CN102039363A - 一种超长内加厚钻杆的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超长内加厚钻杆的制造方法，该发明包含三个加厚步骤，步骤1：内加厚；内加厚的顶锻压力为180～220bar；步骤2：外加厚；外加厚的顶锻压力为130～170bar；步骤3：内外加厚；内外加热的顶锻压力为120～160bar；每一步骤至少进行一道次变形；每一道次中加厚端加热温度为1150～1250℃，步骤1的加热长度至少为700mm。通过本发明可以生产Liu≥280mm的非API标准加厚钻杆，从而提高了钻杆的疲劳寿命，避免钻杆刺穿事故的发生，且生产的钻杆特别适用于深井、超深井、定向井、水平井、大斜度井等高难度井的钻探施工。因而具备良好的推广及应用前景。

Description

一种超长内加厚钻杆的制造方法

技术领域

本发明本涉及一种石油钻探用钻杆的制造方法，尤其涉及一种超长内加厚钻杆的制造方法。

背景技术

用于石油钻探的钻杆是按API标准生产制造的。其结构是在钻杆管体两端各对焊一个外螺纹钻杆接头和一个内螺纹钻杆接头。由于管体较薄，为了增加与接头连接处的强度，管体两端对焊部分是加厚的。加厚形式有内加厚、外加厚及内外加厚三种，其中内外加厚是钻杆普遍采用的加厚形式。

如图1所示，对于内外加厚钻杆，D是管体外径，d是管体内径，Dou是加厚端外径，dou是加厚端内径。Leu是外加厚段长度，Meu是外加厚段与管体过渡的外圆锥段长度。Liu是内加厚段长度，Miu是内加厚段与管体过渡的内圆锥段长度。R是内圆锥段长度Miu与管体之间过渡的圆角。

随着石油工业的发展，钻杆的服役条件日趋恶劣，API标准钻杆已不能满足日益苛刻的钻井作业要求。经过理论研究，发现Liu≥280mm可以明显提高钻杆的疲劳性能，减少钻杆刺穿事故的发生，满足油田用户的迫切需求。API标准规定钻杆加厚端Liu＝95～145mm，因此Liu≥280mm的钻杆加厚端长度约为API标准产品的1倍以上，变形量非常大，尚无有效的控制方法。

美国专利，专利公开号分别为第4845972号专利、第5184495号专利、第5517843号专利，分别提供了针对API标准钻杆管端内外加厚的制造方法。其设计思想均为：首先外加厚，然后采用不同的方法通过模具将外加厚部分挤压成内加厚。对于加厚端Liu≥280mm的钻杆，如果采用先外加厚，再内加厚的方法，由于第一道次加厚时压力很大，冲头大小和钢管内径几乎一致，且变形的长度很长，钢管的加厚端易抱紧冲头，当冲头退回时，易在加厚变形起始点位置发生管子拉断现象。

中国专利，专利公开号CN1887473，专利名称“一种钻杆管端内外加厚的制造方法”，提供了一种每道次都同时进行内外加厚的钻杆加厚端的制造方法。这种方法通过每道次都内外加厚，能制造出内加厚过渡区较长的加厚端，其过渡区是通过多道次的衔接而成。但当内外同时加厚变形时，金属同时要向内部和外部流动，在很大的压力下，第一道次加厚后仍很难得到很长的内加厚长度或者外加厚长度，导致最终成品的加厚端长度较短。

中国专利，专利公开号CN101096044，专利名称“一种超长加厚端钻杆的制造方法”，提供了一种可以生产Leu≥180mm的钻杆加厚端的制造方法。该方法包括先内加厚，再外加厚，最后内加厚三个步骤。其加热长度为550～700mm。第一次内加厚顶锻力控制为150～180bar。该专利明确指出，采用该方法生产的钻杆Liu＜Leu，其加厚端Liu＝90～140mm。

因此，迫切需要一种钻杆管端内外加厚的制造方法，能够生产出Liu≥280mm的高性能钻杆。

发明内容

本发明的目的是提供一种超长内加厚钻杆的制造方法，应用该方法可以生产Liu≥280mm的非API标准加厚钻杆，从而提高了钻杆的疲劳寿命，减少钻杆刺穿事故的发生。

本发明的目的是这样实现的：一种超长内加厚钻杆的制造方法，包括三个步骤，在进行第一个步骤前，对长度为L1的管端进行加热。加热温度为1150～1250℃。L1的长度至少为700mm。

由于钻杆管端加厚后，钻杆长度必然缩短，因此钻杆管端参与变形总长度LA为内加厚段长度Liu、内圆锥段长度Miu与钻杆缩短量Lv之和。钻杆缩短量Lv的计算公式见下式。

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

式中：

D-管体外径

d-管体内径

Dou-加厚端外径

dou-加厚端内径

Leu-外加厚段长度

Meu-外加厚段与管体过渡的外圆锥段长度

Liu-内加厚段长度

Miu-内加厚段与管体过渡的内圆锥段长度

以Φ127×9.19mm内外加厚S-135钻杆为例，参与变形总长度LA为600mm，因此加热长度L1大于600mm即可。但实践证明，由于管端加厚属于锻造工艺，锻造后的尺寸偏差较大，而加厚所采用的钻杆管体为轧制钢管，其壁厚偏差也较大，只有加热长度L1保持在700mm以上，才能保证Liu≥280mm。

然后进行下面三个步骤的加厚：

步骤1)内加厚：

第一次加厚为内加厚，顶锻压力为180～220bar。通过1#加厚模和1#冲头，为管端进行第一次增厚，管端与管体之间有过渡的内圆锥。然后，在第二次加厚之前，对管端进行第二次加热。加热温度为1150～1250℃；

步骤2)外加厚：

第二次加厚为外加厚，顶锻压力为130～170bar。通过2#加厚模和2#冲头，为管端进行第二次增厚，管端与管体之间有过渡的外圆锥段。同样，在第三次加厚之前，再对管端进行第三次加热。加热温度为1150～1250℃；

步骤3)内外加厚：

第三次加厚为内外加厚，顶锻压力为120～160bar。通过3#加厚模和3#冲头。为管端进行第三次增厚，管端与管体之间有过渡的外圆锥段和内圆锥段；

上述三个步骤，每一步骤至少进行一道次变形。

优选地，所述的加厚步骤通过相应的加厚模和加厚冲头来实施。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：

1)使用本发明，可以生产Liu≥280mm的非API标准加厚钻杆，从而提高了钻杆的疲劳寿命，避免钻杆刺穿事故的发生。

2)使用本发明的方法制备的钻杆，能广泛适用于深井、超深井、定向井、水平井、大斜度井等高难度井的钻探施工。

附图说明

以下结合附图和具体实施例来对本发明作进一步说明。

图1为现有技术的钻杆内外加厚示意图。

图2本发明加厚前的钻杆示意图。

图3本发明第一次加厚后的钻杆示意图。

图4本发明第二次加厚后的钻杆示意图。

图5本发明第三次加厚后的钻杆示意图。

图中：

1-钻杆管体            2-1#加厚模      3-一次增厚管端

4-1#冲头              5-内圆锥段      6-2#加厚模

7-二次增厚管端        8-2#冲头        9-二次增厚的外圆锥段

10-3#加厚模           11-三次增厚管端 12-3#冲头

14-三次增厚的内圆锥段

具体实施方式

以127×9.19mm S-135钻杆为例，说明本发明的制备过程。

如图2所示，该钻杆外径为127mm，内径为108.62mm。

首先对长度至少为700mm的管端进行加热。加热温度为1150～1250℃。之后进行第一次加厚。

如图3所示，第一次加厚为内加厚，顶锻压力为200bar。2为1#加厚模，3为经过第一次增厚过的管端。4为1#冲头。5为第一次增厚过的管端3与管体1之间过渡的内圆锥段。第一次加厚后钻杆的外径为127mm，内径为103mm。在经过第一次加厚后，对管端进行第二次加热，加热温度为1150～1250℃。

然后如图4所示，对管端进行第二次加厚。第二次加厚为外加厚，顶锻压力为150bar。6为2#加厚模，7为经过第二次增厚过的管端。8为2#冲头。9为第二次增厚过的管端7与管体1之间过渡的外圆锥段。第二次加厚后钻杆的外径为135mm，内径为103mm。同样，在经过第二次加厚后，再对管端进行第三次加热，加热温度为1150～1250℃。

最后如图5所示，对管端进行第三次加厚。第三次加厚为内外加厚，顶锻压力为140bar。10为3号加厚模，11为经过第三次增厚过的管端。12为3号冲头。13为第三次增厚过的管端11与管体1之间过渡的外圆锥段。14为第三次增厚过的管端11与管体1之间过渡的内圆锥段。第三次加厚后钻杆的外径为142mm，内径为100mm。在完成最终加厚之后，对钻杆的Liu进行测量。其Liu长度至少为280mm。

通过大型有限元软件进行有限元分析，API标准的Φ127×9.19mm S-135钻杆加厚过渡区应力集中系数为1.141，Liu≥280mm的非API标准加厚的Φ127×9.19mm S-135钻杆加厚过渡区应力集中系数为1.03。与API标准钻杆相比，Liu≥280mm的非API标准加厚钻杆加厚过渡区的应力集中情况降低了约10％，因此大幅提高了钻杆的疲劳寿命。

通过本发明制造的钻杆由于其应用领域的特殊性，尚无法在实验室做出具体的实施效果实验，但应用本发明制造的Liu≥280mm的非API标准加厚钻杆已经在塔里木油田钻探成功7620米的中石油最深井-轮东1井；截止目前，该钻杆已累积完成进尺14270米，在使用过程中未发生任何钻杆刺穿等失效情况，明显地提高了钻杆的疲劳寿命，因此能证明本发明的良好实施效果。

综上所述，通过本发明可以生产Liu≥280mm的非API标准加厚钻杆，从而提高了钻杆的疲劳寿命，避免钻杆刺穿事故的发生。因此采用本发明专利生产的钻杆特别适用于深井、超深井、定向井、水平井、大斜度井等高难度井的钻探施工。因而具备良好的推广及应用前景。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (3)

1.一种超长内加厚钻杆的制造方法，其特征在于包括以下3个加厚步骤：

步骤1：内加厚；内加厚的顶锻压力为180～220bar；

步骤2：外加厚；外加厚的顶锻压力为130～170bar；

步骤3：内外加厚；内外加热的顶锻压力为120～160bar；

每一步骤至少进行一道次变形；

每一道次中加厚端加热温度为1150～1250℃。

2.如权利要求1所述的超长内加厚钻杆的制造方法，其特征在于：所述的每个加厚步骤都通过相应的加厚模和加厚冲头来实施。

3.如权利要求1或2所述的超长内加厚钻杆的制造方法，其特征在于：所述步骤1的加热长度至少为700mm。

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