[实用新型]一种耐磨损膨胀锥

说明书

技术领域

本实用新型属于油气田开发技术领域，具体的说涉及一种耐磨损膨胀锥。

背景技术

膨胀管技术是石油工程领域内出现的重大新技术，也是近几年的一个热点研究领域。膨胀管技术是在液压或机械力的作用下，驱动膨胀锥在膨胀管内产生轴向移动，使膨胀管超过弹性极限发生永久塑性变形从而达到增大采油管柱或井眼内径的目的。膨胀管技术可有效地解决传统井深结构井越深、套管层数越多，最终的井眼直径将会很小的问题，可用于钻井、完井、采油、修井等作业过程。

目前国内外所用膨胀锥为高强度钢，膨胀管是由低碳钢经特殊加工而成的套管。套管的膨胀过程也就是膨胀锥表面和膨胀套管内表面构成的一对摩擦副的摩擦过程。由于膨胀锥的外径大于膨胀管的内径，塑性变形所需要的力导致膨胀锥与可膨胀套管内表面间的接触压力远远高于普通机械传动中接触表面间的压力，机械轴承中，接触面压通常只有20-50MPa，研究结果表明，为了使套管被扩张变形，膨胀工具与套管内壁间的接触面压力可以高达500-800MPa，作业过程中接触界面伴随极高的温升，由于膨胀锥和膨胀管材料都属于钢材，所以存在粘着现象，造成一定的粘着磨损。且作业环境中存在的砂粒，对膨胀锥表面造成严重的磨粒磨损和破坏，因此在膨胀过程中对膨胀锥存在严重的摩擦磨损问题。膨胀管作业过程中的磨损主要包括粘着磨损、接触疲劳磨损和磨粒磨损，通过提高膨胀锥表面材料的强度和硬度，改变膨胀锥和膨胀管接触界面的材料特性，可以使膨胀锥的磨损降低。

国内外主要以在膨胀管表面涂润滑剂、包含润滑剂的微胶囊涂层、在膨胀锥中附加一个机构用以提供润滑剂等方法降低摩擦磨损，但液体润滑材料在接触面压力高达500-800MPa时不能发挥作用，固体润滑涂层在长井段的膨胀过程中存在严重的磨损消耗脱落失去作用等问题，导致膨胀锥磨损严重，提高了作业风险。完全用硬质合金材料制成的膨胀锥，可以显著提高膨胀锥的硬度，但由于硬质合金材料脆性大，在膨胀作业过程中存在容易脆裂的危险。本实用新型的目的就在于针对上述现有方法的不足，提供一种新的提高膨胀锥耐磨损、延长膨胀锥使用寿命的方法。将高强度钢与硬质合金在设计结构上相结合，在膨胀锥工作面机械加工出一个50-500μm深的预制涂层槽，在槽中设置50-500μm硬质涂层，涂层与膨胀锥基体表面无台阶牢固结合，把以前的钢与钢接触变成了钢与硬质合金接触，减轻粘着磨损，膨胀锥工作面达到高硬度，耐磨粒磨损性能提高，且不存在锥体脆裂的风险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种耐磨损膨胀锥，本实用新型的膨胀锥能够提高膨胀锥在膨胀过程中的耐磨损性能，减小膨胀过程中膨胀锥表面与膨胀管表面钢材之间的粘附力，延长膨胀锥的使用寿命。

为达上述目的，本实用新型提供了一种耐磨损膨胀锥，所述膨胀锥1在工作面设置预制涂层槽4，该预制涂层槽跨越膨胀锥保径段3和变径段2的交界部分设置，其中该预制涂层槽4在变径段2的宽度不小于变径段宽度的三分之二，预制涂层槽4围绕膨胀锥1设置一圈；预制涂层槽4内设置硬质涂层5，且硬质涂层5覆盖预制涂层槽4全部底部表面；

根据本实用新型所述的耐磨损膨胀锥，本实用新型优选所述硬质涂层5为硬度大于60HRC的硬质涂层；

根据本实用新型所述的耐磨损膨胀锥，本实用新型优选所述硬质涂层5为硬度60～70HRC的硬质涂层；

根据本实用新型所述的耐磨损膨胀锥，所述硬质涂层5可以采用本实用新型常规的硬质涂层材料，譬如碳化钨涂层、氧化铬涂层等；本实用新型优选所述硬质涂层5为碳化钨的硬质涂层。

其中本领域技术人员应当理解的是，本实用新型中变径段的宽度，指的是变径段沿膨胀锥中心轴线的方向的宽度。

根据本实用新型所述的耐磨损膨胀锥，设置预制涂层槽4的膨胀锥周长占全部膨胀锥总周长；也就是说所述预制涂层槽4围绕膨胀锥1设置一圈。

根据本实用新型所述的耐磨损膨胀锥，所述预制涂层槽4深度50-500μm。

根据本实用新型所述的耐磨损膨胀锥，所述硬质涂层厚度与所述预制涂层槽深度相一致。

根据本实用新型所述的耐磨损膨胀锥，所述硬质涂层5是在膨胀锥工作面加工出预制涂层槽4后，通过热喷涂、激光熔覆或堆焊方法设置在预制涂层槽4内的硬质涂层。

根据本实用新型所述的耐磨损膨胀锥，所述硬质涂层5是将所述硬质涂层5设置在预制涂层槽4内后进行镜面抛光处理的硬质涂层，使得槽内涂层与膨胀锥表面无台阶光滑过渡。

根据本实用新型所述的耐磨损膨胀锥，在膨胀锥工作面加工出预制涂层槽4后，先经过预处理再将所述硬质涂层5设置在预制涂层槽4内。