[发明专利]具有分布的硬质相的井场硬质面及其使用方法

说明书

本发明公开了一种可配置在组件(306)例如井场组件的表面上的硬质面(301)。所述硬质面包括表面部分和底面部分以及在它们之间限定的偏析线(428)。所述表面部分和底面部分各自包括基质相(434)和分布在所述基质相内的硬质相(436)，所述基质相包含由金属合金制成的基质组合物。所述硬质相可以包括由硬质材料(例如碳化钒)制成的耐磨组合物。所述表面部分(426a)具有第一浓度的所述耐磨组合物，所述底面部分(426b)具有第二浓度的耐磨组合物，并且所述第一浓度大于所述第二浓度，以便在所述组件的表面上确定耐磨表面。

与相关申请的交叉引用

本申请要求2015年9月21日提交的题为“具有分布的硬质相的井场硬质面及其使用方法”(Wellsite Hardfacing with Distributed Hard Phase and Method of UsingSame)的美国申请号14/860,506的优先权权益，所述申请通过引用以整体并入本文用于所有目的。

关于联邦资助的研究或开发的声明

不适用。

技术领域

本公开总的来说涉及用于进行井场作业的技术。更具体来说，本公开涉及在井场作业中使用的井场设备和硬质面(hardfacing)。

背景技术

可以进行油田作业以定位并收集有价值的井下流体。将石油钻机放置在井场处，并将井下设备例如钻井工具通过钻柱(drillstring)部署到地下以到达地下储层。在地面处，所述石油钻机被提供有各种不同的地面设备例如顶部驱动器、方钻杆(Kelly)和转台，以将钻管的支架部署在钻井孔中，以形成钻柱。将钻头安装在钻柱的下端并推进到土中，以形成钻井孔。所述地面设备可用于向钻管的支架施加扭矩并转动钻头。

井下设备在钻井期间暴露于可能引起磨损和损坏的严苛的钻井孔条件。为了抵抗这种磨损提供了硬质面。硬质面的实例提供在美国专利/申请号2011/0031028、2013068449和2013068741中，其全部内容通过参考并入本文。

发明内容

在至少一方面，本公开涉及一种可配置在组件表面上的硬质面。所述硬质面包括表面部分和底面部分以及限定在它们之间的偏析线(segregation line)。所述表面部分和底面部分各自包括基质相和分布在所述基质相内的硬质相，所述基质相包括含有金属合金的基质组合物。所述硬质相包括含有硬质材料的耐磨组合物。所述表面部分具有第一浓度的所述耐磨组合物，所述底面部分具有第二浓度的所述耐磨组合物，并且所述第一浓度高于所述第二浓度，由此在所述组件表面上确定了耐磨表面。

所述偏析线可以是从在第一位置处的硬质面的垂直厚度中点延伸到在第二位置处的硬质面的另一个垂直厚度中点的线。所述硬质面可以包含约5至约25重量％的所述耐磨组合物和/或约75至约95重量％的所述基质组合物。所述第一浓度可以包含≥约60重量％的所述耐磨组合物，并且所述第二浓度可以包含≤约40重量％的所述耐磨组合物。所述耐磨组合物可以包含粒径为约40至约250μm的粒子。所述基质组合物可以包含铁基合金、钴基合金和/或不锈钢。所述耐磨组合物可以包含碳化钒、碳化钛和/或硼化钛。所述耐磨组合物可以具有≥约2000的维氏硬度(Vickers Hardness)、≤约15.0g/cm³的密度和/或约5×10^-6m/m/K至约15×10^-6m/m/K的热膨胀系数。所述组件可以包含井场组件，并且所述表面可以是钢。

另一方面，本公开涉及一种可配置在井场组件表面上的硬质面。所述表面包含金属合金。所述井场组件可放置在钻井孔附近的井场处。所述硬质面包含基质相和硬质相，所述基质相包括含有金属合金的基质组合物，所述硬质相包括含有碳化钒的耐磨组合物。所述硬质相分布在所述基质相内，由此在所述井场组件的表面上确定了耐磨表面。

所述耐磨组合物可以包含≥约10重量％的碳化钒。