CN116065972B - 一种海洋钻探高强高韧钛合金钻杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋钻探技术领域，公开了一种海洋钻探高强高韧钛合金钻杆，包括均沿竖直方向架设且分别呈上、下同轴分布的第一钻杆和第二钻杆，所述第一钻杆和第二钻杆连接处的内部嵌装有滤清器，所述滤清器包括分别嵌装于第一钻杆尾端内部和第二钻杆首端内部的上部组件和下部组件，所述上部组件的底部和下部组件的顶部拼接形成独立空腔，还包括第一回流管和第二回流管。该海洋钻探高强高韧钛合金钻杆，通过改进传统的一体式结构的滤清器，以可拼装适配的上部组件和下部组件分别嵌装于第一钻杆和第二钻杆内，上挡板和支撑座之间形成隔离于两个钻杆螺纹连接处内壁的独立空腔，从而避免钻井液与两个钻杆螺纹连接处内壁的直接接触。

Description

一种海洋钻探高强高韧钛合金钻杆

技术领域

本发明涉及海洋钻探技术领域，具体为一种海洋钻探高强高韧钛合金钻杆。

背景技术

高强钛合金的屈服强度在790Mpa以上，多用于制备钻杆等耐压结构件，现有的钻杆通常采用首尾螺纹连接的方式实现钻杆长度的延伸，而滤清器作为避免钻头水眼发生堵塞的功能部件通常嵌装两个钻杆的螺纹连接处，以便于进行滤清器的安装作业，而在实际使用中，钻井液在流经滤清器时会对两个钻杆连接处的内壁造成冲蚀，现有的关于优化滤清器功能部件的钛合金钻杆如以下所示。

CN110630186B公开了一种钛合金钻杆用低冲蚀钻井滤清器，该滤清器不同于传统的滤清器，在滤管内壁上设置有螺纹结构，沿着每一个螺旋槽的螺旋方向设置有若干个滤孔；此类螺旋结构的滤孔排列布置，使得高压钻井液经过滤清器的滤孔流向钻杆时，钻井液从滤清器的流出方向不再是垂直或近垂直的射向钻杆内壁，而是通过多个滤孔，相对于钻杆内壁，相切或倾斜的从滤孔喷射出，即调整高压钻井液流经滤清器时的流速方向，避免从滤孔射出的高压钻井液束垂直或近垂直方向射向钻杆内壁而对钻杆内壁造成冲蚀，从而有效缓解高压钻井液在通过滤清器时对钻杆内壁的冲蚀作用，降低使用滤清器对钻杆刺穿失效或断裂失效的见险，提高钻杆的使用寿命和安全性。

CN217206333U公开了具有低冲蚀钻井滤清器的钛合金钻杆，包括套筒，所述套筒的一端滑动连接有预处理组件，且套筒的两侧插接有定位销，所述预处理组件的底端设置有滤清器主体，所述滤清器主体为倒圆台形且滤清器主体直径较大的一端卡接在套筒的内壁，所述预处理组件包括水流扇、刮板以及滤网，所述滤清器主体的另一端通过连接横杆与套筒的内壁固定连接，所述预处理组件的两侧设置有矩形滑块，且套筒的内壁对应位置设置有相互配合的矩形滑槽，本实用新型结构简单，设置合理，具有实用性。

如上所述，现有的钻杆针对于由滤清器流出的钻井液对两个钻杆螺纹连接处内壁的冲蚀现象，以改进局部结构为主，而实现的效果是对钻井液进行缓冲，并不能完全杜绝钻井液对两个钻杆螺纹连接处的冲蚀，为此，我们设计出一种海洋钻探高强高韧钛合金钻杆，来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海洋钻探高强高韧钛合金钻杆，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种海洋钻探高强高韧钛合金钻杆，包括均沿竖直方向架设且分别呈上、下同轴分布的第一钻杆和第二钻杆，所述第一钻杆和第二钻杆连接处的内部嵌装有滤清器，所述滤清器包括分别嵌装于第一钻杆尾端内部和第二钻杆首端内部的上部组件和下部组件，所述上部组件的底部和下部组件的顶部均为镂空结构且拼接形成内置于第一钻杆和第二钻杆螺纹连接部分的独立空腔，

所述上部组件包括同轴分布并焊接于第一钻杆内壁上的上挡板，所述下部组件包括同轴分布并螺纹连接于第二钻杆内壁上的内嵌套，所述内嵌套内壁的顶部同轴分布并活动嵌装有支撑座，所述内嵌套内壁的底部同轴分布并焊接有下挡板，所述支撑座和下挡板之间同轴分布并嵌装有滤筒，所述下挡板的侧壁上且位于下挡板的底部贯穿焊接有若干个导流管，所述独立空腔包括分别贯穿焊接于上挡板底部侧壁和支撑座顶部的上拼接管和下拼接管，

该海洋钻探高强高韧钛合金钻杆还包括同轴分布且分别嵌装于第一钻杆和第二钻杆内的第一回流管和第二回流管，所述第一回流管的底端贯穿焊接于上挡板并与滤筒内侧相连通，所述第二回流管的顶端贯穿于下挡板并与滤筒的内侧相连通。

优选的，所述上拼接管和下拼接管均设为若干个并均沿第一钻杆的轴线方向呈环形阵列分布，若干个所述上拼接管分别与若干个下拼接管拼接适配。

优选的，所述上挡板的顶部为下凹的圆台腔体结构，所述上挡板顶部的中心处设有呈环形结构的第一围挡，所述第一围挡的内壁与第一回流管的外壁相适配，所述第一围挡的外壁通过轴承转动安装有第一螺旋桨，所述支撑座顶部的中心处设有供第一回流管底端嵌装的第二围挡。

优选的，所述支撑座底部的外边缘处设有向内侧倾斜分布的阶梯柱，所述内嵌套顶端的内壁开设有与阶梯柱相适配的阶梯槽。

优选的，所述支撑座底部的外围和下挡板顶部的外围均设有呈环形结构的限位环，两个所述限位环同轴分布且两者的内壁分别与滤筒两端部的外壁贴合适配。

优选的，所述下挡板为中部凸起的圆台腔体结构，所述下挡板顶部的中心处设有供第二回流管顶端法兰连接的法兰座，所述法兰座的内壁与第二回流管的外壁相适配，所述法兰座的外壁通过轴承转动安装有第二螺旋桨。

优选的，若干个所述导流管均垂直于下挡板的侧壁且呈环形阵列分布，所述下挡板的底部且位于第二回流管的外壁上焊接有若干个隔板，若干个所述隔板均沿第二回流管的轴线方向分布并呈环形阵列分布，且任意相邻的两个隔板与第二回流管外壁形成截面为扇形的柱状腔体，若干个所述导流管分别对应于若干个柱状腔体。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该海洋钻探高强高韧钛合金钻杆，通过改进传统的一体式结构的滤清器，以可拼装适配的上部组件和下部组件分别嵌装于第一钻杆和第二钻杆内，上挡板和支撑座之间形成隔离于两个钻杆螺纹连接处内壁的独立空腔，从而避免钻井液与两个钻杆螺纹连接处内壁的直接接触，继而可以从根源上杜绝钻井液对两个钻杆螺纹连接处内壁的冲蚀现象，同时，由于限流的作用，增加了钻井液的压力，通过于支撑座底部依次设置有滤筒和下挡板，可有效减缓钻井液由底部流出后对钻杆内壁的冲蚀。

该海洋钻探高强高韧钛合金钻杆，通过设置有第一回流管和第二回流管，第一回流管、第二回流管配合支撑座、下挡板和滤筒围合而成的连通腔体形成了沿竖直方向分布的回流管路，在钻井作业停止时，通过对回流管路内的钻井液进行回抽，可针对于堆积于滤筒内的杂质进行便捷清理，同时，可实现钻井液的回收再利用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的剖面结构示意图；

图3为本发明的剖面拆分结构示意图；

图4为本发明上部组件的剖面拆分结构示意图；

图5为本发明下部组件的剖面拆分结构示意图；

图6为本发明第二回流管与下挡板的安装结构示意图；

图7为本发明支撑座的安装结构示意图；

图8为本发明第一钻杆和第一回流管的位置示意图。

图中：1-第一钻杆；2-第二钻杆；3-滤清器；4-上部组件；5-下部组件；6-上挡板；7-独立空腔；8-上拼接管；9-内嵌套；10-支撑座；11-下挡板；12-滤筒；13-下拼接管；14-导流管；15-第一回流管；16-第二回流管；17-第一围挡；18-第一螺旋桨；19-第二围挡；20-阶梯柱；21-阶梯槽；22-限位环；23-法兰座；24-第二螺旋桨；25-隔板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种海洋钻探高强高韧钛合金钻杆，包括均沿竖直方向架设且分别呈上、下同轴分布的第一钻杆1和第二钻杆2，第一钻杆1和第二钻杆2连接处的内部嵌装有滤清器3，滤清器3包括分别嵌装于第一钻杆1尾端内部和第二钻杆2首端内部的上部组件4和下部组件5，上部组件4的底部和下部组件5的顶部均为镂空结构且拼接形成内置于第一钻杆1和第二钻杆2螺纹连接部分的独立空腔7，上部组件4包括同轴分布并焊接于第一钻杆1内壁上的上挡板6，下部组件5包括同轴分布并螺纹连接于第二钻杆2内壁上的内嵌套9，内嵌套9内壁的顶部同轴分布并活动嵌装有支撑座10，内嵌套9内壁的底部同轴分布并焊接有下挡板11，支撑座10和下挡板11之间同轴分布并嵌装有滤筒12，下挡板11的侧壁上且位于下挡板11的底部贯穿焊接有若干个导流管14，独立空腔7包括分别贯穿焊接于上挡板6底部侧壁和支撑座10顶部的上拼接管8和下拼接管13，还包括同轴分布且分别嵌装于第一钻杆1和第二钻杆2内的第一回流管15和第二回流管16，第一回流管15的底端贯穿焊接于上挡板6并与滤筒12内侧相连通，第二回流管16的顶端贯穿于下挡板11并与滤筒12的内侧相连通。

基于上述结构的设置，该海洋钻探高强高韧钛合金钻杆，由首尾螺纹连接的第一钻杆1和第二钻杆2以及嵌装于两者螺纹连接处内部的滤清器3，其中，滤清器3由上部组件4和下部组件5组成，于上部组件4内，上挡板6焊接于第一钻杆1底端的内壁，于下部组件5内，内嵌套9螺纹连接于第二钻杆2顶端的内壁且相互螺纹连接的第一钻杆1配合第二钻杆2进一步对内嵌套9进行了限位，而内嵌套9一方面可以为支撑座10和下挡板11的安装提供结构支撑，另一方面，在上挡板6和支撑座10之间所形成的独立空腔7的限流作用下，内嵌套9围合于滤筒12外部可隔绝钻井液以避免钻井液直接接触于第二钻杆2的管壁，同时，在若干个的导流管14的作用下，可改变钻井液的流向，避免限流后的钻井液直接作用于管壁，延长了钻杆的使用寿命，具体的在使用过程中，钻井液由第一钻杆1向第二钻杆2内流动，在上挡板6的作用下，钻井液由上挡板6和支撑座10之间形成的独立空腔7跃过第一钻杆1和第二钻杆2螺纹连接处的内壁流入到支撑座10和下挡板11之间的滤筒12内，滤筒12对钻井液进行过滤，杂质会留在滤筒12内，而干净的钻井液会通过滤筒12并由若干个导流管14流入到第二钻杆2内，从而完成钻井液在避免造成冲蚀的条件下于第一钻杆1和第二钻杆2螺纹连接处的过渡。

另外，钻杆的长度并不局限于第一钻杆1和第二钻杆2相螺纹连接的长度，可能出现多个钻杆依次首尾螺纹连接的现象，本发明中，滤清器3均可安装于相邻两个钻杆的螺纹连接处，以单独的第一钻杆1例举，第一钻杆1与第二钻杆2结构相同，第一钻杆1的顶端同样可以安装下部组件5以实现钻杆整体长度的延伸调整。

请参阅图3-5，其中，由于第一钻杆1和第二钻杆2通常长时间沉于海水内，且第一钻杆1和第二钻杆2之间的螺纹连接通常需要通过热装配来实现过盈配合，因此，针对于由滤筒12筛下来的杂质，通常会堆积于滤筒12内，而又不方便清理，具体使用时，第一回流管15为连通直管结构并于顶端配装水泵，第二回流管16为底端封堵的单通直管结构，回流管路进行底端封堵，杂质无法外泄，在清理时，停止钻井作业以及钻井液的输送，通过泵体将杂质随钻杆内的钻井液一同向外抽出，而通过对杂质进行再次筛除可对钻井液进行回收，相对应的，以第一钻杆1作为一个可拼接的单元结构，第一回流管15可预先装配于第一钻杆1内（第一回流管15相对应于第一钻杆1内的位置关系如图8所示）。

可理解的是，该海洋钻探高强高韧钛合金钻杆，通过改进传统的一体式结构的滤清器，以可拼装适配的上部组件4和下部组件5分别嵌装于第一钻杆1和第二钻杆2内，上挡板6和支撑座10之间形成隔离于两个钻杆螺纹连接处内壁的独立空腔7，从而避免钻井液与两个钻杆螺纹连接处内壁的直接接触，继而可以从根源上杜绝钻井液对两个钻杆螺纹连接处内壁的冲蚀现象，同时，由于限流的作用，增加了钻井液的压力，通过于支撑座10底部依次设置有滤筒12和下挡板11，可有效减缓钻井液由底部流出后对钻杆内壁的冲蚀，另外，通过设置有第一回流管15和第二回流管16，第一回流管15、第二回流管16配合支撑座10、下挡板11和滤筒12围合而成的连通腔体形成了沿竖直方向分布的回流管路，在钻井作业停止时，通过对回流管路内的钻井液进行回抽，可针对于堆积于滤筒12内的杂质进行便捷清理，同时，可实现钻井液的回收再利用。

进一步的，请参阅图3-5，独立空腔7包括分别贯穿焊接于上挡板6底部侧壁和支撑座10顶部的上拼接管8和下拼接管13，上拼接管8和下拼接管13均设为若干个并均沿第一钻杆1的轴线方向呈环形阵列分布，若干个上拼接管8分别与若干个下拼接管13拼接适配。其中，以分别拼接适配的若干个上拼接管8和若干个下拼接管13作为独立空腔7的一个具体实施例，可实现独立于第一钻杆1和第二钻杆2螺纹连接部分的钻井液流通，同时，可对流经的钻井液进行分流。

进一步的，请参阅图4和图5，上挡板6顶部的中心处设有呈环形结构的第一围挡17，第一围挡17的内壁与第一回流管15的外壁相适配，第一围挡17的外壁通过轴承转动安装有第一螺旋桨18，支撑座10顶部的中心处设有供第一回流管15底端嵌装的第二围挡19。其中，第一围挡17用于对第一回流管15进行限位，同时为第一螺旋桨18提供安装结构，具体的，第一螺旋桨18可随着流经的钻井液实现转动，一方面可减缓钻井液的冲击力，另一方面，可对大颗粒杂质起到一定的破碎效果，同时，第二围挡19，用于对第一回流管15的底端进行定位，第一回流管15与第二围挡19过盈配合。

进一步的，请参阅图5和图7，支撑座10底部的外边缘处设有向内侧倾斜分布的阶梯柱20，内嵌套9顶端的内壁开设有与阶梯柱20相适配的阶梯槽21。其中，由于支撑座10采用活动嵌装的连接方式置于内嵌套9内，作为优选，采用相互适配的阶梯柱20与阶梯槽21，可确保支撑座10与内嵌套9之间连接的密封性，具体的，由于第一钻杆1和第二钻杆2为螺纹连接，因此，在装配时，若干个上拼接管8和若干个下拼接管13之间的一一对接操作起来十分不便，具体的，在进行螺纹连接时，以第一钻杆1底端竖直向上，先进行支撑座10与上挡板6之间的装配作业，同时，可以易于通过热装配实现第一回流管15与第二围挡19之间的过盈配合，随后再将第二钻杆2以顶端朝下的方式螺纹装配于第一钻杆1上。

进一步的，请参阅图5，支撑座10底部的外围和下挡板11顶部的外围均设有呈环形结构的限位环22，两个限位环22同轴分布且两者的内壁分别与滤筒12两端部的外壁贴合适配。其中，两个限位环22用于对嵌装于支撑座10和下挡板11之间的滤筒12进行限位，具体的，对着第一钻杆1和第二钻杆2之间的螺纹连接，上挡板6借助于若干个上拼接管8分别推动若干个下拼接管13，通过推动支撑座10可以实现对滤筒12的紧密夹持，再配合围合于接触间隙外部的两个限位环22，可确保滤筒12两端分别与支撑座10和下挡板11之间接触的密封性。

进一步的，请参阅图5和图6，下挡板11顶部的中心处设有供第二回流管16顶端法兰连接的法兰座23，法兰座23的内壁与第二回流管16的外壁相适配，法兰座23的外壁通过轴承转动安装有第二螺旋桨24。其中，法兰座23一方面为第二回流管16顶端的固定提供安装结构，另一方面可用于第二螺旋桨24的安装，具体的，不论是钻井液输出或回流均会推动第二螺旋桨24的转动，而在钻井液的输出过程中，第二螺旋桨24的转动，一方面可对筛留下来的杂质起到一定的破碎作用，另一方面，钻井液的时刻流动配合第二螺旋桨24的转动，不易造成滤筒12的堵塞，而在回流过程中，第二螺旋桨24的转动，利于扬起沉积于滤筒12内壁上的杂质，有助于提升滤筒12的清理效果。

进一步的，请参阅图5和图6，下挡板11的底部且位于第二回流管16的外壁上焊接有若干个隔板25，若干个隔板25均沿第二回流管16的轴线方向分布并呈环形阵列分布，且任意相邻的两个隔板25与第二回流管16外壁形成截面为扇形的柱状腔体，若干个导流管14分别对应于若干个柱状腔体。其中，导流管14用于改变钻井液的流出方向，以向内侧汇聚的方向，实现水流相互冲击，减缓冲击力，作为优选，以相邻隔板25配合第二回流管16外壁所形成的腔体结构，可作为由导流管14排出的钻井液的缓冲腔，进一步加强了缓冲效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种海洋钻探高强高韧钛合金钻杆，其特征在于：包括均沿竖直方向架设且分别呈上、下同轴分布的第一钻杆（1）和第二钻杆（2），所述第一钻杆（1）和第二钻杆（2）连接处的内部嵌装有滤清器（3），所述滤清器（3）包括分别嵌装于第一钻杆（1）尾端内部和第二钻杆（2）首端内部的上部组件（4）和下部组件（5），所述上部组件（4）的底部和下部组件（5）的顶部均为镂空结构且拼接形成内置于第一钻杆（1）和第二钻杆（2）螺纹连接部分的独立空腔（7）；

所述上部组件（4）包括同轴分布并焊接于第一钻杆（1）内壁上的上挡板（6），所述下部组件（5）包括同轴分布并螺纹连接于第二钻杆（2）内壁上的内嵌套（9），所述内嵌套（9）内壁的顶部同轴分布并活动嵌装有支撑座（10），所述内嵌套（9）内壁的底部同轴分布并焊接有下挡板（11），所述支撑座（10）和下挡板（11）之间同轴分布并嵌装有滤筒（12），所述下挡板（11）的侧壁上且位于下挡板（11）的底部贯穿焊接有若干个导流管（14），所述独立空腔（7）包括分别贯穿焊接于上挡板（6）底部侧壁和支撑座（10）顶部的上拼接管（8）和下拼接管（13）；

还包括同轴分布且分别嵌装于第一钻杆（1）和第二钻杆（2）内的第一回流管（15）和第二回流管（16），所述第一回流管（15）的底端贯穿焊接于上挡板（6）并与滤筒（12）内侧相连通，所述第二回流管（16）的顶端贯穿于下挡板（11）并与滤筒（12）的内侧相连通。

2.根据权利要求1所述的一种海洋钻探高强高韧钛合金钻杆，其特征在于：所述上拼接管（8）和下拼接管（13）均设为若干个并均沿第一钻杆（1）的轴线方向呈环形阵列分布，若干个所述上拼接管（8）分别与若干个下拼接管（13）拼接适配。

3.根据权利要求1所述的一种海洋钻探高强高韧钛合金钻杆，其特征在于：所述上挡板（6）的顶部为下凹的圆台腔体结构，所述上挡板（6）顶部的中心处设有呈环形结构的第一围挡（17），所述第一围挡（17）的内壁与第一回流管（15）的外壁相适配，所述第一围挡（17）的外壁通过轴承转动安装有第一螺旋桨（18），所述支撑座（10）顶部的中心处设有供第一回流管（15）底端嵌装的第二围挡（19）。

4.根据权利要求1所述的一种海洋钻探高强高韧钛合金钻杆，其特征在于：所述支撑座（10）底部的外边缘处设有向内侧倾斜分布的阶梯柱（20），所述内嵌套（9）顶端的内壁开设有与阶梯柱（20）相适配的阶梯槽（21）。

5.根据权利要求1所述的一种海洋钻探高强高韧钛合金钻杆，其特征在于：所述支撑座（10）底部的外围和下挡板（11）顶部的外围均设有呈环形结构的限位环（22），两个所述限位环（22）同轴分布且两者的内壁分别与滤筒（12）两端部的外壁贴合适配。

6.根据权利要求1所述的一种海洋钻探高强高韧钛合金钻杆，其特征在于：所述下挡板（11）为中部凸起的圆台腔体结构，所述下挡板（11）顶部的中心处设有供第二回流管（16）顶端法兰连接的法兰座（23），所述法兰座（23）的内壁与第二回流管（16）的外壁相适配，所述法兰座（23）的外壁通过轴承转动安装有第二螺旋桨（24）。

7.根据权利要求1所述的一种海洋钻探高强高韧钛合金钻杆，其特征在于：若干个所述导流管（14）均垂直于下挡板（11）的侧壁且呈环形阵列分布，所述下挡板（11）的底部且位于第二回流管（16）的外壁上焊接有若干个隔板（25），若干个所述隔板（25）均沿第二回流管（16）的轴线方向分布并呈环形阵列分布，且任意相邻的两个隔板（25）与第二回流管（16）外壁形成截面为扇形的柱状腔体，若干个所述导流管（14）分别对应于若干个柱状腔体。

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