CN111734322A - 大直径法兰连接钻铤 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大直径法兰连接钻铤，由上法兰、上过渡体、中间筒体、下过渡体、下法兰依次连接后，在中间筒体外设置包围在中间筒体外的扩容腔体，扩容腔体外壁连接上过渡体和下过渡体，构成中空钻铤本体，在扩容腔体一端面上设置配重加注孔和排气孔，热熔铅通过加注孔灌注到扩容腔体里，且扩容腔体外壁距中间筒体中心线的直径不小于510mm，上法兰至下法兰之间的节长7.0±1%m，总重10±1%吨。本发明结构合理、连接方便、大大降低劳动强度、工艺制作简单、能实现大钻压且重心低，优化了钻具组合真正实现了摆锤钻进，保证了钻孔质量又提高破岩效率。

Description

大直径法兰连接钻铤

技术领域

本发明涉及一种大直径法兰连接钻铤，属于钻井钻具技术领域。

背景技术

钻井施工领域十分广泛，大钻机钻井技术工艺成熟，小钻孔如冻结注浆钻孔技术工艺经过多年的实践应用，也逐步完善形成一套成熟完整的作业手册。可是，在瓦斯抽采井、热水井、下料孔、排水孔、井上下应急逃生通道等深大口径钻井作业中，钻具组合千奇百态，在施工中出现各种意想不到的事故，拖延工期甚至工程报废、造成的经济损失巨大。归根结底是技术问题，没有完善的工法工艺和装备，很难保证工程的顺利推进。在钻井施工作业阶段，能高效的完成钻井是实现工程完美收官的先决条件，如果在钻井作业阶段，效率低下，一旦出了事故处理不掉会造成重大浪费和恶劣影响等等。鉴于这种情况，迫切需要一种全新钻具组合能平稳安全运行，解决钻井钻压小、破岩难度大、效率低的问题。

瓦斯抽采井、热水井、下料孔、排水孔、井上下应急逃生通道等深大口径钻井作业，现有的Φ159～254mm，长9m的两端丝扣长杆件配重钻铤对于这些深大口径钻井，存在以下问题：一是连接难度大；二是卸扣难且危险；三是钻具组合不合理，重心过高，无法实现重心低、大钻压钻进；四是钻铤连接没有应力释放槽，丝扣在应力集中瞬间容易拧断丝扣造成井内事故；五是劳动强度大效率低。为了能解决大口径钻井的问题，发明人研制了法兰连接灌铅钻铤，节长3.26m，重量5吨左右，由于现有技术中长度9米，存在很多问题，我们将节长缩短，然后根据钻井作业钻柱需要，使用2或3节。然而在使用中我们发现，其依然不能满足大钻压、重心低、运转平稳、破岩效率高的要求，而且安全隐患增多，作业时间长，劳动强度大，钻铤使用寿命缩短。

综合上述两种情况，如何解决大口径钻井作业中，现有产品过细、过长、过多，重心高，钻压小，连接难度大，容易拧断丝扣等缺点，保证配重、钻具结合的连接可靠性，实现大钻压、重心低、运转平稳、破岩效率高、使用寿命长的要求，是急需突破的难题。

发明内容

本发明为解决现有技术中技术问题，提出了一种在钻井作业中能实现钻头高效破岩，并能方便快捷地实现连接拆卸，同时降低了事故隐患点，减少了作业时间和多余劳动的，使用寿命更长的大直径法兰连接钻铤。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种大直径法兰连接钻铤，由上法兰、上过渡体、中间筒体、下过渡体、下法兰依次连接后，在中间筒体外设置包围在中间筒体外的扩容腔体，扩容腔体外壁连接上过渡体和下过渡体，构成中空钻铤本体，在扩容腔体一端面上设置配重加注孔和排气孔，热熔铅通过加注孔灌注到扩容腔体里，且扩容腔体外壁距中间筒体中心线的直径不小于510mm，上法兰至下法兰之间的节长7.0±1% m，总重10±1%吨。

经过研究，发明人发现，要想解决技术问题，关键的重点，还是在解决结构重量如何设计的问题，或者说是如何在合理的结构中增加重量问题是关键所在。众所周知，垂直钻井没有足够的重量形成不了钻压，钻井作业为了解决钻压不足问题，利用钻头上面可以利用的空间或者设计出箱体增加配重，在箱体里的配重在钻井中产生偏重对钻具造成伤害，甚至在长时间钻进中箱体磨破形成事故。上述技术方案，将钻铤中部设计成中空同心圆柱体，配重位于外圆柱体内，以上下法兰作为连接面，并设计上下过渡体与配重连接，将整个焊接连接并探伤后，灌入热熔铅，并且，节长尺寸和重量不可随意更改，构成的钻铤，重量大、成型均质、结构合理、连接方便，经过XX煤矿深680m、口径Φ800mm瓦斯抽采井工程，XX煤矿深810m、口径Φ870mm瓦斯抽采井工程的验证，本技术方案设计的钻铤具有以下技术效果：大大降低了劳动强度、工艺制作简单、能实现大钻压且重心低，优化了钻具组合，真正实现了摆锤钻进，提高了破岩效率又保证了钻孔质量。

进一步的，所述上法兰、上过渡体、中间筒体、下过渡体、下法兰、扩容腔体的连接处全部设置坡口进行满焊并探伤，确保焊接厚度和质量。

进一步的，所述扩容腔体外表面上设置碳化钨耐磨层。

更进一步的，所述碳化钨耐磨层喷焊在扩容腔体外表面上中下部，喷涂厚度5mm。在Φ510连接钻铤的中部筒体外表面上中下对称喷焊一层5mm厚的碳化钨耐磨层，保护筒体不受岩体的磨损，延长了钻铤服务年限，降低使用成本，确保了安全。

进一步的，所述上法兰端面设置“O”型密封槽，与“O”型圈配合密封，防止泥浆渗漏泄压。上法兰上设计的一道“O”型密封槽，加“O”型圈密封，能有效防止泥浆渗漏泄压；由于Φ510连接钻铤连接在钻柱下部、组合钻头上部，法兰连接处密封确保泥浆通过时不渗漏泄压，也确保泥浆冲刷到底部钻头处，及时有效地将破碎的岩粉带出地面。

进一步的，所述大直径法兰连接钻铤与组合钻头、盘扣接头、钻杆、四方主动钻杆组成的钻具组合，其中大直径法兰连接钻铤两端分别通过法兰与组合钻头、盘扣接头连接，盘扣接头与钻杆、四方主动钻杆依次连接，动力从四方主动钻杆传动至整个钻具组合，由大直径法兰连接钻铤产生钻压，组合钻头在钻压作用下实现破岩。

更进一步的，所述法兰与组合钻头、盘扣接头的连接均采用高强螺栓紧固，并由带有防止高强螺帽退扣的开口销锁死。上、下法兰与组合钻头、盘扣接头连接均采用高强螺栓缝合紧固并带有防止高强螺帽退扣的开口销锁死，连接更牢固。

进一步的，所述的大直径法兰连接钻铤的使用方法，包括以下步骤：

将与大直径法兰连接钻铤具有同样尺寸法兰的组合钻头组件放在井口平台，再吊起大直径法兰连接钻铤，加密封圈后将钻铤两端的上、下法兰与组合钻头组件对齐，并通过高强螺栓缝合紧固，下井，再连接盘扣接头的法兰，连接好后下井，依次连接钻杆和四方主动钻杆，组成钻柱，在动力作用下带动四方主动钻杆，四方主动钻杆再带动钻柱，采用适当转速运转，实现破岩成井。

本发明的有益技术效果是：

1、利用铅比重大、熔点低，在确立的合适尺寸空间里灌注，得到理想的大吨位配重体，最终确定节长7.0m，总重10吨，正常钻井作业钻柱（一套钻具组合）采用一根就保证足够的钻压，减少了法兰连接点；

2、所有焊缝均采用满焊连接，确保强度。

3、在扩容腔体外表面上中下部喷焊一层5mm后碳化钨耐磨层，保护筒体不受岩体的磨损，延长了钻铤服务年限，降低使用成本，确保了安全。

附图说明：

图1是本发明Φ510法兰连接灌铅钻铤的剖面结构示意图；

图2是优化后的新钻具组合示意图；

图中：1、上法兰，2、上过度体，3、中间筒体，4、下过度体，5、下法兰，6、铅，7、碳化钨耐磨层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示，一种Φ510法兰连接灌铅钻铤，包括1、上法兰，2、上过度体，3、中间筒体，4、下过度体，5、下法兰，6、铅，7、碳化钨耐磨层。1～5组件全部带有坡口进行满焊并探伤，确保焊接厚度和质量，焊接完成后6热熔铅通过灌铅孔灌注到筒体里，对面同样位置有一孔排气，铅灌满待冷却后就可以使用；碳化钨耐磨层7采用喷焊5mm厚。连接在钻柱下部组合钻头上部，采用高强螺栓连接紧固并用开口销闭锁，确保井下作业安全。

碳化钨耐磨层，在Φ510法兰连接灌铅钻铤的中间筒体上中下四面对称部位喷焊一层5mm后厚度，保护筒体不受岩体的磨损，延长了钻铤服务年限，确保了安全。

如图2所示，法兰连接灌铅钻铤、组合钻头体、盘扣接头、钻杆，四方主动钻杆组成的钻具组合，动力带动四方主动钻杆，四方主动钻杆带动钻具组合（钻柱），Φ510法兰连接灌铅钻铤产生钻压，组合钻头在钻压作用下实现破岩。本体的上法兰有一道“O”型密封槽，加“O”型圈起密封作用，防止泥浆渗漏泄压。

上、下法兰和上下过度体、中间筒体均采用焊接并探伤确保焊接质量，

上、下法兰与组合钻头、盘扣接头连接均采用高强螺栓缝合紧固并带有防止高强螺帽退扣的开口销锁死。

所述的Φ510法兰连接灌铅钻铤使用方法，包括以下步骤：

首先将带有同样尺寸法兰的组合钻头放在井口平台，再吊起Φ510法兰连接灌铅钻铤，加密封圈后将两法兰对齐上高强螺栓缝合紧固，下井，再连接盘扣接头的法兰，连接好后下井依次连接钻杆和四方主动钻杆，组成钻柱，在动力作用下带动四方主动钻杆，四方主动钻杆再带动钻柱根据情况采用适当转速运转实现破岩成井。

所述Φ510法兰连接灌铅钻铤连接在钻柱下部、组合钻头上部，法兰连接处密封确保泥浆通过时不渗漏泄压，确保泥浆冲刷到底部钻头处，及时有效地将破碎的岩粉带出地面，从而使钻井作业安全连续地进行下去，提升钻井台月效率，实现高效运转。

对于瓦斯抽采井、热水井、下料孔、排水孔、井上下应急逃生通道等深大口径钻井作业，与同类相比，实现了重心低、大钻压，连接可靠，破岩效率高等优点。解决了同类产品的过细、过长、过多，重心高，钻压小，连接难度大，容易拧断丝扣等缺点。该钻铤尺寸合适、结构合理、连接方便、大大降低劳动强度、工艺制作简单、能实现大钻压且重心低，优化了钻具组合真正实现了摆锤钻进，提高了破岩效率又保证了钻孔质量。比如：Φ510法兰连接钻铤适用于Φ660～Φ1400口径的钻孔；Φ377法兰连接钻铤适用于Φ400～Φ600口径的钻孔，结构不变。本发明采用Φ510法兰连接灌铅钻铤及新钻具组合，适宜广泛推广应用。

以上所述仅为本发明的实施案例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种大直径法兰连接钻铤，其特征在于：由上法兰、上过渡体、中间筒体、下过渡体、下法兰依次连接后，在中间筒体外设置包围在中间筒体外的扩容腔体，扩容腔体外壁连接上过渡体和下过渡体，构成中空钻铤本体，在扩容腔体一端面上设置配重加注孔和排气孔，热熔铅通过加注孔灌注到扩容腔体里，且扩容腔体外壁距中间筒体中心线的直径不小于510mm，上法兰至下法兰之间的节长7.0±1% m，总重10±1%吨。

2.根据权利要求1所述的大直径法兰连接钻铤，其特征在于：所述上法兰、上过渡体、中间筒体、下过渡体、下法兰、扩容腔体的连接处全部设置坡口进行满焊并探伤，确保焊接厚度和质量。

3.根据权利要求1所述的大直径法兰连接钻铤，其特征在于：所述扩容腔体外表面上设置碳化钨耐磨层。

4.利用权利要求3所述的大直径法兰连接钻铤，其特征在于：所述碳化钨耐磨层喷焊在扩容腔体外表面上中下部，喷涂厚度5mm。

5.根据权利要求1所述的大直径法兰连接钻铤，其特征在于：所述上法兰端面设置“O”型密封槽，与“O”型圈配合密封，防止泥浆渗漏泄压。

6.根据权利要求1所述的大直径法兰连接钻铤，与组合钻头、盘扣接头、钻杆、四方主动钻杆组成的钻具组合，其中大直径法兰连接钻铤两端分别通过法兰与组合钻头、盘扣接头连接，盘扣接头与钻杆、四方主动钻杆依次连接，动力从四方主动钻杆传动至整个钻具组合，由大直径法兰连接钻铤产生钻压，组合钻头在钻压作用下实现破岩。

7.根据权利要求6所述的大直径法兰连接钻铤，其特征在于：所述法兰与组合钻头、盘扣接头的连接均采用高强螺栓紧固，并由带有防止高强螺帽退扣的开口销锁死。

8.根据权利要求1所述的大直径法兰连接钻铤的使用方法，包括以下步骤：

将与大直径法兰连接钻铤具有同样尺寸法兰的组合钻头组件放在井口平台，再吊起大直径法兰连接钻铤，加密封圈后将钻铤两端的上、下法兰与组合钻头组件对齐，并通过高强螺栓缝合紧固，下井，再连接盘扣接头的法兰，连接好后下井，依次连接钻杆和四方主动钻杆，组成钻柱，在动力作用下带动四方主动钻杆，四方主动钻杆再带动钻柱，采用适当转速运转，实现破岩成井。

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