УДК 622.24::550.832.75::620.178.16
(UDK 622.24::550.832.75::620.178.16)
Авторизуйтесь
Купить журнал
Купить статью
(INFLUENCE OF DRILLING TOOL WEAR- RESISTANT COATING THICKNESS ON ELECTROMAGNETIC LOGGING QUALITY)
Представлен расчетный способ количественной оценки влияния локального износостойкого пояска на корпусе бурового прибора на качество электромагнитного каротажа. Поясок моделируется в виде электропроводящего замкнутого контура, в котором переменное магнитное поле передающей катушки (передатчика) возбуждает вихревые токи. Они формируют вторичное поле в пояске и паразитную составляющую на приемной катушке (приемнике), что приводит к амплитудно-фазовым искажениям. Получены зависимости, связывающие геометрию моделируемого узла, электромагнитные свойства материала и толщину защитного слоя с уровнем паразитной связи и интегральным индексом качества каротажа. Расчетный способ дополнен оценкой ресурса работы покрытия по данным испытаний на износ, что позволяет строить зависимости качества каротажа от наработки и варьировать их путем выбора материала, толщины и компоновки защитных элементов.
Расчеты выполнены для твердых сплавов WC–Co, твердосплавных наплавок, вставок из поликристаллического алмаза на твердосплавной подложке, а также электроизоляционных керамических покрытий. Показано, что для проводящих и магнитных материалов увеличение толщины покрытия повышает ресурс, однако это сопровождается снижением качества каротажа, особенно при близком расположении пояска к антеннокатушечным узлам: индекс качества уменьшается до 45–70 %. Увеличение расстояния между пояском и катушками существенно ослабляет паразитное влияние и обеспечивает сохранение качества на уровне 93–97 %. Для электроизоляционных керамик, обеспечивающих требуемую износостойкость, ухудшение качества каротажа в рассмотренном диапазоне толщин пренебрежимо мало, что делает их перспективными. Предложенный подход может использоваться для предварительного выбора материала и толщины покрытия, а также обоснования конструктивных мер по снижению вихретоковых эффектов.
This paper presents a calculation-based method for quantitatively assessing the effect of a localized wear-resistant band on the housing of a drilling tool on the quality of electromagnetic logging measurements. The band is modeled as an electrically conducting closed loop in which the alternating magnetic field of the transmitting coil (transmitter) induces eddy currents. These currents generate a secondary field in the band and a parasitic component at the receiving coil (receiver), resulting in amplitude-phase distortions. Relationships are obtained that link the geometry of the modeled assembly, the electromagnetic properties of the material, and the thickness of the protective layer to the level of parasitic coupling and an integral logging-quality index. The calculation procedure is supplemented by an estimate of the service life of the coating based on wear-test data, which makes it possible to construct dependencies of logging quality on operating time and to vary them by selecting the material, thickness, and layout of the protective elements.
The calculations were performed for WC–Co cemented carbides, hardfacing layers, polycrystalline diamond (PDC) inserts on a cemented-carbide substrate, as well as electrically insulating ceramic coatings. It is shown that, for conductive and magnetic materials, increasing the coating thickness improves service life; however, this is accompanied by a reduction in logging quality, especially when the band is located close to the antenna-coil assemblies: the quality index decreases to 45–70 %. Increasing the distance between the band and the coils significantly reduces the parasitic influence and maintains logging quality at 93–97 %. For electrically insulating ceramics that provide the required wear resistance, the deterioration in logging quality over the considered thickness range is negligible, which makes them promising. The proposed approach can be used for preliminary selection of the coating material and thickness, as well as for substantiating design measures aimed at reducing eddy-current effects.
О.В. Денисов1
В.Н. Малышев1
1 ФГАОУ ВО «Российский государственный университет нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина» (Москва, Россия).
O.V. Denisov1
V.N. Malyshev1
1 National University of Oil and Gas “Gubkin University” (Moscow, Russia).
Денисов О.В., Малышев В.Н. Влияние толщины износостойкого покрытия бурового прибора на качество электромагнитного каротажа // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2026. № 5–6. С. 80–88. EDN: CTRGRI.
Denisov OV, Malyshev VN. Influence of drilling tool wear-resistant coating thickness on electromagnetic logging quality. Oil and Gas Territory [Territorija “NEFTEGAS”]. 2026; (5–6): 80–88. (In Russian)
Мезенцев Д.Ю., Постнов А.С., Иванов А.В., Денисов О.В. Теоретические основы эксплуатации забойных телеметрических систем и наземной аппаратуры в процессе бурения скважин. М.: СВИВТ, 2025. 248 с.
Кауфман А.А., Алексеев Д.А., Ористальо М. Принципы электромагнитных методов наземной геофизики / пер. с англ. Д.А. Алексеева. Тверь: АИС, 2016. 558 с.
Денисов О.В., Малышев В.Н. Стойкость к абразивному изнашиванию современных материалов буровых каротажных приборов // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2025. № 11–12. С. 66–75. EDN: BNAFGO.
Balaguru S., Gupta M. Hardfacing studies of Ni alloys: a critical review // J. Mater. Res. Technol. 2021. Vol. 10. P. 1210–1242. DOI: 10.1016/j.jmrt.2020.12.026.
Денисов О.В., Малышев В.Н., Полушин Н.И. Применение абразива на основе электрокорунда для испытаний твердосплавного армирования каротажных приборов на износ // Губкинский университет в решении вопросов нефтегазовой отрасли России: сб. тр. IX регион. науч.-техн. конф. М.: РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2025. С. 156. EDN: VBQOTP.
Денисов О.В., Малышев В.Н. Влияние лазерной закалки и газопламенной наплавки на твердость и износостойкость защитного покрытия телеметрических приборов для каротажа // Упрочняющие технологии и покрытия. 2024. Т. 20, № 8 (236). С. 352–358. DOI: 10.36652/1813-1336-2024-20-8-352-358. EDN: ZPICJI.
Yin Z., Tao S., Zhou X. Effect of the thickness on properties of Al2O3 coatings deposited by plasma spraying // Mater. Charact. 2011. Vol. 62, № 1. P. 90–93. DOI: 10.1016/j.matchar.2010.11.002.
Fahim N.F., Kobayashi A. Gun current optimization for preparation of silicon carbide films by gas tunnel type plasma spraying // Trans. JWRI. 2006. Vol. 35, № 1. P. 29–33. DOI: 10.18910/10357.
Olesko K., Szymanowski H., Gazicki-Lipman M., et al. Thin Si N C films deposited from hexamethyldisilazane by RF PECVD technique for optical filter applications // Mater. Sci.-Pol. 2017. Vol. 36, № 1. P. 56–68. DOI: 10.1515/msp-2017-0109.
Di Girolamo G., Blasi C., Pagnotta L., et al. Phase evolution and thermophysical properties of plasma sprayed thick zirconia coatings after annealing // Ceram. Int. 2010. Vol. 36, № 8. P. 2273–2280. DOI: 10.1016/j.ceramint.2010.07.035.
General Carbide Corporation. The Designer’s Guide to Tungsten Carbide. Greensburg (PA): General Carbide, 2023. 60 p. URL: https://generalcarbide.com/pdf/General-Carbide-Designers-Guide-Tungsten-Carbide.pdf (дата обращения: 01.03.2026).
Understanding cemented carbide // Sandvik Hard Materials: офиц. cайт. URL: https://www.precisionbyhyperion.com/wp-content/uploads/2022/06/All_About_Carbide-1.pdf (дата обращения: 01.03.2026).
Фальковский В.А., Клячко Л.И. Твердые сплавы. М.: Руда и металлы, 2005. 416 с.
Zirconia // CoorsTek: офиц. cайт. URL: https://www.coorstek.com/en/materials/zirconia/ (дата обращения: 01.03.2026).
Performance SiC // Morgan Advanced Materials PLC: офиц. cайт. URL: https://www.morgantechnicalceramics.com/media/4w2fxqma/performance-sic.pdf (дата обращения: 01.03.2026).
Nitride Bonded Silicon Carbide (NBSC) // AZO Materials: офиц. сайт. URL: https://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID=149 (дата обращения: 01.03.2026).
Luo R., Li P., Wei H., et al. Structure and electrical insulation characteristics of plasma-sprayed alumina coatings under pressure // Ceram. Int. 2018. Vol. 44, № 6. P. 6033–6036. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.12.216.
Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 487 с.
Mezentsev DYu, Postnov AS, Ivanov AV, Denisov OV. Theoretical Principles of Downhole Telemetry and Surface Equipment Operation in Drilling. Moscow: SVIVT; 2025. (In Russian)
Kaufman AA, Alekseev DA, Oristaglio M. Principles of Electromagnetic Methods in Surface Geophysics. Trans. DA Alekseev. Tver’: AIS; 2016. (In Russian)
Denisov OV, Malyshev VN. Durability of some modern protective materials of drilling logging devices to abrasive wear. Oil and Gas Territory [Territorija “NEFTEGAS”]. 2025; (11–12): 66–75. (In Russian)
Balaguru S, Gupta M. Hardfacing studies of Ni alloys: a critical review. J. Mater. Res. Technol. 2021; (10): 1210–1242. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.12.026.
Denisov OV, Malyshev VN, Polushin NI. Use of electrocorundum-based abrasive for wear testing of hard alloy reinforcement of logging tools. In: Gubkin University in solving oil and gas industry issues of Russia: Proceedings of the IX Regional Scientific and Technical Conference, 7 October 2025; Moscow, Russia. Moscow: National University of Oil and Gas “Gubkin University”; 2025. P. 156. (In Russian)
Denisov OV, Malyshev VN. Effect of laser hardening and gas-flame surfacing on hardness and wear resistance of logging telemetry devices protective coating. Strengthening Technologies and Coatings [Uprochnyayuschie tekhnologii i pojrytiya]. 2024; Vol. 20, 236(8): 352–358. https://doi.org/10.36652/1813-1336-2024-20-8-352-358. (In Russian)
Yin Z, Tao S, Zhou X. Effect of the thickness on properties of Al2O3 coatings deposited by plasma spraying. Mater. Charact. 2011; 1(62): 90–93. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2010.11.002.
Fahim NF, Kobayashi A. Gun current optimization for preparation of silicon carbide films by gas tunnel type plasma spraying. Trans. JWRI. 2006; 1(35): 29–33. https://doi.org/10.18910/10357.
Olesko K, Szymanowski H, Gazicki-Lipman M, Balcerzak J, Szymański W, Pawlak W, et al. Thin Si N C films deposited from hexamethyldisilazane by RF PECVD technique for optical filter applications. Mater. Sci.-Pol. 2017; 1(36): 56–68. https://doi.org/0.1515/msp-2017-0109.
Di Girolamo G, Blasi C, Pagnotta L, Schioppa M. Phase evolution and thermophysical properties of plasma sprayed thick zirconia coatings after annealing. Ceram. Int. 2010; 8(36): 2273–2280. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2010.07.035.
General Carbide Corporation. The Designer’s Guide to Tungsten Carbide. Greensburg (PA): General Carbide; 2023. Available from: https://generalcarbide.com/pdf/General-Carbide-Designers-Guide-Tungsten-Carbide.pdf [Accessed: 1 March 2026].
Sandvik Hard Materials. Understanding Cemented Carbide. Available from: https://www.precisionbyhyperion.com/wp-content/uploads/2022/06/All_About_Carbide-1.pdf [Accessed: 1 March 2026].
Falkovsky VA, Klyachko LI. Hard Alloys. Moscow: Ore and Metals [Ruda i metally]; 2005. (In Russian).
CoorsTek Technical Ceramics. Zirconia. Available from: https://www.coorstek.com/en/materials/zirconia/ [Accessed: 1 March 2026].
Morgan Advanced Materials PLC. Performance SiC. Available from: https://www.morgantechnicalceramics.com/media/4w2fxqma/performance-sic.pdf [Accessed: 1 March 2026].
AZO Materials. Nitride Bonded Silicon Carbide (NBSC). Available from: https://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID=149 [Accessed: 1 March 2026].
Luo R, Li P, Wei H, Chen H, Yang K. Structure and electrical insulation characteristics of plasma-sprayed alumina coatings under pressure. Ceram. Int. 2018; 6(44): 6033–6036. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.12.216.
Kalantarov PL, Tseytlin LA. Inductance Calculation. 3rd ed. Leningrad: Energoatomizdat; 1986. (In Russian).
Вход
Главная
Журналы
Назад к журналу