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金帆钻采阐述高速牙轮钻头的轴承表面强化
根据国内外油气资源勘探开发的发展趋势,钻井作业将面临更加恶劣的自然环境和较高的钻井工艺要求，针对目前牙轮钻头因轴承耐磨性差、寿命短而不能适应高速钻井需要的问题,应用表面工程技术和摩擦学的相关理论,开展了牙轮钻头滑动轴承表面强化工艺和材料的系列实验研究,并测试其性能。进行了组织结构分析和耐磨性、耐冲击性能等实验研究
在钻井技术发展的今天,牙轮钻头轴承已面临着能否继续适应各种井下复杂情况的问题
[1]主要原因是采用井下高速钻具,导致井底温度非常高,即使通过钻井液的冷却作用,钻头工作温度也达到100℃以上
[2]而且因密封作用,散热条件差,轴承摩擦面上局部温度比钻头其他部分可高出好几倍。所以靠单一的金属材料很难满足上述性能要求,必须考虑采用表面强化工艺及新型强化材料,扬长避短,来有效增强钻头轴承的耐磨、耐腐蚀、耐冲击性能,提高牙轮钻头的使用寿命。
目前,现场用牙轮钻头轴承采用在其承载面堆焊119耐磨合金的方法来提高轴承的耐磨性和使用寿命。氧-乙炔火焰堆焊是利用氧-乙炔火焰作为热源加热工件及其表面的自熔合金粉末使涂层熔融,在金属基材表面获得熔焊层的方法。此方法温度较低(3035～3100℃),基体表面仅仅浅表层熔化(图1),所以得到非常小的稀释率,基体表层熔化层深度可控制到0.1mm以内,易保证堆焊层的质量。氧-乙炔堆焊几乎所有形状的堆焊材料都能用,而且堆焊过程可见度大,能在很小的面积上进行堆焊,易得到薄而光滑的堆焊层。由于碳化焰的渗碳作用,虽然会降低堆焊层的韧度,但可以提高以碳化物为主要抗磨相的堆焊层的耐磨性。
耐磨性实验表明:等离子堆焊DH260合金的磨损量**小,磨损表面也比较规整,磨损后试样基本无裂纹等缺陷,可以有效增加钻头轴承的耐磨耐冲击性能,较之原有轴承的耐磨性提高30%左右,大大提高了牙轮钻头的使用寿命。