钻柱杆制造技术

一种钻柱杆(1)，用以形成由连接起来的这种钻柱杆(1、1b)构成的组件(10)的一部分，所述钻柱杆(1)包括：伸长的中心杆部分(2)，该中心杆部分(2)在凸端(3)和凹端(4)之间轴向延伸，其中所述中心杆部分(2)是由内部第一直径(d

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钻柱杆


[0001]本专利技术涉及用于与钻头一起使用的钻柱杆，用来冲击岩石钻进。特别地是，本专利技术涉及改进此种钻柱杆的可靠性和耐久性。

技术介绍

[0002]冲击钻进用于经由多个伸长的钻柱杆产生长孔洞，所述多个钻柱杆通过互相连接的凸和凹螺纹端而端对端地联接到一起。已经成熟确立的技术通过锤击冲击而使岩石破碎，该锤击冲击从安装在所述钻柱的一端处的岩石钻头传递到处在所述孔洞的底部处的岩石。典型地是，使岩石破碎所需的能量由液压驱动活塞产生，该液压驱动活塞与所述钻柱的端部接触(经由钻柄适配器)来产生压力(或震动)波动，该波动穿过所述钻柱并最终传播到所述岩石。传统的凸和凹螺纹的联接在US 4，332，502、US 4，398，756、US 4，687，368以及DE 2800887中描述。
[0003]相邻钻杆的凸和凹螺纹端联接起来，以产生钻柱，并且接头在钻进期间典型地是遭受巨大的力。这些力使所述联接疲劳并且导致在所述接头的螺纹部分内的磨损与破损。典型地是，损坏的是螺纹凸套管(spigot)，并且该螺纹凸套管决定了所述联接的使用寿命。US 6，767，156公开了在两个冲击钻杆之间的螺纹接头，该螺纹接头具有在凸和凹部分的前轴向端处设置的锥形的引导表面，以试图实现牢靠的联接并防止对螺纹的损坏。
[0004]本申请人的EP2845992B1旨在缓解上述缺陷。
[0005]现代岩石钻进越来越多地要求钻进更大的孔，并且因此存在对于提供能够操纵更大钻头(诸如直径为130mm或更大的钻头)的钻柱的要求。传统钻柱杆太脆弱，以致不能携载更大的钻头，并且已经表明，仅仅尺寸扩大的传统钻柱杆不能作为选择，因为它们倾向于在所述套管中或套筒部分中破裂，而不是准许使用直到所述套管/套筒部分的螺纹磨损掉为止。
[0006]因此，需要一种具有改进的可靠性和耐久性并且同时仍然允许有效率地冲洗钻屑的大型钻柱杆。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种钻柱杆，该钻柱杆使得能够使用比正常的更大的冲击钻头，并且改进了钻柱杆的可靠性和耐久性。根据本专利技术的第一方面，由如所附的独立权利要求1中限定的创造性的钻柱杆与从属权利要求中限定的替代性实施例一起实现该目的。所述钻柱杆将形成由连接起来的这种钻柱杆构成的组件的一部分。所述钻柱杆包括伸长的中心杆部分，该中心杆部分在凸端和凹端之间轴向延伸。所述中心杆部分是由内部第一直径(d
杆
)和外部第二直径(D
杆
)限定的中空圆柱形。所述凸端包括套管，其中所述套管包括基部，该基部从肩部轴向突出，该肩部将所述套管和所述中心杆部分轴向分离。所述凹端包括套筒部分，该套筒部分被构造用以配合到所述套管。而且，所述基部设有外螺纹并且所述套筒部分设有内螺纹，其中所述内螺纹对应于所述外螺纹，使得所述套筒部分的内螺纹能够附
接到该组件的另一个钻柱杆的套管的基部的外螺纹。在关于所述钻柱杆的纵向轴线的径向平面中，所述套管的基部由外部第三直径(D
套管
)和内部第四直径(d
套管
)限定，并且所述套筒部分由外部第五直径(D
套筒
)和内部第六直径(d
套筒
)限定。本专利技术限于外部第二直径(D
杆
)大于60mm的钻柱杆，因此适合于与更大且更重的冲击钻头一起使用。C
套筒
和C
套管
涉及由如下公式限定的钻柱杆的直径：
[0008][0009][0010]C
套筒
应该大于2.31或C
套管
应该大于0.68。
[0011]钻柱杆和它们的使用在本领域中是已知的。然而，外部直径D
杆
大于60mm的钻柱杆不是常见的。这些更大的钻柱杆是非常坚固耐用的，并且适合于更大的岩石钻头。虽然杆直径小于60mm的正常钻柱杆不倾向于材料失效，而是只有当所述套管和套筒部分的螺纹磨损掉时才废弃并更换，但是更大直径的钻杆倾向于由于在所述套筒部分或套管中的裂纹而破损。仅仅通过增加物品的厚度来减缓裂纹的形成通常是不成功的，因为这要么将会削弱钻杆的某个其它部分，要么将会减少供冲洗流体和钻屑移动通过的可用空间。技术人员理解的是，这些直径不能被自由选择。例如，所述套管的外部直径自然地受到所述套筒部分的内部直径限制。而且，所述套筒部分的外部直径典型地受到所钻进的孔洞的大小以及对于在套筒部分和孔洞的内壁之间的用于将钻屑冲走经过套筒部分的足够空间的需求限制。类似地是，所述套管的内部直径限制了冲洗流体可以泵送通过所述钻柱杆的速率，并且因此不应该太小。这些大直径钻柱杆的设计明显是较困难的平衡做法，并且本专利技术引导技术人员选择参数的组合，以使得能够在保持冲洗性能的情况下降低钻柱杆中的材料失效的风险。已经表明，解决这个问题比看起来要更困难。
[0012]本专利技术的专利技术人已经认识到，所述钻柱杆失效是由于中心杆部分的刚度增加和由岩石中较硬层或裂缝引发的钻柱的被迫弯曲的组合而导致的。所述钻柱杆的弯曲在杆正旋转时发生，并且由此既由于弯曲而产生了额外应力，又在钻柱杆处于弯曲状态时由于所述杆在孔洞中旋转而引起的弯曲轴线的不断变化而产生了疲劳。
[0013]所提出的解决方案是确定所述套管和套筒部分的尺寸，使得在所述套管和套筒部分中的计算得到的最大弯曲应力分别地与在所述中心杆部分中的计算得到的最大弯曲应力相关。然而，本专利技术人已经意识到，所述套筒部分和套管中的计算得到的最大应力不应该分别地等于所述中心杆部分的计算得到的最大弯曲应力，而是应该分别地与所述中心杆部分的计算得到的最大弯曲应力乘以因数C
套筒
或C
套管
相关，以便考虑通常发生的强度的差异，所述强度的差异例如由于局部材料变化而发生，该局部材料变化可能由于在钻柱杆的制造时不均匀的硬化和/或加工而发生。
[0014]在一些实施例中，C
套筒
>2.31且C
套管
>0.68。这种涉及了第一、第二、第三、第四、第五和第六直径的平衡提供了所述钻柱杆的高度的可靠性和耐久性。
[0015]在一些实施例中，所述套管的基部是锥形的。
[0016]在一些实施例中，所述套管的基部是圆柱形的。
[0017]在一些实施例中，第一直径(d
杆
)是50mm，其中第二直径(D
杆
)是80.5mm，其中第三直径(D
套管
)是82mm，其中第四直径(d
套管
)是50mm，其中第五直径(D
套筒
)是120mm，并且其中第六直径(d
套筒
)是91.2mm。
[0018]在一些实施例中，所述钻柱杆适合于与具有外部第七直径(D
孔
)的钻头一起使用，其中第五直径小于0.90*第七直径(D
孔
)。
[0019]另一方面涉及一种系统，该系统包括多个根据上述第一方面所述的钻柱杆。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种钻柱杆(1)，用以形成由连接起来的这种钻柱杆(1、1b)构成的组件(10)的一部分。所述钻柱杆(1)包括：伸长的中心杆部分(2)，所述中心杆部分(2)在凸端(3)和凹端(4)之间轴向延伸，其中，所述中心杆部分(2)是由内部第一直径(d
杆
)和外部第二直径(D
杆
)限定的中空圆柱形，其中，所述凸端(3)包括套管(5)，其中，所述套管(5)包括基部(6)，所述基部(6)从肩部(7)轴向突出，所述肩部(7)将所述套管(5)和所述中心杆部分(2)轴向分离，其中，所述凹端(4)包括套筒部分(8)，所述套筒部分(8)被构造用以配合到所述套管(5)，其中，所述基部(6)设有外螺纹，并且其中，所述套筒部分(8)设有内螺纹，其中，所述内螺纹对应于所述外螺纹，使得所述套筒部分(8)的所述内螺纹能够附接到所述组件(10)的另一个钻柱杆(1b)的所述套管(5)的所述基部(6)的所述外螺纹，其中，在关于所述钻柱杆(1)的纵向轴线(9)的径向平面(P)中，所述套管(5)的所述基部(6)由外部第三直径(D
套管t
)和内部第四直径(d
套管
)限定，并且所述套筒部分(8)由外部第五直径(D
套筒
)和内部第六直径(d
套筒
)限定，其中，所述第二直径(D
杆
)>60mm，其中其中，并且其中，C
套筒
>2.31或C
套管
>0.68。2.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯，
申请(专利权)人：山特维克矿山工程机械工具股份有限公司，
类型：发明
国别省市：