具有分布的硬质相的井场硬质面及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种可配置在组件(306)例如井场组件的表面上的硬质面(301)。所述硬质面包括表面部分和底面部分以及在它们之间限定的偏析线(428)。所述表面部分和底面部分各自包括基质相(434)和分布在所述基质相内的硬质相(436)，所述基质相包含由金属合金制成的基质组合物。所述硬质相可以包括由硬质材料(例如碳化钒)制成的耐磨组合物。所述表面部分(426a)具有第一浓度的所述耐磨组合物，所述底面部分(426b)具有第二浓度的耐磨组合物，并且所述第一浓度大于所述第二浓度，以便在所述组件的表面上确定耐磨表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有分布的硬质相的井场硬质面及其使用方法与相关申请的交叉引用本申请要求2015年9月21日提交的题为“具有分布的硬质相的井场硬质面及其使用方法”(WellsiteHardfacingwithDistributedHardPhaseandMethodofUsingSame)的美国申请号14/860,506的优先权权益，所述申请通过引用以整体并入本文用于所有目的。关于联邦资助的研究或开发的声明不适用。
本公开总的来说涉及用于进行井场作业的技术。更具体来说，本公开涉及在井场作业中使用的井场设备和硬质面(hardfacing)。
技术介绍
可以进行油田作业以定位并收集有价值的井下流体。将石油钻机放置在井场处，并将井下设备例如钻井工具通过钻柱(drillstring)部署到地下以到达地下储层。在地面处，所述石油钻机被提供有各种不同的地面设备例如顶部驱动器、方钻杆(Kelly)和转台，以将钻管的支架部署在钻井孔中，以形成钻柱。将钻头安装在钻柱的下端并推进到土中，以形成钻井孔。所述地面设备可用于向钻管的支架施加扭矩并转动钻头。井下设备在钻井期间暴露于可能引起磨损和损坏的严苛的钻井孔条件。为了抵抗这种磨损提供了硬质面。硬质面的实例提供在美国专利/申请号2011/0031028、2013068449和2013068741中，其全部内容通过参考并入本文。
技术实现思路
在至少一方面，本公开涉及一种可配置在组件表面上的硬质面。所述硬质面包括表面部分和底面部分以及限定在它们之间的偏析线(segregationline)。所述表面部分和底面部分各自包括基质相和分布在所述基质相内的硬质相，所述基质相包括含有金属合金的基质组合物。所述硬质相包括含有硬质材料的耐磨组合物。所述表面部分具有第一浓度的所述耐磨组合物，所述底面部分具有第二浓度的所述耐磨组合物，并且所述第一浓度高于所述第二浓度，由此在所述组件表面上确定了耐磨表面。所述偏析线可以是从在第一位置处的硬质面的垂直厚度中点延伸到在第二位置处的硬质面的另一个垂直厚度中点的线。所述硬质面可以包含约5至约25重量％的所述耐磨组合物和/或约75至约95重量％的所述基质组合物。所述第一浓度可以包含≥约60重量％的所述耐磨组合物，并且所述第二浓度可以包含≤约40重量％的所述耐磨组合物。所述耐磨组合物可以包含粒径为约40至约250μm的粒子。所述基质组合物可以包含铁基合金、钴基合金和/或不锈钢。所述耐磨组合物可以包含碳化钒、碳化钛和/或硼化钛。所述耐磨组合物可以具有≥约2000的维氏硬度(VickersHardness)、≤约15.0g/cm3的密度和/或约5×10-6m/m/K至约15×10-6m/m/K的热膨胀系数。所述组件可以包含井场组件，并且所述表面可以是钢。另一方面，本公开涉及一种可配置在井场组件表面上的硬质面。所述表面包含金属合金。所述井场组件可放置在钻井孔附近的井场处。所述硬质面包含基质相和硬质相，所述基质相包括含有金属合金的基质组合物，所述硬质相包括含有碳化钒的耐磨组合物。所述硬质相分布在所述基质相内，由此在所述井场组件的表面上确定了耐磨表面。所述耐磨组合物可以包含≥约10重量％的碳化钒。又另一方面，本公开涉及一种对组件的表面进行硬质面加工的方法。所述方法包括通过为基质相选择基质组合物和为硬质相选择耐磨组合物来确定包含所述基质相和硬质相的硬质面材料。所述基质组合物包含金属合金并且是连续的。所述耐磨组合物包含硬质材料并且是不连续的。所述方法还包括通过将所述硬质相分散在所述基质相内而形成所述硬质面材料，以及将所述硬质面材料施加在所述组件的至少一部分表面上，所述硬质面材料具有与所述组件的表面相邻的底面部分和在所述底面部分的上面的表面部分。选择所述基质组合物可以包括从不锈钢、铁基合金或钴基合金中选择。选择所述耐磨组合物可以包括从碳化钒、碳化钛和硼化钛中选择。形成所述硬质面可以包括将所述硬质相选择性分散在所述硬质面的表面部分和底面部分中，将所述硬质相选择性分散在所述硬质面的表面部分和底面部分中以使硬质相的重量百分数从所述硬质面的顶表面到底表面降低，将所述硬质相选择性分散在所述硬质面的表面部分和底面部分中以使所述表面部分中硬质相的重量百分数高于所述底面部分中硬质相的重量百分数，和/或将所述硬质相选择性分散在所述硬质面的表面部分和底面部分中以使所述表面部分包含≥约60重量％的所述耐磨组合物并且所述底面部分包含≤约40重量％的所述耐磨组合物。所述方法还可以包括通过确定穿过所述硬质面的偏析线来确定所述硬质面的表面部分和底面部分。所述偏析线可以通过将在第一位置处的硬质面的垂直厚度中点与在第二位置处的硬质面的另一个垂直厚度中点相连来确定。所述施加可以通过焊接、火焰喷涂、等离子弧堆焊(PTA)、激光熔覆法及其组合来进行。附图说明因此，为了能够详细地理解上面叙述的本公开的特点和优点，通过参考附图中图示的本专利技术的实施方式，可以获得上文简单概述的本专利技术的更具体的描述。所述附图说明了示例性实施方式，并且因此不被当做对其范围的限制。所述图不必按比例绘制，并且为清楚和简明起见，所述图的某些特点和某些视图可能在尺寸或示意性方面被放大示出。图1是部署在钻井孔中的井下工具的部分横截面示意图，所述井下工具在其上具有硬质面。图2是其上具有各种不同硬质面的井场组件的示意图。图3是描述的硬质面的施加的示意图。图4是施加到组件的硬质面的示意横截面图。图5是实施例1的硬质面的横截面的显微照片。图6是实施例2的硬质面的横截面的显微照片。图7是实施例3的硬质面的横截面的显微照片。图8是实施例4的硬质面的横截面的显微照片。图9是球形碳化钒(VC)粒子的显微照片。图10A是实施例12的硬质面的顶表面的显微照片。图10B是实施例13的硬质面的顶表面的显微照片。图11是示出了耐磨性随VC含量变化的图。图12是描绘了对组件进行硬质面加工的方法的流程图。具体实施方式下面的描述包括使本专利技术的主题内容的技术具体化的示例性装置、方法、技术和/或指导序列。然而应该理解，所描述的实施方式可以在没有这些具体细节的情况下实践。本公开涉及组件例如井下工具、钻柱管件、冲洗管、芯轴、稳定器、扩孔器(reamer)、钻头和/或其他井场组件的硬质面(或环形加硬层或覆盖层或涂层)。所述井场组件可以由例如金属(例如钢、不锈钢和/或其他Fe-Ni、Ni基超合金(superalloy)或Co基超合金)制成。所述硬质面可以是使用例如焊接(例如火焰喷涂、等离子弧堆焊(PTA)和/或激光熔覆法)覆盖到所述井场组件的硬质面材料。所述硬质面(或硬质面组合物)可以包含基质(或连续或粘合剂)相和硬质相。所述基质相可以由金属(例如不锈钢、钴和/或其他金属合金)制成，并且所述硬质相可以由分布在整个基质相内的不同位置处的硬质材料(例如碳化钒(VC)、碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、二硼化钛(TiB2))制成。所述硬质面可以旨在提供各种不同的性能特征，例如致密的微观结构、抗裂表面、与基材冶金粘合和/或耐擦伤、磨耗、腐蚀和/或磨损性。所述硬质面也可以旨在为所述基质相和/或硬质相提供各种不同的其他特征，例如较小的硬质相密度、相同重量分数的硬质相的较大的体积分数、在硬质面的表面部分处更高体积的碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可配置在组件的表面上的硬质面，其包含：表面部分和底面部分以及在它们之间限定的偏析线，所述表面部分和底面部分各自包含：基质相，其包括含有金属合金的基质组合物；和分布在所述基质相内的硬质相，所述硬质相包括含有硬质材料的耐磨组合物；其中所述表面部分具有第一浓度的所述耐磨组合物，以及所述底面部分具有第二浓度的所述耐磨组合物，并且所述第一浓度大于所述第二浓度，由此在所述组件的表面上确定耐磨表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.21 US 14/860,5061.一种可配置在组件的表面上的硬质面，其包含：表面部分和底面部分以及在它们之间限定的偏析线，所述表面部分和底面部分各自包含：基质相，其包括含有金属合金的基质组合物；和分布在所述基质相内的硬质相，所述硬质相包括含有硬质材料的耐磨组合物；其中所述表面部分具有第一浓度的所述耐磨组合物，以及所述底面部分具有第二浓度的所述耐磨组合物，并且所述第一浓度大于所述第二浓度，由此在所述组件的表面上确定耐磨表面。2.权利要求1的硬质面，其中所述偏析线是从第一位置处的硬质面的垂直厚度中点延伸到第二位置处的硬质面的另一个垂直厚度中点的线。3.权利要求1的硬质面，其中所述硬质面包含约5重量％至约25重量％的所述耐磨组合物。4.权利要求1的硬质面，其中所述硬质面包含约75重量％至约95重量％的所述基质组合物。5.权利要求1的硬质面，其中所述第一浓度包含≥约60重量％的所述耐磨组合物，并且所述第二浓度包含≤约40重量％的所述耐磨组合物。6.权利要求1的硬质面，其中所述耐磨组合物包含粒径为约40μm至约250μm的粒子。7.权利要求1的硬质面，其中所述基质组合物包含铁基合金。8.权利要求1的硬质面，其中所述基质组合物包含钴基合金。9.权利要求1的硬质面，其中所述基质组合物包含不锈钢。10.权利要求1的硬质面，其中所述耐磨组合物包含碳化钒。11.权利要求1的硬质面，其中所述耐磨组合物包含碳化钛。12.权利要求1的硬质面，其中所述耐磨组合物包含硼化钛。13.权利要求1的硬质面，其中所述耐磨组合物具有≥约2000的维氏硬度。14.权利要求1的硬质面，其中所述耐磨组合物具有≤约15.0g/cm3的密度。15.权利要求1的硬质面，其中所述耐磨组合物具有约5×10-6m/m/K至约15×10-6m/m/K的热膨胀系数。16.权利要求1的硬质面，其中所述组件包含井场组件，并且其中所述表面是钢。17.一种可配置在井场组件的表面上的硬质面，所述表面包含金属合金，所述井场组件可放置在钻井孔附近的井场处，所述硬质面包含：基质相，其包括含有金属合金的基质组合物；硬质相，其包括含有碳化钒的耐磨组合物，所述硬质相分布在所述基质相内，由此在所述井场组件的表面上确定耐磨表面。18.权利要求17的硬质面，其中所述耐磨组合物包含≥约10重量％的碳化钒。19.权利要求17的硬质面，其中所述基质组合物包含铁基合金。20.权利要求17的硬质面，其中所述基质组合物包含钴基合金。21.权利要求17的硬质面，其中所述基质组合物包含不锈钢。22....

【专利技术属性】
技术研发人员：王莹，吉茵耶·阿伯特·休，
申请(专利权)人：国民油井DHT有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US