CN102049458A - 整体式加重钻杆、方钻杆的挤压成形方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种整体式加重钻杆、方钻杆的挤压成形方法，其特征在于，所述成形方法的主要步骤包括：(1)选取圆棒料；(2)用中频炉对所选的圆棒料进行分段加热；(3)对所选取的圆棒料一端的加热区镦粗成形；(4)用中频炉对所选圆棒料的另一端进行分段加热；(5)对所选取的圆棒料另一端的加热区镦粗成形等。本发明还包括所述挤压成形方法使用的框架式液压机。本发明的优点在于节约原材料、减少加工量提高了产品的机械性能和可靠性。克服了国内外厂家现有设备行程小、镦粗长度短的缺陷。采用分段加热的方法，克服了现有技术中整体式加重钻杆和方钻杆镦粗长度长过渡部位易产生缺陷的问题。

Description

整体式加重钻杆、方钻杆的挤压成形方法及设备

技术领域

本发明涉及金属材料热加工塑性成型领域，更详细地说涉及整体式加重钻杆、方钻杆的挤压成形方法及其所使用的设备。

背景技术

加重钻杆、方钻杆是石油勘探开发钻井用的重要钻柱构件，是油气田勘探开发工程的主要器材，对石油的钻采起着至关重要的作用。

加重钻杆应用于钻柱中主要起三种作用：第一是用作钻铤和钻杆之间的过渡构件，使钻柱构件外径大小过渡相对平滑，减小钻具失效事故；第二是用作定向钻井施加钻压，克服了钻铤柔性不足的缺点；第三是当用小钻头或小直径井眼钻井时起加钻压作用。方钻杆应用于钻柱中主要起传递扭矩和驱动作用。随着油井深度的不断加深，钻探的难度越来越大，通常的焊接加重钻杆、方钻杆已不能满足深油井和超深油井的刚度和强度的需要，石油行业呼吁高强度、高扭矩、抗刺漏、抗弯曲的高性能加重钻杆和方钻杆。

目前加重钻杆和方钻杆普遍采用的加工工艺有以下两种：

第一种工艺方法：是将加重钻杆、方钻杆的两端接头和管体单独机械加工后用摩擦焊机焊接起来或用螺纹直联起来；用摩擦焊联接的需要进行焊缝奥氏体化、高压空气吹冷、焊缝高温回火、焊缝精加工等相关处理，加工工艺较为复杂，对加工设备要求较高，且管体与接头焊缝处的组织与基材组织相差较大，该种工艺方法的最大缺点就是焊接部位的强度较差，只有整体式钻杆强度的一半，影响了加重钻杆的使用寿命，甚至造成钻井过程中的事故。采用管体与接头分别加工螺纹直联而成的加重钻杆和方钻杆也同样存在强度和可靠性较差的问题。

第二种工艺方法：是采用大直径的圆棒料直接进行机械加工而成的整体加重钻杆和方钻杆，这种工艺方法虽然克服了第一种方法强度较差的缺点，但原材料浪费大、加工工时长。原材料的利用率仅在67％以内。

发明内容

本发明的目的在于提供一种整体式加重钻杆、方钻杆的挤压成形方法及其所使用的设备。

本发明所述整体式加重钻杆、方钻杆的挤压成形方法的具体步骤是：

(1)整体式加重钻杆通常指圆钻杆，选取圆棒料；

(2)用中频炉对所选的圆棒料进行分段加热，其中：对加热区前端段1～200mm范围进行加热，加热温度为1080℃±20℃，对加热区中部段201～600mm范围进行加热，加热温度为1110℃±20℃，对加热区尾部段601～1300mm范围进行加热，加热温度为1150℃±20℃)；

(3)对所选取的圆棒料一端的加热区镦粗成形；

(4)用中频炉对所选圆棒料的另一端进行分段加热，其中：对加热区前端段，即1～200mm范围进行加热，加热温度为1080℃±20℃，对加热区中部段，即201～600mm范围进行加热，加热温度为1110℃±20℃，对加热区尾部段，即601～1400mm范围进行加热，加热温度为1150℃±20℃)；

(5)对所选取的圆棒料另一端的加热区镦粗成形；

(6)热态检验；

(7)去飞边毛刺。

本发明所述整体式加重方钻杆的挤压成形方法，除选取方形棒料，并在镦粗过程中将加重钻杆镦粗为方形外，其他加工工序及工艺条件与镦粗成圆形的整体式加重钻杆相同，其实施方式不再赘述。

本发明所述整体式加重钻杆、方钻杆的挤压成形方法所使用的设备为框架式液压机，该设备主要包括机身，在机身的左侧设有与液压控制装置相接的水平主油缸，与水平主油缸相配主油缸活塞杆的外端头接有水平主滑块，水平主滑块与机身和横梁之间为滑道配合，水平主滑块上固定有凸模支座，在机身的右侧设有进料孔，机身的右半部分是夹紧动力装置及相联可容让小浮动开式组合模具(含夹紧装置)。

本发明所述框架式液压机，其中所述的夹紧动力装置是固定在机身上部与液压控制装置相接夹紧油缸，与夹紧油缸相配的活塞杆的外端头下部接有夹紧滑块，夹紧滑块与固定在中间支撑和右支撑上的竖直滑道相配合。所述的可容让小浮动开式组合模具(含夹紧装置)分为上、下两部分，上部分安装在所述的夹紧滑块下部，下部分安装在固定在机身上的水平工作台上。

本发明所述的框架式液压机，其中所述的机身结构是两条互相平行的纵梁，在所述的两条纵梁的左端头设有左支撑，右端头设有右支撑，中间部分设有中间支撑和横梁，45°的水平滑道固定在机身和横梁上，与水平主滑块相配合，45°的竖直滑道固定在中间支撑和右支撑上与夹紧滑块相配合；所述的水平主油缸固定在所述的左支撑上，所述的进料口设在右支撑上。所述机身的纵梁、横梁、左、右支撑、中间支撑均采用厚钢板焊接在一起形成框架结构。

在工作时，将经过加热的工件的加热部分从进料孔放入可容让小浮动开式模具及夹紧装置中，首先通过夹紧油缸完成对工件的夹紧，然后水平主油缸动作带动安装在其上的凸模一起向右运动完成对工件的镦粗成形。

本发明所述整体式加重钻杆、方钻杆的挤压成形方法的具有以下显著的优点：

1、使用本发明方法提高了产品的强度和可靠性

与焊接或直联式加工方法相比克服了强度和可靠性低的问题，所述的加重钻杆和方钻杆的整体挤压成形是采用圆棒料直接在镦粗设备上将杆体两端镦粗，镦粗部分较长，可直接在镦粗部分加工接头所用螺纹，无需再用其他接头连接其强度提高了，可靠性增加了。

2、使用本发明所述方法，节约原材料、减少加工量、使产品金属流线更加合理

本发明所述加工方法与圆棒料直接进行机械加工而成的整体加重钻杆、方钻杆相比本发明的整体加重钻杆和方钻杆节约原材料可达33％～45％，机械加工效率可提高10倍，且在成形过程中对产品在水平方向施加一正压力，金属流线连续、顺畅，提高了产品的机械性能和可靠性。

例如NC50-I加重钻杆，原工艺用圆棒料直接加工需要用φ180×9800圆钢加工，原材料重量为：1957Kg，而本发明采用整体式挤压成形只需用φ140×10720圆钢两端镦粗即可，原材料重量为：1295Kg，可节约原材料662Kg，节约原材料达33.8％；用圆棒料直接机械加工需要30小时才能加工一件，而用整体式挤压成形毛坯只需3小时就可以加工一件，机加效率提高了10倍；又例如3 1/2″方钻杆，原工艺用圆棒料直接机械加工需用料φ210×12400，原材料重量为：3426Kg，而本发明用φ160圆钢镦粗需用料φ160×13000，重量为：2052Kg，可节约原材料1374Kg，节约原材料达40.1％。

3、本发明所述整体式加重钻杆、方钻杆的挤压成形方法所使用的框架式液压机设备克服了国内外其他厂家现有设备行程小、镦粗长度短的缺陷

现有技术使用的设备，行程小、镦粗长度短，采用背景技术中介绍的第一种加工方法所述的用厚壁无缝钢管管端加厚，加厚长度只有200mm左右，远不能满足整体式加重钻杆、方钻杆800mm-900mm镦粗长度的要求。本发明方法使用的所述框架式液压机设备可经过一至三道工序对工件进行镦粗成形和整形，并且夹紧力和水平推进力匹配合理，有利于工件的镦粗成形。所采用的模具为：可容让小浮动开式组合模具，该模具可容纳少量多余金属，减小了金属变形过程中的阻力，并且采用一至三次镦粗成形的方法，有效解决了其他厂家现有设备、模具在镦粗过程中所产生的失稳问题和中部环沟问题。

4、采用分段加热的方法，克服了现有技术中整体式加重钻杆和方钻杆镦粗长度长过渡部位易产生缺陷的问题

本发明使用中频感应加热炉，通过采用分段加热的方法，严格控制各段的加热温度和时间，有效解决了整体式加重钻杆、方钻杆镦粗长度长，其过渡部位易产生缺陷的问题。而分段加热所设定的温度，是申请人经过无数次实验研究得出的最佳温度。功效比和产品寿命、强度等技术性能最佳。

本发明方法所使用的设备与现有方法所使用的设备相比具有以下优点：

1、本发明方法使用的所述框架式液压机设备可经过一至三道工序对工件进行镦粗成形和整形，并且夹紧力和水平推进力匹配合理，有利于工件的镦粗成形。所采用的模具为：可容让小浮动开式组合模具，该模具可容纳少量多余金属，减小了金属变形过程中的阻力，并且采用一至三次镦粗成形的方法，有效解决了其他厂家现有设备、模具在镦粗过程中所产生的失稳问题和中部环沟问题，并且本发明所述设备结构合理，更换模具方便、快捷；

2、本发明所述设备行程大，镦粗长度长，可使镦粗部位达1500mm长，现有设备镦粗长度只有200mm左右；

3、本发明所述设备镦粗直径大，镦粗直径范围φ50-φ1500mm，而现有设备最大镦粗直径只有φ150mm。现有设备根本无法满足整体加重钻杆和方钻杆的工艺要求。

附图说明

图1是本发明所述整体式加重钻杆、方钻杆的挤压成形方法所使用的设备框架式液压机整体结构剖视图；

图2是沿图1所示A-A线的剖视图；

图3是沿图1所示B-B线的剖视图。

具体实施方式

实施例1、本发明所述整体式加重钻杆、方钻杆的挤压成形方法如下所述：

(1)选取圆棒料；

(2)用中频炉对所选的圆棒料进行分段加热，其中：对加热区前端段，即1～200mm范围进行加热，加热温度为1080℃±20℃，对加热区中部段，即201～600mm范围进行加热，加热温度为1110℃±20℃，对加热区尾部段，即601～1300mm范围进行加热，加热温度为1150℃±20℃)，采用计时器来控制加热时间；

(3)使用镦粗机对所选取的圆棒料一端的加热区镦粗成形；

(4)用中频炉对所选圆棒料的另一端进行分段加热，其中：对加热区前端段，即1～200mm范围进行加热，加热温度为1080℃±20℃，对加热区中部段，即201～600mm范围进行加热，加热温度为1110℃±20℃，对加热区尾部段，即601～1400mm范围进行加热，加热温度为1150℃±20℃)，采用计时器来控制加热时间；

(5)使用镦粗机对所选取的圆棒料另一端的加热区镦粗成形；

(6)热态检验，用0～500mm的外卡钳及0～1000mm的钢板尺对镦粗部分进行直径和长度检验；

(7)去飞边毛刺。

本发明所述整体式加重方钻杆的挤压成形方法，除选取方形棒料并在镦粗过程中将加重钻杆镦粗为方形外，其他加工工序及工艺条件与镦粗成圆形的整体式加重钻杆相同，其实施方式不再赘述。

实施例2、下面结合说明书附图图1至图3介绍本发明所述整体式加重钻杆、方钻杆的挤压成形方法所使用的设备即框架式液压机的具体实施方式。

如图1至图3所示，本发明所述的设备为框架式液压机，如图1-3所示，1为机身，机身1包括由上纵向梁9和下纵梁2组成的纵向梁，在纵向梁的左侧焊接有左支撑8，右侧焊接有右支撑13，中部焊接有中间支撑10和横梁7，形成具有框架结构的机身1，在左支撑8上用螺栓联接与液压控制装置相接的水平主油缸3，与水平主油缸3相配合的主油缸活塞杆4的外端头用螺栓联接有水平主滑块5，水平主滑块5四角处加工有45°斜面与机身下纵梁2和横梁7内侧上的45°滑道22相配合，使水平主滑块5相对于机身1可纵向移动。水平主滑块5上用螺栓联接有模座6，凸模21安装在模座6上，在机身1的右支撑13上设有进料孔17，在机身1的右上部上纵梁9上用螺栓联接有夹紧油缸11，与夹紧油缸11相配合的夹紧活塞杆12的外端头用螺栓联接有夹紧滑块14，夹紧滑块14的四角处加工有45°斜面与中间支撑10和右支撑13内侧上的45°滑行面15相配合，使夹紧滑块14相对于机身1可竖直移动，夹紧滑块14下边联接着上模座16，可容让小浮动开式组合模具18(含夹紧装置)的上半部分安装在上模座16中，下半部分安装在下模座19中，下模座19固定在水平工作台20上，水平工作台20固定在机身1的下纵向梁2上。工件加热后通过设备一侧的进料孔17放入可容让小浮动开式模具18(含夹紧装置)中，首先通过夹紧油缸11完成对工件的夹紧，然后水平主油缸动3作带动水平主滑块5及安装其上的凸模21一起水平向右运动，完成对工件的镦粗成形。

Claims (3)

1.一种整体式加重钻杆、方钻杆的挤压成形方法，其特征在于，所述成形方法的具体步骤是：

(1)选取圆棒料；

(2)用中频炉对所选的圆棒料进行分段加热，其中：对加热区前端段1～200mm范围进行加热，加热温度为1080℃±20℃，对加热区中部段201～600mm范围进行加热，加热温度为1110℃±20℃，对加热区尾部段601～1300mm范围进行加热，加热温度为1150℃±20℃)；

(3)对所选取的圆棒料一端的加热区镦粗成形；

(4)用中频炉对所选圆棒料的另一端进行分段加热，其中：对加热区前端段，即1～200mm范围进行加热，加热温度为1080℃±20℃，对加热区中部段，即201～600mm范围进行加热，加热温度为1110℃±20℃，对加热区尾部段，即601～1400mm范围进行加热，加热温度为1150℃±20℃)；

(5)对所选取的圆棒料另一端的加热区镦粗成形；

(6)热态检验；

(7)去飞边毛刺。

2.按照权利要求1所述挤压成形方法使用的框架式液压机，其特征在于：所述框架式液压机包括机身(1)，机身(1)上设有由上纵向梁(9)和下纵向梁(2)组成的纵向梁，所述纵向梁的左侧焊接有左支撑(8)，右侧焊接有右支撑(13)，所述纵向梁中部焊接有中间支撑(10)和横梁(7)，所述左支撑(8)联接与液压控制装置相接的水平主油缸(3)，所述水平主油缸(3)相配合的主油缸活塞杆(4)的外端头用螺栓联接有水平主滑块(5)，所述水平主滑块(5)上用螺栓联接有模座(6)，凸模(21)安装在所述模座(6)上，所述右支撑(13)上设有进料孔(17)，所述上纵向梁(9)上联接有夹紧油缸(11)，与所述夹紧油缸(11)相配合的夹紧活塞杆(12)的外端头联接有夹紧滑块(14)，所述夹紧滑块(14)下边联接着上模座(16)，可容让小浮动开式组合模具(18)的上半部分安装在所述上模座(16)中、下半部分安装在下模座(19)中，所述下模座(19)固定在水平工作台(20)上，所述水平工作台(20)固定在所述机身(1)的所述下纵向梁(2)上。

3.按照权利要求2所述框架式液压机，其特征在于：夹紧滑块(14)的四角处加工有与中间支撑(10)和右支撑(13)内侧上的45°滑行面(15)相配合的45°斜面。

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