[发明专利]一种可溶卡瓦表面喷涂方法及其可溶卡瓦

说明书

本发明公开一种可溶卡瓦表面喷涂方法及其可溶卡瓦，包括以下步骤：在可溶镁合金制作的卡瓦表面加工若干环形槽；清理卡瓦表面油污和污渍；在加工有环形槽的卡瓦表面超音速喷涂镍基碳化钨颗粒，控制镍基碳化钨颗粒到达卡瓦的温度不超过200℃，镍基碳化钨颗粒与卡瓦紧密结合，形成过渡层打底；加热镍基碳化钨颗粒，温度达到镍粉的熔点但小于碳化钨颗粒的熔点，把熔融的镍粉和未熔融的碳化钨颗粒混合物喷涂到过渡层打底的表面；采用封闭剂固化喷涂颗粒；本发明先利用超音速喷涂镍基碳化钨颗粒的过渡层打底，再喷涂包含熔融状态的镍粉和未熔融状态的碳化钨颗粒混合物，能够提高镍基碳化钨颗粒与卡瓦表面的结合强度和稳定性，提高卡瓦承载能力。

技术领域

本发明涉及油田设备技术领域，特别是涉及一种可溶卡瓦表面喷涂方法及其可溶卡瓦。

背景技术

在石油工程完井、压裂作业技术领域中，常需要对直井、定向井或者水平井井筒的不同层段进行分段压裂作业，在分段压裂过程中，需要使用桥塞实现层间封隔，桥塞包括起锚定和支撑作用的卡瓦。

之前卡瓦采用铸铁材料或者其它金属材料，在作业完成后，需要用铣屑工具对桥塞进行铣屑，铣屑效率比较慢，并需要把残余的大块金属进行打捞作业，这个工作耽误了很多作业时间，增加了钻井作业成本和降低了工作效率。后来出现了以镁合金为主的快钻桥塞产品，可溶桥塞能实现分段压裂作业时的层间封隔，且由于其可溶解的特性，可以在井下液体中溶解，无需钻磨作业就可以实现井筒的通径，桥塞使用后，铣屑桥塞容易，铣屑效率大大提高。

可溶桥塞出现主要是解决桥塞在规定的作业时间发挥作用后，用超过50℃和一定盐度的溶液对桥塞本体材料进行溶解，溶解的小块碎屑随泥浆排除，避免了铣屑和打捞作业，大大提高了作业效率。但是可溶桥塞的材料镁合金比较软，卡瓦本体没有足够的摩擦力来支撑桥塞坐封压力，因此在卡瓦上钻孔安装硬质合金片、陶瓷片、金刚石复合材料等来解决卡瓦表面需要高硬度的耐磨材料的问题。但是，这种设计的局限就是卡瓦本体融化后，这些硬度高的合金片无法通过泥浆直接排除，需要打捞作业。

针对上述问题，设计出来的可溶桥塞卡瓦采用喷涂镍基合金颗粒的方式来替代硬质合金片。桥塞使用完后，根据材料的选择，选择合适的溶液温和盐度的溶液一定时间后，镍基合金涂层会融化成小块的碎屑，随着返排液一起排除地面，不影响生产作业。大大提高了作业效率和节约成本。

但是，传统的喷涂方法有很多局限，采用传统的喷涂方法并不能达到最优的效果：

超音速喷涂：只能是物理结合，而且颗粒很细，对提高表面摩擦力起不到太大的作用；喷焊重熔：零件不耐高温，这个工艺需要加热到1150℃左右的温度，镁合金承受不了这么高的温度；激光堆焊：堆焊层与基体的结合不好，在使用过程中，表面涂层容易脱落；采用胶水等固化剂：这个方法虽然能解决涂层与基体的结合强度，涂层颗粒之间的结合，但是，颗粒之间的结合强度不够，颗粒容易脱落。

申请公布号为CN 112377122 A的中国专利公开了一种全可溶卡瓦，全可溶卡瓦的制备方法是在水溶性镁铝合金本体上覆上一层耐磨性强、摩擦系数高的镍基合金薄层，制作时，将熔融或软化的镍基合金粉末喷射到水溶性镁铝合金本体的表面，但是，这种直接喷涂的方式镍基合金与镁铝合金本体的连接结构稳固性交差，其能够达到的承载压力优先，无法满足较大承载能力。

申请公布号为CN 108643849 A的中国专利公开了一种可溶卡瓦及可溶桥塞，该方案中卡瓦本体的外壁设置有粘结层，且粘结层的表面凹凸不平，粘结层上设置有表面涂层，表面涂层采用硬质合金颗粒制备得到，该方案虽然采用了凹凸不平的表面来提高与硬质合金颗粒的结合强度，但是其连接稳固性仍旧有限，同样不能达到较大的承载能力。

申请公布号为CN 111763906 A的中国专利公开了一种超音速等离子体喷涂镍基合金涂层的系统和方法，然而，经过采用在可溶卡瓦表面超音速等离子体喷涂镍基碳化钨的实验后，其实验结果证实并不能达到合格标准。

发明内容