[發(fā)明專利]一種梯度涂層螺桿鉆具馬達(dá)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410143809.X
• 申請(qǐng)日: 2014-04-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104065187B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭健;郭小芳;李艷征
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇長(zhǎng)城石油裝備制造有限公司
• 主分類號(hào): H02K1/22
• 分類號(hào): H02K1/22
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種梯度涂層螺桿鉆具馬達(dá)，其結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子、定子，其特征包括表面涂層、梯度結(jié)構(gòu)、納米復(fù)合材料。該發(fā)明轉(zhuǎn)子外表涂層可增加轉(zhuǎn)子的耐蝕性和耐磨性，提高螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子的使用壽命；梯度結(jié)構(gòu)可充分利用材料的性能并降低材料成本；納米復(fù)合材料的使用可降低摩擦系數(shù)減少泥漿的附著；本發(fā)明的梯度涂層螺桿鉆具馬達(dá)特別適用于高轉(zhuǎn)速、復(fù)雜惡劣鉆井地層的場(chǎng)合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石油裝備領(lǐng)域，具體涉及一種梯度涂層螺桿鉆具馬達(dá)。

背景技術(shù)

螺桿鉆具是一種的井下動(dòng)力鉆具，它采用容積式馬達(dá)，以鉆井液為動(dòng)力，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速和扭矩，廣泛用于打定向井、叢式井和水平鉆井，因此能滿足鉆井新工藝的要求，在國(guó)外得到了迅速的發(fā)展。我國(guó)從上世紀(jì)80年代開(kāi)始研制螺桿鉆具，80年代中期引進(jìn)了美國(guó)迪納(DYNA-DRILL)鉆具技術(shù)，90年代初形成生產(chǎn)規(guī)模，產(chǎn)品覆蓋全國(guó)80％以上地區(qū)。螺桿鉆具共由四部分組成：萬(wàn)向軸總成、馬達(dá)總成、傳動(dòng)軸總成和旁通閥總成，而其中馬達(dá)總成是螺桿鉆具的核心部件。馬達(dá)由定子、轉(zhuǎn)子組成，定子是在鋼管內(nèi)壁上壓注橡膠襯套而成，其內(nèi)孔是具有一定幾何參數(shù)的螺旋，轉(zhuǎn)子是一根有硬層的螺桿。

由于螺桿鉆具工作環(huán)境復(fù)雜惡劣，經(jīng)常發(fā)生失效，導(dǎo)致鉆井事故頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響了鉆井速度的提高，而處理這些事故耗費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。研究表明，螺桿鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)部分的損壞占螺桿失效的近40％，提別是螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子的腐蝕、磨損、斷裂。螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子工作過(guò)程中時(shí)刻受到泥漿和沙粒的摩擦和碰撞，轉(zhuǎn)子表面還經(jīng)常堆積泥漿，不易排污，嚴(yán)重影響了工作效率。考慮上述的原因，開(kāi)發(fā)了適合高轉(zhuǎn)速、復(fù)雜惡劣鉆井地層作業(yè)的具有高耐蝕耐磨性且可自清潔功能的梯度涂層螺桿鉆具馬達(dá)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的腐蝕、磨損嚴(yán)重、排污困難等不足之處，提供了一種用于螺桿鉆具的梯度涂層螺桿鉆具馬達(dá)，旨在為高轉(zhuǎn)速、復(fù)雜惡劣鉆井地層作業(yè)的螺桿鉆具提供一種螺桿鉆具馬達(dá)。

本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明的梯度涂層螺桿鉆具馬達(dá)，包括轉(zhuǎn)子、定子兩部分，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子外表和轉(zhuǎn)子基體，所述轉(zhuǎn)子外表即螺桿表面，所述轉(zhuǎn)子基體即螺桿基體；所述轉(zhuǎn)子外表采用Al₂O₃基或Si₃N₄基耐蝕耐磨陶瓷涂層材料，所述轉(zhuǎn)子基體的基體材料為合金鋼、工具鋼、高速鋼或者硬質(zhì)合金材料，所述轉(zhuǎn)子外表的涂層為梯度分布，即所述Al₂O₃基或Si₃N₄基耐蝕耐磨陶瓷涂層材料由轉(zhuǎn)子外表即螺桿表面到轉(zhuǎn)子基體即螺桿基體逐漸減少，所述轉(zhuǎn)子基體的基體材料由螺桿表面到螺桿基體是逐漸增加的；所述轉(zhuǎn)子即螺桿，所述螺桿包括螺桿螺紋，所述螺紋包括螺紋牙項(xiàng)和螺紋谷底，所述Al₂O₃基或Si₃N₄基耐蝕耐磨陶瓷涂層材料由螺桿螺紋牙頂?shù)铰菁y谷底也是逐漸減少的；所述螺紋牙頂表面的所述陶瓷涂層材料含量最高，其體積含量達(dá)80％-100％；所述陶瓷涂層材料連續(xù)梯度變化或階梯分布變化，所述陶瓷涂層厚度由螺桿螺紋牙頂?shù)铰菁y谷底也是梯度遞減變化的，涂層的厚度為5μm-20μm；所述梯度涂層螺桿鉆具馬達(dá)的轉(zhuǎn)子具有多頭大螺旋角螺桿；所述定子的頭數(shù)及螺旋角與轉(zhuǎn)子相匹配。

優(yōu)選所述轉(zhuǎn)子外表為，其納米陶瓷的體積含量為30％-60％，所述轉(zhuǎn)子外表涂層表面的摩擦系數(shù)小于0.3，所述轉(zhuǎn)子外表涂層的納米復(fù)合陶瓷材料平均粒徑小于200nm，所述納米復(fù)合陶瓷材料的硬度大于90HRA。

優(yōu)選所述轉(zhuǎn)子頭數(shù)為3-10頭，呈圓周對(duì)稱分布，螺桿的螺旋角為30度～60度，轉(zhuǎn)速達(dá)300r／min；定子的頭數(shù)及螺旋角與轉(zhuǎn)子的相匹配。

優(yōu)選內(nèi)部基體為合金鋼、工具鋼、高速鋼或者硬質(zhì)合金材料，這樣即可減少作業(yè)時(shí)泥漿和沙粒的腐蝕、摩擦和碰撞，又增加了轉(zhuǎn)子表面的硬度，使螺桿鉆具馬達(dá)轉(zhuǎn)子使用壽命得到大幅度提高。