CN102704863B - 防热裂钻杆内螺纹接头及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种防热裂钻杆内螺纹接头及其制备方法。所述防热裂钻杆内螺纹接头包括：外侧表面，所述防热裂钻杆内螺纹接头还包括：位于所述外侧表面上的铜基合金镀层。所述制备方法，在钻杆内螺纹接头端部区域外侧表面形成一层铜基合金镀层。本发明一是可以有效地减少钻杆接头的磨损，二是可以有效地解决钻杆内螺纹接头与井壁或套管间摩擦磨损时摩擦热的聚集问题，防止摩擦接触部位因摩擦热的聚焦而产生过高的温度使接头材料组织发生相变，避免摩擦热裂的产生。

Description

防热裂钻杆内螺纹接头及其制备方法

技术领域

本发明涉及石油勘探及煤层气勘探工程中所需要的钻杆，具体而言，涉及一种防热裂钻杆内螺纹接头及其制备方法。

背景技术

钻杆是石油天然气勘探与开发中的一种重要工具，是钻柱系统的重要组成部分，位于整个钻柱的上部，占整个钻柱长度的80％～90％，它不仅是钻井液的循环通道，而且在钻井中传递扭矩，承受拉压，弯曲，扭转等多种载荷的复合作用。因此，钻杆在钻进作业中的运动方式除了绕自身轴线自转外，还常常以井眼轴线为轴线进行公转，从而导致钻杆接头与井壁或套管发生摩擦磨损，造成钻杆接头均匀磨损或偏磨，尤其以超深井、超长水平井、大位移井等复杂工况井最为常见。当摩擦力很大或较长时间处于摩擦接触状态时，摩擦表面缺少钻井液的冷却和润滑，摩擦热在摩擦表面聚集，使钻杆接头摩擦表面局部温度过高，达到了金属相变的温度，摩擦部位区域组织将发生相变，形成淬火裂纹，即常说的摩擦热裂，从而导致钻杆失效，造成井下事故。

发明内容

本发明的目的是通过对钻杆内螺纹接头进行表面处理，使钻杆外表面形成一层具有优良的耐磨性和良好的导热性的材料组织，从而有效地解决钻杆接头与井壁或套管间摩擦磨损时摩擦热的聚集，减少钻杆接头磨损，避免摩擦热裂的产生。

为此，本发明提出一种防热裂钻杆内螺纹接头，所述防热裂钻杆内螺纹接头包括：外侧表面，所述防热裂钻杆内螺纹接头还包括：位于所述外侧表面上的铜基合金镀层。

进一步地，所述防热裂钻杆内螺纹接头还包括：内螺纹内径段段、台肩和端面，所述台肩位于所述内螺纹内径段和所述端面之间，所述铜基合金镀层的端部与所述端面平齐。

进一步地，所述铜基合金镀层为环形，所述铜基合金镀层的厚度为0.05～0.35mm。

进一步地，所述铜基合金镀层的宽度为95～105mm。

进一步地，所述铜基合金镀层通过电镀制成。

本发明还提出一种制备方法，在钻杆内螺纹接头端部区域外侧表面形成一层铜基合金镀层。

进一步地，所述制备方法通过电镀的方式在所述钻杆内螺纹接头端部区域外侧表面形成一层铜基合金镀层。

进一步地，所述制备方法包括：A、清除钻杆内螺纹接头外侧表面的杂质或附着物；B、然后，将所述钻杆内螺纹接头的端面和台肩采用凝胶树脂密封好；C、将密封好所述端面和台肩的所述钻杆内螺纹接头放入电镀池；D、对所述钻杆内螺纹接头的外侧表面进行电净处理，清水冲净后干燥；E、然后，对所述钻杆内螺纹接头的外侧表面进行二次活化，清水冲净后干燥；F、对所述钻杆内螺纹接头的外侧表面进行镀铜合金处理，清水冲净后干燥。

进一步地，所述电镀池内加入电净液、活化液和铜基合金，所述电镀池液体高度为95～105mm。

进一步地，所述电镀工作环境为10至40℃，工作电压为交流380±38V。

本发明在钻杆内螺纹接头端部区域外侧表面形成一层具有优良的耐磨性和良好的导热性的铜基合金材料，一是可以有效地减少钻杆接头的磨损，二是可以有效地解决钻杆内螺纹接头与井壁或套管间摩擦磨损时摩擦热的聚集问题，防止摩擦接触部位因摩擦热的聚焦而产生过高的温度使接头材料组织发生相变，避免摩擦热裂的产生。

附图说明

图1为根据本发明实施例的防热裂钻杆内螺纹接头结构示意图。

附图标号说明：

1、钻杆内螺纹接头 2、铜基合金镀层 3、端面 4、台肩 5、内螺纹内径段

6、外侧表面

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，根据本发明实施例的防热裂钻杆内螺纹接头1主要是在现有的钻杆内螺纹接头的结构上对外侧表面进行了处理和改进。根据本发明实施例的防热裂钻杆内螺纹接头1与现有的钻杆内螺纹接头的主要区别在于，根据本发明实施例的防热裂钻杆内螺纹接头1包括：外侧表面6，所述防热裂钻杆内螺纹接头1还包括：位于所述外侧表面6上的铜基合金镀层2。铜基合金镀层2的材质例如采用适宜电镀的铜基镍-磷合金或铜基镍-钨-磷合金，关于适宜电镀的铜基镍-磷合金或铜基镍-钨-磷合金的成分可以参考现有技术。。铜基合金镀层2具有优良的耐磨性和良好的导热性，从而有效地解决钻杆接头与井壁或套管间摩擦磨损时摩擦热的聚集，减少钻杆接头磨损，避免摩擦热裂的产生。进一步地，所述铜基合金镀层通过电镀制成。这样，不破坏钻杆内螺纹接头处的强度和结构。当然，本发明不限于采用电镀的方式进行镀层处理，也可以采用其他合适方式。

进一步地，所述防热裂钻杆内螺纹接头还包括：内螺纹内径段5、台肩4和端面3，所述台肩4位于所述内螺纹内径段5和所述端面3之间。台肩4是钻杆内螺纹接头与外螺纹接头密封连接的密封面或连接面，通常与内螺纹内径段5连接，内螺纹内径段5具有与外螺纹接头连接的内螺纹。所述铜基合金镀层2的端部与所述端面3平齐，铜基合金镀层2从所述端面3沿着外侧表面6向所述台肩4延伸，例如，铜基合金镀层2从所述端面3沿轴向延伸。本发明是在台肩4处的外侧表面设置铜基合金镀层2，该位置处的内螺纹接头的管壁较薄，最容易有摩擦热裂的产生。

进一步地，所述铜基合金镀层2为环形，可以为圆环形或锥环形，所述铜基合金镀层的厚度d为0.05～0.35mm。如果太薄，则耐磨效果差，如果太厚，则不易电镀或制作。

进一步地，所述铜基合金镀层的宽度W为95～105mm，即铜基合金镀层2从所述端面3沿着外侧表面6向所述台肩4延伸宽度为95～105mm。这个宽度能够效地解决钻杆接头与井壁或套管间摩擦磨损时摩擦热的聚集，而且如果宽度增加，则会增加制作难度和成本。

如图1所示，本发明还提出一种制备方法：在钻杆内螺纹接头端部区域外侧表面形成一层铜基合金镀层。

进一步地，所述制备方法通过电镀的方式在所述钻杆内螺纹接头端部区域外侧表面形成一层铜基合金镀层。

进一步地，所述制备方法包括：A、清除钻杆内螺纹接头外侧表面6的杂质或附着物；B、然后，将所述钻杆内螺纹接头的端面3和台肩4采用凝胶树脂密封好，以免端面3和台肩4也被镀上镀层；C、将密封好所述端面3和台肩4的所述钻杆内螺纹接头1放入电镀池，其中，端面3位于台肩4的下方，所述电镀池内加入有电净液、活化液和铜基合金；D、对所述钻杆内螺纹接头的外侧表面6进行电净处理，以清除零件金属表面上的油污和杂质，清水冲净后干燥；E、然后，对所述钻杆内螺纹接头的外侧表面进行二次活化，清水冲净后干燥(二次活化作用是彻底清除接头表面的杂质，确保镀层的表面粘附效果)；F、对所述钻杆内螺纹接头的外侧表面进行镀铜合金处理，清水冲净后干燥。

进一步地，所述电镀池内液体高度为95～105mm，用于达到设计的电镀宽度W。

进一步地，所述电镀工作环境为10至40℃，工作电压为交流380±38V。(不同的温度对镀层效果有一定的影响，使用这个温度，是多次实践得出的结果，以便得到稳定的合适的镀层。380±38V的电压为正常的交流电工作电压。)

下面提供一种具体的制备方法：

1)参照附图1，将内螺纹接头1外侧表面进行车削或其他方式清除掉接头表面可能存在的所有杂质或附着物。这样，大部分固体杂质都被去除了。

2)参照附图1，将钻杆内螺纹接头1的端面3和台肩4(扭矩台肩)采用凝胶树脂密封好。

3)在镀池(电镀池)内按一定比例分别加入一定的电净液、活化液和铜基合金，镀池液体高度为95～105mm。(在进行电镀前这几种材料按比例分别加入，形成混合液，只要在通电前进行加入都行，没有严格的顺序。)

4)电镀工作环境为10-40℃，工作电压为交流380±38V。

5)将密封好端面3和台肩4的内螺纹钻杆接头台肩端放入电镀池。

6)启动工作电流，对内螺纹接头1外侧表面进行电净处理，清水冲净后干燥。

7)再对钻杆外表面进行二次活化，清水冲净后干燥。

8)最后对钻杆外表面进行镀铜合金处理，清水冲净后干燥。

本发明可有效降低钻杆内螺纹接头与井壁或套管的摩擦，减少摩擦力和摩擦热，有效地减少和避免钻杆表面组织发生相变开裂引起的钻杆接头失效事故。本发明尤其适用于超深井、超长水平井、大位移井等复杂工况井。本发明不限于采用电镀的方式进行镀层处理，镀层厚度不限于0.05～0.35mm，镀层宽度不限于95～105mm。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种防热裂钻杆内螺纹接头的制备方法，其特征在于，在钻杆内螺纹接头端部区域外侧表面形成一层铜基合金镀层；

所述制备方法通过电镀的方式在所述钻杆内螺纹接头端部区域外侧表面形成一层铜基合金镀层；

所述制备方法包括：A、清除钻杆内螺纹接头外侧表面的杂质或附着物；B、然后，将所述钻杆内螺纹接头的端面和台肩采用凝胶树脂密封好；C、将密封好所述端面和台肩的所述钻杆内螺纹接头放入电镀池；D、对所述钻杆内螺纹接头的外侧表面进行电净处理，清水冲净后干燥；E、然后，对所述钻杆内螺纹接头的外侧表面进行二次活化，清水冲净后干燥；F、对所述钻杆内螺纹接头的外侧表面进行镀铜合金处理，清水冲净后干燥。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电镀池内加入电净液、活化液和铜基合金，所述电镀池液体高度为95～105mm。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电镀工作环境为10至40℃，工作电压为交流380±38V。

4.一种采用权利要求1所述的制备方法制作的防热裂钻杆内螺纹接头，所述防热裂钻杆内螺纹接头包括：外侧表面，其特征在于，所述防热裂钻杆内螺纹接头还包括：位于所述外侧表面上的铜基合金镀层，解决钻杆内螺纹接头与井壁或套管间摩擦磨损时摩擦热的聚集问题，避免摩擦热裂的产生。

5.如权利要求4所述的防热裂钻杆内螺纹接头，其特征在于，所述防热裂钻杆内螺纹接头还包括：内螺纹内径段、台肩和端面，所述台肩位于所述内螺纹内径段和所述端面之间，所述铜基合金镀层的端部与所述端面平齐。

6.如权利要求4所述的防热裂钻杆内螺纹接头，其特征在于，所述铜基合金镀层为环形，所述铜基合金镀层的厚度为0.05～0.35mm。

7.如权利要求4所述的防热裂钻杆内螺纹接头，其特征在于，所述铜基合金镀层的宽度为95～105mm。