專利名稱：一種鉆桿管端內(nèi)外加厚的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼管管端加厚技術(shù)。
背景技術(shù)：
用于石油鉆探的鉆桿是按API標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)制造的。其結(jié)構(gòu)是在鉆桿管體兩端各對(duì)焊一個(gè)外螺紋鉆桿接頭和一個(gè)內(nèi)螺紋鉆桿接頭。由于管體較薄，為了增加與接頭連接處的強(qiáng)度，管體兩端對(duì)焊部分是加厚的。加厚形式有內(nèi)加厚、外加厚及內(nèi)外加厚三種，其中內(nèi)外加厚是鉆桿普遍采用的加厚形式。
如圖1所示，對(duì)于內(nèi)外加厚鉆桿，D是管體外徑，d是管體內(nèi)徑，Dou是加厚端外徑，dou是加厚端內(nèi)徑。Leu是外加厚段長(zhǎng)度，Meu是外加厚段與管體過渡的外圓錐段長(zhǎng)度。Liu是內(nèi)加厚段長(zhǎng)度，Miu是內(nèi)加厚段與管體過渡的內(nèi)圓錐段長(zhǎng)度。R是內(nèi)圓錐段長(zhǎng)度Miu與管體之間過渡的圓角。
在以上各項(xiàng)參數(shù)中，內(nèi)加厚過渡區(qū)的參數(shù)Miu與R非常重要。隨著Miu長(zhǎng)度的增加以及R半徑的增大，內(nèi)加厚過渡區(qū)消失點(diǎn)的應(yīng)力逐漸減少，應(yīng)力集中程度逐漸降低，從而提高了鉆桿的疲勞壽命，避免管體刺穿事故的發(fā)生。由于加厚工藝本身的特點(diǎn)決定了當(dāng)Miu長(zhǎng)度增加時(shí)，R半徑必然增大。因此API標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定，Miu≥76.2mm，而中國(guó)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更進(jìn)一步規(guī)定Miu≥100mm。但隨著國(guó)內(nèi)外油田的開發(fā)逐漸轉(zhuǎn)向高開發(fā)成熟度油氣田中的剩余資源開采，以及低滲、超薄、超深、海洋、高腐蝕性、稠油、超稠油等油氣藏的開發(fā)，鉆井技術(shù)已向著深井、超深井、定向井、大位移井、短半徑井、水平井、高溫高壓井、深水井、高腐蝕性井發(fā)展，鉆桿的服役條件將日趨惡劣，Miu在100mm左右的鉆桿已不能滿足日益苛刻的鉆井作業(yè)要求。因此，國(guó)內(nèi)外各生產(chǎn)廠均致力于增加Miu的長(zhǎng)度。
鉆桿加厚用的設(shè)備有機(jī)械式平鍛機(jī)與液壓式加厚機(jī)。由于機(jī)械式平鍛機(jī)的頂鍛力高達(dá)1200～1500噸，因此可以一次管端加熱，多次加厚，并且可以一次形成Miu；而液壓式加厚機(jī)的頂鍛力僅為300噸左右，因此每次加厚前均需進(jìn)行管端加熱，不能一次形成Miu。
美國(guó)專利4845972、5184495、5517843分別提供了在使用機(jī)械式平鍛機(jī)的條件下鉆桿管端內(nèi)外加厚的制造方法。其設(shè)計(jì)思想均為首先外加厚，然后采用不同的方法通過模具將外加厚部分?jǐn)D壓成內(nèi)加厚，最終形成較長(zhǎng)的Miu。
參見圖2～圖5，其所示為美國(guó)專利5184495的外加厚方法。
圖2為第一次加厚后的鉆桿示意圖。第一次加厚為外加厚，即加厚后的管端外徑增加，內(nèi)徑不變。圖中30為管體，32為1號(hào)加厚模，34為1號(hào)沖頭，36為經(jīng)過第一次增厚過的管端，38為第一次增厚過的管端36與管體30之間過渡的外圓錐段。
圖3為第二次加厚后的鉆桿示意圖。第二次加厚仍為外加厚。圖中40為2號(hào)加厚模，42為2號(hào)沖頭，36為經(jīng)過第二次增厚過的管端，38為第二次增厚過的管端36與管體30之間過渡的外圓錐段。
圖4為第三次加厚后的鉆桿示意圖。第三次加厚通過模具進(jìn)行擠壓形成內(nèi)加厚。圖中32為1號(hào)加厚模，44為經(jīng)過擠壓后的管端，46為擠壓形成的內(nèi)圓錐段。
圖5為第四次加厚后的鉆桿示意圖。第四次加厚為內(nèi)外加厚。圖中41為3號(hào)加厚模，48為3號(hào)沖頭，50為經(jīng)過第四次增厚過的管端，52為最終形成的內(nèi)圓錐段，即Miu。
通過以上的方法，可以使Miu≥140mm。
然而，由于設(shè)備能力的限制，這些方法只有采用機(jī)械式平鍛機(jī)才能實(shí)現(xiàn)，無法在液壓式加厚機(jī)實(shí)現(xiàn)。
而此前使用液壓式加厚機(jī)僅能使Miu達(dá)到100mm左右的水平，其原因是液壓式加厚機(jī)的頂鍛力較小，無法一次形成Miu，Miu由多次加厚銜接而成。為提高生產(chǎn)效率，避免加厚后的修磨，必然使每次加厚之間平滑過渡。而要使每次加厚之間平滑過渡，必然要精確控制每次加厚的長(zhǎng)度，而由于液壓式加厚機(jī)的頂鍛力較小，每次加厚的長(zhǎng)度也較短，最終疊加的結(jié)果必然造成Miu較短。
因此，迫切需要一種鉆桿管端內(nèi)外加厚的制造方法，能夠在使用液壓式加厚機(jī)的條件下，使Miu≥140mm。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鉆桿管端內(nèi)外加厚的制造方法，在使用液壓式加厚機(jī)的條件下可以使Miu≥140mm，從而提高了鉆桿的疲勞壽命，避免鉆桿刺穿事故的發(fā)生。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種鉆桿管端內(nèi)外加厚的制造方法，根據(jù)加厚端壁厚與管體壁厚之比的不同，可分為三次加熱、三次加厚或四次加熱、四次加厚，采用液壓加厚機(jī)，。
所述的每次加厚均為內(nèi)外加厚。
所述的第一次加熱，其加熱長(zhǎng)度至少為550mm。
所述的加熱溫度為1150～1250℃。
在完成所述的最后一次加厚之后，對(duì)Miu進(jìn)行修磨，使Miu平滑過渡。
采用液壓加厚機(jī)，每次加厚時(shí)其增厚比tou/t＜1.5，如果超過1.5則需增加一次加厚，如果最終加厚的增厚比tou/t≥3.375，則采用四次加厚。
(Dou-dou)/2＝tou，(D-d)/2＝t，D是管體外徑，d是管體內(nèi)徑，Dou是加厚端外徑，dou是加厚端內(nèi)徑，Tou是加厚端壁厚，t是管體壁厚。
本發(fā)明的有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在使用液壓式加厚機(jī)的條件下，使鉆桿的Miu≥140mm，從而提高了鉆桿的疲勞壽命，避免鉆桿刺穿事故的發(fā)生。


圖1為鉆桿內(nèi)外加厚示意圖；圖2為美國(guó)專利5184495第一次加厚后的鉆桿示意圖；圖3為美國(guó)專利5184495第二次加厚后的鉆桿示意圖；圖4為美國(guó)專利5184495第三次加厚后的鉆桿示意圖；圖5為美國(guó)專利5184495第四次加厚后的鉆桿示意圖；圖6為加厚前的鉆桿示意圖；圖7為本發(fā)明第一次加厚后的鉆桿示意圖；
圖8為本發(fā)明第二次加厚后的鉆桿示意圖；圖9為本發(fā)明第三次加厚后的鉆桿示意圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖6，其所示為加厚前的鉆桿示意圖。在第一次加厚之前，對(duì)鉆桿管體1中長(zhǎng)度為L(zhǎng)1的管端進(jìn)行第一次加熱。加熱溫度為1150～1250℃。L1的長(zhǎng)度至少為550mm。
由于鉆桿管端加厚后，鉆桿長(zhǎng)度必然縮短，因此鉆桿管端參與變形總長(zhǎng)度LA為內(nèi)加厚段長(zhǎng)度Liu、內(nèi)圓錐段長(zhǎng)度Miu與鉆桿縮短量Lv之和。鉆桿縮短量Lv的計(jì)算公式見下式。
Lv=(Dou2-dou2)(Leu+Meu2)+(d2-dou2)(Liu+Miu2)D2-d2]]>以Φ127×9.19mm內(nèi)外加厚G-105鉆桿為例，當(dāng)內(nèi)圓錐段長(zhǎng)度Miu為140mm時(shí)，參與變形總長(zhǎng)度LA為430mm，因此加熱長(zhǎng)度L1大于430mm即可。但實(shí)踐證明，由于管端加厚屬于鍛造工藝，鍛造后的尺寸偏差較大，而加厚所采用的鉆桿管體為軋制鋼管，其壁厚偏差也較大，只有加熱長(zhǎng)度L1保持在550mm以上，才能保證Miu大于140mm。
第一次加厚，參見圖7，其所示為第一次加厚后的鉆桿示意圖。第一次加厚為內(nèi)外加厚，即加厚后的管端外徑增加，內(nèi)徑減小。2為1號(hào)加厚模，3為經(jīng)過第一次增厚過的管端。4為1號(hào)沖頭。5為第一次增厚過的管端3與管體之間過渡的外圓錐段，6為第一次增厚過的管端3與管體1之間過渡的內(nèi)圓錐段。
第二次加厚，在第二次加厚之前，對(duì)管端進(jìn)行第二次加熱，加熱溫度為1150～1250℃。參見圖8，其為第二次加厚后的鉆桿示意圖。第二次加厚仍為內(nèi)外加厚。7為2號(hào)加厚模，8為經(jīng)過第二次增厚過的管端。9為2號(hào)沖頭。10為第二次增厚過的管端8與管體1之間過渡的外圓錐段，11為第二次增厚過的管端8與內(nèi)圓錐段6之間過渡的內(nèi)圓錐段。
第三次加厚，在第三次加厚之前，對(duì)管端進(jìn)行第三次加熱。加熱溫度為1150～1250℃。參見圖9，其為第三次加厚后的鉆桿示意圖。第三次加厚仍為內(nèi)外加厚。12為3號(hào)加厚模，13為經(jīng)過第三次增厚過的管端。14為3號(hào)沖頭。15為第三次增厚過的管端13與管體之間過渡的外圓錐段，16為第三次增厚過的管端13與內(nèi)圓錐段11之間過渡的內(nèi)圓錐段。
經(jīng)過3次加熱、3次加厚，最終形成了如圖1所示的鉆桿內(nèi)外加厚成品尺寸。其中圖1所示的Miu實(shí)際上由圖9所示的圓錐段6、11、16三部分組成。圓錐段6、11、16三部分之間的銜接不如圖9所示的平滑，必須通過內(nèi)修磨使三部分之間平滑過渡。
在加厚端壁厚與管體壁厚相差較大，3次加厚無法完成的情況下，必須通過4次加熱、4次加厚來達(dá)到最終的成品尺寸。其中第一次的加熱長(zhǎng)度依然至少為550mm，加熱溫度依然為1150～1250℃。每次加厚依然均為內(nèi)外加厚。而最終形成的Miu將由四部分形成，依然通過內(nèi)修磨使四部分之間平滑過渡。
以Φ127×9.19mm內(nèi)外加厚G-105鉆桿為例，說明本發(fā)明的實(shí)施過程。
該鉆桿外徑為127mm，內(nèi)徑為108.62mm。
首先對(duì)長(zhǎng)度至少為550mm的管端進(jìn)行加熱。加熱溫度為1150～1250℃。之后進(jìn)行第一次加厚。第一次加厚為內(nèi)外加厚。第一次加厚后鉆桿的外徑為130.8mm，內(nèi)徑為105.5mm。對(duì)管端進(jìn)行第二次加熱，加熱溫度為1150～1250℃。然后進(jìn)行第二次加厚。第二次加厚依然為內(nèi)外加厚。第二次加厚后鉆桿的外徑為132.8mm，內(nèi)徑為97mm。對(duì)管端進(jìn)行第三次加熱，加熱溫度為1150～1250℃。然后進(jìn)行第三次加厚。第三次加厚依然為內(nèi)外加厚。第三次加厚后鉆桿的外徑為134.8mm，內(nèi)徑為90.5mm。在完成最終加厚之后，對(duì)Miu進(jìn)行修磨。在修磨之后，對(duì)鉆桿的Miu進(jìn)行測(cè)量。其Miu長(zhǎng)度至少為140mm。
應(yīng)用本發(fā)明可以在使用液壓式加厚機(jī)的條件下使Miu≥140mm，從而提高了鉆桿的疲勞壽命，避免鉆桿刺穿事故的發(fā)生。因此采用本發(fā)明專利生產(chǎn)的鉆桿特別適用于深井、超深井、定向井、水平井、大斜度井等高難度井的鉆探施工。
權(quán)利要求
1.一種鉆桿管端內(nèi)外加厚的制造方法，包括如下步驟，根據(jù)加厚端壁厚與管體壁厚之比的不同，可分為三次加熱、三次加厚或四次加熱、四次加厚；采用液壓加厚機(jī)；所述的每次加厚均為內(nèi)外加厚；所述的第一次加熱，其加熱長(zhǎng)度至少為550mm；所述的加熱溫度為1150～1250℃；在完成所述的最后一次加厚之后，對(duì)內(nèi)加厚段與管體過渡的內(nèi)圓錐段長(zhǎng)度進(jìn)行修磨，使該內(nèi)加厚段與管體平滑過渡。
2.如權(quán)利要求1所述的鉆桿管端內(nèi)外加厚的制造方法，其特征是，采用液壓加厚機(jī)每次加厚時(shí)其增厚比tou/t＜1.5。
3.如權(quán)利要求1所述的鉆桿管端內(nèi)外加厚的制造方法，其特征是，采用液壓加厚機(jī)，最終加厚的增厚比tou/t≥3.375，則采用四次加厚。
全文摘要
一種鉆桿管端內(nèi)外加厚的制造方法，包括如下步驟，根據(jù)加厚端壁厚與管體壁厚之比的不同，可分為三次加熱、三次加厚或四次加熱、四次加厚；所述的每次加厚均為內(nèi)外加厚；所述的第一次加熱，其加熱長(zhǎng)度至少為550mm；所述的加熱溫度為1150～1250℃；在完成所述的最后一次加厚之后，對(duì)內(nèi)加厚段與管體過渡的內(nèi)圓錐段長(zhǎng)度進(jìn)行修磨，使該內(nèi)加厚段與管體平滑過渡。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在使用液壓式加厚機(jī)的條件下，使鉆桿的Miu≥140mm，從而提高了鉆桿的疲勞壽命，避免鉆桿刺穿事故的發(fā)生。
文檔編號(hào)B21K21/12GK1887473SQ20051002740
公開日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2005年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者趙鵬, 張建偉, 朱世忠, 丁維軍 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司