本申請(qǐng)要求2014年4月30日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/986,288的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，其公開(kāi)通過(guò)引用全部合并于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及適合于地下使用的組件(例如用于油氣回收鉆井的鉆桿)以及制作這樣的組件的方法。

背景技術(shù)：

用于地下使用的組件面對(duì)例如高壓、化學(xué)腐蝕和物理侵蝕等富有挑戰(zhàn)性的環(huán)境。這些組件在例如油氣回收、隧道施工和底層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)施工等應(yīng)用中非常有用或甚至是必要的。

例如，用于油氣回收的鉆井可牽涉使用鉆桿，其在鉆柱中彼此連接并且在末端處配備有鉆頭。鉆柱向鉆頭提供轉(zhuǎn)矩、力和循環(huán)流體以便穿透各種類型的地下地層。圖1示意示出示范性鉆柱的一部分，其包括每個(gè)長(zhǎng)度約30至45英尺并且在鉆桿1末端處通過(guò)工具接頭2彼此可連接的鉆桿1。圖1示出在鉆桿彼此連接之前的鉆桿?？杀Ｗo(hù)這些工具接頭以防被耐磨覆蓋3磨損并且它們可具有明顯大于鉆桿1的本體的直徑。在垂直鉆探條件下，工具接頭2可由于工具接頭2的較大直徑而保護(hù)鉆桿1的本體，這有效地避免鉆桿1的本體與鉆柱鉆探的井壁直接接觸。

如果井不是完全直的，例如在水平鉆探中，鉆柱或鉆柱中的個(gè)體鉆桿可彈性彎曲。鉆柱或個(gè)體鉆桿的彎曲、使用增加的鉆桿長(zhǎng)度(例如，約45英尺)或更接近工具接頭直徑但比之還要小的管直徑可使工具接頭對(duì)鉆桿本體的保護(hù)的有效性減小并且可導(dǎo)致鉆桿本體與井壁直接接觸。這樣的直接接觸可使鉆桿暴露于磨損機(jī)構(gòu)，其可明顯影響鉆桿的完整性。這樣的機(jī)構(gòu)可包括與地下地層接觸的磨損、金屬部件之間的磨損和/或刮傷以及與鉆探流體和鉆屑接觸的磨損。

保護(hù)鉆桿的可能方法可包括在鉆桿本體上放置一個(gè)或多個(gè)夾持器來(lái)使鉆桿保持遠(yuǎn)離井壁、在鉆桿上放置夾持器橡膠套、施加涂料、環(huán)氧樹(shù)脂涂層、應(yīng)用粉末冶金抗氧化、通過(guò)表面硬化或通過(guò)轉(zhuǎn)移等離子弧使特定材料與鉆桿的基層材料成合金的焊接或熔融工藝以及用包含鉻碳化物和硼化物的沉淀物的結(jié)晶鋼基體顯微組織熱噴涂耐磨層。

這些方法可能不足以消除鉆桿與井壁的直接接觸，或不足以防止鉆桿被這樣的接觸磨損。這些方法可引入另外的風(fēng)險(xiǎn)，其包括鉆桿的災(zāi)難性失效，例如在井下夾持器與鉆桿分離、焊接或熔融工藝引起的鉆桿基層材料的不可取冶金變化(例如由于鉆桿自身上的熱效應(yīng)引起的弱化和/或鉆桿內(nèi)表面上的耐腐蝕層的弱化)以及鉆桿的大量旋轉(zhuǎn)引起的應(yīng)力下熱噴涂結(jié)晶涂層的分層。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文公開(kāi)這樣的方法，其包括：將涂層噴涂到組件表面上，其中該涂層是至少部分非晶態(tài)的，其中涂層配置成保護(hù)組件以用于地下使用。

根據(jù)實(shí)施例，涂層未冶金結(jié)合到表面。

根據(jù)實(shí)施例，涂層是完全非晶態(tài)的。

根據(jù)實(shí)施例，組件是鉆桿、工作管柱或生產(chǎn)管。

根據(jù)實(shí)施例，涂層具有大于0.103％的彈性應(yīng)變極限。

根據(jù)實(shí)施例，涂層具有大于組件的屈服應(yīng)變的彈性應(yīng)變極限。

根據(jù)實(shí)施例，涂層具有低于組件的彈性模量的彈性模量。

根據(jù)實(shí)施例，涂層具有最多150GPa的彈性模量。

根據(jù)實(shí)施例，涂層具有高于表面硬度的硬度。

根據(jù)實(shí)施例，涂層與鋼之間的摩擦系數(shù)低于鋼與鋼之間的摩擦系數(shù)。

根據(jù)實(shí)施例，涂層通過(guò)熱噴涂工藝噴涂到表面上。

根據(jù)實(shí)施例，涂層通過(guò)冷噴涂工藝噴涂到表面上。

根據(jù)實(shí)施例，從由雙絲電弧噴涂、高速氧燃料噴涂、高速空氣燃料噴涂和等離子噴涂組成的組選擇熱噴涂工藝。

根據(jù)實(shí)施例，涂層包括完全或部分非晶態(tài)金屬合金。

根據(jù)實(shí)施例，非晶態(tài)金屬合金具有由化學(xué)式Fe_a(Cr,Mo)_b(B,C)_c M_d表示的組成，其中a是Fe的重量百分比，b是Cr和Mo的重量百分比總和，c是B和C的重量百分比總和，M是一個(gè)或多個(gè)過(guò)渡金屬并且d是所有過(guò)渡金屬的重量百分比總和。

根據(jù)實(shí)施例，a的值在40至56，b的值在40至50，c的值在4至6，并且d的值在0至10。

根據(jù)實(shí)施例，B的重量百分比等于或小于C的重量百分比。

根據(jù)實(shí)施例，Mo的重量百分比小于Cr的重量百分比。

根據(jù)實(shí)施例，非晶態(tài)金屬合金具有小于或等于1150℃的熔點(diǎn)。

根據(jù)實(shí)施例，涂層進(jìn)一步包括從由鎢、碳化物和硼化物組成的組選擇的粒子，其中這些粒子分布在非晶態(tài)金屬的基體中。

根據(jù)實(shí)施例，組件包括金屬，其從由鋼、鋁、鈦和鑄鐵組成的組選擇。

根據(jù)實(shí)施例，方法進(jìn)一步包括在噴涂涂層之前使表面變粗糙。

根據(jù)實(shí)施例，涂層具有中性或壓縮表面殘余應(yīng)力。

本文公開(kāi)適合于地下使用的組件，其包括其上具有涂層的至少一部分，其中該涂層是至少部分非晶態(tài)的。

根據(jù)實(shí)施例，組件是鉆桿、工作管柱或生產(chǎn)管。

根據(jù)實(shí)施例，部分是鉆桿的中間段。

根據(jù)實(shí)施例，部分包括工具接頭的部分。

本文公開(kāi)在地面鉆井的方法，其包括：獲得鉆柱，其包括鉆頭和連接于此的多個(gè)鉆桿，其中鉆桿中的至少一部分包括其上的涂層，該涂層是至少部分非晶態(tài)的；驅(qū)動(dòng)鉆頭。

根據(jù)實(shí)施例，井不是直的。

根據(jù)實(shí)施例，井具有與地面平行的段。

根據(jù)實(shí)施例，井具有與地面不平行的段。

本文公開(kāi)用于在地面鉆井的系統(tǒng)，其包括：鉆頭；彼此連接的多個(gè)鉆桿；其中鉆頭連接到鉆桿；其中鉆桿中的至少一部分包括其上的涂層，該涂層是至少部分非晶態(tài)的。

根據(jù)實(shí)施例，系統(tǒng)進(jìn)一步包括鏈鉗、脫氣器、除砂器、絞車、升降機(jī)、泥漿馬達(dá)、泥漿泵或泥漿罐。

附圖說(shuō)明

圖1是圖示鉆桿的示意圖，該鉆桿在管末端處的工具接頭上具有耐磨覆蓋以用于在鉆柱中與鄰接管的末端連接。

圖2是根據(jù)實(shí)施例非晶態(tài)金屬合金涂層噴涂到的鉆桿的中間段的側(cè)視圖。

圖3A是沿截面線III-III所取的圖2的鉆桿上的完全非晶態(tài)金屬合金的噴涂涂層的橫截面掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，其示出鉆桿、完全非晶態(tài)金屬合金涂層和其之間的機(jī)械結(jié)合的顯微結(jié)構(gòu)。

圖3B是沿截面線III-III所取的圖2的鉆桿上噴涂的部分非晶態(tài)金屬合金涂層的橫截面掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，其示出鉆桿、部分非晶態(tài)金屬合金涂層和其之間的機(jī)械結(jié)合的顯微結(jié)構(gòu)。

圖4A和圖4B是用于在鉆桿的中間段的外表面上施加涂層的相應(yīng)熱噴涂系統(tǒng)的示意圖。

圖5A示出通過(guò)XRD(x射線衍射)獲得的熱噴涂涂層材料(圖3A中的樣本1)的完全非晶態(tài)部分的特征，其示出在涂層材料中沒(méi)有任何結(jié)晶顯微結(jié)構(gòu)。

圖5B示出從納米壓痕法測(cè)試獲得的樣本1的加載-卸載壓痕曲線，從其可以確定涂層的彈性模量(楊氏模量)。

圖6A示出通過(guò)XRD(x射線衍射)獲得的熱噴涂涂層材料(圖3B中的樣本2)的部分非晶態(tài)部分的特征，其示出在多數(shù)非晶態(tài)基體中共存的多相結(jié)晶顯微結(jié)構(gòu)。

圖6B示出從納米壓痕法測(cè)試獲得的圖6A的樣本2的加載-卸載壓痕曲線，從其可以確定彈性模量(楊氏模量)。

圖7描繪完全非晶態(tài)涂層材料的DSC(差式掃描量熱測(cè)定)，其示出透明玻璃轉(zhuǎn)變和熔化溫度。

圖8是沿截面線III-III所取的鉆桿上的部分非晶態(tài)金屬合金基體中的碳化鎢粒子的噴涂涂層的橫截面掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，其示出鉆桿、部分非晶態(tài)金屬合金涂層和其之間的機(jī)械結(jié)合的微觀結(jié)構(gòu)。

圖9示出圖8的涂層的高倍放大掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，其示出部分非晶態(tài)合金基體中的碳化物粒子并且識(shí)別感興趣區(qū)。

圖10示出如由能量色散X射線(EDX)光譜法確定的在圖9中識(shí)別的感興趣區(qū)的化學(xué)組成，其證實(shí)碳化物和部分非晶態(tài)合金基體的組成(為了清楚起見(jiàn)，光譜垂直移位)。

圖11示出從納米壓痕法測(cè)試獲得的圖8的樣本的加載-卸載壓痕曲線，從其可以確定彈性模量(楊氏模量)。

圖12示出對(duì)于從納米壓痕法測(cè)試獲得的圖8的樣本的硬度vs.位移曲線，從其可以確定硬度。

具體實(shí)施方式

本文的公開(kāi)在提高對(duì)地下使用組件(例如鉆桿或生產(chǎn)管)保護(hù)和耐磨性方面可是有用的，而沒(méi)有使組件失效的風(fēng)險(xiǎn)增加。

根據(jù)實(shí)施例，用于地下使用的組件(例如，鉆桿、生產(chǎn)管)的至少一部分可用具有超過(guò)地下使用中組件的應(yīng)變的高彈性應(yīng)變極限的涂層熱噴涂(例如，在鉆桿向下打眼時(shí)通過(guò)鉆桿的彎曲)。用涂層熱噴涂的部分可包括可直接接觸的組件的一部分(例如鉆桿的中間段)，或可刮磨地下結(jié)構(gòu)。涂層可包括非晶態(tài)金屬合金。涂層可包括至少部分非晶態(tài)、非結(jié)晶、無(wú)序原子尺度結(jié)構(gòu)。涂層可具有比涂層設(shè)置所在的組件表面更高的硬度。涂層可在未使用冶金結(jié)合的情況下機(jī)械結(jié)合到組件的下伏面。當(dāng)組件是鉆桿時(shí)，涂層可提高對(duì)鉆桿的熱沖擊和熱循環(huán)的耐磨性或耐熱震性，而沒(méi)有使鉆桿中失效的風(fēng)險(xiǎn)增加。如與鉆桿中常用的鋼的僅僅約310HV(維氏硬度)相比，涂層的硬度可大于或等于500HV。如與鉆桿中常用的鋼的約200GPa相比，涂層的彈性模量可以是最多150GPa，或最多120GPa。涂層與鋼之間的摩擦系數(shù)可低于鋼(在鉆桿中常用)與鋼之間的摩擦系數(shù)。例如，涂層與鋼之間的摩擦系數(shù)可以是最多0.15。

涂層可以是帶(例如，沿鉆桿周邊的帶)。涂層可具有其他配置，例如螺旋(例如，沿鉆桿的螺旋)。涂層可以施加在鉆桿的中間段或其他部分上。涂層可使用將非晶態(tài)金屬合金多遍熱噴涂到例如0.005至0.1英寸的厚度而建立。涂層可通過(guò)熱噴涂工藝施加到組件(例如，鉆桿)，該熱噴涂工藝可從由雙絲電弧噴涂、高速氧燃料和高速空氣燃料以及等離子噴涂組成的組選擇。涂層可通過(guò)冷噴涂工藝施加到組件(例如，鉆桿)。

涂層中包括的非晶態(tài)金屬合金可采用粉末或絲的形式，其具有基本上由Cr 25-27％、B 2.0-2.2％、Mo 16-18％、C 2.0-2.5％、余量為Fe(以重量百分比表達(dá))組成的組成。表1示出涂層中可包括的非晶態(tài)金屬合金的示范性組成。

表1

在實(shí)施例中，涂層中包括的非晶態(tài)金屬合金可具有由化學(xué)式Fe_a(Cr,Mo)_b(B,C)_cM_d表示的組成，其中a是Fe的重量百分比，b是Cr和Mo的重量百分比總和，c是B和C的重量百分比總和，M是一個(gè)或多個(gè)過(guò)渡金屬并且d是所有過(guò)渡金屬的重量百分比總和。a的值可在40至56。b的值可在40至50。c的值可在4至6。d的值在0至10。在實(shí)施例中，B的重量百分比等于或小于C的重量百分比。在實(shí)施例中，Mo的重量百分比小于Cr的重量百分比。

當(dāng)通過(guò)熱噴涂工藝施加涂層時(shí)，非晶態(tài)金屬合金的熔點(diǎn)可小于或等于1150℃。非晶態(tài)金屬合金的相對(duì)低熔點(diǎn)使在涂覆期間到基層材料的熱輸入減少。涂覆期間低的熱輸入避免基層材料的不可取冶金變化或使之減少。當(dāng)將涂層施加到在鉆桿內(nèi)部上具有耐腐蝕層的鉆桿時(shí)，低的熱輸入還避免耐腐蝕層的不可取冶金變化或使之減少。非晶態(tài)金屬合金的低熔點(diǎn)還有助于形成涂層的非晶態(tài)顯微結(jié)構(gòu)。

在涂層還包括從由鎢、碳化物和硼化物組成的組選擇的耐磨粒子中的至少一個(gè)時(shí)，非晶態(tài)金屬合金可充當(dāng)涂層的基體材料。耐磨粒子可預(yù)先混合到非晶態(tài)金屬合金粉末或絲內(nèi)，或在噴涂期間并入。

圖2示意示出根據(jù)實(shí)施例具有涂層5的鉆桿1(作為組件的示例)的局部視圖。該鉆桿1在工具接頭2處連接到另一個(gè)鉆桿。涂層5可施加到例如鉆桿1的中間段4等部分。涂層5可具有大于組件(例如，鉆桿1)在地下使用時(shí)將經(jīng)歷的應(yīng)變(例如，在鉆探中使用，由例如在從垂直到水平鉆探期間鉆桿的彎曲引起)的彈性應(yīng)變極限。組件可經(jīng)歷多至0.103％的應(yīng)變。涂層5可具有大于組件的屈服應(yīng)變的彈性應(yīng)變極限，該屈服應(yīng)變可以在0.076至0.155％。例如，涂層5在它失效之前可承受例如0.17％的應(yīng)變。涂層5可具有比組件更高的彈性模量。涂層5在該示例中具有≤150GPa或≤120GPa的彈性模量，其低于鉆桿1的楊氏模量。在鉆桿中常用的鋼的楊氏彈性模量E是約29×10⁶PSI(200GPa)。涂層5可具有比施加涂層所在的組件(例如，鉆桿1)表面更高的強(qiáng)度(硬度)。涂層5在該示例中具有≥500HV(維氏硬度)的硬度。在鉆桿中常用的鋼的硬度是約310HV。涂層5的較高硬度、較低彈性模量、較高彈性應(yīng)變極限或它們的組合可至少部分歸因于涂層具有這樣的原子顯微結(jié)構(gòu)，其至少部分或完全非晶態(tài)的，而不是結(jié)晶原子結(jié)構(gòu)，并且可使涂層在地下使用中更耐磨。

根據(jù)實(shí)施例，為了形成涂層5，通過(guò)熱噴涂工藝將非晶態(tài)金屬合金施加到組件(例如，鉆桿1)的部分(例如，中間段4)，例如使用如在圖4A中示意描繪的雙絲電弧噴涂系統(tǒng)。在工藝中，非晶態(tài)金屬合金的兩個(gè)絲(6和7)通過(guò)送絲8饋送并且?guī)щ?，一個(gè)為正并且一個(gè)為負(fù)。絲被強(qiáng)制在一起并且形成電弧，從而使絲熔化。經(jīng)過(guò)噴嘴10的壓縮空氣使來(lái)自絲的熔化金屬原子化并且將它噴涂到該部分(例如，鉆桿1的中間段4)上。通過(guò)移動(dòng)組件或噴嘴10，可控制涂層的區(qū)域。例如，鉆桿旋轉(zhuǎn)同時(shí)噴嘴靜止導(dǎo)致在鉆桿的中間段的外表面附近形成帶。系統(tǒng)的額定電流越高(例如，350安培、700安培等)，噴涂速率越高。在示例實(shí)施例中，采用具有200～225安培的額定電流的系統(tǒng)。涂層5涂覆的中間段4的長(zhǎng)度可變化。涂層5的厚度可改變?？苫谠阢@探期間鉆桿所經(jīng)歷的預(yù)期曲率半徑、鉆桿和鉆套的相對(duì)直徑等來(lái)選擇長(zhǎng)度和厚度。在示例中，鉆桿的中間三分之一長(zhǎng)度被涂覆，但可以涂覆更小或更大長(zhǎng)度以使鉆探期間管表面上的預(yù)期磨損減少。

涂層可以是薄層，例如30毫寸(0.030英寸)的數(shù)量級(jí)。薄涂層在組件(例如，鉆桿)上經(jīng)歷快速冷卻，從而導(dǎo)致形成至少部分(例如，多數(shù)(在圖6A中示出)或完全(在圖5A中示出))非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，而不是結(jié)晶結(jié)構(gòu)。可應(yīng)用多遍熱噴涂涂層來(lái)建立到期望厚度的涂層5來(lái)保護(hù)組件以免磨損。在示例中，涂層5具有由多遍熱噴涂形成的0.05英寸厚度。盡管在示例中使用雙絲電弧噴涂，其他熱噴涂工藝(其包括高速氧燃料和高速空氣燃料)或冷噴涂、等離子工藝可以用于施加涂層。代替絲形式或除絲形式外，涂層的非晶態(tài)金屬合金可以采用粉末形式。圖4B描繪用于利用高速氧燃料工藝噴涂粉末非晶態(tài)金屬合金的設(shè)置。例如鎢、碳化物和硼化物等耐磨粒子也可以作為混合物在非晶態(tài)金屬合金絲或粉末內(nèi)施加，其中在沉積涂層后，非晶態(tài)金屬合金充當(dāng)耐磨粒子的基體。要涂覆的部分的表面可以在涂覆之前通過(guò)噴砂變粗糙(例如參見(jiàn)圖3A和3B)，以便于涂層到表面的結(jié)合。

涂層5可形成與表面的機(jī)械結(jié)合，如與具有與表面的冶金結(jié)合相對(duì)。機(jī)械結(jié)合在圖3A和3B中描繪的涂覆鉆桿的顯微結(jié)構(gòu)中示出。涂層到表面的結(jié)合強(qiáng)度可在7,000～10,000psi的范圍內(nèi)。

根據(jù)實(shí)施例，因?yàn)榻M件上噴涂的涂層5由于多數(shù)或完全非晶態(tài)而經(jīng)歷很少或沒(méi)有收縮，涂層5具有中性或略微壓縮的殘余表面應(yīng)力。相比之下，結(jié)晶金屬涂層凝固且收縮，這導(dǎo)致拉伸表面應(yīng)力。拉伸表面應(yīng)力可采用凹形方式使涂覆的物體變彎并且可導(dǎo)致分層。涂層5中的中性或略微壓縮表面力可提高涂層到下伏面的結(jié)合強(qiáng)度。

涂層的至少部分非晶態(tài)結(jié)構(gòu)可有助于在鉆探期間利用某些組件(例如鉆桿)的高循環(huán)來(lái)提高耐磨性和抗分層性。更具體地，在涂層中可以使用Fe-Cr-B-Mo-C合金、Ni-Cr-Si-B-Mo-Cu-Co合金、Fe-Cr-B-Mn-Si合金、Fe-Cr-B-Si合金、Fe-Cr-B-Mn-Si-Cu-Ni-Mo合金、Fe-Cr-B-Mn-Si-Ni合金、Fe-Cr-Si-B-Mn-Ni-WC-TiC合金、Fe-Cr-Si-Mn-C-Nd-Ti合金、Fe-Cr-P-C合金、Fe-Cr-Mo-P-C合金、Fe-Cr-Mo-P-C-Ni合金、Fe-P-C-B-Al合金、Fe-Cr-Mo-B-C-Si-Ni-P合金、Fe-Cr-Mo-B-C-Si-W-Ni合金、Ni-Cr-Mo-B合金、Fe-B-Si-Cr-Nb-W合金、Fe-Cr-Mo-B-C-Y合金、Fe-Cr-Mo-B-C-Y-Co合金、Fe-Cr-Mo-W-Nb合金、Fe-Cr-Mo-B-C-Si-W-Mn合金、Fe-Cr-Si-W-Nb合金中的一個(gè)或多個(gè)。

圖5B和6B示出關(guān)于如在圖3A和3B中識(shí)別的涂層5的樣本1和2的納米壓痕法測(cè)試的結(jié)果。涂層5在鉆桿上熱噴涂。楊氏彈性模量可以從通過(guò)測(cè)試獲得的圖5B和6B的加載-卸載壓痕曲線計(jì)算為≤120GPa以提供大于通過(guò)在鉆探期間使鉆桿彎曲(鉆探從垂直到水平具有偏離)引起的應(yīng)變的彈性應(yīng)變極限，連同≥500HV的高涂層強(qiáng)度(硬度)。圖5A和6A代表完全非晶態(tài)涂層材料和包含非晶態(tài)基體涂層材料的部分晶相的XRD標(biāo)繪圖。圖7描繪涂層的差式掃描量熱測(cè)定，其示出透明玻璃轉(zhuǎn)變溫度和熔化溫度。

根據(jù)實(shí)施例，涂層可以是復(fù)合物，其包括例如在涂層的非晶態(tài)金屬合金基體中分布的鎢碳化物和硼化物等粒子。表2示出以下的組成、楊氏模量和硬度：非晶態(tài)金屬合金“A”(樣本1)的同質(zhì)涂層、非晶態(tài)金屬合金“B”(樣本2)的同質(zhì)涂層、在基體非晶態(tài)金屬合金“A”(樣本4和樣本5)中分布的碳化鎢(WC)粒子的復(fù)合涂層以及在基體非晶態(tài)金屬合金“B”(樣本3和樣本6)中分布的碳化鎢(WC)粒子的復(fù)合涂層。利用來(lái)自MTS的納米壓痕儀XP進(jìn)行納米壓痕測(cè)量。利用多至700mN的負(fù)載且利用最大2μm的穿透深度進(jìn)行壓痕。從完整的加載/卸載周期中負(fù)載vs.位移曲線確定涂層的硬度和楊氏模量。

表2

參考表2的樣本1作為示范性實(shí)施例，看到它的彈性模量是110GPa，其僅僅是鋼的約55％。鋼通常在例如鉆桿和其他井下管材等地下組件中使用。具有低彈性模量的涂層可由于下列原因而是有益的。地下組件可在井下作業(yè)期間經(jīng)歷拉伸、壓縮和彎曲負(fù)載。這些負(fù)載導(dǎo)致偏斜，或從工程方面導(dǎo)致應(yīng)變。因?yàn)橥繉訖C(jī)械結(jié)合到組件，涂層可承受與組件基本上相同的應(yīng)變。根據(jù)定義，對(duì)于指定應(yīng)變量，彈性模量越低，應(yīng)力越低。從而在指定應(yīng)變下，具有低彈性模量的涂層將比具有高彈性模量的涂層經(jīng)受更低應(yīng)力水平。如此，具有低彈性模量的涂層開(kāi)裂的可能性比具有高彈性模量的涂層更低。盡管樣本1具有高于鋼的彈性模量，它具有6.8GPa的硬度，其超過(guò)鋼(3.0GPa左右)的兩倍。硬度是耐磨性的通用指標(biāo)。因此看到樣本1的涂層提供高耐磨性連同由于井下加載引起的開(kāi)裂的傾向性減小。

圖8示出表2的樣本4的示范性復(fù)合涂層。在通過(guò)噴砂而變粗糙的襯底上用HVOF噴涂施加樣本4的涂層到約20毫寸的厚度。如由表2指示的，樣本4的涂層包括設(shè)置在部分非晶態(tài)金屬合金(Cr 25-27％、B 2.0-2.2％、Mo 16～18％、C 2.0-2.5％、余量為Fe)基體中的約20％的碳化鎢粒子。

圖9是圖8的涂層的高倍放大圖像。標(biāo)簽1、2和3識(shí)別用EDX評(píng)價(jià)組分的化學(xué)性質(zhì)所處的位點(diǎn)。

圖10示出在圖9中標(biāo)識(shí)的標(biāo)簽1、2和3處的位點(diǎn)處的化組分。在光學(xué)和化學(xué)上看到碳化鎢粒子仍然離散且被環(huán)繞基體所包含，但在化學(xué)上不受影響。

再次參考表2，如通過(guò)納米壓痕方法測(cè)量且在圖11中繪制的，樣本4的彈性模量是173GPa。該彈性模量是鋼的約87％以及常規(guī)碳化鎢涂層的約一半。硬度(如在圖12中繪制的)是11.6，其是鋼的近4倍，并且與常規(guī)碳化鎢涂層的相當(dāng)。因此看到樣本#4的涂層可在具有與鋼相似模量的涂層中提供大大增加的耐磨性，并且也提供可與碳化鎢涂層相似的耐磨性，但具有低得多的模量并且從而由于井下加載所施加的應(yīng)變引起的開(kāi)裂的傾向性更低。

還可以噴涂各種設(shè)計(jì)的涂層，其包括螺旋配置、帶或只是通過(guò)整個(gè)組件的薄層。涂覆的組件還可以由鋼或例如鋁或鈦等其他材料形成。本公開(kāi)與之有關(guān)的本領(lǐng)域和技術(shù)內(nèi)的工作人員將意識(shí)到描述的結(jié)構(gòu)的更改和改變并且可實(shí)踐過(guò)程而并未有意義偏離該公開(kāi)的原理、精神和范圍。

因此，前面的描述不應(yīng)解讀為僅關(guān)于在附圖中描述和圖示的精確結(jié)構(gòu)，而相反應(yīng)與下列權(quán)利要求一致且作為權(quán)利要求的支持來(lái)解讀，這些權(quán)利要求具有它們的最充分和公正范圍。