具有抗彎聯(lián)接器的鉆柱的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及形成具有抗彎端部聯(lián)接器的鉆柱的組成部分的鉆柱鉆桿，并且特別地但不唯一地，涉及一種具有陽型套管部分的鉆桿，所述陽型套管部分具有螺紋部分和中間柄部，中間柄部的外徑、寬度和/或橫截面積被優(yōu)化，以在鉆柱遭受彎矩時(shí)提供期望剛度。
【背景技術(shù)】
[0002]沖擊鉆進(jìn)用于經(jīng)由通過外螺紋端部和內(nèi)螺紋端部的相互連接而端到端聯(lián)接在一起的多個(gè)伸長(zhǎng)的鉆柱鉆桿產(chǎn)生長(zhǎng)鉆孔。該建井技術(shù)通過由安裝在鉆柱一端的巖石鉆頭向鉆孔底部的巖石傳遞錘擊沖擊來破碎巖石。典型地，破碎巖石所需的能量由液壓驅(qū)動(dòng)活塞生成，液壓驅(qū)動(dòng)活塞接觸鉆柱的端部(經(jīng)由柄部轉(zhuǎn)接器)，以制造應(yīng)力(或沖擊)波，應(yīng)力波穿過鉆柱傳播并最終達(dá)到底部巖石層。常規(guī)的陽型和陰型螺紋聯(lián)接器描述在US 4，332，502;US4,398,756；US 4,687,368;和DE 2800887中。
[0003]當(dāng)相鄰鉆桿的外螺紋端部和內(nèi)螺紋端部聯(lián)接以形成鉆柱時(shí)，接頭在鉆進(jìn)期間通常遭受彎曲力。這些彎矩會(huì)使聯(lián)接器疲勞并導(dǎo)致接頭的螺紋部分內(nèi)的損壞。典型地，陽型螺紋套管受損并決定聯(lián)接器的使用壽命。US 6，767，156公開了一種位于兩個(gè)沖擊鉆桿之間的螺紋接頭，其具有設(shè)置在陽型部分和陰型部分的引導(dǎo)軸向端部處的圓錐形引導(dǎo)面，從而試圖獲得牢固聯(lián)接并避免螺紋受損。
[0004]然而，常規(guī)螺紋聯(lián)接器以及特別是現(xiàn)有的鉆桿的相應(yīng)的螺紋端部包括聯(lián)接器的陽型部，所述陽型部的直徑小于鉆桿的主長(zhǎng)度部分的直徑。這提供的鉆柱具有一致的外徑，但也具有折中的聯(lián)接器強(qiáng)度，該聯(lián)接器強(qiáng)度在彎曲期間通常是較弱的。即使沒有彎曲(這是不常見的)，入射的壓縮沖擊波也會(huì)由于陽型部的自由端中的反射而在聯(lián)接器中產(chǎn)生張力，這會(huì)造成最高應(yīng)力區(qū)域中出現(xiàn)裂紋。因此，需要一種解決這些問題的鉆桿。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的是提供一種鉆柱鉆桿，該鉆柱鉆桿提供這樣的聯(lián)接器區(qū)域，該聯(lián)接器區(qū)域在彎曲區(qū)間表現(xiàn)出增強(qiáng)剛度并且在使用時(shí)能夠承受顯著的彎矩。進(jìn)一步的目的是提供一種鉆桿鉆桿聯(lián)接器，該聯(lián)接器被構(gòu)造用以承受當(dāng)在鉆孔底部沖擊巖石時(shí)作用在鉆柱且特別是鉆頭上的非對(duì)稱負(fù)載力。進(jìn)一步的目的是提供一種用于鉆桿的聯(lián)接器，其可以抵抗由驅(qū)動(dòng)活塞在最后端的鉆桿或柄部轉(zhuǎn)接器處的非中心撞擊導(dǎo)致的鉆柱中的彎曲波。
[0006]這些目的通過提供一種用于具有主長(zhǎng)度部分和陽型螺紋套管部分的鉆桿的聯(lián)接器實(shí)現(xiàn)，所述陽型螺紋套管部分的外徑、橫截面積或?qū)挾?在垂直于鉆桿的縱向軸線的平面中)至少等于鉆桿的主長(zhǎng)度部分的外徑。特別地，本發(fā)明的鉆桿包括在中空伸長(zhǎng)的主長(zhǎng)度部分的一端設(shè)置的陽型套管部分，該陽型套管部分包括從無螺紋柄部延伸的外螺紋部分。沿著柄部的全部軸向長(zhǎng)度，柄部的外徑、寬度或橫截面積特別被構(gòu)造成至少等于主長(zhǎng)度部分的對(duì)應(yīng)的外徑或橫截而積。其優(yōu)勢(shì)是提供了 “不易彎曲”聯(lián)接器，從而使聯(lián)接器的陽型套管部分之內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)力集中最小化。有利地，柄部的橫截面積或直徑不會(huì)在軸向方向上從螺紋部分至主長(zhǎng)度部分減小，并且相反，朝向與主長(zhǎng)度部分的連接處方向，直徑和橫截面積會(huì)增大。特別地，在與主長(zhǎng)度部分的連接處(或者主長(zhǎng)度部分的端部設(shè)置的環(huán)形臺(tái)肩處)，柄部徑向向外展開，從而優(yōu)化彎曲阻力。因此，本發(fā)明并且特別是陽型套管構(gòu)造適合于“臺(tái)肩接觸式”聯(lián)接器布置。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用來形成鉆柱的組成部分的鉆柱鉆桿，該鉆桿包括:在第一端和第二端之間軸向延伸的中空伸長(zhǎng)的主長(zhǎng)度部分;設(shè)置在第二端的陽型套管部分，其具有外螺紋部分和位于螺紋部分與臺(tái)肩的軸向之間的無螺紋柄部;螺紋部分包括至少一個(gè)從柄部軸向延伸的螺旋脊部和螺旋溝槽;臺(tái)肩將主長(zhǎng)度部分和套管部分軸向分開并且相對(duì)于主長(zhǎng)度部分和套管部分徑向向外突出，柄部從臺(tái)肩的環(huán)形側(cè)表而軸向延伸，套管部分的軸向長(zhǎng)度被構(gòu)造成使得環(huán)形表面能夠鄰接鉆柱中的相鄰的鉆桿的陰型端部部分的環(huán)形端部表面;其特征在于:沿著柄部和螺旋脊部的全部軸向長(zhǎng)度，包括柄部和螺旋脊部的套管部分在垂直于鉆桿軸縱向線方向上的外徑或?qū)挾鹊扔诨蛘叽笥谥鏖L(zhǎng)度部分的外徑。
[0008]優(yōu)選地，內(nèi)孔軸向延伸穿過主長(zhǎng)度部分和套管部分，該內(nèi)孔的內(nèi)徑沿著主長(zhǎng)度部分和套管部分的全部軸向長(zhǎng)度保持一致。優(yōu)選地，環(huán)形側(cè)表面垂直于軸線對(duì)準(zhǔn)?？蛇x地，螺紋部分在對(duì)應(yīng)于螺旋溝槽的徑向位置的外徑小于主長(zhǎng)度部分的外徑。這種構(gòu)造用于進(jìn)一步增加聯(lián)接接頭彎曲期間的剛度并且有助于使疲勞與損壞風(fēng)險(xiǎn)最小化?？蛇x地，螺紋部分在徑向?qū)?yīng)于溝槽的徑向位置的外徑至少等于主長(zhǎng)度部分的外徑。
[0009]可選地，第二端部包括相對(duì)于主長(zhǎng)度部分徑向向外突出的臺(tái)肩，柄部從該臺(tái)肩的一側(cè)軸向延伸。
[0010]替代地，第二端部缺少或者大體上缺少徑向展開的臺(tái)肩，使得在柄部和主長(zhǎng)度部分的端部之間的連接處大體上光滑且無異形。在本發(fā)明的鉆桿包括的臺(tái)肩時(shí)，從臺(tái)肩的側(cè)面延伸的柄部的端部包括這樣的直徑，該直徑從螺紋部分至臺(tái)肩的方向上增大。優(yōu)選地，柄部的外部形狀輪廓是彎曲的，以徑向向外展開，接觸臺(tái)肩。
[0011]可選地，柄部的至少一個(gè)軸向部分的外表面與鉆桿的縱向軸線大體上平行對(duì)齊。有利地，柄部(在沿著其軸向長(zhǎng)度的區(qū)域)的大體上圓柱狀外形輪廓的橫截面積或外徑不小于主長(zhǎng)度部分的橫截面積或外徑。優(yōu)選地，柄部在沿著柄部的長(zhǎng)度的區(qū)域處的外徑大體上等于螺紋部分在與螺旋脊部對(duì)應(yīng)的徑向位置處的外徑。
[0012]優(yōu)選地，螺紋部分的軸向長(zhǎng)度大于柄部的軸向長(zhǎng)度。這種構(gòu)造有利于得到期望的聯(lián)接器強(qiáng)度，從而承受通過聯(lián)接器的拉應(yīng)力與彎矩。優(yōu)選地，柄部在與螺紋部分的一側(cè)緊挨的軸向部分處的橫截面積至少等于主長(zhǎng)度部分的橫截面積。
[0013]優(yōu)選地，主長(zhǎng)度部分的第一端部包括陰型中空部分，該陰型中空部分具有內(nèi)螺紋部分，以與鉆柱的相鄰的鉆桿的陽型套管部分的螺紋部分接合。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是使相鄰的鉆桿之間的聯(lián)接器強(qiáng)度最大化。通過將陰型部分的螺紋部分的內(nèi)徑構(gòu)造成大體上等于主長(zhǎng)度部分的外徑，在拉應(yīng)力和彎曲力方面進(jìn)一步優(yōu)化了聯(lián)接器強(qiáng)度。
[0014]優(yōu)選地，在鉆桿包括位于主長(zhǎng)度部分與陽型套管端部之間的連接處的環(huán)形臺(tái)肩時(shí)，陰型部分的外徑大體上等于臺(tái)肩的外徑。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，提供一種包括根據(jù)這里所述的鉆柱鉆桿的鉆柱。
【附圖說明】
[0016]現(xiàn)在將僅通過舉例的方式并參見附圖描述本發(fā)明的特定實(shí)施，在附圖中:
[0017]附圖1是根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例的由通過內(nèi)外螺紋聯(lián)接器的配合而端到端連接的多個(gè)伸長(zhǎng)的鉆桿形成的鉆柱的外側(cè)視圖；
[0018]附圖2是根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例的圖1中的鉆柱的鉆桿的第二端部的外側(cè)透視圖，其中，陽型螺紋套管端部包括被加強(qiáng)以抵抗彎曲和拉應(yīng)力的柄部；
[0019]附圖3是圖1中的鉆柱的鉆桿之間的聯(lián)接器區(qū)域的外側(cè)視圖，其中內(nèi)螺紋聯(lián)接器部分相對(duì)于鉆桿的主長(zhǎng)度部分的外徑增大，以形成總體在徑向方向增大的聯(lián)接器區(qū)域。
【具體實(shí)施方式】
[0020]參見附圖1，鉆柱包括多個(gè)相互連接的鉆柱鉆桿100。每個(gè)鉆桿100包括具有第一端部105和第二端部106的主長(zhǎng)度部分101。主長(zhǎng)度部分101的外徑在每個(gè)端部105、106增大，以分別形成徑向擴(kuò)張的端部聯(lián)接器區(qū)域103、104。每個(gè)聯(lián)接器端部103、104的一部分具有螺紋部分，以允許端部103、104彼此之間接合并形成牢固的螺紋聯(lián)接器102，從而使多個(gè)鉆桿100相互連接形成鉆柱。特別地，陽型端部103包括環(huán)形臺(tái)肩110，陽型套管108從環(huán)形臺(tái)肩110軸向突出。套管108在軸向上被分成末端螺紋部分107和軸向上位于螺紋部分107和臺(tái)肩110之間的無螺紋柄部109。內(nèi)孔113軸向延伸穿過具有一致內(nèi)徑的主長(zhǎng)度部分101和套管108。陰型端部104包括中空套筒111，其具有形成于套筒111的內(nèi)表面的配合螺紋112，從而與外螺紋部分107的螺紋圈相配合。當(dāng)陽型端部103和陰型端部104聯(lián)接時(shí)，陰型套筒11