CN108994536A - 一种机锁式钻杆的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机锁式钻杆的加工方法，包括以下步骤：S1：下料和机加工各零部件；S2：加工键条；S3：对钢管和接管的直线度进行预处理，检验和校正钢管的直线度和圆度，检验和校正接管的直线度；S4：焊接内键板，安装导向环和定位环；S41：在接管上均匀切割出三个键槽；S42：将内键板置于键槽内；S43：点焊内键板与接管，之后沿内键板与接管的接缝逐层焊接；S5：重复步骤S3；S6：在钢管上画线，并将键条和各零部件点焊至钢管上；S7：焊接键条和各零部件；S8：重复步骤S3；S9：按照各个子钻杆的直径大小，依次套接，组装钻杆。本发明更加方便焊接内键板和接管且受接管尺寸的影响大大减小，增大了接管与内键板的连接强度。

Description

一种机锁式钻杆的加工方法

技术领域

本发明涉及一种机锁式钻杆，特别涉及一种机锁式钻杆的加工方法。

背景技术

钻杆是用于连接钻机地表设备和位于钻井底端钻头的连接部件，钻杆包括普通螺纹钻杆、机锁式钻杆和摩阻式钻杆。

机锁式钻杆由多根子钻杆套接而成，各子钻杆的直径逐渐减小，在非工作状态时机械式钻杆处于收缩的状态，随着钻杆工作位置的不同钻杆逐步伸长以对不同深度的土层进行钻孔作业。

由于机锁式钻杆由多根子钻杆套接而成，因此对机锁式钻杆中各子钻杆的直线度要求较高，一旦某一个子钻杆直线度不合格，就非常有可能会导致整体装配失败。现有的机锁式钻杆的加工方法包括以下步骤：S1：下料成型导向环、定位环、外键补板和内键板，并且机加工导向环、定位环、外键补板和内键板；S2：加工键条，将标准键条切割形成主键、副键和机锁键；S3：将内键板均匀焊接至接管的内周面上，之后对焊钢管和接管；S4：在钢管上划线并且将子钻杆的各零部件点焊在钢管上；S5：满焊子钻杆上的各零部件；S6：对成型后的子钻杆的直线度和椭圆度进行检验和校正；S7：按照各个子钻杆的直径大小，依次套接，组装钻杆。其中在步骤S3中，将内键板焊接至接管的过程为：将内键板贴合在接管的内周面上，之后点焊预固定，再满焊。

上述机锁式钻杆的加工方法的不足之处在于，当接管的直径较小时，接管的空间有限，对焊接内键板与接管的影响较大，很容易影响焊接的质量，而钻杆在使用过程中内键板的受力非常大，内键板与接管的焊接质量不合格的话容易造成内键板从接管上脱落。

发明内容

本发明的目的是提供一种机锁式钻杆的加工方法，达到了针对不同直径的接管均能够保证内键板与接管的焊接强度。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种机锁式钻杆的加工方法，包括以下步骤： S1：下料成型导向环、定位环、外键补板、斜键和内键板，并且机加工导向环、定位环、外键补板、斜键和内键板； S2：加工键条，将标准键条切割形成主键、副键和机锁键； S3：对钢管和接管的直线度进行预处理，检验和校正钢管的直线度和圆度，检验和校正接管的直线度； S4：将内键板均匀焊接至接管的内圆周壁，之后将接管焊接至钢管的一端，从钢管上远离接管的一端依次装入导向环和定位环，将定位环焊接在钢管上； S5：重复步骤S3，再次校正钢管和接管的直线度； S6：在钢管上划主键布键基准线、副键基准线和机锁键基准线和外键补板基准线，其次将主键、副键和机锁键布置在钢管上并点焊定位，再者在钢管上布置外键补板和斜键，并点焊； S7：焊接主键、副键、机锁键、外键补板和斜键； S8：重复步骤S3，校整钢管和接管的直线度； S9：按照各个子钻杆的直径大小，依次套接，组装钻杆；

步骤S4中将内键板焊接至接管的过程包括以下步骤： S41：在接管的一端的周面上均匀切割出三个键槽，键槽的长度和宽度与内键板的长度和宽度相当； S42：将内键板置于键槽内，且内键板相对接管径向外侧的一部分与接管的管壁重合，内键板相对接管径向内侧的一部分超出接管形成键； S43：点焊内键板与接管，之后沿内键板与接管的接缝逐层焊接。

通过采用上述技术方案，在步骤S4中，通过先在接管上开设键槽，再将内键板置于键槽内，这样就可以从接管的外部焊接内键板与接管的接缝，之后再焊接内键板与接管在接管内部的焊缝，更加方便焊接且受接管尺寸的影响大大减小，增大了接管与内键板的连接强度；步骤S3是针对钢管和接管的原材料进行检验和校正，保证了在步骤S4中钢管与接管焊接后整体的直线度和椭圆度，避免因原材料不合格而导致焊接后整体的直线度和椭圆度不合格，难以校正；步骤S5中对钢管和接管焊接完成后的整体进行检验修正，能够使得步骤S6和S7中各零部件与钢管的贴合更加紧密，为子钻杆的最后成型的精度打下基础；最后步骤S8中对钢管和接管的整体进行检验校正，能够消除步骤S6和S7中各零部件的焊接对钢管直线度的影响，消除子钻杆的应力，保证子钻杆的精度。

较佳地，步骤S2中，切割后的主键、副键和机锁键先进行抛丸，之后用压力机校直。

通过采用上述技术方案，在主键、副键和机锁键在抛丸后进行校直，保证了在步骤S5中主键、副键和机锁键与钢管的贴合度，有利于提升主键、副键和机锁键相对钢管的位置精度。

较佳地，步骤S3中，包括步骤S31和步骤S32： S31：分别检验钢管的全长直线度、局部任意一米的直线度、局部任意三米的直线度、钢管椭圆度，检验接管的直线度； S32：用氧-乙炔中性焰烤管，进行校正。

通过采用上述技术方案，检验钢管的全长直线度、局部任意一米的直线度、局部任意三米的直线度、钢管椭圆度以及检验接管的直线度，能够保证钢管和接管的原材料的尺寸精度，避免在后续工序中尺寸误差的叠加。

较佳地，步骤S31中，钢管全长直线度不大于钢管长度的0.1%，局部任意一米的直线度不大于1mm/m，局部任意三米的直线度累计不大于2mm，管椭圆度小于4.5mm。

较佳地，直径小于273mm的钢管检验端部1.5米范围的直线度，不大于1mm/m。

通过采用上述技术方案，钢管端部的直线度误差不能太大，因为钢管端部需要与接管焊接，会使钢管与接管的误差叠加，如果钢管端部误差较大则会使钢管与接管的焊接处直线度不符合要求，组装的时候可能会产生装配问题。

较佳地，在步骤S6中，布键位置遇到钢管上校直过程中的烤点时，打磨键条对应位置，以抵消钢管烤点的凸起，保证键条紧贴钢管外壁。

较佳地，在步骤S6中，布键的顺序为，先将主键均匀布置在钢管的外侧壁上，再将副键均匀布置在钢管的外壁上，随后将机锁键布置在钢管的外侧壁上，最后布置外键补板和斜键。

通过采用上述技术方案，主键是长度最长且连续性的沿轴向均匀布置在钢管的外周面上，因此先布置主键有助于对副键和机锁键布置起参照作用；另外副键的长度仅次于主键，因此在主键布置之后布置副键，有利于提高主键与副键之间的位置精度。

较佳地，步骤S7中，外键补板的焊接方法为：先焊接外键补板与机锁键的接缝，再焊接外键补板与钢管的接缝，最后焊接外键补板与主键的接缝，按照上述顺序重复焊接，直到焊缝平整。

通过采用上述技术方案，按照上述的先后顺序焊接外键补板，能够使得外键补板与主键、副键和钢管的焊接应力较为均匀，避免外键补板某一处的焊接应力较为集中，避免钻杆在使用过程中外键补板容易开裂脱焊。

较佳地，外键补板的中间部位开设有焊孔，焊接外键补板与钢管时，先从焊孔内焊接，再从外键补板外周面焊接。

通过采用上述技术方案，从焊孔内焊接外键补板和钢管时，外键补板与钢管的焊接应力更加均匀，焊接强度更高，并且降低了焊接的难度。

较佳地，焊接多个外键补板的过程中，先沿钢管的轴向逐个焊接，再沿钢管的周向逐步焊接。

通过采用上述技术方案，先沿钢管的轴向逐个焊接外键补板，这样有利于维持副键和机锁键的直线度。

综上所述，本发明具有以下技术效果：

1、通过在接管上开设键槽后，将内键板置于键槽内焊接，更加方便焊接内键板和接管且受接管尺寸的影响大大减小，增大了接管与内键板的连接强度；

2、通过在加工过程中的步骤S3、S5和S8中各对钢管和接管检验校正直线度，保证了在子钻杆的加工过程中各步骤的加工误差不会相互叠加，使最后子钻杆成型后加工的尺寸精度满足要求，从而提高合格率，便于后续的组装；

3、在步骤S6中，通过依次布置主键、副键和机锁键，达到了提高主键副键和机锁键位置精度的效果，同时也保证了主键和副键之间形成的滑道的精度；

4、在步骤S7中，通过依次重复焊接外键补板与机锁键的接缝、与钢管的接缝和与副键的接缝，达到了使外键补板与主键、机锁键和钢管的焊接应力均匀的效果。

附图说明

图1是本发明中子钻杆的整体结构示意图；

图2是子钻杆中突出接管结构的局部示意图。

图中，1、钢管；11、主键；12、副键；13、机锁键；14、外键补板；141、焊孔；15、斜键；16、导向环；17、定位环；2、接管；21、内键板；22、键槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“底面”和“顶面”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例一：

一种机锁式钻杆，包括多根直径大小不同的子钻杆，由多根子钻杆依次套接而成。如图1所示，各个子钻杆包括直径相同的钢管1和接管2，接管2的一端与钢管1的一端对齐且焊接。

如图1或图2所示，接管2远离钢管1的一端的内管壁沿周向均匀焊接有三块内键板21。

如图1所示，钢管1的外周面沿钢管1的轴向布置有连续的主键11和不连续的副键12和机锁键13，主键11、副键12和机锁键13的布置方式如图1所示，主键11、副键12和机锁键13各有三组，均匀分布在钢管1的周面上，主键11和机锁键13之间形成滑道，主键11和副键12之间形成机锁位。当两个子钻杆套接后，外侧子钻杆的内键板21能够在内侧子钻杆的主键11与机锁键13之间形成的滑道之间滑动；当内键板21处于主键11与副键12之间形成的机锁位之后，转动外侧的子钻杆，外侧子钻杆的内键板21就会与机锁键13抵接，达到机锁的目的，防止两根子钻杆相对滑动，反向转动外侧的子钻杆使内键板21与主键11抵接后就能够解锁。

如图1所示，机锁键13的两端分别通过外键补板14和斜键15与副键12连接，其中斜键15靠近接管2。钢管1远离接管2的一端依次套设导向环16和定位环17，定位环17与钢管1焊接。

其中，如图1所示，外键补板14和斜键15的中间位置均可开设有焊孔141，这样为了便于焊接外键补板14和钢管1以及斜键15和钢管1。

实施例二：

一种机锁式钻杆的加工方法，包括以下步骤：

S1：下料成型导向环16、定位环17、外键补板14、斜键15和内键板21，并且机加工导向环16、定位环17、外键补板14、斜键15和内键板21。

S2：加工键条，将标准键条切割形成主键11、副键12和机锁键13。切割后的主键11、副键12和机锁键13先进行抛丸，之后用压力机校直，这样键条才能与钢管1的贴合度更高。

S3：对钢管1和接管2的直线度进行预处理，检验和校正钢管1的直线度和圆度，检验和校正接管2的直线度。通过步骤S3对钢管1和接管2的检验和校正，能够从原材料开始就保证直线度，为后续加工过程中如布键的精度打下基础，避免了钢管1和接管2误差的叠加，同时也避免了因原材料尺寸不合格而导致焊接后的整体的直线度和椭圆度不合格后难以校正。

步骤S3包括步骤S31和步骤S32：

S31：分别检验钢管1的全长直线度、局部任意一米的直线度、局部任意三米的直线度、钢管1椭圆度，检验接管2的直线度；钢管1全长直线度不大于钢管1长度的0.1%，局部任意一米的直线度不大于1mm/m，局部任意三米的直线度累计不大于2mm，管椭圆度小于4.5mm。另外，接管2来料的直线度小于或等于1.5‰，端部无S弯。对于直径小于273mm的钢管1检验端部1.5米范围的直线度，不大于1mm/m。

S32：用氧-乙炔中性焰烤管，进行校正。

S33：重复步骤S31和S32，直到钢管1和接管2冷却至室温时直线度达标。

严格控制钢管1和接管2原材料的端部直线度的目的在于，钢管1端部需要与接管2焊接，会使钢管1与接管2的误差叠加，如果钢管1端部误差较大则会使钢管1与接管2的焊接处直线度不符合要求，组装的时候可能会产生装配问题，并且叠加后的误差如果较大则很难通过烤管来校正。

S4：将内键板21均匀焊接至接管2的内圆周壁，之后将接管2焊接至钢管1的一端，从钢管1上远离接管2的一端依次装入导向环16和定位环17，将定位环17焊接在钢管1上。

其中，为了便于焊接内键板21和接管2，增大内键板21与接管2的焊接强度，步骤S4中将内键板21焊接至接管2的过程包括以下步骤：

S41：结合图2所示，在接管2的一端的周面上均匀切割出三个键槽22，键槽22的长度和宽度与内键板21的长度和宽度相当；

S42：将内键板21置于键槽22内，且内键板21相对接管2径向外侧的一部分与接管2的管壁重合，内键板21相对接管2径向内侧的一部分超出接管2形成键；

S43：点焊内键板21与接管2，之后沿内键板21与接管2的接缝逐层焊接，即焊完内键板21与接管2的接缝后，在焊接面上继续逐层补焊。

在步骤S41-S43中，通过先在接管2上开设键槽22，再将内键板21置于键槽22内，这样就可以从接管2的外部焊接内键板21与接管2的接缝，之后再焊接内键板21与接管2在接管2内部的焊缝，更加方便焊接且受接管2尺寸的影响大大减小，增大了接管2与内键板21的连接强度。

注意焊接钢管1和接管2之前要预热，焊接后保温，之后缓慢冷却至室温，这样有助于消除焊缝之间的应力。

S5：重复步骤S3，再次校正钢管1和接管2的直线度。在步骤S5中，主要是为了校正钢管1与接管2焊接之后钢管1与接管2接缝处的直线度，保证焊接之后整体的直线度。

S6：在钢管1上划主键11布键基准线、副键12基准线和机锁键13基准线和外键补板14基准线，其次将主键11、副键12和机锁键13布置在钢管1上并点焊定位，再者在钢管1上布置外键补板14和斜键15，并点焊。

最好依次布置主键11、副键12和机锁键13，因为主键11是长度最长且连续性的沿轴向均匀布置在钢管1的外周面上，因此先布置主键11有助于对副键12和机锁键13布置起参照作用；另外副键12的长度仅次于主键11，因此在主键11布置之后布置副键12，有利于提高主键11与副键12之间的位置精度。

另外，由于在前几道工序校正钢管1的过程中使用烤管的方式，可能会导致钢管1的外表面有凸起，当主键11、副键12和机锁键13的安装位置遇到烤点时，可以打磨键条对应位置以抵消烤点的凸起，使键条与钢管1贴合。

S7：焊接主键11、副键12、机锁键13、外键补板14和斜键15。

外键补板14的焊接方法为：先焊接外键补板14与机锁键13的接缝，再焊接外键补板14与钢管1的接缝，最后焊接外键补板14与主键11的接缝，按照上述顺序重复层层焊接，直到焊缝平整。按照上述的先后顺序焊接外键补板14，能够使得外键补板14与主键11、副键12和钢管1的焊接应力较为均匀，避免外键补板14某一处的焊接应力较为集中，避免钻杆在使用过程中外键补板14容易开裂脱焊。

当外键补板14上开设有焊孔141时，在焊接外键补板14与钢管1的接缝的过程中，可以先从焊孔141的位置焊接外键补板14和钢管1。一方面是因为从焊孔141内焊接较为方便；另一方面是因为从焊孔141焊接外键补板14和钢管1之后，再从外键补板14的外侧焊接外键补板14与钢管1更加容易，焊接时的应力更加均匀，焊接强度更高。

另外，焊接多个外键补板14时，可以先钢管1的轴向逐个焊接，再沿钢管1的周向逐步焊接。这样有利于维持副键12和机锁键13的直线度。

当然也可以采用同样的方法焊接斜键15。

S8：重复步骤S3，校整钢管1和接管2的直线度。在本步骤中，主要是为了消除主键11、副键12、机锁键13、外键补板14和斜键15的焊接对钢管1直线度产生的影响，保证最终子钻杆的尺寸精度。

S9：按照各个子钻杆的直径大小，依次套接，组装钻杆。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种机锁式钻杆的加工方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：下料成型导向环（16）、定位环（17）、外键补板（14）、斜键（15）和内键板（21），并且机加工导向环（16）、定位环（17）、外键补板（14）、斜键（15）和内键板（21）； S2：加工键条，将标准键条切割形成主键（11）、副键（12）和机锁键（13）； S3：对钢管（1）和接管（2）的直线度进行预处理，检验和校正钢管（1）的直线度和圆度，检验和校正接管（2）的直线度； S4：将内键板（21）均匀焊接至接管（2）的内圆周壁，之后将接管（2）焊接至钢管（1）的一端，从钢管（1）上远离接管（2）的一端依次装入导向环（16）和定位环（17），将定位环（17）焊接在钢管（1）上； S5：重复步骤S3，再次校正钢管（1）和接管（2）的直线度； S6：在钢管（1）上划主键（11）布键基准线、副键（12）基准线和机锁键（13）基准线和外键补板（14）基准线，其次将主键（11）、副键（12）和机锁键（13）布置在钢管（1）上并点焊定位，再者在钢管（1）上布置外键补板（14）和斜键（15），并点焊； S7：焊接主键（11）、副键（12）、机锁键（13）、外键补板（14）和斜键（15）； S8：重复步骤S3，校整钢管（1）和接管（2）的直线度； S9：按照各个子钻杆的直径大小，依次套接，组装钻杆； 步骤S4中将内键板（21）焊接至接管（2）的过程包括以下步骤： S41：在接管（2）的一端的周面上均匀切割出三个键槽（22），键槽（22）的长度和宽度与内键板（21）的长度和宽度相当； S42：将内键板（21）置于键槽（22）内，且内键板（21）相对接管（2）径向外侧的一部分与接管（2）的管壁重合，内键板（21）相对接管（2）径向内侧的一部分超出接管（2）形成键；S43：点焊内键板（21）与接管（2），之后沿内键板（21）与接管（2）的接缝逐层焊接。

2.根据权利要求1所述的一种机锁式钻杆的加工方法，其特征在于，步骤S2中，切割后的主键（11）、副键（12）和机锁键（13）先进行抛丸，之后用压力机校直。

3.根据权利要求1所述的一种机锁式钻杆的加工方法，其特征在于，步骤S3中，包括步骤S31和步骤S32： S31：分别检验钢管（1）的全长直线度、局部任意一米的直线度、局部任意三米的直线度、钢管（1）椭圆度，检验接管（2）的直线度； S32：用氧-乙炔中性焰烤管，进行校正。

4.根据权利要求3所述的一种机锁式钻杆的加工方法，其特征在于，步骤S31中，钢管（1）全长直线度不大于钢管（1）长度的0.1%，局部任意一米的直线度不大于1mm/m，局部任意三米的直线度累计不大于2mm，管椭圆度小于4.5mm。

5.根据权利要求4所述的一种机锁式钻杆的加工方法，其特征在于，直径小于273mm的钢管（1）检验端部1.5米范围的直线度，不大于1mm/m。

6.根据权利要求1所述的一种机锁式钻杆的加工方法，其特征在于，在步骤S6中，布键位置遇到钢管（1）上校直过程中的烤点时，打磨键条对应位置，以抵消钢管（1）烤点的凸起，保证键条紧贴钢管（1）外壁。

7.根据权利要求1所述的一种机锁式钻杆的加工方法，其特征在于，在步骤S6中，布键的顺序为，先将主键（11）均匀布置在钢管（1）的外侧壁上，再将副键（12）均匀布置在钢管（1）的外壁上，随后将机锁键（13）布置在钢管（1）的外侧壁上，最后布置外键补板（14）和斜键（15）。

8.根据权利要求1所述的一种机锁式钻杆的加工方法，其特征在于，步骤S7中，外键补板（14）的焊接方法为：先焊接外键补板（14）与机锁键（13）的接缝，再焊接外键补板（14）与钢管（1）的接缝，最后焊接外键补板（14）与主键（11）的接缝，按照上述顺序重复焊接，直到焊缝平整。

9.根据权利要求8所述的一种机锁式钻杆的加工方法，其特征在于，外键补板（14）的中间部位开设有焊孔（141），焊接外键补板（14）与钢管（1）时，先从焊孔（141）内焊接，再从外键补板（14）外周面焊接。

10.根据权利要求9所述的一种机锁式钻杆的加工方法，其特征在于，焊接多个外键补板（14）的过程中，先沿钢管（1）的轴向逐个焊接，再沿钢管（1）的周向逐步焊接。