[发明专利]非磁性堆焊材料

说明书

相关申请的交叉引用

本申请发明要求于2011年1月28日提交的、美国临时专利申请61/437,124的在先申请日的权益，这里通过引用将该申请的全部公开内容整体并入本文。

背景技术

包括井生产和完井在内的井下操作，特别是对于油井和天然气井，利用必须保持高耐磨性和断裂韧性且同时还满足其它设计要求的各种钻柱部件。

向井下操作期间承受磨损的表面施加耐磨堆焊材料是此类井下工具和部件的设计和制造中的长期做法。过去，这些堆焊组合物通常包含处在铁、钴或镍及其合金和混合物中的IVB、VB和VIB族元素的多种碳化物。通常利用多种方法，通过熔化堆焊材料的基质以及实施堆焊的表面的一部分来施加堆焊材料。各种碳化物颗粒向堆焊材料赋予硬度和耐磨性，而基质金属赋予堆焊材料断裂韧性。堆焊材料通常必须在耐磨性(耐磨性通常与其硬度相关)和断裂韧性之间取得适当的平衡。

很多因素影响着特殊用途的堆焊组合物的适用性。这些因素通常包括：组合物中所利用的碳化物的化学组成和物理结构、基质金属或合金的化学组成和显微组织、以及碳化物材料彼此之间和碳化物材料与基质金属或合金之间的相对比例。然而，随着井下操作和相关设备的复杂性增加，其它因素也对特定用途的堆焊组合物的适用性具有影响。一种这样的因素是堆焊材料的磁性能，例如磁导率。堆焊材料通常不会被设计为控制磁导率，而是通常具有高的磁导率。然而，增加的井下设备复杂性以及对于外部磁场或由该设备产生的磁场的变化的敏感性(与用于保护其的堆焊材料相关)，使得非常希望找到具有受控制的磁性能(特别是降低的磁导率)的堆焊材料，以避免干扰设备区域中的磁性测量。

因此，希望提供具有高的耐磨性和断裂韧性以及降低的磁导率的井下工具和部件。

发明内容

在示例性实施方案中，公开了一种非磁性、研磨性、耐磨的堆焊材料。该非磁性、研磨性、耐磨的堆焊材料包括多个非磁性的烧结碳化物球粒(pellet)。该堆焊材料还括非磁性基质合金，其中非磁性的烧结碳化物球粒分散在非磁性基质合金中。

附图简述

现在参照附图，其中在若干附图中将同样的元件用相同的附图标记表示：

图1为非磁性、研磨性、耐磨的材料的示例性实施方案的示意性横截面图解，该材料包含非磁性的烧结碳化物球粒，所述烧结碳化物球粒基本上均匀地分散在本文所公开的基质合金中；

图2为非磁性、研磨性、耐磨的材料的示例性实施方案的示意性横截面图解，该材料包含非磁性的烧结碳化物颗粒，并且非磁性的铸造碳化物颗粒基本上均匀地分散在本文所公开的基质合金中；

图3为非磁性、研磨性、耐磨的材料的示例性实施方案的示意性横截面图解，该材料包含基本上均匀分散在本文所述基质合金中的非磁性的基本上球形的烧结碳化物球粒、非磁性的基本上球形的铸造碳化物球粒、非磁性的破碎烧结碳化物颗粒以及非磁性的破碎铸造碳化物颗粒；

图4为如本文所公开的非磁性的基本上球形烧结碳化物球粒的示例性实施方案的光学显微图；

图5为非磁性的基本上球形烧结碳化物球粒的显微组织的扫描电子显微图，其示出了存在的相；

图6为非磁性、研磨性、耐磨的材料的示例性实施方案的显微组织的光学显微图，该材料包含基本上均匀地分散在如本文所述的基质合金中的非磁性的烧结碳化物球粒以及铸造碳化物颗粒；

图7A是施加于钻柱部件表面的如本文所公开的非磁性堆焊材料实施方案的示意性图解，显示了非磁性的钻柱部件以及所述非磁性堆焊材料的非磁性烧结碳化物球粒和基质合金的界面；

图7B是施加到位于钻柱部件表面上的中间材料的如本文所公开的非磁性堆焊材料实施方案的示意性图解，显示了所述中间材料以及所述非磁性堆焊材料的非磁性烧结碳化物球粒和基质合金的界面；

图8是本文所公开的示例性钻柱实施方案以及多种钻柱部件的示例性实施方案；

图9A-G是本文所公开的钻柱组件的示例性实施方案以及多种钻柱部件的示例性实施方案的示意图解；

图10是如本文所公开的具有布置在其上的非磁性堆焊材料的非磁性钻柱部件的制造方法的示例性实施方案；以及

图11是多种堆焊材料的耐磨性坐标图，包括本文所公开的非磁性堆焊材料的实施方案。

发明详述

本文参考图1-11以示例且非限定的方式来呈现所公开的材料、设备和方法的一个或多个实施方案的详细说明。