一種具有高工位結構的鉆桿結構及制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種具有高工位結構的鉆桿結構及制造方法。它包括鉆桿管體、公接頭、母接頭；所述的母接頭與高工位結構一體化加工而成，所述的高工位結構由位于中間的圓柱體與兩邊的過渡圓錐體構成，兩個圓錐體的錐度分別為18度、35度；所述高工位結構中間圓柱體的外徑與鉆桿接頭外徑之比為85～95%。它通過改變標準鉆桿的結構，使鉆桿在井口進行上卸扣旋接作業時，鉆井工人使用液壓大鉗的工位提高到與人體適應的高度，通過改善作業舒適度，提高上卸扣作業效率；同時，配套使用氣動式無牙輪卡瓦，消除舊式牙輪卡盤在咬合夾持時對管體的嚙傷。
【專利說明】一種具有高工位結構的鉆桿結構及制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鉆桿，特別是一種具有高工位結構的鉆桿結構及制造方法。
【背景技術】
[0002]鉆桿是石油天然氣鉆采的必須工具。鉆桿從結構上分為鉆桿管體、公接頭、母接頭三部分，公母接頭經過焊接連接成整體形成鉆桿，鉆桿間通過公母接頭的螺紋旋接，形成鉆柱，鉆柱主要起傳遞扭矩和鉆井液循環作用。世界上普遍采用美國石油學會的API系列標準，因此也稱為API鉆桿或標準鉆桿。國內外目前制造使用的鉆桿(起過渡作用的加重鉆桿、施加扭矩的方鉆桿除外)均采用這種結構。實際鉆井作業顯示，標準鉆桿在井口進行旋接上卸扣時，井口的一支鉆桿的母接頭的臺肩卡坐在卡盤上，卡盤內的牙輪夾持結構將鉆桿母接頭下方管體夾持固定；另一根接續的鉆桿在起吊后公接頭與井口鉆桿的母接頭對接、認扣，再用液壓大鉗施加扭矩旋接兩支鉆桿，依次類推，增加鉆柱長度；反之，鉆柱退出拆卸時，過程基本一致，只是將上扣，變成卸扣。對標準鉆桿進行上卸扣，一般都需要鉆井工人進行認扣和操作液壓大鉗作業，由于標準鉆桿接頭液壓大鉗夾持部位與井臺距離較短，上卸扣工位較低，工人進行上卸扣操作時，必須彎腰作業，腰部難以舒展，造成工人勞動強度較大，作業效率降低，而且易形成腰痛的職業病。此外，鉆桿旋接時坐在卡盤上的井口鉆桿，母接頭下方的管體要受到牙輪的咬夾，往往在咬夾持部位(恰巧也是鉆桿加厚過渡帶消失處，即應力集中部位)造成嚙傷，嚙傷點位壁厚減小，容易發生腐蝕，萌生腐蝕裂紋，在應力的作用下，裂紋擴展，形成刺漏，造成鉆桿失效。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種具有高工位結構的鉆桿結構及制造方法，主要解決上述現有產品所存在的缺陷，通過改變標準鉆桿的結構，使鉆桿在井口進行上卸扣旋接作業時，鉆井工人使用液壓大鉗的工位提高到與人體適應的高度，通過改善作業舒適度，提高上卸扣作業效率；同時，配套使用氣動式無牙輪卡瓦，消除舊式牙輪卡盤在咬合夾持時對管體的嚙傷。
[0004]為實現上述發明目的，本發明的技術方案是:
[0005]一種具有高工位結構的鉆桿結構，它包括鉆桿管體、公接頭、母接頭；其特征在于:所述的母接頭與高工位結構一體化加工而成，所述的高工位結構由位于中間的圓柱體與兩邊的過渡圓錐體構成，兩個圓錐體的錐度分別為18度、35度；所述高工位結構中間圓柱體的外徑與鉆桿接頭外徑之比為85?95%。
[0006]所述的具有高工位結構的鉆桿結構，其特征在于:所述的高工位結構與母接頭錐面臺肩之間部分壁厚相同，與鉆桿管體端部加厚平行段壁厚相同，而且大于鉆桿管體壁厚。
[0007]一種如上所述的具有高工位結構的鉆桿結構的加工方法，其特征在于:它包括如下步驟:
[0008]第一步:高工位結構與鉆桿母接頭結合體的加工，即:鉆桿母接頭與所述高工位結構為一體化加工而成；第二步:鉆桿管體的加厚加工；
[0009]第三步:熱處理加工；
[0010]第四步:摩擦焊與焊縫熱處理。
[0011]所述的具有高工位結構的鉆桿結構的加工方法，其特征在于:所述第一步中具體步驟為:
[0012](I)確定適合的材料牌號；
[0013](2)依據所需加工成型后的規格，選取適合的厚壁管；
[0014](3)進行母接頭螺紋加工；
[0015](4)高工位結構加工；母接頭螺紋加工結束后，使用車銑設備進行高工位結構加工和焊徑過渡段、焊徑段外圓柱面加工；其中:高工位結構與母接頭之間的圓柱部分為焊徑過渡段，高工位結構與另一端面之間的圓柱部分為焊徑段，加工后形成的高工位結構外徑與鉆桿接頭外徑之比為85?95%。
[0016]所述的具有高工位結構的鉆桿結構的加工方法，其特征在于:所述的第二步中鉆桿管體與高工位部分的焊徑段，需要經過摩擦焊連接；為了增大焊縫處的連接強度，使用控制成型加厚方法對管體兩端進行加厚，以增大焊接面積。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的結構示意圖。
[0018]圖中:1_鉆桿管體；2_公接頭；3_母接頭；4_高工位結構；41_圓柱體；42、43_圓錐體；51、52_焊縫。
【具體實施方式】
[0019]請參閱圖1，本發明提供了一種具有高工位結構的鉆桿結構。如圖所示:它包括鉆桿管體1、公接頭2、母接頭3。所述的母接頭2與高工位結構4 一體化加工而成，所述的高工位結構4由位于中間的圓柱體41與兩邊的過渡圓錐體42、43構成，兩個圓錐體42、43的錐度分別為18度、35度；所述高工位結構中間圓柱體41的外徑與鉆桿接頭2、3外徑之比為85?95%。
[0020]所述的高工位結構與母接頭錐面臺肩之間部分壁厚相同，與鉆桿管體端部加厚平行段壁厚相同，而且大于鉆桿管體壁厚。
[0021]上述具有高工位結構的鉆桿結構的加工方法，其特征在于:它包括如下步驟:
[0022]第一步:高工位結構與鉆桿母接頭結合體的加工。其特征為:鉆桿母接頭與所述高工位結構為一體化加工而成(非焊接連接形成)。具體步驟為:(1)確定適合的材料牌號(包括:E、X、G、S四個鋼級)、規格(包括:3英寸、3.5英寸、4英寸、4.5英寸、5英寸、5.5英寸、6英寸、6.5英寸等)；(2)依據所需加工成型后的規格，選取適合的厚壁管。以5英寸(管體外徑)鉆桿為例，厚壁管的長度為850?1150mm，壁厚為79.78mm，外徑為170.28mm,內徑為90.5mm ;其中:外徑較最終要求尺寸大2mm，作為精車余量；(3)進行母接頭螺紋加工，母接頭的規格尺寸、螺紋等，可依據具體所配對的接頭規格、螺紋型號確定后加工，加工方法與普通鉆桿接頭加工方法相同；(4)高工位結構加工。母接頭螺紋加工結束后，使用車銑設備進行高工位結構加工和焊徑過渡段、焊徑段外圓柱面加工(高工位結構與母接頭之間的圓柱部分為焊徑過渡段，高工位結構與另一端面之間的圓柱部分為焊徑段)，加工后形成的高工位結構外徑與鉆桿接頭外徑之比為85?95%，以5英寸鉆桿為例，其接頭外徑為168.28mm,高工位結構外徑為150mm,高工位結構的長度為50?150mm ;高工位結構與焊徑過渡段部分、焊接段采取18度圓錐面過渡，圓錐面與焊徑過渡段、焊徑段外表面融匯處(圓錐底面)采用38.1度圓弧過渡，目的在于減小應力集中。加工后形成的焊徑過渡段、焊徑段外徑小于高工位結構外徑，焊徑段外徑大于焊徑過渡段外徑。母接頭、高工位結構、焊徑段的內徑保持一致。以5英寸規格鉆桿為例，車削加工后形成的焊徑過渡段外徑為127mm，焊徑段外徑為130.5mm，母接頭、焊徑過渡段、焊徑段、高工位段的內徑為90.5mm。
[0023]第二步:鉆桿管體的加厚加工。鉆桿管體與高工位部分的焊徑段，需要經過摩擦焊連接，為了增大焊縫處的連接強度，一般需要增大焊縫處焊接面積。本方法使用控制成型加厚方法對管體兩端進行加厚，以增大焊接面積。具體為:先進行外部模具控制加厚，兩道次的外加厚后，再通過縮徑把外加厚轉移到內部，形成所需要的加厚平行段、內加厚過渡段，加熱方式為中頻加熱爐，加熱溫度為1050°C?1120°C，加厚比為1.35?1.45。使用控制成型加厚方法，克服了傳統自由成型加厚方法的缺陷，鉆內加厚過渡錐面光滑平順，過渡平緩，沒有截面突變，內加厚過渡帶長度(Miu)達到160mm以上。同樣的方法，對管體的另一端(與公接頭焊接的一端)進行控制成型加厚，完成于公接頭焊徑的面積匹配。
[0024]第三步:熱處理加工。對經過上述第一步車削加工后的高工位結構與鉆桿母接頭結合體(包括母接頭、焊徑過渡段、高工位結構、焊縫段)和管體，進行調質處理，加熱溫度、保溫時間、回火溫度等參數，依據鉆桿材質具體制定。一般的加熱溫度為850?920°C，保溫時間為20?40分鐘，淬火方式為水淬，回火溫度為450?550°C，回火時間為30?60分鐘。熱處理后需要對管體、高工位結構與鉆桿母接頭結合體進行無損探傷，檢測是否存在淬火裂紋等缺陷。
[0025]第四步:摩擦焊與焊縫熱處理。通過摩擦焊接，將高工位結構與鉆桿母接頭結合體與管體、公接頭與管體，連接成為具有高工位結構的特殊結構鉆桿。焊接后對焊縫進行熱處理。焊縫熱處理采用中頻感應加熱、水、中頻加熱爐回火的形式，溫度、時間等參數依據材料牌號具體制定。焊縫熱處理后，需要對焊縫進行無損探傷，檢測是否存在焊接及熱處理缺陷。
[0026]經過以上步驟，具有高工位結構的特殊鉆桿基本加工完畢。
[0027]實施例:依據以上結構和加工方法，加工了 5英寸、G105鋼級的高工位結構鉆桿，并在江蘇油田等進行了試驗，結果顯示，該產品可以有效地減小鉆井工人在上卸扣作業時的勞動強度，提高鉆井作業效率；配合使用氣動無牙輪卡盤，可防止起下鉆時夾持工具對鉆桿的哨傷。
[0028]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并非用來限定本發明的實施范圍。即凡依本發明申請專利范圍的內容所作的等效變化與修飾，都應為本發明的技術范疇。
【權利要求】
1.一種具有高工位結構的鉆桿結構，它包括鉆桿管體、公接頭、母接頭；其特征在于:所述的母接頭與高工位結構一體化加工而成，所述的高工位結構由位于中間的圓柱體與兩邊的過渡圓錐體構成，兩個圓錐體的錐度分別為18度、35度；所述高工位結構中間圓柱體的外徑與鉆桿接頭外徑之比為85?95%。
2.根據權利要求1所述的具有高工位結構的鉆桿結構，其特征在于:所述的高工位結構與母接頭錐面臺肩之間部分壁厚相同，與鉆桿管體端部加厚平行段壁厚相同，而且大于鉆桿管體壁厚。
3.—種如權利要求1或2所述的具有高工位結構的鉆桿結構的加工方法，其特征在于:它包括如下步驟: 第一步:高工位結構與鉆桿母接頭結合體的加工，即:鉆桿母接頭與所述高工位結構為一體化加工而成；第二步:鉆桿管體的加厚加工； 第三步:熱處理加工； 第四步:摩擦焊與焊縫熱處理。
4.根據權利求3所述的具有高工位結構的鉆桿結構的加工方法，其特征在于:所述第一步中具體步驟為: (O確定適合的材料牌號； (2)依據所需加工成型后的規格，選取適合的厚壁管； (3)進行母接頭螺紋加工； (4)高工位結構加工；母接頭螺紋加工結束后，使用車銑設備進行高工位結構加工和焊徑過渡段、焊徑段外圓柱面加工；其中:高工位結構與母接頭之間的圓柱部分為焊徑過渡段，高工位結構與另一端面之間的圓柱部分為焊徑段，加工后形成的高工位結構外徑與鉆桿接頭外徑之比為85?95%。
5.根據權利求3所述的具有高工位結構的鉆桿結構的加工方法，其特征在于:所述的第二步中鉆桿管體與高工位部分的焊徑段，需要經過摩擦焊連接；為了增大焊縫處的連接強度，使用控制成型加厚方法對管體兩端進行加厚，以增大焊接面積。
【文檔編號】B23P15/00GK103470191SQ201310440257
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月24日 優先權日:2013年9月24日
【發明者】袁鵬斌, 董強, 周勇其, 程大, 劉甘露 申請人:上海海隆石油管材研究所, 上海海隆石油鉆具有限公司, 劉甘露