一种孕镶金刚石扶正器及其制造方法与应用技术

本发明专利技术提供一种孕镶金刚石扶正器，涉及扶正器领域；孕镶金刚石扶正器包括：扶正器刚体和多条耐磨条；多条所述耐磨条呈环形分布在所述扶正器刚体的外侧壁上；所述耐磨条呈螺旋形设置，且螺旋角为30～45

【技术实现步骤摘要】
一种孕镶金刚石扶正器及其制造方法与应用


[0001]本专利技术涉及扶正器领域，尤其涉及一种孕镶金刚石扶正器及其制造方法与应用。

技术介绍

[0002]我国的石油钻井、地质找矿、深地科学钻探和干熱岩等新能源的勘探开发工程迅速发展，在这类众多的钻井工程中，多以垂直钻井为主；因此，需要下部钻具处于“刚”、“直”、“满”的状态，多数设计2～4个扶正器，才能确保钻具和井身一直处于垂直状态，防止井身弯曲与倾斜，减少钻具磨损，减少井内的事故发生；同时，加扶正器的钻具，还可以用于偏斜钻井中，可以确保钻进的井身沿着设计的轨迹方向钻进，达到设计目标；扶正器的结构性能与质量，决定了钻进井身的质量。因此，钻具扶正器起着不可替代的作用。
[0003]现代深部地质钻探中，大力推广绳索取芯钻进工艺技术以提高钻进效率，同样需要设计“刚”、“直”、“满”结构的钻具，要求设置优质扶正器与金刚石绳索取芯钻具配套使用，采用下部设扩孔器和上部设扶正器的钻具钻进；上部的扶正器配合下部的扩孔器，有效提高了绳索取芯钻具的“刚”、“直”、“满”性能，主要起扶正钻具的作用，也可起一定的修孔作用；这样就能充分发挥绳索取芯钻进的优势，钻探取芯质量明显提高，钻具寿命得到提升，钻进安全性得到加强。
[0004]扶正器主要起扶正钻具的作用，同时可以起着修整井壁的作用。目前，石油钻井中的扶正器主要采用硬质合金块作为磨料，制造扶正器的方法与性能特点分析如下：
[0005](1)以硬质合金作为扶正器的耐磨材料，采用无压浸渍方法成形；该类扶正器磨料颗粒粗、长度较长，耐磨性较高，但出刃效果很不理想,修整孔壁的能力极低，耐磨性远不如孕镶金刚石耐磨条，明显影响钻进效果。同时石油钻井中用的扶正器无一例外都采用直条形，与井壁的吻合性不理想，不仅磨耗快，而且扶正器外径的误差较大，运转欠平稳，钻井中振动大，直接影响扶正器稳定工作，影响其使用寿命，引发井内安全隐患增加。
[0006](2)以硬质合金作为扶正器的耐磨条磨料，采用热压烧结方法预制出一定规格与形状的扶正器耐磨条，采用高频焊接等方法，将预制好的扶正器耐磨条焊接在扶正器钢体的环形槽中而制成扶正器，这种扶正器属于二次成形。这种方法制造扶正器的成本稍低，生产效率较高；其缺点是，由于扶正器钢体上铣有环形焊接槽，明显降低了扶正器钢体的强度，曾多次出现过扶正器钢体断裂的现象，引发孔内事故；同时，硬质合金作为耐磨条的耐磨材料远不如金刚石的耐磨性高。因此，这类扶正器的应用局限性较大，具有无压浸渍硬质合金扶正器的不足，不适用于在深井中钻进或不宜用于绳索取芯钻井中使用。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在提出一种孕镶金刚石扶正器及其制造方法与应用，该孕镶金刚石扶正器具有良好的耐磨性和导流性。
[0008]本专利技术提供一种孕镶金刚石扶正器，包括：扶正器刚体和多条耐磨条；
[0009]多条所述耐磨条呈环形分布在所述扶正器刚体的外侧壁上；所述耐磨条呈螺旋形
设置，且螺旋角为30～45
°
；所述耐磨条之间的间距为15～25mm；所述耐磨条的长度为35～55mm，宽度为20～30mm。
[0010]本专利技术还提出一种孕镶金刚石扶正器的制造方法，用于制造上述的孕镶金刚石扶正器，包括如下步骤：
[0011]S1、在所述扶正器刚体的外侧加工螺旋槽；
[0012]S2、采用脉冲电镀金刚石工艺在所述螺旋槽内电镀所述耐磨条；其中，所述耐磨条包括由内至外依次电镀的第一层金刚石、第二层金刚石和第三层金刚石。
[0013]进一步地，步骤S2中，所述第一层金刚石的电镀方法如下：
[0014]将50～60目的金刚石磨料加入电镀槽中，采用双向方波脉冲或者无关断脉冲换向，在所述螺旋槽内电镀第一层金刚石；其中，正向电流密度为0.010～0.012A/cm2，时间为12～18ms；反向电流密度为0.022～0.025A/cm2，时间为1.2～1.6ms；复合脉冲电镀时间为8～9h；
[0015]进一步地，步骤S2中，所述第二层金刚石的电镀方法如下：
[0016]将30～40目的金刚石磨料加入所述电镀槽中，采用双向方波脉冲或者无关断脉冲换向，在所述第一层金刚石上电镀第二层金刚石；其中，正向电流密度为0.012～0.014A/cm2，时间为16～20ms；反向电流密度为0.023～0.027A/cm2，时间为1.3～1.8ms；复合脉冲电镀时间为11～12h；
[0017]进一步地，步骤S2中，所述第三层金刚石的电镀方法如下：
[0018]将80～100目的金刚石磨料加入所述电镀槽中，采用双向方波脉冲或者无关断脉冲换向，在所述第二层金刚石上电镀第三层金刚石；其中，正向电流密度为0.009～0.011A/cm2，时间为12～16ms；反向电流密度为0.018～0.022A/cm2，时间为1.2～1.5ms；复合脉冲电镀时间为5～7h。
[0019]进一步地，所述脉冲电镀金刚石工艺中电镀液的组成及其组份包括：硫酸锌40～62g/L、硫酸镍36～58g/L、硫酸亚铁8～11g/L、焦磷酸钾220～280g/L、酒石酸钾钠12～22g/L。
[0020]进一步地，所述电镀液的pH值为8.0～8.8，温度为32～45℃。
[0021]进一步地，所述脉冲电镀金刚石工艺中的电镀液循环流动，同时对所述电镀液中扶正器支架进行振动；其中，所述电镀液的流速为3～5cm/s，振动频率为30～45次/min，振幅为1.5～2.0cm。
[0022]进一步地，在步骤S2之后，还包括如下步骤：
[0023]S3、对电镀有所述耐磨条的扶正器刚体进行去氢脆处理；其中，去氢脆处理的温度为180～200℃，时间为1.5～2.0h。
[0024]本专利技术还提出一种上述孕镶金刚石扶正器在钻井和/或绳索取芯钻进中的应用。
[0025]本专利技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术实施例中的孕镶金刚石扶正器通过在扶正器刚体的外侧壁上设置螺旋形的耐磨条，且螺旋角为30～45
°
，耐磨条之间的间距为15～25mm；耐磨条的长度为35～55mm，宽度为20～30mm，能够有效地提高扶正器的耐磨性和导流性。
附图说明
[0026]图1为本专利技术某一实施例中孕镶金刚石扶正器的结构示意图；
[0027]图2为图1孕镶金刚石扶正器中A
‑
A方向的剖面结构示意图；
[0028]图3为图1孕镶金刚石扶正器中耐磨条4的结构示意图；
[0029]图4为本专利技术某一实施例中双向方波脉冲电镀的时间
‑
电流关系示意图；
[0030]其中，1、扶正器钢体；2、扶正器连接外螺纹；3、扶正器连接内螺纹；4、耐磨条；5、单晶金刚石；6、耐磨条定位螺旋轴线；7、排泄槽。
具体实施方式
[0031]下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种孕镶金刚石扶正器，其特征在于，包括：扶正器刚体和多条耐磨条；多条所述耐磨条呈环形分布在所述扶正器刚体的外侧壁上；所述耐磨条呈螺旋形设置，且螺旋角为30～45
°
；所述耐磨条之间的间距为15～25mm；所述耐磨条的长度为35～55mm，宽度为20～30mm。2.一种孕镶金刚石扶正器的制造方法，用于制造如权利要求1所述的孕镶金刚石扶正器，其特征在于，包括如下步骤：S1、在所述扶正器刚体的外侧加工螺旋槽；S2、采用脉冲电镀金刚石工艺在所述螺旋槽内电镀所述耐磨条；其中，所述耐磨条包括由内至外依次电镀的第一层金刚石、第二层金刚石和第三层金刚石。3.如权利要求2所述的孕镶金刚石扶正器的制造方法，其特征在于，步骤S2中，所述第一层金刚石的电镀方法如下：将50～60目的金刚石磨料加入电镀槽中，采用双向方波脉冲或者无关断脉冲换向，在所述螺旋槽内电镀第一层金刚石；其中，正向电流密度为0.010～0.012A/cm2，时间为12～18ms；反向电流密度为0.022～0.025A/cm2，时间为1.2～1.6ms；复合脉冲电镀时间为8～9h。4.如权利要求2所述的孕镶金刚石扶正器的制造方法，其特征在于，步骤S2中，所述第二层金刚石的电镀方法如下：将30～40目的金刚石磨料加入所述电镀槽中，采用双向方波脉冲或者无关断脉冲换向，在所述第一层金刚石上电镀第二层金刚石；其中，正向电流密度为0.012～0.014A/cm2，时间为16～20ms；反向电流密度为0.023～0.027A/cm2，时间为1.3～1.8ms；复合脉冲电镀时间为11～12h。5.如权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨展，方小红，谭松成，段隆臣，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：