CN210768632U - 一种多楔面钻杆 - Google Patents

Abstract

一种多楔面钻杆，包括杆体和连接在杆体两端的连接头、连接尾，还包括锁紧楔块，所述锁紧楔块包括轴向楔面和径向楔面。在连接头设有轴向的多棱锥台，在连接尾设有与多棱锥台形状相对应的多棱锥窝。在连接尾上还螺接有锁紧螺母，所述锁紧螺母上设有与锁紧楔块径向楔面相配合的内锥面，多棱锥台与多棱锥窝上设有与锁紧楔块轴向楔面对应配合的一对锁紧楔块配合槽。当两个钻杆头尾相连时，锁紧楔块的径向楔面与锁紧螺母贴合，轴向楔面与锁紧楔块配合槽贴合，使两个钻杆同轴连接。本实用新型通过多棱锥台与多棱锥窝的同轴配合，实现了钻杆的快速安装、拆卸，相比螺纹连接，本实用新型具有承载扭矩大、使用寿命长、易于拆卸，且综合成本低等显著优点。

Description

一种多楔面钻杆

技术领域

本发明涉及钻杆技术领域，尤其是涉及一种易拆卸的多楔面钻杆。

背景技术

钻机在工作中需要不断地加接钻杆，以实现钻深，加接钻杆时，将新加钻杆的连接头与钻机上钻杆的连接尾连接。现有钻杆的头尾连接是通过螺纹连接实现的，连接头为具有外螺纹的轴，连接尾为具有内螺纹的孔，连接头与连接尾螺接在一起。为了保证钻杆不在钻洞内脱落，螺纹的旋紧方向与钻机的旋转方向一致，这样，钻杆在工作中所受到的阻力矩与钻机的转矩使各钻杆之间的螺纹连接越来越紧。这样一是解决了钻杆脱落问题，二是各钻杆之间的连接没有晃动间隙，使整个钻杆连接体具有很好的导向性，不易发生钻偏。但是这也带来一些负面影响。

虽然钻机提供的转矩不是很大，但是钻机在钻进过程中所受到的冲击使螺纹连接越来越紧，实际工作中，在加接钻杆时，钻机不需要给螺纹连接提供太大的拧紧力矩，但是在拆卸钻杆时，钻机本身所能提供的转矩远小于拧松螺纹所需的力矩。加接的钻杆越多，拧松螺纹所需的力矩就越大，通常拧松螺纹需要高达2000牛米的力矩，这么大的力矩需要在施工现场架设大缸径的油缸，推动长力臂才能够实现。因此，拆卸钻杆时耗时、耗力，且效率低下。

为了提高螺纹的连接强度，钻杆螺纹一般为大螺距梯形螺纹，但是在这种单向持续旋进扭矩的作用下，最终产生2000牛米的拧紧力矩，对螺纹的使用寿命造成很大的影响，钻杆多数是因为螺纹损坏而报废的。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种多楔面钻杆，其目的在于：全新钻杆的连接结构，方便钻杆的安装、拆卸，延长钻杆的使用寿命。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种多楔面钻杆，包括杆体和连接在杆体两端的连接头、连接尾，还包括锁紧楔块，所述锁紧楔块包括轴向楔面和径向楔面。

所述连接头设有轴向的多棱锥台，还在外圆柱面上设有外螺纹，在外螺纹上螺接有锁紧螺母，所述锁紧螺母上设有与锁紧楔块径向楔面相配合的内锥面。

所述连接尾设有与多棱锥台形状相对应的多棱锥窝，所述多棱锥台与多棱锥窝上设有与锁紧楔块轴向楔面对应配合的一对锁紧楔块配合槽。

当两个钻杆头尾相连时，其中一钻杆的多棱锥台贴合插入另一钻杆的多棱锥窝内，锁紧楔块的径向楔面与锁紧螺母贴合，轴向楔面与锁紧楔块配合槽贴合，使两个钻杆同轴连接。

为进一步地改进技术方案，所述多棱锥台为正四棱锥台，正四棱锥台的中心线与杆体同轴，所述多棱锥窝正四棱锥窝，正四棱锥窝的中心线与杆体同轴。

为进一步地改进技术方案，所述正四棱锥台的锥角为10°。

为进一步地改进技术方案，所述锁紧楔块配合槽包括通槽和楔形槽，其中，通槽设置在多棱锥台上，楔形槽设置在多棱锥窝上。

为进一步地改进技术方案，所述轴向楔面和径向楔面的楔面角均为5°。

为进一步地改进技术方案，所述锁紧螺母的外圆面上设有同步带轮。

为进一步地改进技术方案，所述锁紧螺母与锁紧楔块的旋紧方向与钻杆的转动方向相反。

为进一步地改进技术方案，所述杆体的两端设有四个用于多棱锥台与多棱锥窝定向连接的定位槽。

由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明通过多棱锥台与多棱锥窝的同轴配合，实现了钻杆的快速安装、拆卸，为钻机安装、拆卸钻杆实现自动化提供了结构基础。

由于结构强度高、接触面大，正四棱锥台与正四棱锥窝的配合连接可以承受远大于螺纹连接的扭矩，即便有磨损也不妨碍其使用，因而使用寿命长。

在轴向推力以及锁紧楔块的连接作用下，正四棱锥台与正四棱锥窝始终配合连接在一起，不存在间隙摆动，是刚性连接。刚性连接使多根钻杆成为一根整体长杆，因此具有很好的导向性，在施工中不易发生钻偏。

楔面配合一方面能产生很大的楔向力，另一方面楔面配合可以实现自锁。本发明的增力效果巨大，且多个自锁的叠加可以保证锁紧螺母、锁紧楔块、正四棱锥台、以及正四棱锥窝之间相互自锁，即使钻杆振动很大，也无法造成钻杆脱落。

本发明的钻杆采用模锻成型、摩擦焊接的制造工艺，完全可以满足钻杆的使用要求，且综合制造成本低。

相比背景技术的螺纹连接，本发明具有创造性及显著的有益效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为两个钻杆处于连接状态的局部剖面示意图。

图3为连接头与连接尾通过活动螺母连接的结构示意图。

图中：1、杆体；1.1、定位槽；2、连接头；2.1、多棱锥台；3、连接尾；3.1、多棱锥窝；4、锁紧楔块；4.1、轴向楔面；4.2、径向楔面；5、锁紧螺母。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种多楔面钻杆，如图1-2所示，包括杆体1和连接在杆体1两端的连接头2、连接尾3。还包括锁紧楔块4，所述锁紧楔块4包括轴向楔面4.1和径向楔面4.2。

所述连接头2设有轴向的多棱锥台2.1，所述连接尾3设有与多棱锥台2.1形状相对应的多棱锥窝3.1。本实施例中，所述多棱锥台2.1为正四棱锥台，正四棱锥台的中心线与杆体1同轴，多棱锥窝3.1正四棱锥窝，正四棱锥窝的中心线与杆体1同轴。多棱锥台2.1插入多棱锥窝3.1后，其各棱面与多棱锥窝3.1的各棱面对应贴合，并使连接头2、连接尾3与杆体1同轴连接。此三者的同轴性是钻杆的基本要求。

在连接尾3的外圆柱面上设有外螺纹，在外螺纹上螺接有锁紧螺母5，所述锁紧螺母5上设有与锁紧楔块4径向楔面4.2相配合的内锥面。当锁紧螺母5旋紧时，锁紧螺母5上的内锥面与锁紧楔块4的径向楔面4.2贴合，在径向楔面4.2与内锥面的配合作用下，推动锁紧楔块4向下运动。

所述多棱锥台2.1与多棱锥窝3.1上设有与锁紧楔块4轴向楔面4.1对应配合的一对锁紧楔块配合槽。所述锁紧楔块配合槽包括通槽和楔形槽，锁紧楔块4位于通槽与楔形槽交叉所形成的空间内，锁紧楔块4的上下运动使通槽与楔形槽的相对距离发生变化。因此，通槽与楔形槽中的任一个可以设置在多棱锥台2.1上，也可以设置在多棱锥窝3.1上。本实施例中，通槽设置在多棱锥台2.1上，楔形槽设置在多棱锥窝3.1上。当锁紧楔块4向下运动时，轴向楔面4.1与楔形槽的楔形面配合滑动，使正四棱锥台与正四棱锥窝贴合连接。

综合考虑钻杆的拆装便利性、以及所传递力矩、轴向推力等因素对钻杆使用寿命、制造成本的影响，正四棱锥台的锥角为10°时最优。

由于结构强度高、接触面大，正四棱锥台与正四棱锥窝的配合连接可以承受远大于螺纹连接的扭矩，即便有磨损也不妨碍其使用，因而使用寿命长。正四棱锥台与正四棱锥窝都有锥度，锥度的作用除了便于拆卸和安装外，还有传递扭矩和轴向力的作用。钻机在钻进中向钻杆施加轴向推力以及转动扭矩，轴向推力要远大于锥面在旋转时所产生的反方向轴向力，因而，在轴向推力以及锁紧楔块4的连接作用下，正四棱锥台与正四棱锥窝始终配合连接在一起，不存在间隙摆动，是刚性连接。刚性连接使多根钻杆成为一根整体长杆，因此具有很好的导向性，不易发生钻偏。而不带锥度的连接头2与连接尾3连在一起，即便连接头2的圆柱头与连接尾3圆柱孔的可拆卸配合有多精密，都不可避免的产生晃动间隙，多根钻杆连接后，多个晃动间隙叠加、放大造成整体钻杆的摆动幅度很大，对钻头的导向误差也就更大。

图3示出的是正四棱锥台与正四棱锥窝的一种连接方式，正四棱锥台与正四棱锥窝是通过活动螺母连接的。这种连接结构是机械上惯用的连接方式，但是不适用于钻杆。由于活动螺母不传递扭矩，不会越钻越紧，而钻洞时钻杆的振动又很大，活动螺母很快就被震松，活动螺母脱落后连接头与连接尾脱开连接，前端钻洞内的钻杆及钻头就无法取出。

本发明采用双向楔面配合的方式解决正四棱锥台与正四棱锥窝连接的易脱落问题。众所周知，楔面配合一方面能产生很大的楔向力，楔角越小楔向力越大；另一方面楔面配合可以实现自锁，特别是小楔角的楔面配合。本实施例中，锁紧楔块4的轴向楔面4.1和径向楔面4.2的楔面角均为5°，当锁紧螺母5向锁紧楔块4施加1N的作用力，该力通过锁紧楔块4向正四棱锥台与正四棱锥窝提供130.6N的连接力，很明显，增力的效果是非常巨大的。另外，锁紧楔块4的两个自锁楔面是相互垂直的、叠加的，还有正四棱锥台与正四棱锥窝的锥面配合也是自锁的，此三者自锁的叠加可以保证锁紧螺母5、锁紧楔块4、正四棱锥台、以及正四棱锥窝之间相互自锁，且其相对位置不变。这样，即使钻杆振动很大，也无法造成钻杆脱落。

为了进一步地防止锁紧螺母5意外脱落，锁紧螺母5与连接尾3的旋紧方向与钻杆的转动方向相反。这样在钻进过程中，钻洞壁对锁紧螺母5施加的摩擦力矩会使锁紧螺母5保持拧紧状态。虽然钻洞壁也对锁紧螺母5产生拧紧力矩，但是这种拧紧力矩是偶然的、非持续的，也是不大的，因为钻洞的直径大于锁紧螺母5的直径，锁紧螺母5只是偶尔能与钻洞壁有所接触。

为了便于辨识正四棱锥台与正四棱锥窝配合安装的方位，所述杆体1的两端设有四个用于多棱锥台2.1与多棱锥窝3.1定向连接的定位槽1.1。这样，不用观察四棱锥台与正四棱锥窝的对应状态，便可手工安装，也便于实现钻杆安装、拆除的自动化。

本实施例中锁紧螺母5没有设计成常见的外六方形，而是在其外圆柱面上设有同步带轮，这样设计一是为了减小螺母直径，二是配合专用的旋转装置，可用来快速旋紧或拧松锁紧螺母5。

本发明钻杆的正四棱锥台与正四棱锥窝都具有较为复杂的形状，但不意味本发明的钻杆有着较高的成本。

本发明的钻杆分为三部分制造，连接头2的正四棱锥台、连接尾3的正四棱锥窝采用模锻成型，然后经机加工后与杆体1通过摩擦焊焊接为一个整体，摩擦焊焊接面积大、焊接强度高，完全可以满足钻杆的扭矩要求。而目前的模锻技术可以达到免机加工的程度，正四棱锥台与正四棱锥窝不需要机加工就可达到配合要求。模锻工艺解决了正四棱锥台与正四棱锥窝的难加工问题，相比现有的螺纹加工方式，本发明的钻杆具有连接强度高、使用寿命长、综合成本低的优势。

本发明通过多棱锥台2.1与多棱锥窝3.1的同轴配合，实现了钻杆间地快速安装、拆卸。相比螺纹连接，本发明具有承载扭矩大、连接强度高、使用寿命长、易于拆卸，且综合成本低等显著优点。

本发明未详述部分为现有技术。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，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种多楔面钻杆，包括杆体（1）和连接在杆体（1）两端的连接头（2）、连接尾（3），其特征是：还包括锁紧楔块（4），所述锁紧楔块（4）包括轴向楔面（4.1）和径向楔面（4.2）；

所述连接头（2）设有轴向的多棱锥台（2.1），还在外圆柱面上设有外螺纹，在外螺纹上螺接有锁紧螺母（5），所述锁紧螺母（5）上设有与锁紧楔块（4）径向楔面（4.2）相配合的内锥面；

所述连接尾（3）设有与多棱锥台（2.1）形状相对应的多棱锥窝（3.1），所述多棱锥台（2.1）与多棱锥窝（3.1）上设有与锁紧楔块（4）轴向楔面（4.1）对应配合的一对锁紧楔块配合槽；

当两个钻杆头尾相连时，其中一钻杆的多棱锥台（2.1）贴合插入另一钻杆的多棱锥窝（3.1）内，锁紧楔块（4）的径向楔面（4.2）与锁紧螺母（5）贴合，轴向楔面（4.1）与锁紧楔块配合槽贴合，使两个钻杆同轴连接。

2.如权利要求1所述的一种多楔面钻杆，其特征是：所述多棱锥台（2.1）为正四棱锥台，正四棱锥台的中心线与杆体（1）同轴，所述多棱锥窝（3.1）正四棱锥窝，正四棱锥窝的中心线与杆体（1）同轴。

3.如权利要求2所述的一种多楔面钻杆，其特征是：所述正四棱锥台的锥角为10°。

4.如权利要求1所述的一种多楔面钻杆，其特征是：所述锁紧楔块配合槽包括通槽和楔形槽，其中，通槽设置在多棱锥台（2.1）上，楔形槽设置在多棱锥窝（3.1）上。

5.如权利要求1所述的一种多楔面钻杆，其特征是：所述轴向楔面（4.1）和径向楔面（4.2）的楔面角均为5°。

6.如权利要求1所述的一种多楔面钻杆，其特征是：所述锁紧螺母（5）的外圆面上设有同步带轮。

7.如权利要求1所述的一种多楔面钻杆，其特征是：所述锁紧螺母（5）与锁紧楔块（4）的旋紧方向与钻杆的转动方向相反。

8.如权利要求1所述的一种多楔面钻杆，其特征是：所述杆体（1）的两端设有四个用于多棱锥台（2.1）与多棱锥窝（3.1）定向连接的定位槽（1.1）。

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