一种使用ptfe制作的螺杆钻具定子及应用于该定子的ptfe的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种使用PTFE制作的螺杆钻具定子，W及应用于该定子的PTFE。
【背景技术】
[0002] 聚四氣己締（PT阳）树脂具有优异的耐高低温、耐腐蚀、耐老化、高绝缘、不黏等性 能，但由于其尺寸稳定性差、导热性能差、蠕变大、硬度低，尤其是在载荷下易磨损，使它在 机械承载、摩擦磨损和密封润滑等领域的应用受到限制。因此为了拓展PTFE的应用领域， 需要对其填充改性，即利用填充粒子硬度大、耐磨、尺寸稳定、导热性好等优点来改善PTFE 的缺陷。
[0003] 而螺杆钻具是一种W钻井液为动力，把液体压力能转为机械能的容积式井下动力 钻具。它一般由旁通阀、螺杆马达、万向节、轴承和驱动轴几部分组成，其核屯、是螺杆马达。 而螺杆马达又由定子和转子组成。现有技术中，如图1所示，定子包括管型的壳体100 W及 匹配紧密连接在壳体内壁上的橡胶衬套201，所示管型壳体100的内壁上设置有内凹的螺 纹槽，所述螺纹槽设置有至少3条并且并列设置在壳体内壁100上，所述螺纹槽的螺旋方 向均一致并且W定子中屯、轴为其螺旋方向伸展轴，所述橡胶衬套201通过高压注射在壳体 100的内壁上，呈螺纹状且与壳体100匹配连接。
[0004] 由于现有技术中定子的管型外壳内壁上设置有内凹的螺纹槽，因此，管型外壳加 工技术难度高，成型工艺复杂，且产生较多的加工余料，大大增加加工成本。此外，橡胶衬 套是通过高压注射在壳体的内壁上，成型工艺也非常复杂，加工成本高，劳动效率低。而现 有技术中螺杆钻具的橡胶衬套材料一般为NBR和HNBR，其中，HNBR的极限温度（静态）为 176°C，但是高温井的长期温度接近170°C，根据螺杆钻具的工作特性，温度很容易集中在橡 胶衬套与转子接触的部分，定、转子间相互挤压、扭转的动态生热。当温度较高、并长期集中 在W上区域，则将会导致橡胶衬套老化，从而引起橡胶破坏。所W，现有技术中高温井的螺 杆钻具使用寿命较短，一般只有100多个小时，使用周期短，且维护要求高，严重影响了钻 井工作的效率和开展进度，增加钻井成本。
[0005] 为了解决现有技术中螺杆钻具存在的上述问题，加紧研制与开发用于制造定子的 抗磨损耐高温的弹性材料与可靠的轴承系统，从而使螺杆钻的工作寿命得到显著提高，同 时研制低速大扭矩螺杆W适用于钻深孔和超深孔也是本领域的一个主要突破方向。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出一种使用寿命长，生产成 本及维护成本低，钻井效率高的使用PTFE制作的螺杆钻具定子，并提出一种生产成本低、 使用寿命长的应用于螺杆钻具定子的PTFE。
[0007] 本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种使用PTFE制作的螺杆钻具定子， 从外到内依次主要为定子金属外管、聚合物层，所述聚合物层采用PTFE制作。
[000引本发明利用具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性 和良好的抗老化耐力的PTFE制备定子的聚合物层，突破性地在螺杆钻具定子中使用，从而 使得螺杆钻具定子在170°C左右具有良好的初弹性，能耐钻井液的长期腐蚀，耐强酸强碱， 尺寸稳定性极好，使用寿命可W提高到25化W上，并延长维护周期，进而降低生产和设备 的维护成本。
[0009] 作为优选，所述聚合物层内壁或外壁上设置有内凹的螺纹槽，所述螺纹槽设置有 至少1条并且并列地设置在聚合物层的壁上，所述螺纹槽的螺旋方向均一致并且W定子中 屯、轴为其螺旋方向伸展轴。本发明可W在定子的内壁上或者外壁上或者内壁W及外壁上设 置螺纹槽结构，通过外壁上设置的螺纹槽结构可W与定子金属外管内壁上对应设置的螺纹 槽相匹配吻合，起到与定子金属外管固定更为稳定的效果，能够提高定子结构稳定性，延长 使用寿命，同时根据生产使用的需要，设定螺纹槽的数量，是在壁上均匀分布或者局部地不 均匀分布或者在壁上紧密相邻地设置均可，使得定子的结构具有较大的灵活性，定子可W 根据转子功率、转矩等方面的参数来实际选择螺纹槽的安排和设计。
[0010] 作为优选，所述螺纹槽并列相邻地设置在整个聚合物层内壁或外壁上。本发明中 螺纹槽W-条或者并列的多条的方式螺旋设置在整个聚合物层的内壁或者外壁的表面上， 从而使得定子对转子的转矩作用力更为稳定均匀，避免了在生产作业过程中，因受力不均 而对设备造成损害，从而能够延长设备的使用寿命，降低生产成本。
[0011] 本发明的另一个目的还在于提供一种应用于螺杆钻具定子的PTFE，包括PTFE W 及添加剂，所述的添加剂包括聚離離酬粉末、碳纤维、玻璃纤维、W及石墨，所述各组分组成 (W质量百分比计）为；聚離離酬粉末；1-1〇%，碳纤维；〇. 5-10%，玻璃纤维；0. 5-20%，石 墨；0. 5-10%，余量为聚四氣己締粉末。
[0012] 聚離離酬（PEEK)具有优异的机械性能W及耐热和耐化学品侵蚀性能，在PTFE中 加入部分PE邸，并配伍加入碳纤维、玻璃纤维、石墨等，提高PTFE的综合性能。一方面，玻 璃纤维和碳纤维本身脆性较大，且与基体结合力较差，在PTFE中填充玻璃纤维、石墨和碳 纤维后，PTFE材料的冲击强度会下降。而石墨的加入对PTFE材料冲击强度影响并不太大， 比填充等量玻璃纤维的影响要小的。且在添加玻璃纤维和石墨改性PTFE材料摩擦磨损性 能时，玻璃纤维和石墨的比例不易太大。在考虑添加玻璃纤维、石墨和碳纤维提高PTFE材 料摩擦磨损性能时，要同时考虑所加填充改性材料对PTFE冲击性能的影响，一面材料初性 下降太大，导致复合材料的综合性能下降。另一方面，纯PTFE的初性很好，而加入的玻璃纤 维是无机纤维，会阻碍PTFE大分子链的链间滑移，过多的玻璃纤维会成为复合材料的应力 集中物，使微裂纹更易萌发，从而导致抗拉强度降低。经实验发现填充石墨、碳纤维、玻璃纤 维增强PTFE材料，其断裂伸长率和弹性模量比单纯填充玻璃纤维或者单纯填充石墨要提 高许多。但当玻璃纤维含量过多，改性PTFE转化为脆性材料，其加工性能恶化，使用寿命缩 短。且碳纤维价格较高。因此综合各方面原因，本发明将0.5-10%的碳纤维，0.5-20%的玻 璃纤维，0. 5-10%的石墨添加到含有PE邸的PTFE中，得到性能较好的改性PTFE材料。
[0013] 作为优选，在上述应用于螺杆钻具定子的PTFE中，所述40-60 %石墨的粒径为 60-80 ym，40-60%石墨的粒径为30-50皿。纳米石墨或微米石墨的加入均能提高PT阳材 料的硬度，复配添加纳米和微米石墨更能显著提高PTFE材料的硬度，因为石墨粒子分布于 基体材料中，能一定程度上阻止PTFE大分子的运动，改善基体材料的塑性变形，较多的石 墨在PTFE材料中起到了承受载荷的作用，使PTFE材料的硬度有所增加。纳米石墨在基体 中能较均匀地分散，与聚合物基体形成较强的结合界面，提高PTFE材料的性能。因此，本发 明将添加到改性PT阳中的石墨的40-60%的粒径控制在60-80 y m，40-60 %石墨的粒径为 30-50皿，通过纳米与微米石墨的共同作用，更有效地提高材料的硬度。
[0014] 作为优选，在上述应用于螺杆钻具定子的PTFE中，所述碳纤维、玻璃纤维的直径 均为10-20 ym，长径比均为（100-200) ;1。
[0015] 本发明公开的应用PTFE的螺杆钻具的定子，包括管型的定子金属外管W及匹配 紧密连接定子金属外管内壁上的聚合物层，聚合物层与定子金属外管同轴设置，聚合物层 壁上设置有内凹的螺纹槽，螺纹槽设置有至少3条并且并列地设置在聚合物层的壁上，螺 纹槽的螺旋方向均一致并且W定子中屯、轴为其螺旋方向伸展轴。
[0016] 作为优选，螺纹槽并列相邻地设置在整个聚合物层内壁上。同时定子外壁上可W 没有螺纹槽，W降低加工难度，也可W设置螺纹槽，W提高定子与定子金属外管之间的咬合 能力，提高定子的稳固性。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有W下几个优点：
[001引 1、本发明公开的应用于螺杆钻具定子的PT阳材料配伍合理，在PT阳中加入阳邸， 并复配添加碳纤维、玻璃纤维、微米与纳米复配的石墨等，提高了 PTFE材料的耐热性和耐 磨性，降低了摩擦磨损量，降低了摩擦系数和线膨胀系数，提高了高温下的硬度、强度。
[0019] 2、本发明螺杆钻具的定子采用配伍合理的PTFE材料制得，定子材料在170°C左右 具有良好的初性，耐强酸强碱，能耐钻井液的长期腐蚀，尺寸稳定性极好，使用寿命提高到 250h W上。
[0020] 3、本发明能有效地延长定子的使用寿命，延长了维护周期，进而降低了生产和设 备的维护成本。
【附图说明】
[0021] 图1、本发明公开的定子的一种实施例的结构示意图；
[0022] 图2、本发明公开的定子的一种实施例的主视图（聚合物层不等厚）；
[0023] 图3、本发明公开的定子的另一种实施例的主视图（聚合物层等厚）。
[0024] 附图标记列表：
[0025] 1、定子金属外管；2、聚合物层；3、转子。
【具体实施方式】
[0026] W下是本发明的具体实施例，并结合【附图说明】对本发明的技术方案作进一步的描 述，但本发明并不限于该些实施例。
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