[發(fā)明專利]用于井下工具的非金屬滑動部件的表面硬化處理

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410045339.3
• 申請日: 2014-02-07
• 公開（公告）號: CN103981503B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設計）人: 羅伯特·P·巴德拉科
• 申請（專利權）人: 韋特福特科技控股有限責任公司
• 主分類號: C23C14/46
• 分類號: C23C14/46;B23H1/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 潘煒,田軍鋒

相關申請的交叉引用

本申請與具有代理人案號No.205-0327US并且標題為“Hard?Surfacing?Metallic?Slip?Components?for?Downhole?Tools”的美國申請_/____同時提交，該申請的全部內容通過參引的方式并入本文。

技術領域

本發(fā)明涉及對用于井下工具的滑動部件進行表面硬化處理的方法以及用于井下工具的滑動部件。

背景技術

井下工具使用滑動件來與套管接合并且將井下工具保持就位。例如，封隔器是一種使用滑動件的井下工具。封隔器主要使用在油井和天然氣井中來將不同生產區(qū)隔開。在封隔器上，滑動件在封隔器與套管或者井孔之間提供摩擦保持，當遭受高壓、高溫、以及作用力時，該摩擦保持有助于將封隔器保持就位。封隔器和相關的滑動件是或永久性的或可回收的。

永久性封隔器通常制造成本較低并且通常能夠承受高壓和高溫。相反地，可回收封隔器能夠通過使用液壓或者機械的方式“復原”。在封隔器“復原”之后，其能夠利用管件或者工作管柱沿孔向上帶出。因為將可回收封隔器設計成可再次使用，所以可回收封隔器通常更復雜并且具有更多的機械零件。

因為其是永久性的，所以永久性封隔器通常通過碾磨或者鉆孔來損壞它而將其去除。換言之，永久封隔器設計成一次性使用并且將其損壞而將其去除。因此，需要用更易碾磨或者鉆孔的材料構造永久性封隔器。更易碾磨或者鉆孔的材料的示例由諸如復合材料、陶瓷或者塑料的非金屬材料制成。能夠使用諸如超高分子量聚乙烯（UHMW）、聚四氟乙烯（PTFE）或者類似的工程級塑料的塑料，因為它們具有高分子量和長分子鏈，盡管也可以使用其它熱塑聚乙烯。

一般來說，越易碾磨/鉆孔的材料強度越差，并且因此越不能承載。因此，用更耐用的金屬材料形成永久性封隔器會使永久性封隔器更堅固。但是，更高的強度意味著更難對永久性封隔器進行碾磨或者鉆孔來去除它。封隔器的更高的強度意味著需要更多的安裝鉆機時間來對封隔器進行碾磨或者鉆孔以將其去除。因此，在使用由金屬材料組成的永久性封隔器之間存在內在的矛盾，因為當不再需要封隔器時，消耗大量時間來碾磨或者鉆孔。因為安裝鉆機時間是昂貴的，所以額外的安裝鉆機時間的額外的費用能夠等于或者超過與可回收封隔器相比通過使用永久性封隔器所節(jié)約的費用。

使用更耐用的材料也能夠導致當對金屬材料進行鉆孔或者碾磨時發(fā)生被稱為“鉆頭尋跡（bit?tracking）”的問題。在鉆頭尋跡時，用于碾磨工具的鉆頭停留在一個路徑上并且不再切割需進行鉆孔或者碾磨的材料。當發(fā)生這種情況時，應適當地拾起鉆頭并且快速地再次接觸正進行鉆孔的材料。在鉆頭尋跡時，可以去除一些材料，但是實際上，鉆頭僅抵靠井下工具的表面進行磨損。實質上，在鉆頭尋跡時，鉆頭旋轉，但是不能適當地切割需去除的封隔器或者其它材料。不幸地，操作者在表面不容易觀察到鉆頭尋跡發(fā)生與否，因為即使未對需鉆孔的封隔器或者其它材料進行鉆孔或者碾磨，鉆頭仍繼續(xù)正常旋轉。

當需要密封井的套管或者井孔中的管件或者其它管道時，例如當需要將水泥或者其它漿料泵送至地層中時，可以使用井下工具。在此情形中，適當的是相對井套管對管件進行密封并且防止?jié){料的流體壓力將管件提升出井。封隔器、橋塞等設計用于這些常規(guī)目的。滑動機構是以下裝置：其在這些井下工具上使用以與井孔接觸并且將井下工具在基本上沒有移動的情況下保持在井孔中并且如上所述阻礙流動或者壓力。通常，滑動機構用于與井孔接觸來將井下工具在基本上沒有運動情況下保持在井孔中。

在現有技術中使用的現有滑動機構包括T式、液壓式、以及箭式滑動機構，將對它們進行簡要描述。

圖1A至圖1B示出了根據現有技術的T式滑動機構10。機構10包括多個滑動部件，例如T式滑動件20、圓錐體30、以及保持架40——T式滑動件20、圓錐體30、以及保持架40中的每一者布置在封隔器12等的心軸14上。T式滑動件20具有搭接端部24和T式端部28，搭接端部24和T式端部28通過頸部22相互連接。保持架40中的滑動槽42保持T式端部28，而圓錐體30中的槽32保持搭接端部24。具體地，搭接端部24具有肩部或者突部25（圖1），該肩部或者突部25在保持架的槽32中的凹槽35中行進。

當圓錐體30更靠近滑動保持架40機械或者液壓移動時，T式滑動件20設定到套管壁中。為此，滑動件的搭接端部24具有由圓錐體30推動的斜面邊緣27。