CN109944554B - 一种组合式钻杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及勘探部件技术领域，具体地，涉及一种组合式钻杆，包括外套杆以及插设在外套杆内部的内衬杆，内衬杆外表面设有若干花键棱，且相邻的两个花键棱与外套杆内壁构成一个介质通道，其中有一个介质通道为注油通道，外套杆的两端分别设有固定有一个公接头和母接头，公接头的外端外壁面开设有第一环形槽，第一环形槽内设有膨胀油囊，母接头的后端设有承重筒，承重筒的前端开设有减重腔室，公接头内开设有能够与膨胀油囊内相连通的注油槽，注油槽与注油通道相连通，内衬杆的两个端面分别设有一个旋动环和密封环，本发明能够加强相邻两个钻杆之间的连接稳定性，并可满足频繁的提钻动作。

Description

一种组合式钻杆

技术领域

本发明涉及勘探部件技术领域，具体地，涉及一种组合式钻杆。

背景技术

钻杆是一种尾部带有螺纹的钢管，用于连接钻机地表设备和位于钻井底端钻磨设备或底孔装置。钻杆的用途是将钻探泥浆运送到钻头，并与钻头一起提高、降低或旋转底孔装置；目前特大型竖井钻机使用的钻杆为双壁钻杆,该双壁钻杆内具有传输压缩空气的风道和传输泥浆的返浆通道。根据钻井的深度，将一节节钻杆通过特定的对接方式相互连接起来；现有的钻杆对接方式大多为丝扣连接，即采用公/母接头，但是实际钻进过程中，中途会频繁发生提钻动作，多个钻杆相连接，自下而上的钻杆连接处承重力较大，同时提钻动作会导致钻杆连接稳定性降低，这是因为压力过大导致公/母接头易发生滑丝。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种组合式钻杆。

本发明公开的一种组合式钻杆，包括外套杆以及插设在外套杆内壁间的内衬杆，内衬杆的外表面设有若干个沿之周向等角度分布的花键棱，所有花键棱中，相邻的两个花键棱与外套杆的内壁构成一个介质通道，并且有一个介质通道为注油通道，内衬杆的内壁构成一个泥浆通道，外套杆的两端分别设有固定套设有一个公接头和母接头，公接头的外端外壁面开设有第一环形槽，第一环形槽内安装有膨胀油囊，膨胀油囊接近环形结构，母接头的后端安装有承重筒，承重筒的前端开设有能够供膨胀油囊挤入的减重腔室，公接头内开设有能够与膨胀油囊内相连通的注油槽，注油槽与注油通道内相连通，内衬杆的两端分别设有一个旋动环和密封环，旋动环与内衬杆的一个端面旋转配合，内衬杆的另一端面开设有用以供密封环能够挤入的收缩腔。

进一步地，旋动环为橡胶环，内衬杆的端面开设有与之同轴的第二环形槽，旋动环设于第二环形槽内，旋动环的外侧面与内衬杆的端面齐平。

进一步地，收缩腔内插设有复合式橡胶弹簧，收缩腔的内壁与复合式橡胶弹簧的外侧面预留有压缩间隙，密封环固定在复合式橡胶弹簧的外端，密封环与旋动环同心设置，密封环的外径大于旋动环的外径，密封环的内径小于旋动环的内径，当复合式橡胶弹簧处于常态下，密封环至少有半截处于收缩腔的外部。

进一步地，膨胀油囊为高强度橡胶材质制成。

进一步地，所有花键棱的两端面分别与内衬杆的两端面构成一个完整平面，并且该完整平面上贴设有吻合该平面图形的密封橡胶垫。

进一步地，膨胀油囊的外侧边沿与第一环形槽内相对的两侧面相紧贴。

进一步地，承重筒包括进入筒和连接柱，连接柱固定套设在外套杆上，进入筒的一端与连接柱的前端面固定连接，母接头的后半段处于进入筒内，并且进入筒的内壁与母接头的外表面留有间距，该间距构成一个用以供膨胀油囊以及公接头相继进入的环形进入腔，减重腔室开设在连接柱朝向进入筒方向的前半段，减重腔室为环形腔室，减重腔室的内径小于环形进入腔的内径。

进一步地，内衬杆以及所有花键棱的两端分别延伸出外套杆两端外，并且延伸长度为2~3cm区间，外套杆的两端面分别设有一个止动环，止动环的内径小于外套杆的内径，花键棱的端部上表面开设有用以和止动环的内表面相接触的止动槽。

进一步地，注油槽的纵截面呈L型，注油槽的短边槽道延伸方向吻合公接头的径向，注油槽的长边槽道的延伸方向吻合公接头的轴向，外套杆的端部外表面开设有能够和注油通道内相连通的槽口，槽口与注油槽的短边槽道敞口处相对应，注油槽的长边槽道的敞口开设在第一环形槽的内侧面。

进一步地，内衬杆和外套杆均为铝合金材质铸成，内衬杆的内表面涂有硅酸锌涂层，外套杆的外表面涂有有机硅树脂改性丙烯酸树脂涂料层。

有益效果： 本发明的一种组合式钻杆，当两个外套杆需要相互拼接的时候，其中一个外套杆处于静态，另一个旋转，即这两个外套杆分别通过各自位置的公接头和母接头实现丝扣连接；并且连接过程中，动态的外套杆内的旋动环对应的乃是处于静态外套杆内的密封环；并且在该过程中，由于上述一个外套杆是旋转/动态的，另一个是静态的，所以为了使得静态的外套杆内的密封环与动态的外套杆内的旋动环能够无损式良好接触，所以旋动环必须是可以绕自身轴线转动的，这样在动态的外套杆在旋转过程中，即丝扣旋接过程中，该旋动环也可以发生转动，并以转动姿态与密封环构成挤压式接触；由于旋进式前进力，促使了密封环受到压迫，并促使其压迫复合式橡胶弹簧实现弹性位移，密封环被推进至收缩腔内后，此时这两个外套杆内的内衬杆端部会依靠密封橡胶垫构成紧密接触，促使了每个内衬杆上的多个介质通道可以逐一的相互连通，并且构成一个由多条内衬杆构成的一个独立的完整介质通道，同时依靠密封橡胶垫、密封环以及旋动环的紧密接触，促使了相邻的两个介质通道之间不会发生窜流现象；且上述动作发生同时，公接头的外套杆上的膨胀油囊会发生和外套杆同步的轴向位移，首先未被注入油液的膨胀油囊会挤入至环形进入腔内，并随公接头和母接头的持续丝扣，继续发生位移，最后挤入到减重腔室内停止，此时每个介质通道可以输送不同介质，如冷却水、高压空气等；然后其中一个完整的介质通道，为注油通道，并且地表上会打入油液到该注油通道内，相邻的两个内衬杆内的注油通道构成无缝对接，油液顺利下滑，并且用以提供至每层的膨胀油囊内，使其内部发生膨胀，膨胀后的膨胀油囊外表面会和减重腔室内壁构成紧贴，该紧贴力构成抓紧力，促使了相邻的两个外套杆处的公接头和母接头连接压力减小，在后续振动以及提钻过程中，大幅降低了滑丝的现象发生，本发明能够加强相邻两个钻杆之间的连接稳定性，并可满足频繁的提钻动作。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明的平面结构示意图一；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明的拆分结构示意图一；

图4为图3中A处放大图；

图5为本发明的拆分结构示意图二；

图6为图5中B处放大图；

图7为两根钻杆预对接状态结构示意图一；

图8为两根钻杆预对接状态结构示意图二；

图9为两根钻杆预对接状态结构示意图三；

图10为两根钻杆预对接状态结构示意图四；

附图标记说明：外套杆1，槽口1a，公接头1b，注油槽1c，第一环形槽1d，膨胀油囊1e，止动环1f。

母接头2，进入筒2a，连接柱2b，环形进入腔2c，减重腔室2d。

内衬杆3，第二环形槽3a，花键棱3b，止动槽3c，旋动环3k，密封橡胶垫3m。

密封环4，收缩腔4a，复合式橡胶弹簧4b。

介质通道5，注油通道5a，泥浆通道5b。

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1至图10所示的一种组合式钻杆，包括外套杆1以及插设在外套杆1内壁间的内衬杆3，内衬杆3的外表面设有若干个沿之周向等角度分布的花键棱3b，所有花键棱3b中，相邻的两个花键棱3b与外套杆1的内壁构成一个介质通道5，并且有一个介质通道5为注油通道5a，内衬杆3的内壁构成一个泥浆通道5b，外套杆1的两端分别设有固定套设有一个公接头1b和母接头2，公接头1b的外端外壁面开设有第一环形槽1d，第一环形槽1d内安装有膨胀油囊1e，膨胀油囊1e接近环形结构，母接头2的后端安装有承重筒，承重筒的前端开设有能够供膨胀油囊1e挤入的减重腔室2d，公接头1b内开设有能够与膨胀油囊1e内相连通的注油槽1c，注油槽1c与注油通道5a内相连通，内衬杆3的两端分别设有一个旋动环3k和密封环4，旋动环3k与内衬杆3的一个端面旋转配合，内衬杆3的另一端面开设有用以供密封环4能够挤入的收缩腔4a。

旋动环3k为橡胶环，内衬杆3的端面开设有与之同轴的第二环形槽3a，旋动环3k设于第二环形槽3a内，旋动环3k的外侧面与内衬杆3的端面齐平；当两个外套杆1需要相互拼接的时候，其中一个外套杆1处于静态，另一个旋转，即这两个外套杆1分别通过各自位置的公接头1b和母接头2实现丝扣连接；并且连接过程中，动态的外套杆1内的旋动环3k对应的乃是处于静态外套杆1内的密封环4；并且在该过程中，由于上述一个外套杆1是旋转/动态的，另一个是静态的，所以为了使得静态的外套杆1内的密封环4与动态的外套杆1内的旋动环3k能够无损式良好接触，所以旋动环3k必须是可以绕自身轴线转动的，这样在动态的外套杆1在旋转过程中，即丝扣旋接过程中，该旋动环3k也可以发生转动，并以转动姿态与密封环4构成挤压式接触；所以吻合/配合了动态外套杆1的转动；端面齐平，即表示两个外套杆1的公/母接头2实现丝扣连接后，内衬杆3的端面会和旋动环3k的端面构成无缝式接触；这样就使得两个内衬杆3构成了无缝式挤压接触，目的使得所有介质通道5以及注油通道5a的密封性得到保证。

收缩腔4a内插设有复合式橡胶弹簧4b，收缩腔4a的内壁与复合式橡胶弹簧4b的外侧面预留有压缩间隙，密封环4固定在复合式橡胶弹簧4b的外端，密封环4与旋动环3k同心设置，密封环4的外径大于旋动环3k的外径，密封环4的内径小于旋动环3k的内径，当复合式橡胶弹簧4b处于常态下，密封环4至少有半截处于收缩腔4a的外部；当旋动环3k以旋转姿态逐步接近并接触密封环4后，由于旋进式前进力，促使了密封环4受到压迫，并促使其压迫复合式橡胶弹簧4b实现弹性位移，复合式橡胶弹簧4b耐腐蚀，弹性程度大；在密封环4依靠复合式橡胶弹簧4b实现弹性位移后，即表明了，旋动环3k的端面与密封环4的端面构成的乃是挤压式接触，在后续密封环4挤入至收缩腔4a内后，两个内衬杆3会依靠各自的密封环4和旋动环3k的挤压式接触，构成了无缝式对接，促使所有介质通道5以及注油通道5a的密封性；密封环4的外径大于旋动环3k的外径，且密封环4的内径小于旋动环3k的内径，即表明了密封环4的面积大于旋动环3k，使得旋动环3k可以稳定的和密封环4构成准确接触，

膨胀油囊1e为高强度橡胶材质制成；发生提钻动作的时候，多条钻杆整体上升，并且每层钻杆的连接处的压力大，此时相邻的两个外套杆1间的膨胀油囊1e依靠油液作用力，发生被撑起，撑起后的膨胀油囊1e接触减重腔室2d内壁，构成紧贴，以此膨胀油囊1e实现了对下部的外套杆1的拉起作用力，降低了相邻的两个外套杆1件的公/母丝扣连接的压力，防止滑丝现象的发生；膨胀油囊1e材质确保其工作稳定和安全性。

所有花键棱3b的两端面分别与内衬杆3的两端面构成一个完整平面，并且该完整平面上贴设有吻合该平面图形的密封橡胶垫3m；当两个内衬杆3对接后，依靠各自位置的密封橡胶垫3m，更加确保了所有介质通道5之间的密封性；促使介质通道5内可实现不同种类的介质通过，如空气介质、水冷介质和油液介质。

膨胀油囊1e的外侧边沿与第一环形槽1d内相对的两侧面相紧贴；当膨胀油囊1e内油液被抽离后，膨胀油囊1e内部失去内撑作用力，如果膨胀油囊1e同其位置的外套杆1发生抽离动作的时候，膨胀油囊1e会和减重腔室2d内的顶壁/侧壁构成挤压，为了防止膨胀油囊1e在挤压式抽离过程中，被拉的松动，所以膨胀油囊1e的两侧边沿必须和第一环形槽1d内的两侧面紧贴，即第一环形槽1d内的两侧面构成的乃是与膨胀油囊1e底部侧边的限位作用。

承重筒包括进入筒2a和连接柱2b，连接柱2b固定套设在外套杆1上，进入筒2a的一端与连接柱2b的前端面固定连接，母接头2的后半段处于进入筒2a内，并且进入筒2a的内壁与母接头2的外表面留有间距，该间距构成一个用以供膨胀油囊1e以及公接头1b相继进入的环形进入腔2c，减重腔室2d开设在连接柱2b朝向进入筒2a方向的前半段，减重腔室2d为环形腔室，减重腔室2d的内径小于环形进入腔2c的内径；需要两个外套杆1对接的时候，一个外套杆1依靠公接头1b与另一个外套杆1上的母接头2实施丝扣连接，该过程中，公接头1b的外套杆1上的膨胀油囊1e会发生轴向位移，首先挤入至环形进入腔2c，并随公接头1b和母接头2的持续丝扣，继续发生位移，最后挤入到减重腔室2d内，到达减重腔室2d内后，注油通道5a内注入油液，相邻的两个内衬杆3内的注油通道5a构成无缝对接，油液顺利下滑，并且用以提供至每层的膨胀油囊1e内，使其内部发生膨胀，膨胀后的膨胀油囊1e外表面会和减重腔室2d内壁构成紧贴，以此缓解提钻时的相邻的公接头1b和母接头2处的压力。

内衬杆3以及所有花键棱3b的两端分别延伸出外套杆1两端外，并且延伸长度为2~3cm区间，外套杆1的两端面分别设有一个止动环1f，止动环1f的内径小于外套杆1的内径，花键棱3b的端部上表面开设有用以和止动环1f的内表面相接触的止动槽3c；内衬杆3延伸出外套杆1端部外，即表明，当相邻两个外套杆1实现丝扣连接后，对应这两个外套杆1内的内衬杆3，依靠各自延伸的部分，实现无缝式对接；并且为了确保内衬杆3在外套杆1内的稳定性，防止其发生轴向偏移，所以使用了止动环1f，止动环1f依靠所有花键棱3b的止动槽3c，对所有花键棱3b以及和他们连接的内衬杆3实施端部限位，防止他们发生轴向位移。

注油槽1c的纵截面呈L型，注油槽1c的短边槽道延伸方向吻合公接头1b的径向，注油槽1c的长边槽道的延伸方向吻合公接头1b的轴向，外套杆1的端部外表面开设有能够和注油通道5a内相连通的槽口1a，槽口1a与注油槽1c的短边槽道敞口处相对应，注油槽1c的长边槽道的敞口开设在第一环形槽1d的内侧面；注油通道5a内被给入油液后，油液下流，当注油通道5a最底部的油液逐步升高的时候，自下而上的逐个注油槽1c内都会受到油液的蔓延进入，注油槽1c短边槽道内为进油口，注油槽1c长边槽道为给油/出油口，并且目的将油液递送给处于第一环形槽1d内的膨胀油囊1e内。

内衬杆3和外套杆1均为铝合金材质铸成，内衬杆3的内表面涂有硅酸锌涂层，外套杆1的外表面涂有有机硅树脂改性丙烯酸树脂涂料层；内衬杆3和外套杆1的内/外涂层促使了他们耐腐蚀性显著提高。

工作原理：当两个外套杆1需要相互拼接的时候，其中一个外套杆1处于静态，另一个旋转，即这两个外套杆1分别通过各自位置的公接头1b和母接头2实现丝扣连接；并且连接过程中，动态的外套杆1内的旋动环3k对应的乃是处于静态外套杆1内的密封环4；并且在该过程中，由于上述一个外套杆1是旋转/动态的，另一个是静态的，所以为了使得静态的外套杆1内的密封环4与动态的外套杆1内的旋动环3k能够无损式良好接触，所以旋动环3k必须是可以绕自身轴线转动的，这样在动态的外套杆1在旋转过程中，即丝扣旋接过程中，该旋动环3k也可以发生转动，并以转动姿态与密封环4构成挤压式接触；由于旋进式前进力，促使了密封环4受到压迫，并促使其压迫复合式橡胶弹簧4b实现弹性位移，密封环4被推进至收缩腔4a内后，此时这两个外套杆1内的内衬杆3端部会依靠密封橡胶垫3m构成紧密接触，促使了每个内衬杆3上的多个介质通道5可以逐一的相互连通，并且构成一个由多条内衬杆3构成的一个独立的完整介质通道5，同时依靠密封橡胶垫3m、密封环4以及旋动环3k的紧密接触，促使了相邻的两个介质通道5之间不会发生窜流现象；且上述动作发生同时，公接头1b的外套杆1上的膨胀油囊1e会发生和外套杆1同步的轴向位移，首先未被注入油液的膨胀油囊1e会挤入至环形进入腔2c内，并随公接头1b和母接头2的持续丝扣，继续发生位移，最后挤入到减重腔室2d内停止，此时每个介质通道5可以输送不同介质，如冷却水、高压空气等；然后其中一个完整的介质通道5，为注油通道5a，并且地表上会打入油液到该注油通道5a内，相邻的两个内衬杆3内的注油通道5a构成无缝对接，油液顺利下滑，并且用以提供至每层的膨胀油囊1e内，使其内部发生膨胀，膨胀后的膨胀油囊1e外表面会和减重腔室2d内壁构成紧贴，该紧贴力构成抓紧力，促使了相邻的两个外套杆1处的公接头1b和母接头2连接压力减小，在后续振动以及提钻过程中，大幅降低了滑丝的现象发生。

上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种组合式钻杆，其特征在于：包括外套杆（1）以及插设在外套杆（1）内壁间的内衬杆（3），内衬杆（3）的外表面设有若干个沿之周向等角度分布的花键棱（3b），所有花键棱（3b）中，相邻的两个花键棱（3b）与外套杆（1）的内壁构成一个介质通道（5），并且有一个介质通道（5）为注油通道（5a），内衬杆（3）的内壁构成一个泥浆通道（5b），外套杆（1）的两端分别设有固定套设有一个公接头（1b）和母接头（2），公接头（1b）的外端外壁面开设有第一环形槽（1d），第一环形槽（1d）内安装有膨胀油囊（1e），膨胀油囊（1e）接近环形结构，母接头（2）的后端安装有承重筒，承重筒的前端开设有能够供膨胀油囊（1e）挤入的减重腔室（2d），公接头（1b）内开设有能够与膨胀油囊（1e）内相连通的注油槽（1c），注油槽（1c）与注油通道（5a）内相连通，内衬杆（3）的两端分别设有一个旋动环（3k）和密封环（4），旋动环（3k）与内衬杆（3）的一个端面旋转配合，内衬杆（3）的另一端面开设有用以供密封环（4）能够挤入的收缩腔（4a）。

2.根据权利要求1所述的一种组合式钻杆，其特征在于：旋动环（3k）为橡胶环，内衬杆（3）的端面开设有与之同轴的第二环形槽（3a），旋动环（3k）设于第二环形槽（3a）内，旋动环（3k）的外侧面与内衬杆（3）的端面齐平。

3.根据权利要求2所述的一种组合式钻杆，其特征在于：收缩腔（4a）内插设有复合式橡胶弹簧（4b），收缩腔（4a）的内壁与复合式橡胶弹簧（4b）的外侧面预留有压缩间隙，密封环（4）固定在复合式橡胶弹簧（4b）的外端，密封环（4）与旋动环（3k）同心设置，密封环（4）的外径大于旋动环（3k）的外径，密封环（4）的内径小于旋动环（3k）的内径，当复合式橡胶弹簧（4b）处于常态下，密封环（4）至少有半截处于收缩腔（4a）的外部。

4.根据权利要求1所述的一种组合式钻杆，其特征在于：膨胀油囊（1e）为高强度橡胶材质制成。

5.根据权利要求1所述的一种组合式钻杆，其特征在于：所有花键棱（3b）的两端面分别与内衬杆（3）的两端面构成一个完整平面，并且该完整平面上贴设有吻合该平面图形的密封橡胶垫（3m）。

6.根据权利要求1所述的一种组合式钻杆，其特征在于：膨胀油囊（1e）的外侧边沿与第一环形槽（1d）内相对的两侧面相紧贴。

7.根据权利要求1所述的一种组合式钻杆，其特征在于：承重筒包括进入筒（2a）和连接柱（2b），连接柱（2b）固定套设在外套杆（1）上，进入筒（2a）的一端与连接柱（2b）的前端面固定连接，母接头（2）的后半段处于进入筒（2a）内，并且进入筒（2a）的内壁与母接头（2）的外表面留有间距，该间距构成一个用以供膨胀油囊（1e）以及公接头（1b）相继进入的环形进入腔（2c），减重腔室（2d）开设在连接柱（2b）朝向进入筒（2a）方向的前半段，减重腔室（2d）为环形腔室，减重腔室（2d）的内径小于环形进入腔（2c）的内径。

8.根据权利要求1所述的一种组合式钻杆，其特征在于：内衬杆（3）以及所有花键棱（3b）的两端分别延伸出外套杆（1）两端外，并且延伸长度为2~3cm区间，外套杆（1）的两端面分别设有一个止动环（1f），止动环（1f）的内径小于外套杆（1）的内径，花键棱（3b）的端部上表面开设有用以和止动环（1f）的内表面相接触的止动槽（3c）。

9.根据权利要求1所述的一种组合式钻杆，其特征在于：注油槽（1c）的纵截面呈L型，注油槽（1c）的短边槽道延伸方向吻合公接头（1b）的径向，注油槽（1c）的长边槽道的延伸方向吻合公接头（1b）的轴向，外套杆（1）的端部外表面开设有能够和注油通道（5a）内相连通的槽口（1a），槽口（1a）与注油槽（1c）的短边槽道敞口处相对应，注油槽（1c）的长边槽道的敞口开设在第一环形槽（1d）的内侧面。

10.根据权利要求1所述的一种组合式钻杆，其特征在于：内衬杆（3）和外套杆（1）均为铝合金材质铸成，内衬杆（3）的内表面涂有硅酸锌涂层，外套杆（1）的外表面涂有有机硅树脂改性丙烯酸树脂涂料层。

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