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一种组合式大直径天井钻杆及天井钻机的制作方法

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1.本实用新型涉及天井钻机钻杆技术领域,具体涉及一种组合式大直径天井钻杆及天井钻机。


背景技术:

2.目前世界上大直径天井钻机技术主要掌握在国外企业的手中,国内生产的天井钻机主要以中小型为主,其中,适用于大直径天井钻机的钻杆是其中卡脖子的关键技术之一。国外的大直径天井钻机钻杆,通常采用毛坯整体锻造后再进行切削加工,但由于钻杆中心孔大小不一致,锻造难度很大,为保证钻杆有足够的柔性,往往需要去除较多的材料。此种工艺生产出来的钻杆由于材料成本和加工成本均比较高,钻杆的总生产成本高,增加了客户的设备成本。
3.近些年,国内一些企业开始研究大直径钻杆,如:申请号为202022370447.1的专利公开一种反井钻机钻杆,包括杆体,还包括设置在杆体一端的外螺纹,杆体的另一端设置有内螺纹,外螺纹与内螺纹均为斜梯形锥螺纹,该实用新型虽然采用斜梯形锥螺纹连接结构,能够提高钻杆螺纹连接处的抗弯曲能力、抗剪切能力,但整个钻杆采用一体式的结构,为保证钻杆整体上具有足够的柔性,仍然需要去除较多的材料,从而增加了加工成本。
4.因此,亟需一种组合式大直径天井钻杆及天井钻机,既能够承受较大轴向拉力和扭矩,又能减低钻杆的成本。


技术实现要素:

5.为了解决上述问题,本实用新型提供一种组合式大直径天井钻杆及天井钻机,既能够承受较大轴向拉力和扭矩,又能减低钻杆的成本。
6.为实现上述目的,本实用新型提供一种组合式大直径天井钻杆,包括管状螺纹接头和管状钻杆,所述管状螺纹接头与所述管状钻杆通过锥螺纹副过盈连接,且所述锥螺纹副处设有固定结构胶;所述管状螺纹接头包括第一管状本体,所述第一管状本体由壁厚为t1的管体材料加工制成;所述管状钻杆包括第二管状本体,所述第二管状本体由壁厚为t2的管体材料加工制成,t1》t2,且所述第二管状本体的外径等于所述第一管状本体外径。
7.作为上述方案进一步的改进,所述管状钻杆的长度大于所述管状螺纹接头的长度。
8.作为上述方案进一步的改进,所述锥螺纹副的锥螺纹至少为双头锥螺纹。
9.作为上述方案进一步的改进,所述管状螺纹接头还包括设置在所述第一管状本体两端的第一端部单元,所述第一端部单元上设有锥螺纹,所述第一端部单元至少一个为外对接端,所述外对接端包括依次设置的第一抵接台肩、外锥螺纹和第二抵接台肩,所述第一抵接台肩和第二抵接台肩用于顶触与所述第一端部单元装配的天井钻机动力头的顶触面。
10.作为上述方案进一步的改进,所述管状钻杆还包括设置在所述第二管状本体两端的第二端部单元,所述第二端部单元设有与所述第一端部单元互补的锥螺纹。
11.作为上述方案进一步的改进,所述第一端部单元均为外对接端,其上均设有外锥螺纹,所述第二端部单元均为内对接端,其上均设有对应的内锥螺纹。
12.作为上述方案进一步的改进,所述内对接端设有第三抵接台肩,用于顶触与所述第二端部单元装配的管状螺纹接头的第二抵接台肩。
13.作为上述方案进一步的改进,所述锥螺纹至少为双头锥螺纹。
14.作为上述方案进一步的改进,所述第一抵接台肩与所述外锥螺纹的小端之间设有倒角面,所述第二抵接台肩与所述外锥螺纹的大端之间设有应力释放区域,且所述应力释放区域包括依次顺接的退刀倾斜面、过渡倾斜面和凹于所述第二抵接台肩的弧形面。
15.作为上述方案的进一步的改进,所述外锥螺纹的牙底终止于所述退刀倾斜面内。
16.作为上述方案的进一步的改进,所述退刀倾斜面和过渡倾斜面之间设有倒圆角。
17.作为上述方案进一步的改进,所述过渡倾斜面和弧形面的最大外径均小于所述锥螺纹的牙低直径。
18.作为上述方案进一步的改进,所述锥螺纹的锥度为1:8,牙型角为60
°
;所述锥螺纹具有15
°
的承载牙侧角和45
°
的入扣牙侧角。
19.作为上述方案的进一步的改进,所述锥螺纹的牙距为12.7mm,导程为50.8mm。
20.本实用新型还提供一种天井钻机,包括上述组合式大直径天井钻杆,所述组合式大直径天井钻杆设于天井钻机动力头内。
21.由于本实用新型采用了以上技术方案,使本技术具备的有益效果在于:
22.1、本实用新型提供的一种组合式大直径天井钻杆,包括管状螺纹接头和管状钻杆,所述管状螺纹接头与所述管状钻杆通过锥螺纹副过盈连接,且所述锥螺纹副处设有固定结构胶;所述管状螺纹接头包括第一管状本体,所述第一管状本体由厚壁管体材料加工制成;所述管状钻杆包括第二管状本体,所述第二管状本体由薄壁管体材料加工制成,且所述第二管状本体的内径大于所述第一管状本体内径;本实用新型通过将传统的一体式天井钻杆设置为由管状螺纹接头和管状钻杆组合构成,并将两者通过锥螺纹副过盈连接,且所述锥螺纹副处设有固定结构胶,以保证管状螺纹接头和管状钻杆之间稳固的不可拆卸式连接;同时,管状螺纹接头由厚壁管体材料加工制成,以提高螺纹连接部分的强度,管状钻杆由薄壁管体材料加工制成,这样的设置,一方面可以有效节省钻杆的加工成本以及材料成本,从而降低整个钻杆的成本;另一方面由于管状钻杆的薄壁设置,能够增大钻杆的柔性,用于释放作业时井筒弯曲带来的弯曲负载。
23.2、本实用新型提供的一种组合式大直径天井钻杆,所述管状螺纹接头还包括设置在所述第一管状本体两端的第一端部单元,所述第一端部单元上设有锥螺纹,所述第一端部单元至少一个为外对接端,所述外对接端包括依次设置的第一抵接台肩、外锥螺纹和第二抵接台肩,所述第一抵接台肩和第二抵接台肩用于顶触与所述第一端部单元装配的天井钻机动力头的顶触面,且所述第二抵接台肩与所述外锥螺纹的大端之间设有应力释放区域,且所述应力释放区域包括依次顺接的退刀倾斜面、过渡倾斜面和凹于所述第二抵接台肩的弧形面,本实用新型通过两个抵接台肩的设置实现钻杆与所述天井钻机动力头之间的牢固连接;相对于传统的顶触方式,由于本实用新型设有应力释放区域,且应力释放区域包括凹于所述第二抵接台肩的弧形面,使得第二抵接台肩与动力头的顶触面的接触面积减小,当钻杆承受较大轴向力时,使其具有较高的弹性变形以此来补偿两台肩之间距离的误
差以及均衡两台肩之间的负载。
24.3、本实用新型提供的一种组合式大直径天井钻杆,所述锥螺纹至少为双头锥螺纹,且在某些优选的实施例中,连接锥螺纹采用双头锥螺纹,从而提高了螺旋升角,以降低扭矩产生的螺旋升力,改善锥螺纹副的应力状态。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图;
26.图1为本实用新型公开的一种组合式大直径天井钻杆剖视示意图;
27.图2为本实用新型公开的管状螺纹接头的剖视示意图
28.图3为图2的i向局部放大示意图;
29.图4为本实用新型公开一种组合式大直径天井钻杆安装于天井钻机动力头的局部剖视示意图;
30.图5为图4的ii向局部放大示意图;
31.附图标记:
32.1、管状螺纹接头;11、第一管状本体;12、第一端部单元;121、第一抵接台肩;122、外锥螺纹;123、第二抵接台肩;124、倒角面;125、应力释放区域;126、退刀倾斜面、127、过渡倾斜面;128、弧形面;
33.2、管状钻杆;21、第二管状本体;22、第二端部单元;23、第三抵接台肩;01、天井钻机动力头。
具体实施方式
34.下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
35.需要说明,本实用新型实施例中所有方向性指示诸如第一、第二、上、下、左、右、前、后
……
仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
36.另外,本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本实用新型要求的保护范围之内。
37.以下面结合附图以对本实用新型作进一步描述:
38.实施例1:
39.参照图1-3,本实用新型提供一种组合式大直径天井钻杆,包括管状螺纹接头1和管状钻杆2,所述管状螺纹接头1与所述管状钻杆2通过锥螺纹副过盈连接,所述锥螺纹副的锥螺纹至少为双头锥螺纹,且所述锥螺纹副处设有固定结构胶;所述管状螺纹接头1包括第
一管状本体11,所述第一管状本体11由壁厚为t1的管体材料加工制成;所述管状钻杆2包括第二管状本体21,所述第二管状本体21由壁厚为t1的管体材料加工制成,t1》t2,且所述第二管状本体21的外径等于所述第一管状本体11外径;所述管状钻杆2的长度大于所述管状螺纹接头1的长度。本实用新型通过将传统的一体式天井钻杆设置为由管状螺纹接头1和管状钻杆2组合构成,并将两者通过锥螺纹副过盈连接,且所述锥螺纹副处设有固定结构胶,以保证管状螺纹接头1和管状钻杆2之间稳固的不可拆卸式连接;同时,管状螺纹接头1由厚壁管体材料加工制成,以提高螺纹连接部分的强度,管状钻杆2由薄壁管体材料加工制成,这样的设置,一方面可以有效节省钻杆的加工成本以及材料成本,从而降低整个钻杆的成本;另一方面由于管状钻杆2的薄壁设置,能够增大钻杆的柔性,用于释放作业时井筒弯曲带来的弯曲负载。
40.作为优选的实施例,所述管状螺纹接头1还包括设置在所述第一管状本体11两端的第一端部单元12,所述第一端部单元12上设有锥螺纹,所述第一端部单元12至少一个为外对接端,所述外对接端包括依次设置的第一抵接台肩121、外锥螺纹122和第二抵接台肩123,所述第一抵接台肩121和第二抵接台肩123用于顶触与所述第一端部单元12装配的天井钻机动力头01的顶触面;所述第一抵接台肩121与所述外锥螺纹122的小端之间设有倒角面124,所述第二抵接台肩123与所述外锥螺纹122的大端之间设有应力释放区域125,且所述应力释放区域125包括依次顺接的退刀倾斜面126、过渡倾斜面127和凹于所述第二抵接台肩123的弧形面128;本实用新型通过两个抵接台肩的设置实现钻杆与所述天井钻机动力头01之间的牢固连接;相对于传统的顶触方式,由于本实用新型设有应力释放区域125,且应力释放区域125包括凹于所述第二抵接台肩123的弧形面128,使得第二抵接台肩123与动力头的顶触面的接触面积减小,当钻杆承受较大轴向力时,使其具有较高的弹性变形以此来补偿两台肩之间距离的误差以及均衡两台肩之间的负载。
41.作为优选的实施例,所述管状钻杆2还包括设置在所述第二管状本体21两端的第二端部单元22,所述第二端部单元22设有与所述第一端部单元12互补的锥螺纹,在本实施例中,所述第二端部单元22均为内对接端,其上均设有对应的内锥螺纹,对应的,所述第一端部单元12均为外对接端,其上均设有外锥螺纹122,所述内对接端设有第三抵接台肩23,用于顶触与所述第二端部单元22装配的管状螺纹接头1的第二抵接台肩123,与所述第二端部单元22装配的管状螺纹接头1的的第一抵接台肩121为自由端,以此消除本钻杆在作业时,由于装配误差带来的不良影响。
42.作为优选的实施例,所述锥螺纹至少为双头锥螺纹,在本实施例中,所述锥螺纹为四头锥螺纹,多头锥螺纹的设置提高了本实用新型中螺纹副连接的螺旋升角,从而降低扭矩产生的螺旋升力,进而改善锥螺纹副的应力状态。
43.作为优选的实施例,所述外锥螺纹122的牙底终止于所述退刀倾斜面126内,如此的设置,将锥螺纹的螺纹收尾部分控制在退刀倾斜面126,使得收尾部分的螺纹牙底不切削起始截面平缓过渡作用的倒圆角以及过渡倾斜面127,从而减小应力集中,从而大大减小钻杆在螺纹连接处的断裂情况。
44.作为优选的实施例,所述退刀倾斜面126和过渡倾斜面127之间设有倒圆角,倒圆角的设置,使得螺纹的收尾部分能够平滑过渡到第二抵接台肩123处,从而减小此处的应力集中;且由于外锥螺纹122的牙底终止于所述退刀倾斜面126内,传统的实施方式中,将螺纹
的收尾部分的牙底延伸至倒圆角上,使得锥螺纹上的作用力扩散至倒圆角,加大了该处的应力集中。
45.作为优选的实施例,所述过渡倾斜面127和弧形面128的最大外径均小于所述锥螺纹的牙低直径,如此的设置,使得采用本螺纹接头的第二抵接台肩123与天井钻机动力头01的顶触面之间形成应力释放区域125。
46.作为优选的实施例,所述锥螺纹的牙底以及应力释放区域125的外表面采用滚压方法加工制成,采用滚压方法加工能够提高牙底以及应力释放区域125的外表面的表面应力状态,从而提高其抗疲劳能力。
47.作为上述方案进一步的改进,所述锥螺纹的锥度为1:8,牙型角为60
°
,通过提高锥度,提高了轴向拉力的承受度;所述锥螺纹具有15
°
的承载牙侧角和45
°
的入扣牙侧角;所述锥螺纹的牙距为12.7mm,导程为50.8mm;本实用新型通过增大导程,增大了螺旋升角,从而提高了抗扭能力;通过增大螺纹牙距,增强了剪切强度和弯曲强度,并提高了轴向拉力的承受能力。
48.实施例2:
49.参照图4和图5,本实用新型还提供一种天井钻机,包括上述组合式大直径天井钻杆,所述组合式大直径天井钻杆设于天井钻机动力头01内。
50.以上是本实用新型的详细的介绍,本文中应用了具体个例对本实用新型的原理以及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法以及核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以对本实用新型进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

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