[发明专利]制造定向钻孔组件中的等离子体处理

说明书

背景

定向钻孔涉及有意地偏移或转向钻头来形成符合所需路径的非垂直钻井孔。可以将钻头指向想要钻孔的方向，这可以经由在井下可转向泥浆马达中的钻头附近使用永久弯头来完成，所述井下可转向泥浆马达也被称为螺杆正排量泵(progressive cavity positive displacement pump)。这类泥浆马达连接钻柱与钻头。泥浆马达包括包含转子和定子的动力段及传输段。从表面经抽送穿过钻柱的钻井液(也称为泥浆)的压力在泥浆马达动力段中引起偏心运动，该偏心运动通过传输段以同心动力传输到钻头。在抽送泥浆穿过钻柱到达泥浆马达时，钻头转动而钻柱不旋转，从而允许钻头在其指向的方向上钻孔。

在泥浆马达中，转子通常在定子内转动以产生使钻头在井下方向上自旋的动力。泥浆马达可以使用不同的转子和定子构造以便最佳化定向钻孔组件的性能。非金属材料(诸如复合材料)和/或弹性材料(诸如弹性体)已被用于泥浆马达部件的制造。举例来说，泥浆马达的定子可能由内衬弹性材料(诸如弹性体)的复合材料形成。然而，由于材料之间的粘附或粘合不充分，与可以利用定向钻孔组件的油田应用相关的一些操作与环境条件倾向于使形成泥浆马达部件的这些材料降级或诱导这些材料的机械损坏。

概述

本公开的实施方案大体上提供一种用于将定向钻孔组件的第一部件粘附至第二部件的方法。第一部件的表面可经等离子体处理以形成经等离子体处理的表面。经等离子体处理的表面随后可粘附至第二部件的表面。该第二部件的表面也可用等离子体处理。等离子体可以是大气压等离子体或真空等离子体。经等离子体处理的表面也可以用粘合剂粘附至第二部件的表面。或者，经等离子体处理的表面是用等离子体粘附至所述第二部件的所述表面

等离子体处理可包括用等离子体清理、蚀刻以及活化第一部件的表面，或等离子体处理可包括这些功能中的一种或多种功能。在这类处理中，清理可包括用具有第一强度的等离子体处理第一部件的表面。蚀刻可包括用具有第二强度的等离子体处理第一部件的表面。活化可包括用具有第三强度的等离子体处理第一部件的表面。可在所述第一强度、所述第二强度以及所述第三强度下使用相同等离子体，或可在所述第一强度、所述第二强度以及所述第三强度下使用不同等离子体。

本公开的实施方案还提供：通过等离子体处理弹性层的表面以便粘附至聚合物基复合材料来形成定向钻孔组件。定子管的内表面也可经等离子体处理以便粘附至聚合物基复合材料。弹性层可包括氟橡胶、氢化腈橡胶、腈橡胶、合成橡胶和/或天然橡胶。聚合物基复合材料可以是环氧树脂、金属填充的环氧树脂、无机物填充的环氧树脂、聚合物纤维填充的环氧树脂、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚酮、酚醛树脂和/或聚苯硫醚。

本公开的实施方案还提供：一种形成定向钻孔组件的方法，所述方法包括：等离子体处理弹性层的表面以形成第一经等离子体处理的表面；等离子体处理金属管的内表面以形成第二经等离子体处理的表面；以及粘附所述第一经等离子体处理的表面和所述第二经等离子体处理的表面至聚合物基复合材料。

在一个实施方式中，所述第一经等离子体处理的表面经涂布来保护所述弹性层。

在一个实施方式中，等离子体处理以形成所述第一经等离子体处理的表面包括以下功能中的至少两种功能：

用等离子体清理所述弹性层的所述表面；

用等离子体蚀刻所述弹性层的所述表面；以及

用等离子体活化所述弹性层的所述表面。

在一个实施方式中，等离子体处理以形成所述第二经等离子体处理的表面包括以下功能中的至少一种功能：

用等离子体清理所述金属管的所述内表面；

用等离子体蚀刻所述金属管的所述内表面；以及

用等离子体活化所述金属管的所述内表面。

在一个实施方式中，所述弹性层选自包括以下的组：氟橡胶、氢化腈橡胶、腈橡胶、合成橡胶以及天然橡胶。

在一个实施方式中，所述聚合物基复合材料选自包括以下的组：环氧树脂、金属填充的环氧树脂、无机物填充的环氧树脂、聚合物纤维填充的环氧树脂、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚酮、酚醛树脂以及聚苯硫醚。

本公开的其它实施方案可通过以下来增强泥浆马达部件的粘合性质：提供具有定子的泥浆马达，该定子由内衬弹性层的套筒形成；粘附所述内衬弹性层的套筒的表面至聚合物复合材料；以及，用等离子体处理所述内衬弹性层的套筒的所述表面，之后粘附所述内衬弹性层的套筒的所述表面至所述聚合物复合材料。定子管的内表面可用等离子体处理以形成经等离子体处理的表面。经等离子体处理的表面可随后粘附至所述聚合物复合材料。