CN104533309A - 直连式变截面高低牙绳索取心钻杆 - Google Patents
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Abstract
一种直连式变截面高低牙绳索取心钻杆，包括钻杆本体，钻杆本体的一端设有外锥形螺扣，钻杆本体的另一端设有内锥形螺扣，内锥形螺扣与外锥形螺扣之间的钻杆本体设置为钻杆光杆段；所述内锥形螺扣包括梯形螺纹低牙段Ⅰ和梯形螺纹高牙段Ⅰ，外锥形螺扣包括靠近钻杆本体端部与梯形螺纹高牙段Ⅰ配合的梯形螺纹高牙段Ⅱ和设在根部与梯形螺纹低牙段Ⅰ配合的梯形螺纹低牙段Ⅱ；在外锥形螺扣的牙顶与内锥形螺扣的牙底形成接触紧密配合，在外锥形螺扣的牙底与内锥形螺扣的牙顶形成间隙配合。本发明成本消耗较低、经济性能较好，使用前景较广，在原材料消耗不变的情况下使钻杆承载能力大幅度增加，在原有基础上能应用于更深孔钻探。
Description
技术领域
本发明涉及一种地质勘探设备，特别是一种直连式变截面高低牙绳索取心钻杆。
背景技术
绳索取心钻进技术在我国实践应用已有30多年的历史，由于它具有钻进效率高、岩心采取率高、劳动强度低等优点，现已成为我国目前找矿的主要手段，而绳索取心钻杆作为高成本、高消耗的钻进工具一直是国内许多家钻具生产企业、钻探施工单位关注的焦点。大量孔内事故事实证明，90%以上出现的孔底事故都是发生在钻杆公母螺扣连接部位，特别是公母螺扣根部断裂事故占绝大多数，其主要原因是由于局部薄弱和应力集中造成的。分析以上事故原因，由于钻杆在孔内综合受力较复杂，需要同时承受拉伸、压缩、扭转、弯曲应力及冲击载荷作用，并且现有钻具制造直接不考虑钻杆本身的内外径尺寸偏差和壁厚偏差，从而就出现了钻杆端部螺扣壁厚不均，可使用深度有限，薄弱部位很容易在实际使用的受力过程中因应力集中而为孔内事故埋下隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种可增加钻杆承载能力，避免因应力集中造成孔内事故的直连式变截面高低牙绳索取心钻杆。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的，一种直连式变截面高低牙绳索取心钻杆，其特点是：包括钻杆本体，钻杆本体的一端外壁上设有外锥形螺扣，钻杆本体的另一端内壁设有与外锥形螺扣配合的内锥形螺扣，内锥形螺扣与外锥形螺扣之间的钻杆本体设置为钻杆光杆段；所述内锥形螺扣包括靠近钻杆本体端部的梯形螺纹低牙段Ⅰ和设在根部的梯形螺纹高牙段Ⅰ，梯形螺纹高、低牙段Ⅰ的螺距相同，外锥形螺扣包括靠近钻杆本体端部与梯形螺纹高牙段Ⅰ配合的梯形螺纹高牙段Ⅱ和设在根部与梯形螺纹低牙段Ⅰ配合的梯形螺纹低牙段Ⅱ；所述梯形螺纹低牙段Ⅰ与梯形螺纹高牙段Ⅰ的牙底宽相同，梯形螺纹低牙段Ⅰ比梯形螺纹高牙段Ⅰ的牙顶宽大0.1mm-0.3mm，梯形螺纹高牙段Ⅰ比梯形螺纹低牙段Ⅰ的牙高高0.28mm-0.48mm，所述梯形螺纹低牙段Ⅱ与梯形螺纹高牙段Ⅱ的牙顶宽相同，梯形螺纹低牙段Ⅱ比梯形螺纹高牙段Ⅱ的牙底宽大0.1mm-0.3mm，梯形螺纹高牙段Ⅱ比梯形螺纹低牙段Ⅱ的牙高高0.28mm-0.48mm，所述梯形螺纹低牙段Ⅱ比梯形螺纹低牙段Ⅰ的牙高高0.04mm-0.06mm，梯形螺纹高牙段Ⅱ比梯形螺纹高牙段Ⅰ的牙高高0.04mm-0.06mm，在外锥形螺扣的牙顶与内锥形螺扣的牙底形成接触紧密配合，在外锥形螺扣的牙底与内锥形螺扣的牙顶形成间隙配合。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在梯形螺纹高牙段Ⅰ的根部设有内止口，梯形螺纹低牙段Ⅰ的外端口设有端面内止口，在梯形螺纹低牙段Ⅱ的根部设有与端面内止口配合的外止口，梯形螺纹高牙段Ⅱ的外端口设有与内止口配合的端面外止口。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在端面内止口的外圆处设有钻杆连接时与钻杆光杆段外壁配合的外光滑过渡。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在端面外止口的内圆处设有钻杆连接时与钻杆光杆段内壁配合的内光滑过渡。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述梯形螺纹低牙段Ⅰ比梯形螺纹高牙段Ⅰ的牙顶宽大0.2mm，梯形螺纹高牙段Ⅰ比梯形螺纹低牙段Ⅰ的牙高高0.38mm。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述梯形螺纹低牙段Ⅱ比梯形螺纹高牙段Ⅱ的牙底宽大0.2mm，梯形螺纹高牙段Ⅱ比梯形螺纹低牙段Ⅱ的牙高高0.38mm。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述内锥形螺扣处的钻杆本体设置为直径加大段，外锥形螺扣处的钻杆本体设置为直径减小段，钻杆光杆段处设置为本体段，在直径加大段与本体段之间设有平滑相接的扩孔过渡段，在直径减小段与本体段之间设有平滑相接的缩孔过渡段。
与现有技术相比，本发明利用梯形螺纹高牙段Ⅰ与梯形螺纹高牙段Ⅱ配合的以及梯形螺纹低牙段Ⅰ与梯形螺纹低牙段Ⅱ的配合，大幅增加了钻杆内、外锥形螺扣的承载能力；利用外锥形螺扣牙顶与内锥形螺扣牙底之间的接触紧密配合，外锥形螺扣牙底与内锥形螺扣牙顶之间的间隙配合，使钻杆受力过程中，外锥形螺扣的牙顶与内锥形螺扣的牙底均接触受力，外锥形螺扣的牙底与内锥形螺扣的牙顶均保持间隙，这样的配合能有效降低外锥形螺扣大端根部的应力集中，使螺扣能承受更大的载荷；利用内、外光滑过渡，保证在施工中钻杆能顺利的起下钻和取心钻具能在钻杆内壁自由上下。本发明成本消耗较低、经济性能较好，使用前景较广，在原材料消耗不变的情况下使钻杆承载能力大幅度增加，在原有基础上能应用于更深孔钻探。
附图说明
图1为本发明的连接结构示意图；
图2为图1的K处局部放大结构示意图;
图3为本发明梯形螺纹高、低牙段Ⅱ的示意图；
图4为本发明梯形螺纹高、低牙段Ⅰ的示意图。
具体实施方式
一种直连式变截面高低牙绳索取心钻杆，包括钻杆本体，钻杆本体的一端外壁上设有外锥形螺扣5，钻杆本体的另一端内壁设有与外锥形螺扣5配合的内锥形螺扣1，内锥形螺扣1与外锥形螺扣5之间的钻杆本体设置为钻杆光杆段4；所述内锥形螺扣包括靠近钻杆本体端部的梯形螺纹低牙段Ⅰ2和设在根部的梯形螺纹高牙段Ⅰ3，梯形螺纹高、低牙段Ⅰ的螺距相同，外锥形螺扣5包括靠近钻杆本体端部与梯形螺纹高牙段Ⅰ3配合的梯形螺纹高牙段Ⅱ7和设在根部与梯形螺纹低牙段Ⅰ2配合的梯形螺纹低牙段Ⅱ6；所述梯形螺纹低牙段Ⅰ与梯形螺纹高牙段Ⅰ的牙底宽相同，梯形螺纹低牙段Ⅰ比梯形螺纹高牙段Ⅰ的牙顶宽大0.1mm-0.3mm，梯形螺纹高牙段Ⅰ比梯形螺纹低牙段Ⅰ的牙高高0.28mm-0.48mm，所述梯形螺纹低牙段Ⅱ与梯形螺纹高牙段Ⅱ的牙顶宽相同，梯形螺纹低牙段Ⅱ比梯形螺纹高牙段Ⅱ的牙底宽大0.1mm-0.3mm，梯形螺纹高牙段Ⅱ比梯形螺纹低牙段Ⅱ的牙高高0.28mm-0.48mm，所述梯形螺纹低牙段Ⅱ比梯形螺纹低牙段Ⅰ的牙高高0.04mm-0.06mm，梯形螺纹高牙段Ⅱ比梯形螺纹高牙段Ⅰ的牙高高0.04mm-0.06mm，在外锥形螺扣的牙顶与内锥形螺扣的牙底形成接触紧密配合，在外锥形螺扣的牙底与内锥形螺扣的牙顶形成间隙配合。所述内、外锥形螺扣的梯形螺纹牙型半角均为15°，与传统梯形螺纹的牙型半角有所区别。所述内、外锥形螺扣采用相互配合的高、低牙螺扣进行配合连接，内锥形螺扣的梯形螺纹低牙段Ⅰ与梯形螺纹高牙段Ⅰ牙底宽相同，梯形螺纹低牙段Ⅰ比梯形螺纹高牙段Ⅰ牙顶宽大0.2mm，可采用定制刀具加工成型；梯形螺纹低牙段Ⅱ与梯形螺纹高牙段Ⅱ牙顶宽相同，均比内锥形螺扣的牙底宽小0.02mm，梯形螺纹低牙段Ⅱ牙底宽（小于梯形螺纹低牙段Ⅰ的牙顶宽）大于梯形螺纹高牙段Ⅱ的牙底宽（小于梯形螺纹高牙段Ⅰ的牙顶宽），采用特殊定制刀具加工成型；在钻杆受力过程中，外锥形螺扣的牙顶与内锥形螺扣的牙底均接触受力，外锥形螺扣的牙底与内锥形螺扣的牙顶均保持间隙，这样的配合能有效降低外锥形螺扣大端根部的应力集中，使螺扣能承受更大的载荷；
在梯形螺纹高牙段Ⅰ的根部设有内止口，梯形螺纹低牙段Ⅰ的外端口设有端面内止口，在梯形螺纹低牙段Ⅱ的根部设有与端面内止口配合的外止口，梯形螺纹高牙段Ⅱ的外端口设有与内止口配合的端面外止口；在端面内止口的外圆处设有钻杆连接时与钻杆光杆段外壁配合的外光滑过渡8；在端面外止口的内圆处设有钻杆连接时与钻杆光杆段内壁配合的内光滑过渡9。所述外止口直径比梯形螺纹低牙段Ⅰ根部直径大，这样，增加了外锥形螺扣根部的厚度，提高了螺扣承载能力，再利用内、外光滑过渡，保证了在施工中钻杆能顺利的起下钻和取心钻具能在钻杆内壁自由上下。
所述梯形螺纹低牙段Ⅰ比梯形螺纹高牙段Ⅰ的牙顶宽大0.2mm，梯形螺纹高牙段Ⅰ比梯形螺纹低牙段Ⅰ的牙高高0.38mm；所述梯形螺纹低牙段Ⅱ比梯形螺纹高牙段Ⅱ的牙底宽大0.2mm，梯形螺纹高牙段Ⅱ比梯形螺纹低牙段Ⅱ的牙高高0.38mm。所述梯形螺纹高牙段Ⅱ的牙底宽比梯形螺纹高牙段Ⅰ的牙顶宽小0.01mm，梯形螺纹低牙段Ⅱ的牙底宽比梯形螺纹低牙段Ⅰ的牙顶宽小0.01mm；所述外锥形螺扣的牙顶圆直径与内锥形螺扣的牙底圆直径相同且外锥形螺扣的牙顶宽比内锥形螺扣的牙底宽小0.02mm。
所述内锥形螺扣处的钻杆本体设置为直径加大段，外锥形螺扣处的钻杆本体设置为直径减小段，钻杆光杆段处设置为本体段，在直径加大段与本体段之间设有平滑相接的扩孔过渡段，在直径减小段与本体段之间设有平滑相接的缩孔过渡段。通过对钻杆原材料两端分别进行扩孔和缩孔处理，使内锥形螺扣处直径增大壁厚保持不变，使外锥形螺扣处直径减小壁厚保持不变，经过适当合理的热处理，并通过在两端分别加工成相互配合的钻杆内、外螺扣及完成相应的后续工序，在即能保证钻杆原材料消耗不变的前提下又能保证两端内外螺扣壁厚均匀一致且都加大了，缓解了外锥形螺扣处大端根部的应力集中，还增加了其承载受力能力，使本发明在深孔中的广泛应用成为可能。在加工钻杆内、外螺扣时通过严格控制直径加大段、扩孔过渡段、直径减小段和缩孔过渡段各部位置及各部长度尺寸，应均留有加工余量，保证钻杆内、外螺扣及各部15°密封斜面均能完好的加工成型，要求扩孔过渡段和缩孔过渡段避开内锥形螺扣的小端高牙段根部和外锥形螺扣的大端低牙段根部并保持一段合理距离，避免产生薄弱和应力集中区域，使螺扣的受力更加可靠。
Claims (7)
1.一种直连式变截面高低牙绳索取心钻杆，其特征在于：包括钻杆本体，钻杆本体的一端外壁上设有外锥形螺扣，钻杆本体的另一端内壁设有与外锥形螺扣配合的内锥形螺扣，内锥形螺扣与外锥形螺扣之间的钻杆本体设置为钻杆光杆段；所述内锥形螺扣包括靠近钻杆本体端部的梯形螺纹低牙段Ⅰ和设在根部的梯形螺纹高牙段Ⅰ，梯形螺纹高、低牙段Ⅰ的螺距相同，外锥形螺扣包括靠近钻杆本体端部与梯形螺纹高牙段Ⅰ配合的梯形螺纹高牙段Ⅱ和设在根部与梯形螺纹低牙段Ⅰ配合的梯形螺纹低牙段Ⅱ；所述梯形螺纹低牙段Ⅰ与梯形螺纹高牙段Ⅰ的牙底宽相同，梯形螺纹低牙段Ⅰ比梯形螺纹高牙段Ⅰ的牙顶宽大0.1mm-0.3mm，梯形螺纹高牙段Ⅰ比梯形螺纹低牙段Ⅰ的牙高高0.28mm-0.48mm，所述梯形螺纹低牙段Ⅱ与梯形螺纹高牙段Ⅱ的牙顶宽相同，梯形螺纹低牙段Ⅱ比梯形螺纹高牙段Ⅱ的牙底宽大0.1mm-0.3mm，梯形螺纹高牙段Ⅱ比梯形螺纹低牙段Ⅱ的牙高高0.28mm-0.48mm，所述梯形螺纹低牙段Ⅱ比梯形螺纹低牙段Ⅰ的牙高高0.04mm-0.06mm，梯形螺纹高牙段Ⅱ比梯形螺纹高牙段Ⅰ的牙高高0.04mm-0.06mm，在外锥形螺扣的牙顶与内锥形螺扣的牙底形成接触紧密配合，在外锥形螺扣的牙底与内锥形螺扣的牙顶形成间隙配合。
2.根据权利要求1所述的直连式变截面高低牙绳索取心钻杆，其特征在于：在梯形螺纹高牙段Ⅰ的根部设有内止口，梯形螺纹低牙段Ⅰ的外端口设有端面内止口，在梯形螺纹低牙段Ⅱ的根部设有与端面内止口配合的外止口，梯形螺纹高牙段Ⅱ的外端口设有与内止口配合的端面外止口。
3.根据权利要求2所述的直连式变截面高低牙绳索取心钻杆，其特征在于：在端面内止口的外圆处设有钻杆连接时与钻杆光杆段外壁配合的外光滑过渡。
4.根据权利要求2所述的直连式变截面高低牙绳索取心钻杆，其特征在于：在端面外止口的内圆处设有钻杆连接时与钻杆光杆段内壁配合的内光滑过渡。
5.根据权利要求1所述的直连式变截面高低牙绳索取心钻杆，其特征在于：所述梯形螺纹低牙段Ⅰ比梯形螺纹高牙段Ⅰ的牙顶宽大0.2mm，梯形螺纹高牙段Ⅰ比梯形螺纹低牙段Ⅰ的牙高高0.38mm。
6.根据权利要求1所述的直连式变截面高低牙绳索取心钻杆，其特征在于：所述梯形螺纹低牙段Ⅱ比梯形螺纹高牙段Ⅱ的牙底宽大0.2mm，梯形螺纹高牙段Ⅱ比梯形螺纹低牙段Ⅱ的牙高高0.38mm。
7.根据权利要求1所述的直连式变截面高低牙绳索取心钻杆，其特征在于：所述内锥形螺扣处的钻杆本体设置为直径加大段，外锥形螺扣处的钻杆本体设置为直径减小段，钻杆光杆段处设置为本体段，在直径加大段与本体段之间设有平滑相接的扩孔过渡段，在直径减小段与本体段之间设有平滑相接的缩孔过渡段。
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Effective date of registration: 20160219 Address after: 222000 Jiangsu, Haizhou District, Haizhou Development Zone, the new East Road, No. 1 Applicant after: H.H. DRILL-TECH DRILLING MACHINERY CO., LTD. Address before: 222000 Jiangsu, Haizhou District, Haizhou Development Zone, the new East Road, No. 1 Applicant before: Lianyungang Huanghai Machinery Co., Ltd. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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