂時,噴涂炬的移動面速度為2025cm/s。

在本發明的具體實施例子中，所述施工完畢后應立即把鉆頭放入保溫盒中保溫緩冷，保溫時間根據經驗公式確定，其中T為鉆頭基體溫度，h為鉆頭基體厚度。

在本發明的具體實施例子中，所述機械后處理具體如下：選擇100目的平形金剛石砂輪對保徑半精磨。