一種使用ptfe和fep共混物制作的螺桿鉆具定子及應(yīng)用于該定子的含氟材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種螺桿鉆具的定子，尤其設(shè)及一種使用PTFE和FEP共混物制作的螺 桿鉆具定子及含氣材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 螺桿鉆具是一種W鉆井液為動(dòng)力，把液體壓力能轉(zhuǎn)為機(jī)械能的容積式井下動(dòng)力鉆 具。它一般由旁通閥、螺桿馬達(dá)、萬向節(jié)、軸承和驅(qū)動(dòng)軸幾部分組成，其核屯、是螺桿馬達(dá)。而 螺桿馬達(dá)又由定子和轉(zhuǎn)子組成?，F(xiàn)有技術(shù)中，如圖1所示，定子包括管型的殼體100W及匹 配緊密連接在殼體內(nèi)壁上的橡膠襯套201，所示管型殼體100的內(nèi)壁上設(shè)置有內(nèi)凹的螺紋 槽，所述螺紋槽設(shè)置有至少3條并且并列設(shè)置在殼體內(nèi)壁100上，所述螺紋槽的螺旋方向均 一致并且W定子中屯、軸為其螺旋方向伸展軸，所述橡膠襯套201通過高壓注射在殼體100 的內(nèi)壁上，呈螺紋狀且與殼體100匹配連接。
[0003] 由于現(xiàn)有技術(shù)中定子的管型外殼內(nèi)壁上設(shè)置有內(nèi)凹的螺紋槽，因此，管型外殼加 工技術(shù)難度高，成型工藝復(fù)雜，且產(chǎn)生較多的加工余料，大大增加加工成本。此外，橡膠襯 套是通過高壓注射在殼體的內(nèi)壁上，成型工藝也非常復(fù)雜，加工成本高，勞動(dòng)效率低。而現(xiàn) 有技術(shù)中螺桿鉆具的橡膠襯套材料一般為NBR和HNBR，其中，HNBR的極限溫度（靜態(tài)）為 176°C，但是高溫井的長(zhǎng)期溫度接近170°C，根據(jù)螺桿鉆具的工作特性，溫度很容易集中在橡 膠襯套與轉(zhuǎn)子接觸的部分，定、轉(zhuǎn)子間相互擠壓、扭轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)生熱。當(dāng)溫度較高、并長(zhǎng)期集中 在W上區(qū)域，則將會(huì)導(dǎo)致橡膠襯套老化，從而引起橡膠破壞。因此，高溫井的螺桿鉆具使用 壽命一般100多小時(shí)，使用周期短，維護(hù)要求高，影響了鉆井工作的效率和開展進(jìn)度，增加 了鉆井成本。
[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中螺桿鉆具存在的上述問題，加緊研制與開發(fā)用于制造定子的 抗磨損耐高溫的彈性材料與可靠的軸承系統(tǒng)，從而使螺桿鉆的工作壽命得到顯著提高，同 時(shí)研制低速大扭矩螺桿W適用于鉆深孔和超深孔也是本領(lǐng)域的一個(gè)主要突破方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種使用PTFE和FEP共混物制作的螺桿鉆具定子 及應(yīng)用于該定子的PTFE和FEP共混物，通過利用PTFE和FEP共混物在耐磨性、工作溫度區(qū) 間、耐候性好W及摩擦系數(shù)低等方面的優(yōu)勢(shì)，從而在螺桿鉆具定子的工作溫度區(qū)間W及在 磨損率等方面有效改善鉆具的性能，從而極大地延長(zhǎng)了螺桿鉆具定子的使用壽命，降低生 產(chǎn)維護(hù)成本，提高鉆井效率。
[0006] 本發(fā)明公開的使用PTFE和FEP共混物制作的螺桿鉆具定子，從外到內(nèi)依次主要為 定子金屬外管、聚合物層，聚合物層采用PTFE和FEP共混物制作。本發(fā)明方案中利用PTFE 和FEP共混物制備定子的聚合物層，突破性地在螺桿鉆具定子中使用含氣材料，從而使得 螺桿鉆具定子具有更好的耐磨性、阻燃性和耐高溫性能，生產(chǎn)作業(yè)溫度高，磨損率低，從而 極大地延長(zhǎng)了定子的使用壽命，降低設(shè)備的維護(hù)成本。
[0007] 作為一種優(yōu)選，聚合物層內(nèi)壁或外壁上設(shè)置有內(nèi)凹的螺紋槽，螺紋槽設(shè)置有至少1 條并且并列地設(shè)置在聚合物層的壁上，螺紋槽的螺旋方向均一致并且W定子中屯、軸為其螺 旋方向伸展軸。本方案可W在定子的內(nèi)壁上或者外壁上或者內(nèi)壁W及外壁上設(shè)置螺紋槽 結(jié)構(gòu)，通過外壁上設(shè)置的螺紋槽結(jié)構(gòu)可W與定子金屬外管內(nèi)壁上對(duì)應(yīng)設(shè)置的螺紋槽相匹 配吻合，起到與定子金屬外管固定更為穩(wěn)定的效果，能夠提高定子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽 命，同時(shí)根據(jù)生產(chǎn)使用的需要，設(shè)定螺紋槽的數(shù)量，是在壁上均勻分布或者局部地不均勻分 布或者在壁上緊密相鄰地設(shè)置均可，使得定子的結(jié)構(gòu)具有較大的靈活性，定子可W根據(jù)轉(zhuǎn) 子功率、轉(zhuǎn)矩等方面的參數(shù)來實(shí)際選擇螺紋槽的安排和設(shè)計(jì)。
[000引作為一種優(yōu)選，螺紋槽并列相鄰地設(shè)置在整個(gè)聚合物層內(nèi)壁或外壁上。本方案中 螺紋槽W-條或者并列的多條的方式螺旋設(shè)置在整個(gè)聚合物層的內(nèi)壁或者外壁的表面上， 從而使得定子對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩作用力更為穩(wěn)定均勻，避免了在生產(chǎn)作業(yè)過程中，因受力不均 而對(duì)設(shè)備造成損害，從而能夠延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，降低生產(chǎn)成本。
[0009] 本發(fā)明公開的應(yīng)用于螺桿鉆具定子的PT陽和陽P共混物，包括PT陽、陽PW及添 加劑，所述的添加劑包括增強(qiáng)纖維和金屬粉末，所述各組分組成（W重量份數(shù)計(jì)）為；PTFE 和陽P共混物100份、添加劑10-30份。
[0010] 本發(fā)明應(yīng)用于螺桿鉆具定子的PTFE和FEP共混物制成，其中，F(xiàn)EP結(jié)晶烙化點(diǎn)為 580F，密度為2. 15g/cm3,是一種軟性塑料，其拉伸強(qiáng)度、耐磨性、抗蠕變性低于許多工程塑 料，且還具備不引燃、可阻止火焰的擴(kuò)散，耐候性優(yōu)良，摩擦系數(shù)較低等特點(diǎn)。而PTFE的密 度為2. 1-2. 3g/cm3,機(jī)械性質(zhì)較軟，表面能低，具有耐高低溫、耐腐蝕、耐氣候、低摩擦系數(shù)、 高潤(rùn)滑等使用性能。本發(fā)明將PTFE和FEP共混物應(yīng)用于螺桿鉆具定子，從而有效地降低在 長(zhǎng)期使用中的形變和損耗，改善定子對(duì)鉆井高溫、高濕、腐蝕性等環(huán)境因素的耐受性，從而 極大地延長(zhǎng)了定子設(shè)備的使用壽命，降低螺桿鉆具及其定子的使用和維護(hù)成本，并且提高 了生產(chǎn)的效率。
[0011] 此外，本發(fā)明PT陽和陽P共混物中還添加有添加劑，添加劑由增強(qiáng)纖維和金屬粉 末組成。其中，增強(qiáng)纖維可W在保證共混物原來的加工性能的基礎(chǔ)上，大幅度提高共混物基 體的物理力學(xué)性能，同時(shí)改善共混物的尺寸穩(wěn)定性、耐熱性、耐磨損能力等性能，降低成本。 而金屬粉末可W提高基體的導(dǎo)熱性、剛性、強(qiáng)度、硬度、耐熱性、耐磨損性等性能，將增強(qiáng)纖 維和金屬粉末復(fù)配填充本發(fā)明PTFE和FEP共混物，可W顯著提高共混物的強(qiáng)度、硬度、耐熱 性等綜合性能。而經(jīng)過本發(fā)明研究得出，本發(fā)明共混物的制品的耐磨性與制品的強(qiáng)度呈線 性關(guān)系，強(qiáng)度越高，耐磨性越好。
[0012] 作為一種優(yōu)選，PT陽和陽P共混物中PT陽占70-90%，陽P占10-30%。
[0013] 作為一種優(yōu)選，所述增強(qiáng)纖維和金屬粉末的重量比為（1. 5-2. 5) ;1。添加劑在上 述重量比范圍內(nèi)時(shí)，由于增強(qiáng)纖維和金屬粉末之間的協(xié)同作用的影響，制品最終的強(qiáng)度和 耐磨性得到較大的提升。
[0014] 作為一種優(yōu)選，所述增強(qiáng)纖維為碳纖維、玻璃纖維、棚纖維、芳絕纖維、聚醋纖維、 巧龍纖維、聚酷亞胺纖維中的一種或多種。增強(qiáng)纖維的直徑優(yōu)選為10-20ym，長(zhǎng)徑比為 (100-200) ；1〇
[0015] 本發(fā)明增強(qiáng)纖維進(jìn)一步優(yōu)選先采用表面改性劑進(jìn)行表面改性，所述表面改性劑包 括稀±濃度為0. 1-0. 5%的稀±改性劑和2-5%的偶聯(lián)劑。改性工藝優(yōu)選為將增強(qiáng)纖維在 常溫下置入按上述比例配置成的表面改性劑中浸潤(rùn)1-化，然后在80-120°C下烘3-化制得。 偶聯(lián)劑和稀±處理劑均能改善增強(qiáng)纖維的表面性能，提高增強(qiáng)纖維的表面活性，W致提高 增強(qiáng)纖維和共混物基體間界面結(jié)合能力，使增強(qiáng)纖維不易從共混物基體中脫離，阻止了共 混物基體的轉(zhuǎn)移，減少了制品疲勞裂紋和剝落的產(chǎn)生，降低了制品的磨損。
[0016] 作為一種優(yōu)選，所述金屬粉末為銅粉、鐵粉、鶴粉、鐵粉、侶粉、鉛粉中的一種或多 種。本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選由兩種及W上金屬粉末組成，質(zhì)量比為任意比。且優(yōu)選金屬粉末的 粒徑小于0. 3ym。
[0017] 本發(fā)明通過采用PTFE和FEP共混物制作的螺桿鉆具定子，使得鉆具及應(yīng)用該鉆具 的定子具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0018] 耐高溫一一使用工作溫度達(dá)250°C。
[0019] 耐低溫一一具有良好的機(jī)械初性；即使溫度下降到-196°C，也可保持5%的伸長(zhǎng) 率。
[0020] 耐腐蝕一-對(duì)大多數(shù)化學(xué)藥品和溶劑，表現(xiàn)出惰性、能耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、水和各種有機(jī) 溶劑。
[0021] 耐氣候一一有塑料中最佳的老化壽命。
[0022] 高潤(rùn)滑一一是固體材料中摩擦系數(shù)最低者。
[002引不粘附一一是固體材料中最小的表面張力，不粘附任何物質(zhì)。
[0024] 能夠較好地滿足螺桿鉆具定子在地下鉆井環(huán)境應(yīng)該的高要求。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
[0026] 1.本發(fā)明公開的PT陽和陽P共混物長(zhǎng)期使用溫度超過200°C，且在250°CW上時(shí)， 仍具有良好的實(shí)用性能，大大優(yōu)于現(xiàn)階段定子材料NBR和HNBR。
[0027] 2.本發(fā)明PTFE和FEP共混物具有優(yōu)異的耐磨性和耐蠕變性能，比PTFE具有更小 的壓縮永久變形，更好的回彈性。
[002引 3.本發(fā)明對(duì)PTFE和FEP共混物采用增強(qiáng)填料進(jìn)行增強(qiáng)改性，使其強(qiáng)度更高、摩擦 系數(shù)更小、回彈性更好、耐腐蝕性和耐高溫性等性能更優(yōu)越，使用壽命更久。
[0029] 4.本發(fā)明螺