CN100586607C - 钻杆管端加厚的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻杆管端加厚的加工方法，采用的加厚设备为液压式管端加厚机，根据增厚比的不同，采用三次加热两次加厚步骤或四次加热三次加厚步骤，其中，前两次加热分别是在两台加热炉上顺序进行的，并且每次加厚均避免内加厚和外加厚的同时进行。采用本发明所揭示的加工方法，可以在使用液压式管端加厚机的条件下，不仅提高了生产效率，而且在加工过程中最大限度地减小失稳现象的发生，确保内加厚过渡区的平滑过渡及足够大的R半径，从而提高钻杆管体的抗疲劳寿命，有效地避免刺穿事故的发生。

Description

钻杆管端加厚的加工方法

技术领域

本发明涉及钢管管端加厚的方法，尤其涉及一种钻杆管端加厚的加工方法。

背景技术

用于石油钻探用的钻杆是按API标准进行生产制造，其主要结构是在钻杆管体两端各对焊一个外螺纹接头和一个内螺纹接头。由于管体本身的壁厚较小，为了增加管体与接头连接处的强度，管体两端与接头连接的部分是加厚的。钻杆管体的加厚形式有内加厚、外加厚和内外加厚三种，其中外加厚、内外加厚的钻杆管体是普遍采用的加厚形式。

如图1所示，对于内外加厚钻杆，D为管体外径；d为管体内径；Dou是加厚端部外径；dou是加厚端部内径；Leu是外加厚段的长度；Meu是管体端部外加厚段与管体过渡的外圆锥段的长度，即外加厚过渡区的长度；Liu是内加厚段的长度，Miu是内加厚段与管体过渡的内圆锥段的长度，即内加厚过渡区的长度，R是内圆锥段与管体之间的过渡圆角。

在以上各项参数中，内加厚过渡区的平滑程度及参数R对钻杆管体的使用寿命均产生决定性的影响。内加厚过渡区越平滑，R半径越大，则内加厚过渡区的应力就越小，并且越不易造成应力集中现象，应力集中程度的降低及应力的减小，从根本上提高了钻杆的抗疲劳寿命，大大避免了钻杆管体刺穿事故的发生。随着国内外各大油田进入后期油田开发，以及低渗、超薄、超深、海洋、高腐蚀性、稠油、超稠油等油气田的开发，钻井技术也朝着深井、超深井、定向井、大位移井、短半径井、水平井、高温高压井、深水井、高腐蚀性井发展，钻杆的服役条件也日趋恶劣，因此对钻杆的加厚端要求也日益提高。

钻杆端部加厚用的设备通常为机械式平锻机和液压式管端加厚机两种，由于机械式平锻机的顶锻力高达1200～1500吨，效率高，可一次加热后进行多次加厚。而液压式加厚机的顶锻力仅为300吨左右，并且夹紧和顶锻时间较长，因此在每次加厚前均需进行管端加热，效率较低。但因为平锻机为机械式挤进，所以对金属量的控制要求非常严格，因国内目前管体的壁厚均匀程度较低，采用平锻机加厚的难度较大，因此大多数国内厂家普遍采用液压式管端加厚机。

但是，在使用液压式管端加厚机对钻杆端部进行加厚时，由于采用的是内外同时进行大变形加工的方法，钻杆很容易发生失稳现象，内加厚过渡区的平滑程度很难获得保证，在完成最后一次加厚时，还要对内加厚过渡区进行修磨，不仅降低了钻杆的强度，而且降低了钻杆的加工效率。另外，所有的加热步骤均在一台加热炉上进行，只有完成了前一个钻杆的所有加工步骤后，才能进行后一个钻杆的加工，连续生产的效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种钻杆管端加厚的加工方法，在使用液压式管端加厚机的条件下，不仅提高了生产效率，而且可以在加工过程中最大限度地减小失稳现象现象的发生，确保内加厚过渡区的平滑过渡及足够大的R半径，从而提高钻杆管体的抗疲劳寿命，有效地避免刺穿事故的发生。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：钻杆管端加厚的加工方法，采用的加厚设备为液压式管端加厚机，根据增厚比的不同，采用三次加热两次加厚步骤或四次加热三次加厚步骤，其中，前两次加热分别是在两台加热炉上顺序进行的，第一次加热为预加热，其加热长度至少为550mm，加热温度为1000～1100℃；第二次加热的加热长度至少为500mm，加热温度为1100～1250℃；在所述的三次加热两次加厚步骤中，前两次加热完成后，首先进行内加厚；再进行第三次加热；最后进行外加厚；在所述的四次加热三次加厚步骤中，前两次加热完成后，首先进行外加厚；再进行第三次加热；然后进行第一次内加厚；再进行第四次加热；最后进行第二次内加厚。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：由于前两次加热分别是在两台加热炉上顺序进行的，第一次加热为预加热，一方面，在前一个钻杆进入第二个加热炉进行第二次加热的同时，就可以将后一个钻杆放入第一个加热炉中进行第一次加热即预加热，因此，可以保证钻杆加工的连续性，提高生产效率。另一方面，通过两次加热，充分保证了钻杆管端的热均匀程度，减小失稳现象的发生，提高了第一次加厚时的成形效果。由于在所述的三次加热两次加厚步骤中，前两次加热完成后，首先进行内加厚；再进行第三次加热；最后进行外加厚；在所述的四次加热三次加厚步骤中，前两次加热完成后，首先进行外加厚；再进行第三次加热；然后进行第一次内加厚；再进行第四次加热；最后进行第二次内加厚，在上述的两种方案中，每次加厚均是内加厚或外加厚分别进行，因此，它避免了内外同时进行大变形时造成的失稳现象，确保内加厚过渡区的平滑过渡及足够大的R半径，从而提高钻杆管体的抗疲劳寿命，有效地避免刺穿事故的发生。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为一种内外加厚钻杆的纵向剖视图；

图2为本发明第一实施例加厚前管体的纵向剖视图；

图3为本发明第一实施例第一次加厚后钻杆的纵向剖视图；

图4为本发明第一实施例第二次加厚后钻杆的纵向剖视图；

图5为本发明第一实施例第三次加厚后钻杆的纵向剖视图。

具体实施方式

第一实施例

Φ114.3X8.56mm S135钻杆的加工方法。

由于钻杆管体加厚后，钻杆管体的总长度必然要缩短，因此钻杆管端参与变形的总长度La为内加厚段长度Liu、内圆锥过渡段长度Miu以及钻杆管体的缩短量Lv之和。钻杆管体的缩短量Lv的计算公式如下：

$\mathrm{Lv}=\frac{({\mathrm{Dou}}^2-D^2)(\mathrm{Leu}+\mathrm{Meu}/2)+(d^2-{\mathrm{dou}}^2)(\mathrm{Liu}+\mathrm{Miu}/2)}{D^2-d^2},$ 其中

D为管体外径；d为管体内径；Dou是加厚端部外径；dou是加厚端部内径；Leu是外加厚段的长度；Meu是管体端部外加厚段与管体过渡的外圆锥段的长度，即外加厚过渡区的长度；Liu是内加厚段的长度，Miu是内加厚段与管体过渡的内圆锥段的长度，即内加厚过渡区的长度，R是内圆锥段与管体之间的过渡圆角。

当内圆锥段长度Miu为80mm时，参加变形总长度La为465mm，因此加热长度必须大于465mm，实践证明，由于钻杆的管端加厚属于锻造工艺，锻造后的尺寸偏差较大，而且加厚所采用的钻杆管体为轧制无缝钢管，其壁厚偏差也较大，因此只有将加热长度保持在500mm以上，才能保证钻杆管体的端部加厚成功。

如图2所示，在第一次加厚之前，对钻杆管体1的管端进行两次加热，第一次加热长度长度不小于550mm，加热温度为1000～1100℃，。第二次加热长度不小于500mm，加热温度为1100～1250℃。这两次加热分别是在两台加热炉上顺序进行的。

第一次加厚。第一次加厚为外加厚，加厚后的管端外径增大，内径基本不变，如图3所示，1为钻杆管体，2为一道加厚模，4为经过第一次加厚后的钻杆管端，5为一道冲模，3为第一次加厚后的管端4与钻杆管体1之间的过渡的外圆锥段。

第二次加厚。在第二次加厚之前，对管端进行第三次加热，加热温度为1100～1250℃，第二次加厚为内加厚。如图4所示，6为二道加厚模，8为经过第二次加厚后的管端，9为二道冲模，3为第二次钻杆管体加厚后的管端8与钻杆管体1之间的过渡外圆锥段，7为第二次钻杆管体加厚后的管端8与钻杆管体1之间的过渡内圆锥段。

第三次加厚。在第三次加厚之前，对管端进行第四次加热，加热温度为1100～1250℃，第三次加厚仍为内加厚。如图5所示，10为三道加厚模，12为钻杆管体经过第三次加厚后的管端，13为三道冲模，3为钻杆管体经过第三次加厚后管端12与管体1之间的过渡外圆锥段，11为钻杆管体1经过第三次加厚后管端12与内圆锥段7之间的过渡内圆锥段。

经过四次加热、三次加厚后，最终形成了如图1所示的内外加厚的钻杆。

第二实施例

Φ88.9X11.40mm S135钻杆的加工方法，该钻杆管体的外径为88.9mm，内径为70.20mm。

首先对管端进行第一次加热，加热长度550mm，加热温度为1000～1100℃，随后进行第二次加热，加热长度不小于500mm，加热温度为1100～1250℃，之后进行第一次加厚，第一次加厚为内加厚。第一次加厚后钻杆管端的外径为91mm，内径为61mm。对管端进行第三次加热，加热温度为1100～1250℃，之后进行第二次加厚，第二次加厚为外加厚。第二次加厚后的钻杆管端的外径为106.2mm，内径为58.5mm。在完成最终加厚后，对钻杆进行测量，确保加厚钻杆尺寸合格。

从以上两个实施例可以看出，钻杆管端的加厚次数取决于钻杆加厚端壁厚与管体壁厚之比，即增厚比tou/t的不同，其中

tou＝(Dou-dou)/2，

t＝(D-d)/2，

tou是加厚端壁厚，t是管体壁厚，D为管体外径，d为管体内径，Dou是加厚端部外径，dou是加厚端部内径。

多次试验证明，当钻杆管体加厚端壁厚与钻杆管体壁厚变化较小时，即增厚比tou/t＜4.10时，可采用三次加热、两次加厚的工艺来完成合格钻杆管体的加厚生产，其中第一次加厚为内加厚，第二次加厚为外加厚。当钻杆管体加厚端壁厚与钻杆管体壁厚变化较大时，即增厚比tou/t≥4.10时，则采用四次加热、三次加厚的工艺来完成合格钻杆管体的加厚生产，其中第一次加厚为外加厚，第二次和第三次加厚为内加厚。

采用本发明所揭示的加工方法，可以在使用液压式管端加厚机的条件下，得到理想的钻杆加厚端尺寸，从而大大提高钻杆管体的抗疲劳寿命，并有效地避免了刺穿事故的发生，同时在现有设备的基础上使产品的生产效率有了明显提高。由此所生产的钻杆特别适用于目前深井、超深井、定向井、水平井、大斜度井等高难度井的钻探施工。

Claims (1)

1.钻杆管端加厚的加工方法，采用的加厚设备为液压式管端加厚机，其特征在于，包括如下步骤，

根据增厚比的不同，采用三次加热两次加厚步骤或四次加热三次加厚步骤，其中，前两次加热分别是在两台加热炉上顺序进行的，第一次加热为预加热，其加热长度至少为550mm，加热温度为1000～1100℃；第二次加热的加热长度至少为500mm，加热温度为1100～1250℃；

在所述的三次加热两次加厚步骤中，前两次加热完成后，首先进行内加厚，再进行第三次加热，最后进行外加厚；

在所述的四次加热三次加厚步骤中，前两次加热完成后，首先进行外加厚，再进行第三次加热，然后进行第一次内加厚，再进行第四次加热，最后进行第二次内加厚；

增厚比tou/t＜4.10时，采用三次加热两次加厚步骤，增厚比tou/t≥4.10，则采用四次加热三次加厚步骤，其中

tou＝(Dou-dou)/2，

t＝(D-d)/2，

tou是加厚端壁厚，t是管体壁厚，D为管体外径，d为管体内径，Dou是加厚端部外径，dou是加厚端部内径。

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