CN104108000B - 铝合金钻杆接头热组装内冷却系统 - Google Patents

铝合金钻杆接头热组装内冷却系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝合金钻杆接头热组装内冷却系统，是由内循环密封、双壁钻杆接头、固定双壁心轴、水龙头芯管接头和双通道水龙头构成；本发明的内部冷却系统双通道水龙头侧面为进水口，端部为冷却液排除口，两通道互不干扰。固定双壁心轴外管与内管组成的环形通道为冷却液进入通道，内管内腔为冷却液排除通道；双通道水龙头、固定双壁心轴、内循环密封通过双通道连接接头连接，将长度较大的管道分为长度较小的几段，便于安放、拆装及更换待接的钢接头；冷却液循环流动对钻杆装配部位进行冷却，使其温度不超过铝合金材料允许最高使用温度，从而防止温度过高引起铝合金内部微观晶体结构变化而影响其使用性能。

Description

铝合金钻杆接头热组装内冷却系统
技术领域
本发明涉及一种石油钻机配套设备，特别涉及一种铝合金钻杆接头热组装内冷却系统。
背景技术
铝合金钻杆分为钢接头铝合金钻杆和全铝合金钻杆两种，由于铝合金材料硬度低、耐磨性差，为减小钻井过程中与井壁、套管的摩擦而引起钻杆的过度磨损，带钢接头铝合金钻杆使用较多，全铝合金钻杆使用较少。铝合金钻杆与钢接头之间的连接形式是过盈配合，其连接工艺分为冷组装和热组装，目前广泛使用热组装。由于铝合金的热导率和热膨胀系数大于钢的热导率和热膨胀系数，当铝合金钻杆与加热的钢接头连接时，前者迅速被加热并产生膨胀，这将阻止钢接头上扣过程中的轴向自由移动，而难以获得预期要求的连接强度；而且随着温度的升高钻杆杆体会产生塑性变形，而冷却过程中钻杆产生的收缩量要比钢的收缩量大，导致实际接触压力低、连接可靠性差；高温条件下，铝合金材料的强度性能降低，内部微观晶体结构发生变化从而影响其使用性能；若温度过低，则需要较大的上扣扭矩，会对钻杆杆体产生不良影响。
发明内容
本发明的目的是为了解决铝合金钻杆与钢接头热组装过程中存在的上述问题，而提供一种铝合金钻杆接头热组装内冷却系统。
本发明是由内循环密封、双壁钻杆接头、固定双壁心轴、水龙头芯管接头和双通道水龙头构成；所述的内循环密封由端部密封内循环芯管、后密封圈轴、第一后密封圈、后密封挡圈、第二后密封圈、第一外管连接密封圈、第二外管连接密封圈、内循环回水芯管、内循环出水口、内循环回水口、前密封挡板、第一前密封圈、第一前密封圈支撑、第二前密封圈、第二前密封圈支撑、前密封固定轴和固定螺母构成，内循环密封前端由前密封挡板、第一前密封圈、第一前密封圈支撑、第二前密封圈、第二前密封圈支撑密封，后端由后密封圈轴、第一后密封圈、后密封挡圈、第二后密封圈密封，前密封固定轴和固定螺母起固定作用，第一外管连接密封圈和第二外管连接密封圈与后密封圈轴过盈配合并设在内循环回水芯管与后密封圈轴之间；所述的固定双壁心轴由双壁钻杆和反循环主轴组成，双壁钻杆和反循环主轴采用螺纹连接，双壁钻杆分为双壁钻杆上接管、双壁钻杆中间接管和双壁钻杆下接管，双壁钻杆中间接管起连接作用，将双壁钻杆上接管和双壁钻杆下接管连接，双壁钻杆上接管由上接管外管和上接管内管构成，双壁钻杆下接管由下接管外管和下接管内管构成，双壁钻杆中间接管由中间接管外管和中间接管内管构成，上接管外管、中间接管外管和下接管外管之间过盈配合，上接管内管、中间接管内管和下接管内管之间过盈配合并在上接管内管和下接管内管上分别设有三个固定块与外管过盈配合，反循环主轴由左接管外管、左接管内管、第一中间接管外管、第一中间接管内管、右接管外管、右接管内管、第一密封垫和第二密封垫构成，左接管外管、第一中间接管外管和右接管外管之间过盈配合，左接管内管、第一中间接管内管和右接管内管之间过盈配合并在左接管内管和右接管内管上分别设有三个固定块与外管过盈配合；所述的双通道水龙头由内管、外管组件、下壳体、进风套、挡盖、第一密封圈、管接头、第二密封圈、第二密封挡板、第一密封挡板、密封垫、紧固环、调整垫、卡键、加油嘴组成，外管组件由法兰和外管构成，进风套上设有管接头和加油嘴，外管上有第一密封圈、第二密封圈、第二密封挡板、第一密封挡板、密封垫进行密封，下壳体和进风套连接在外管上并通过紧固环轴向定位，支座通过卡键连接在外管上。
所述内循环密封与双壁钻杆之间通过双壁钻杆接头连接，双通道水龙头与固定双壁心轴之间通过水龙头芯管接头连接。
本发明的工作过程和原理是：
内部冷却系统开启时，冷却液通过双通道水龙头入口进入，通过水龙头芯管接头进入固定双壁心轴外管与内管之间的环空间隙，到达需冷却的钻杆部位，并通过端部内循环密封出水口，进入密封系统与钻杆内壁所组成的冷却腔，对钻杆装配部位进行冷却。冷却之后的冷却液经端部内循环密封回水口、端部密封回水芯管、固定双壁心轴的内管、双通道水龙头排出，冷却液经上述过程实现循环，对钻杆装配部位进行冷却，使其温度不超过铝合金材料允许的最高使用温度。整个装配过程中，钻杆杆体装配温度由安装在其上的温度传感器测定，并通过相应的设备记录温度变化曲线以保证合理的装配温度。
本发明的有益效果：
1、在铝合金钻杆与加热的钢接头组装前，内冷却系统已经开启，这样可以保证组装过程中钻杆及时散热，温度不会超过铝合金材料的最高允许温度，内部微观晶体结构不会发生变化，从而使其具有正常的使用性能。
2、铝合金钻杆与钢接头组装完成后，内冷却系统与外冷却系统共同对连接部位冷却一段时间，保证其充分冷却，使钻杆与钢接头伸缩量一致，从而让二者实际接触应力不至于过低，连接可靠性良好。
3、冷却液经双通道水龙头入口进入，经水龙头芯管接头、固定双壁心轴外管与芯管间环空间隙到达端部内循环密封，后经端部内循环密封出水口进入冷却系统与钻杆杆体之前的冷却腔，后经端部内循环密封回水口进入内部冷却系统芯管内部通道排除，实现循环，提高了冷却效率和冷却液的利用率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的内循环密封的结构示意图。
图3为本发明的内循环密封的剖视图。
图4为本发明的双壁钻杆的剖视图。
图5为本发明的反循环主轴的剖视图。
图6为本发明的双通道水龙头的结构示意图。
图7为发明的双通道水龙头的剖视图。
具体实施方式
请参阅图1至图7所示，本实施例是由内循环密封101、双壁钻杆接头103、固定双壁心轴102、水龙头芯管接头106和双通道水龙头107构成；所述的内循环密封101由端部密封内循环芯管12、后密封圈轴11、第一后密封圈111、后密封挡圈15、第二后密封圈112、第一外管连接密封圈131、第二外管连接密封圈132、内循环回水芯管14、内循环出水口10、内循环回水口9、前密封挡板8、第一前密封圈301、第一前密封圈支撑401、第二前密封圈302、第二前密封圈支撑402、前密封固定轴13和固定螺母7构成，内循环密封前端由前密封挡板8、第一前密封圈301、第一前密封圈支撑401、第二前密封圈302、第二前密封圈支撑402密封，后端由后密封圈轴11、第一后密封圈111、后密封挡圈15、第二后密封圈112密封，前密封固定轴13和固定螺母7起固定作用，第一外管连接密封圈131和第二外管连接密封圈132与后密封圈轴11过盈配合并设在内循环回水芯管14与后密封圈轴11之间；所述的固定双壁心轴102由双壁钻杆104和反循环主轴105组成，双壁钻杆104和反循环主轴105采用螺纹连接，双壁钻杆104分为双壁钻杆上接管203、双壁钻杆中间接管202和双壁钻杆下接管201，双壁钻杆中间接管202起连接作用，将双壁钻杆上接管203和双壁钻杆下接管201连接，双壁钻杆上接管203由上接管外管25和上接管内管26构成，双壁钻杆下接管201由下接管外管21和下接管内管20构成，双壁钻杆中间接管202由中间接管外管23和中间接管内管24构成，上接管外管25、中间接管外管23和下接管外管21之间过盈配合，上接管内管26、中间接管内管24和下接管内管20之间过盈配合并在上接管内管26和下接管内管20上分别设有三个固定块与外管过盈配合，反循环主轴105由左接管外管28、左接管内管29、第一中间接管外管30、第一中间接管内管31、右接管外管34、右接管内管33、第一密封垫35和第二密封垫36构成，左接管外管28、第一中间接管外管30和右接管外管34之间过盈配合，左接管内管29、第一中间接管内管31和右接管内管33之间过盈配合并在左接管内管29和右接管内管33上分别设有三个固定块与外管过盈配合；所述的双通道水龙头107由内管39、外管组件、下壳体42、进风套45、挡盖41、第一密封圈43、管接头44、第二密封圈46、第二密封挡板48、第一密封挡板49、密封垫50、紧固环51、调整垫52、卡键53、加油嘴141组成，外管组件由法兰40和外管47构成，进风套45上设有管接头44和加油嘴141，外管47上有第一密封圈43、第二密封圈46、第二密封挡板48、第一密封挡板49、密封垫50进行密封，下壳体42和进风套45连接在外管47上并通过紧固环轴向定位，支座通过卡键53连接在外管47上。
如图1所示，所述内循环密封101与双壁钻杆104之间通过双壁钻杆接头103连接，双通道水龙头107与固定双壁心轴102之间通过水龙头芯管接头106连接。
本实施例的工作工程是：
内部冷却系统开启时，冷却液通过双通道水龙头入口44进入，通过水龙头芯管接头106进入固定双壁心轴102外管与内管之间的环空间隙，到达需冷却的钻杆部位，并通过端部内循环密封出水口10，进入密封系统与钻杆内壁所组成的冷却腔，对钻杆装配部位进行冷却。冷却之后的冷却液经端部内循环密封回水口9、端部密封回水芯管、固定双壁心轴的内管、双通道水龙头107排出，冷却液经上述过程实现循环。

Claims (2)

1.一种铝合金钻杆接头热组装内冷却系统，特征在于：是由内循环密封(101)、双壁钻杆接头(103)、固定双壁心轴(102)、水龙头芯管接头(106)和双通道水龙头(107)构成；所述的内循环密封(101)由端部密封内循环芯管(12)、后密封圈轴(11)、第一后密封圈(111)、后密封挡圈(15)、第二后密封圈(112)、第一外管连接密封圈(131)、第二外管连接密封圈(132)、内循环回水芯管(14)、内循环出水口(10)、内循环回水口(9)、前密封挡板(8)、第一前密封圈(301)、第一前密封圈支撑(401)、第二前密封圈(302)、第二前密封圈支撑(402)、前密封固定轴(13)和固定螺母(7)构成，内循环密封前端由前密封挡板(8)、第一前密封圈(301)、第一前密封圈支撑(401)、第二前密封圈(302)、第二前密封圈支撑(402)密封，后端由后密封圈轴(11)、第一后密封圈(111)、后密封挡圈(15)、第二后密封圈(112)密封，前密封固定轴(13)和固定螺母(7)起固定作用，第一外管连接密封圈(131)和第二外管连接密封圈(132)与后密封圈轴(11)过盈配合并设在内循环回水芯管(14)与后密封圈轴(11)之间；所述的固定双壁心轴(102)由双壁钻杆(104)和反循环主轴(105)组成，双壁钻杆(104)和反循环主轴(105)采用螺纹连接，双壁钻杆(104)分为双壁钻杆上接管(203)、双壁钻杆中间接管(202)和双壁钻杆下接管(201)，双壁钻杆中间接管(202)起连接作用，将双壁钻杆上接管(203)和双壁钻杆下接管(201)连接，双壁钻杆上接管(203)由上接管外管(25)和上接管内管(26)构成，双壁钻杆下接管(201)由下接管外管(21)和下接管内管(20)构成，双壁钻杆中间接管(202)由中间接管外管(23)和中间接管内管(24)构成，上接管外管(25)、中间接管外管(23)和下接管外管(21)之间过盈配合，上接管内管(26)、中间接管内管(24)和下接管内管(20)之间过盈配合并在上接管内管(26)和下接管内管(20)上分别设有三个固定块与外管过盈配合，反循环主轴(105)由左接管外管(28)、左接管内管(29)、第一中间接管外管(30)、第一中间接管内管(31)、右接管外管(34)、右接管内管(33)、第一密封垫(35)和第二密封垫(36)构成，左接管外管(28)、第一中间接管外管(30)和右接管外管(34)之间过盈配合，左接管内管(29)、第一中间接管内管(31)和右接管内管(33)之间过盈配合并在左接管内管(29)和右接管内管(33)上分别设有三个固定块与外管过盈配合；所述的双通道水龙头(107)由内管(39)、外管组件、下壳体(42)、进风套(45)、挡盖(41)、第一密封圈(43)、管接头(44)、第二密封圈(46)、第二密封挡板(48)、第一密封挡板(49)、密封垫(50)、紧固环(51)、调整垫(52)、卡键(53)、加油嘴(141)组成，外管组件由法兰(40)和外管(47)构成，进风套(45)上设有管接头(44)和加油嘴(141)，外管(47)上有第一密封圈(43)、第二密封圈(46)、第二密封挡板(48)、第一密封挡板(49)、密封垫(50)进行密封，下壳体(42)和进风套(45)连接在外管(47)上并通过紧固环轴向定位，支座通过卡键(53)连接在外管(47)上；所述内循环出水口(10)为圆形孔。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金钻杆接头热组装内冷却系统，特征在于：所述内循环密封(101)与双壁钻杆(104)之间通过双壁钻杆接头(103)连接，双通道水龙头(107)与固定双壁心轴(102)之间通过水龙头芯管接头(106)连接。
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