CN1408046A - 螺纹连接件和钻岩机部件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种螺纹连接件和用于使用冲洗液的冲击钻进的钻头部件，包括至少一个基本圆柱形的外螺纹以及基本圆柱形的内螺纹(12)。外螺纹设置在一个套口接头(13)上，该套口接头构成了一个第一钻柱组件的整体部分。该内螺纹(12)包括螺纹侧面(16，17；18，19)以及设置在侧面之间的螺纹根部(20；21)。圆柱外螺纹的螺纹根部(20)被设置成与相关的圆柱内螺纹(12)的螺纹牙顶(22)间隔一定的距离。通过对圆柱外螺纹的螺纹根部(20)涂覆一层电极势高于在下面的钢的材料层，例如镍、铬、铜、锡、钴、钛或者及其合金层，以便延长螺纹连接的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种在根据权利要求的前序部分的岩石钻探中使用的螺纹连接件和钻机部件。
背景技术
在冲击岩石钻进期间，诸如钻头、钻杆、钻管、衬套以及连接件的钻机部件要承受腐蚀的作用，特别是对于使用水作为冲洗液的地下钻探以及潮湿的环境中。在一些应力最大的部分中，例如螺纹底部和螺纹间隙处，腐蚀作用也特别强烈。与由冲击波和弯曲载荷引起的冲击应力相结合，会产生所谓的腐蚀疲劳。这是引起钻机部件故障的主要原因。
在现有技术中通常在钻机部件中使用低合金的表面硬化的钢。其原因在于，螺纹部件的磨损通常会限制其使用寿命。在钻机和钻机部件变得更加有效同时，这些问题已经消失，可是腐蚀疲劳已经称为一个限制因素。
表面硬化在表面中施加了压应力，它将对疲劳的机械部分产生一定的抵抗效应。可是这个抵抗效应对于在低合金钢的腐蚀的作用很小，因此很容易发生腐蚀疲劳。
在美国专利申请US-A-4,872,515或5,064,004所示的钻机部件中，在一个螺纹部分上设置有金属材料，它的硬度比钻机部件的钢软。由此可以通过至少在与螺纹连接的其它部分相配合的钻机部件的螺纹的部分上的涂覆来解决螺纹的腐蚀凹陷的问题。
发明内容
本发明的一个目的是改进用于冲击岩石钻探的钻机部件对腐蚀疲劳的抵抗能力。
本发明的另一个目的是改进用于冲击岩石钻探的钻机部件的截面减小的部分对腐蚀疲劳的抵抗能力。
本发明的又一个目的是改进用于冲击岩石钻探的钻机部件的螺纹部分的螺纹根部对腐蚀疲劳的抵抗能力。
附图说明
本发明的这些和其它目的可以通过参考附图和根据后文所述的螺纹连接件以及钻机部件来实现。
图1显示了根据本发明的一个钻机部件的侧视图，局部被剖开；
图2显示了钻机部件的一端的侧视图；
图3显示了该端部的一个轴向截面视图；
图4显示了根据本发明的螺纹连接件的实施例的轴向截面视图；
图5显示了根据本发明的螺纹连接件的另一个实施例的轴向截面视图；
图6显示了根据本发明的螺纹连接件的另一个实施例的轴向截面视图。
具体实施方式
在图1到4中所显示了用于冲击钻探的第一钻柱组件或钻机部件10是一个钻管，在其一端设置有一个套管部分或者一个带有圆柱阴螺纹或者圆柱内螺纹12的内连接部分11。在钻管10的另一端根据本发明设置有一个带有圆柱阳螺纹或者圆柱外螺纹14的套口接头或者外连接部分13。所示的螺纹是所谓的梯形螺纹，但是也可以使用其它类型的螺纹，例如圆螺纹。此外，钻机部件具有贯通的冲洗槽15，通常是空气或者水的冲洗介质穿过该槽被传输。外螺纹14包括螺纹侧面16，17和设置在侧面之间的螺纹根部20。内螺纹12包括螺纹侧面18，19和设置在侧面之间的螺纹根部21。在根据图4的一个紧密连接中，外螺纹14的螺纹根部20被设置成基本与相关的内螺纹的螺牙顶部22相间隔一定的距离。
根据本发明，具有外螺纹的钻机部件的螺纹根部20设置有涂层，该涂层由至少一表面改进的、防腐蚀的保护层构成。只对最暴露的部分，即诸如螺纹根部20、收缩过渡部分24的截面减小部分和间隙处，进行涂覆。涂层的最大厚度为0.002-5mm，优选为0.02-2mm。螺纹根部具有第一宽度W1，以及螺纹，即螺牙顶部23和螺纹侧面16，17的未涂覆的部分具有第二宽度W2(图3)，在此W1/W2的比值为0.02-1.2，优选为0.3-0.8。例如圆螺纹(R35)被覆盖有5mm厚的涂层(W1)。螺距为12.7mm，于是得出W2＝12.5-5＝7.7，以及W1/W2＝0.65。
在根据本发明的钻机部件的涂层中的所述防腐蚀保护层正电势高于下面的钢所带的电势。也就是说上述涂层在实际环境中具有更高的正电势，至少为50mV，优选为100mV，并且更加优选为250mV，于是具有更强的抵抗腐蚀作用的能力。这样的保护材料可以是镍、铬、铜、锡、钴和钛及其合金，优选为防腐蚀钢材或者基于钴或镍的合金。保留层可以由结合层构成以便增加在涂层和钢之间的结合。
可以使用多种不同的涂覆方法来进行层的涂覆，例如]热浸法、化学或者电镀法，热喷涂和熔接方法，优选通过激光进行热熔的方法。如果上述的涂覆方法施加的涂覆层超出了截面减小部分的区域，例如超出了螺纹根部、收缩部分或者间隙区域，这些层超出的部分可以通过机加工被去除或者通过短暂使用的磨损被去除。后者的意思是冲击传递表面的涂层不是有利的。因此在独立权利要求中指出“至少一个截面减小的区域部分地包括具有较低电势的材料层”，其中用语“部分地”也包括可能在冲击传递表面上的层被很快磨损的情况。
实施例
在所谓的长孔的架式钻掘中要使用大约2米长的钻管，如图1所示，其被延伸为长的钻管柱。该管的关键部分是外螺纹14(图2)的底部20。在此处冲洗液和震动拉伸应力将导致腐蚀疲劳，因此会经常引起断裂的发生。
如图3所示，六个由低合金钢制成的管子的外螺纹的螺纹根部通过激光热熔涂覆有最大厚度大约为0.6～0.9mm的层。根据下表，使用具有不同电势和组份的两个不同的合金。
| ％C | ％Cr | ％Ni | ％Mo | ％Fe | ％Co | 电 势(mV)* | |
| 测试1-4 | 0.25 | 27 | 2.5 | 6 | 1 | 剩余 | +200 |
| 测试5-6 | 0.03 | 21.5 | 5 | 2.7 | 剩余 | - | +100 |
*在海水中的大约值，10摄氏度。低合金钢的相应值为-500mV。
在相同的架式地下钻掘的钻台中一起使用6个上述钻管以及14个现有的钻管进行钻探直到出现破裂或者管子被磨破。则可获得下面的使用寿命的长度，以钻孔米数来测量：
测试1 751米
测试2 881米
测试3 ＞1003米
测试4 ＞1003米
测试5 892米
测试6 1193米
对于测试3和4，由于破裂没有达到使用寿命的期限，因为在发生破裂之前钻杆被卡在岩石中。于是上述测试的平均使用寿命变为954米。现有的钻管的正常使用寿命为500米，这意味着根据本发明的钻机部件的涂层所取得的明显改善，即成倍增加了使用寿命。
在根据本发明的螺纹连接件的另一个实施例中，内连接部分11’的螺纹12’也涂覆有一层电势比钢高的材料，如图5所示。于是截面减小部分的内连接部分11’的区域上也设置有涂覆层，该涂覆层包括至少一构成改进的腐蚀保护层。只是对最暴露的部分，即诸如螺纹根部21’的截面减小部分，收缩部分以及间隙部分进行涂覆。上述所述的关于进行涂覆的内容也可以适用于在内连接部分11’中进行涂覆的情况。
在根据本发明的钻机部件的另外的实施例中，只对螺纹根部应力最集中的部分，例如从螺纹根部到梯形螺纹的侧面的一个(到图6中的右侧)或者两个(到左侧)的过渡部分，进行涂覆，在此处钻机部件具有最小的半径，见图6。
于是，本发明还涉及用于冲击钻探的螺纹连接件和钻机部件，其收缩部分设置有涂层以便改进对腐蚀疲劳的抵抗能力。该涂层优选在轴向方向是不连续的以避免设置在螺纹的侧面上并造成软化。
Claims (10)
1.一种用于冲击钻探的钢螺纹连接件，在冲击钻探中使用冲洗液，包括截面减小部分(20，21’，24)，至少一个基本圆柱形的外螺纹(14)以及基本圆柱形的内螺纹(12)，所述外螺纹(14)设置在套筒接口(13)上以构成第一钻杆部件(10)的整体部分，所述螺纹(12，14)包括螺纹侧面(16，17；18，19)和设置在侧面之间的螺纹根部(20；21；21’)，所述圆柱形外螺纹的根部(20)被设置成基本与相应的圆柱形内螺纹(12)的螺纹牙顶(22)具有距离，
其特征在于，至少一个截面减小部分(20，21’，24)部分地包括电势高于钢的材料层，所述层由镍、铬、铜、锡、钴、钛或者其合金构成。
2.根据权利要求1所述的螺纹连接件，其特征在于，所述层基本只施加在螺纹(14；12’)的螺纹根部(20；21’)，所述螺纹根部具有第一宽度W1，所述螺纹的牙顶具有第二宽度W2，W1/W2的比值为0.02～1.2，优选为0.3～0.8。
3.根据权利要求1或2所述的螺纹连接件，其特征在于，所述层的材料的电势比钢至少高50mV，优选电势比钢至少高100mV以及250mV。
4.根据前述任一权利要求所述的螺纹连接件，其特征在于，所述层的最大厚度为0.002～5mm，优选为0.02～2mm。
5.根据前述任一权利要求所述的螺纹连接件，其特征在于，可以通过下面方法中的一个来施加所述层：热浸法、化学或者电镀法，热喷涂和熔接方法，优选通过激光进行热熔的方法。
6.一种用于根据权利要求1的冲击钻探的螺纹连接件的钻机部件，在冲击钻探中使用冲洗液，所述钻机部件包括截面减小部分(20，21’，24)，至少一个基本圆柱形的外螺纹(14)，所述外螺纹(14)设置在套筒接口(13)上以构成第一钻杆部件(10)的整体部分，所述螺纹(12，14)包括螺纹侧面(16，17；18，19)和设置在侧面之间的螺纹根部(20；21；21’)，所述圆柱形外螺纹(14)的根部(20)被设置成基本与相应的圆柱形内螺纹(12)的螺纹牙顶(22)具有距离，
其特征在于，至少一个截面减小部分(20，21’，24)部分地包括电势高于钢的材料层，所述层由镍、铬、铜、锡、钴、钛或者其合金构成。
7.根据权利要求6所述的螺纹连接件，其特征在于，所述层基本只施加在螺纹(14；12’)的螺纹根部(20；21’)，所述螺纹根部具有第一宽度W1，所述螺纹的牙顶具有第二宽度W2，W1/W2的比值为0.02～1.2，优选为0.3～0.8。
8.根据权利要求6或7所述的螺纹连接件，其特征在于，所述层的材料的电势比钢至少高50mV，优选电势比钢至少高100mV以及250mV。
9.根据前述任一权利要求6、7或8所述的螺纹连接件，其特征在于，所述层的最大厚度为0.002～5mm，优选为0.02～2mm。
10.根据前述任一权利要求所述6、7、8或9的螺纹连接件，其特征在于，可以通过下面方法中的一个来施加所述层：热浸法、化学或者电镀法，热喷涂和熔接方法，优选通过激光进行热熔的方法。
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