229 / 2021-04-12 14:01:05

高端钻探机械关键部件表面防护涂层技术及其工程应用

表面防护,钻探机械,热喷涂,工程应用

研发高端钻探机械是保障实施国家“三深一土”重大战略的必要条件之一。表面涂层被誉为钻具的“铠甲”，其结构和性能决定着钻进效率和钻进能力。中国地质大学（北京）联合相关单位，研发了钻探机械关键部件表面防护涂层技术，成功制备了适用于海洋和寒域等苛刻工况环境的钻具结构功能一体化涂层，并实现了工业化应用，切实提高了钻探装备的服役性能和服役寿命。主要成果包括：

1. 发明海洋钻具表面防腐耐磨涂层技术，并揭示其防腐耐磨机理

为解决海洋钻具关键部件的腐蚀、磨损失效等工程问题，发明了非晶防腐耐磨和纳米晶/孪晶增强结构功能一体化涂层技术，全面提升了海洋钻具的钻进能力和服役寿命。通过优化深海钻具结构功能涂层理论模型，利用超音速火焰喷涂和冷喷涂技术，在海洋钻具关键部件（钻杆、钻铤等）和涡轮钻具关键部件（涡轮叶片等）表面成功制备了铁基非晶涂层，使钻具表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性能显著提升。该技术被成功推广应用于“南海科钻”和“汶川科钻”等重大钻井工程的钻具防腐耐磨防护，效果良好。

2. 发明寒域钻具表面耐磨防结冰涂层技术，并揭示其耐磨防结冰机理

为应对寒域钻具的低温服役工况，解决因结冰导致的钻井液循环不畅、冰屑阻塞、钻井效率低、甚至卡钻等工程瓶颈问题，研制了“金属陶瓷/PTFE”耐磨防结冰一体化涂层技术，在寒域钻具关键部件（钻头钢体、钻杆、回扩器、分动器、等）表面成功制备了金属陶瓷/PTFE涂层，使其磨损率显著降低，并表现出优异的疏水性和防结冰特性。该技术已在新疆、内蒙、东北等冬季寒冷地区的地质钻井和非常规油气资源井钻具上成功应用，使其在低温环境中的钻进效率大幅提升。