《一种梯度涂层螺杆钻具马达.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种梯度涂层螺杆钻具马达.pdf（6页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104065187A43申请公布日20140924CN104065187A21申请号201410143809X22申请日20140411H02K1/2220060171申请人江苏长城石油装备制造有限公司地址224043江苏省盐城市盐都区大冈镇野陆居委会3幢72发明人郭健郭小芳李艳征54发明名称一种梯度涂层螺杆钻具马达57摘要本发明涉及一种梯度涂层螺杆钻具马达，其结构包括转子、定子，其特征包括表面涂层、梯度结构、纳米复合材料。该发明转子外表涂层可增加转子的耐蚀性和耐磨性，提高螺杆马达转子的使用寿命；梯度结构可充分利用材料的性能并降低材料成本；纳米复合材料的使用可降低摩擦系数减少。
2、泥浆的附着；本发明的梯度涂层螺杆钻具马达特别适用于高转速、复杂恶劣钻井地层的场合。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页10申请公布号CN104065187ACN104065187A1/1页21一种梯度涂层螺杆钻具马达，其特征在于，包括转子、定子两部分，所述转子包括转子外表和转子基体，所述转子外表即螺杆表面，所述转子基体即螺杆基体；所述转子外表采用AL2O3基或SI3N4基耐蚀耐磨陶瓷涂层材料，所述转子基体的基体材料为合金钢、工具钢、高速钢或者硬质合金材料，所述转子外表的涂层为梯度分布，即所述AL2O3基或。
3、SI3N4基耐蚀耐磨陶瓷涂层材料由转子外表即螺杆表面到转子基体即螺杆基体逐渐减少，所述转子基体的基体材料由螺杆表面到螺杆基体是逐渐增加的；所述转子即螺杆，所述螺杆包括螺杆螺纹，所述螺纹包括螺纹牙项和螺纹谷底，所述AL2O3基或SI3N4基耐蚀耐磨陶瓷涂层材料由螺杆螺纹牙顶到螺纹谷底也是逐渐减少的；所述螺纹牙顶表面的所述陶瓷涂层材料含量最高，其体积含量达80100；所述陶瓷涂层材料连续梯度变化或阶梯分布变化，所述陶瓷涂层厚度由螺杆螺纹牙顶到螺纹谷底也是梯度递减变化的，涂层的厚度为5M20M；所述梯度涂层螺杆钻具马达的转子具有多头大螺旋角螺杆；所述定子的头数及螺旋角与转子相匹配。2根据权利要求1所。
4、述的梯度涂层螺杆钻具马达，其特征在于，所述转子外表为，其纳米陶瓷的体积含量为3060，所述转子外表涂层表面的摩擦系数小于03，所述转子外表涂层的纳米复合陶瓷材料平均粒径小于200NM，所述纳米复合陶瓷材料的硬度大于90HRA。3根据权利要求1所述的梯度涂层螺杆钻具马达，其特征在于，所述转子头数为310头，呈圆周对称分布，螺杆的螺旋角为30度60度，转速达300RMIN；定子的头数及螺旋角与转子的相匹配。权利要求书CN104065187A1/3页3一种梯度涂层螺杆钻具马达技术领域0001本发明属于石油装备领域，具体涉及一种梯度涂层螺杆钻具马达。背景技术0002螺杆钻具是一种的井下动力钻具，它采用。
5、容积式马达，以钻井液为动力，产生转速和扭矩，广泛用于打定向井、丛式井和水平钻井，因此能满足钻井新工艺的要求，在国外得到了迅速的发展。我国从上世纪80年代开始研制螺杆钻具，80年代中期引进了美国迪纳DYNADRILL钻具技术，90年代初形成生产规模，产品覆盖全国80以上地区。螺杆钻具共由四部分组成万向轴总成、马达总成、传动轴总成和旁通阀总成，而其中马达总成是螺杆钻具的核心部件。马达由定子、转子组成，定子是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成，其内孔是具有一定几何参数的螺旋，转子是一根有硬层的螺杆。0003由于螺杆钻具工作环境复杂恶劣，经常发生失效，导致钻井事故频繁发生，严重影响了钻井速度的提高，而处理这。
6、些事故耗费了大量的人力、物力和财力，造成巨大的经济损失。研究表明，螺杆钻具转动部分的损坏占螺杆失效的近40，提别是螺杆马达转子的腐蚀、磨损、断裂。螺杆马达转子工作过程中时刻受到泥浆和沙粒的摩擦和碰撞，转子表面还经常堆积泥浆，不易排污，严重影响了工作效率。考虑上述的原因，开发了适合高转速、复杂恶劣钻井地层作业的具有高耐蚀耐磨性且可自清洁功能的梯度涂层螺杆钻具马达。发明内容0004本发明是为了克服现有技术中的腐蚀、磨损严重、排污困难等不足之处，提供了一种用于螺杆钻具的梯度涂层螺杆钻具马达，旨在为高转速、复杂恶劣钻井地层作业的螺杆钻具提供一种螺杆钻具马达。0005本发明通过下述技术方案实现0006本。
7、发明的梯度涂层螺杆钻具马达，包括转子、定子两部分，所述转子包括转子外表和转子基体，所述转子外表即螺杆表面，所述转子基体即螺杆基体；所述转子外表采用AL2O3基或SI3N4基耐蚀耐磨陶瓷涂层材料，所述转子基体的基体材料为合金钢、工具钢、高速钢或者硬质合金材料，所述转子外表的涂层为梯度分布，即所述AL2O3基或SI3N4基耐蚀耐磨陶瓷涂层材料由转子外表即螺杆表面到转子基体即螺杆基体逐渐减少，所述转子基体的基体材料由螺杆表面到螺杆基体是逐渐增加的；所述转子即螺杆，所述螺杆包括螺杆螺纹，所述螺纹包括螺纹牙项和螺纹谷底，所述AL2O3基或SI3N4基耐蚀耐磨陶瓷涂层材料由螺杆螺纹牙顶到螺纹谷底也是逐渐减。
8、少的；所述螺纹牙顶表面的所述陶瓷涂层材料含量最高，其体积含量达80100；所述陶瓷涂层材料连续梯度变化或阶梯分布变化，所述陶瓷涂层厚度由螺杆螺纹牙顶到螺纹谷底也是梯度递减变化的，涂层的厚度为5M20M；所述梯度涂层螺杆钻具马达的转子具有多头大螺旋角螺杆；所述定子的头数及螺旋角与转子相匹配。0007优选所述转子外表为，其纳米陶瓷的体积含量为3060，所述转子外表涂层说明书CN104065187A2/3页4表面的摩擦系数小于03，所述转子外表涂层的纳米复合陶瓷材料平均粒径小于200NM，所述纳米复合陶瓷材料的硬度大于90HRA。0008优选所述转子头数为310头，呈圆周对称分布，螺杆的螺旋角为30。
9、度60度，转速达300RMIN；定子的头数及螺旋角与转子的相匹配。0009优选内部基体为合金钢、工具钢、高速钢或者硬质合金材料，这样即可减少作业时泥浆和沙粒的腐蚀、摩擦和碰撞，又增加了转子表面的硬度，使螺杆钻具马达转子使用寿命得到大幅度提高。0010所述转子的外表的涂层为梯度分布，陶瓷涂层材料AL2O3基或SI3N4基陶瓷材料由螺杆表面到螺杆基体是逐渐减少，基体材料合金钢、工具钢、高速钢或者硬质合金由螺杆表面到螺杆基体是逐渐增加的；同时，陶瓷涂层材料AL2O3基或SI3N4基陶瓷材料由螺杆螺纹牙顶到螺纹谷底也是逐渐减少的；螺杆螺纹牙顶表面的陶瓷材料含量最高，其体积含量达80以上。涂层材料梯度变。
10、化，可以是连续梯度变化，也可以是阶梯分布变化，涂层厚度由螺杆螺纹牙顶到螺纹谷底也是梯度递减变化的，涂层的厚度为5M20M。这样设计可从分利用涂层材料的耐蚀耐磨性能和基体材料的高强度高刚度抗扭性能，又可降低涂层材料的成本。0011所述转子，其涂层表面为纳米复合陶瓷材料，其纳米陶瓷的体积含量为3060，即可减少纳米复合陶瓷材料在制备过程中纳米颗粒的团聚，从而影响定子表面的力学性能，又可有效降低涂层表面的摩擦系数，摩擦系数小于03，减少泥浆的附着，减少泥浆堆积，便于排污，具有自清洁性；表面纳米材料平均粒径小于200NM，纳米复合陶瓷材料的硬度大于90HRA。0012所述转子，转子头数大螺旋角，头数为。
11、310头，呈圆周对称分布，螺杆的螺旋角为30度60度，适于高速作业，转速可达300RMIN；定子的头数及螺旋角与转子的相匹配。0013本发明具有下述技术效果00141该钻具马达专用螺杆钻具作业，转子表层采用陶瓷涂层材料，减少腐蚀的同时，又解决了螺杆转子的磨损问题，提高了螺杆马达的寿命。00152该转子涂层采用梯度结构，利用涂层材料和基体材料的性能，又可降低涂层材料的成本。00163该转子梯度涂层表面采用纳米复合陶瓷材料，可转子表面的摩擦系数，减少泥浆的附着，便于排污，具有自清洁功能，适于高速作业。附图说明0017下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明0018图1为本发明梯度涂层螺杆钻具马。
12、达示意图0019附图标记00201转子2橡胶3定子具体实施方式0021以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变说明书CN104065187A3/3页5换均包含在本发明的保护范围内。为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行阐述。0022以5头螺旋螺杆钻具马达为例，图1为本梯度涂层螺杆钻具马达三维图。梯度涂层螺杆钻具马达结构由转子1和定子3组成，转子1特征包括表面涂层、梯度结构、纳米复合材料。0023转子1表面采用AL2O3基陶瓷涂层材料，转子1基体材。
13、料采用细晶粒高性能高速钢W6MO5CR4V2，其高速钢硬度为6366HRC，抗弯强度为354GPA。0024转子1，其外表的AL2O3基陶瓷涂层为梯度分布，AL2O3陶瓷材料的体积含量由螺杆表面到螺杆基体递减，基体主体材料W的体积含量由螺杆表面到螺杆基体递增；同时，AL2O3陶瓷材料的体积含量由螺杆螺纹牙顶到螺纹谷底递减，W的体积含量由螺杆螺纹牙顶到螺纹谷底递增；螺杆螺纹牙顶表面的AL2O3陶瓷材料含量最高，其体积含量达90。涂层厚度由螺杆螺纹牙顶到螺纹谷底也是梯度递减变化的，螺杆螺纹牙顶涂层厚度为10M，螺杆螺纹谷底涂层厚度为5M。0025转子1，其涂层表面为AL2O3基纳米复合陶瓷材料，其。
14、纳米AL2O3陶瓷材料的体积含量为40，另50的AL2O3陶瓷材料为微米级颗粒，平均粒径为12M，纳米AL2O3陶瓷材料的平均粒径为100NM，纳米复合陶瓷材料的硬度93HRA。0026涂层表面摩擦系数小于025。0027转子1，转子头数为5头，呈圆周对称分布，螺杆的螺旋角为40度；定子3的头数为6头，螺旋角为45度。0028尽管参考实施例对所公开的涉及一种螺杆钻具钻头进行了特别描述，以上描述的实施例是说明性而不是限制性的。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，进行其他实施例，均应属于本发明的保护范围。以上所述仅为本发明的优选实施例而己，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。说明书CN104065187A1/1页6图1说明书附图CN104065187A。