一种抗疲劳钻杆结构及其加工方法技术

本发明专利技术公开了一种抗疲劳钻杆结构及其加工方法。该抗疲劳钻杆结构依次包括相邻连接的钻杆母接头、第一应力释放结构、钻杆管体、第二应力释放结构、钻杆公接头；所述钻杆管体两端设置第一钻杆管体加厚端和第二钻杆管体加厚端；其特征在于：所述第一应力释放结构和第二应力释放结构的内表面为圆柱形、外表面两端为圆柱形、外表面中间为内凹的圆弧形环或锥形环，所述第一应力释放结构和第二应力释放结构的最小壁厚dx大于等于钻杆管体名义壁厚80%。本发明专利技术的抗疲劳钻杆在大位移水平井、定向井、短半径水平井旋转钻井时，钻杆加厚过渡带消失区域的高弯曲应力可传递至应力释放结构上，显著降低钻杆上的最大弯曲应力，提高钻柱使用寿命。命。命。

【技术实现步骤摘要】
一种抗疲劳钻杆结构及其加工方法


[0001]本专利技术涉及在石油天然气勘探开发过程中使用的石油钻杆，尤其涉及一种适用于大位移水平井、定向井、短半径水平井等石油及天然气开采的抗疲劳钻杆结构及其加工方法。

技术介绍

[0002]钻杆是石油管材中用量较大，质量要求又较高的管材，国内外各油田每年因钻杆失效事故导致的经济损失巨大。随着石油装备的发展，经过钻杆加厚结构、螺纹结构、内涂层等的改进，石油钻杆的生产质量已经达到了较高水平。对于钻杆失效原因，许多学者已进行了大量的试验分析与研究，其中疲劳依然是钻杆失效的主要破坏形式，约占钻杆失效总数的80％，特别是一些大位移水平井、定向井、短半径水平井的弯曲井段经常发生多起钻杆加厚过渡带消失处附近刺漏失效事故，这主要是由于钻杆加厚区域为接头与管体连接的结构突变区域，内加厚过渡带消失区域是应力集中区，在弯曲井段旋转钻进时，产生较高交变弯曲应力，累积一定的旋转次数而产生疲劳裂纹，进而在高压泥浆作用下发生刺漏。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种抗疲劳钻杆结构及其加工方法，主要解决上述现有技术所存在的缺陷，与现有石油钻杆结构相比，在钻杆接头与钻杆管体加厚端之间增加应力释放结构，钻井过程中钻柱发生弯曲时，钻杆加厚过渡带消失区域的高弯曲应力可传递至应力释放结构上，显著降低钻杆上的最大弯曲应力，提高钻柱使用寿命。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种抗疲劳钻杆结构，它依次包括相邻连接的钻杆母接头、第一应力释放结构、钻杆管体、第二应力释放结构、钻杆公接头；所述钻杆管体两端设置第一钻杆管体加厚端和第二钻杆管体加厚端；其特征在于：所述第一应力释放结构和第二应力释放结构的内表面为圆柱形、外表面两端为圆柱形、外表面中间为内凹的圆弧形环或锥形环，所述第一应力释放结构和第二应力释放结构的最小壁厚dx大于等于钻杆管体名义壁厚80%；所述一种抗疲劳钻杆结构，其特征在于：所述第一应力释放结构和第二应力释放结构内径与第一钻杆管体加厚端和第二钻杆管体加厚端内径相同，所述第一应力释放结构和第二应力释放结构的长度L为50～300mm；外表面中间的圆弧形环最小半径R为80～600mm或外表面中间的锥形环的锥形面夹角α为90～175
°
。
[0005]所述一种抗疲劳钻杆结构，其特征在于：所述抗疲劳钻杆材料为钢、钛合金或铝合金，所述抗疲劳钻杆规格包括60.325～215.900mm。
[0006]一种如上所述的抗疲劳钻杆结构的加工方法，其特征在于：所述钻杆母接头与所述第一应力释放结构、以及钻杆公接头与第二应力释放结构为一体加工制造，采用经调质热处理的厚壁管，在机床上直接加工，或可采用实心棒料利用模具锻造成型的方式先制造毛坯，再进行调质热处理，最后在机床上加工。
[0007]一种如上所述的抗疲劳钻杆结构的加工方法，其特征在于：所述第一应力释放结构和第二应力释放结构采用经调质热处理的厚壁管单独加工，然后再将钻杆母接头和钻杆公接头通过摩擦焊接在一起。
[0008]所述的抗疲劳钻杆结构的加工方法，其特征在于：将带有第一应力释放结构的钻杆母接头与第一钻杆管体加厚端摩擦焊接，将带有第二应力释放结构的钻杆公接头与第二钻杆管体加厚端摩擦焊接。
[0009]本专利技术与现有技术相比较，具有以下突出的优点：（1）与现有石油钻杆结构相比，在钻杆接头与钻杆管体加厚端之间增加应力释放结构，现有技术每根钻杆在受到弯曲应力时，只有两个加厚过渡区域作为弯曲变形点，而本专利技术增加两个应力释放结构后，每根钻杆上弯曲变形点增加为四个，同样的狗腿度下，最大弯曲变形和弯曲应力都会减缓。这样在大位移水平井、定向井、短半径水平井旋转钻井时，钻杆加厚过渡带消失段的高弯曲应力可传递至应力释放结构上，显著降低钻杆上的最大弯曲应力，减缓钻杆加厚过渡带消失段应力集中，提高钻柱使用寿命。（2）现有技术钻杆加厚过渡带依靠磨具高温挤压成型，内加厚质量控制技术难度非常大，折叠凹坑等缺陷多，本专利技术的应力释放结构为机加工成型，表面质量好，作为单个钻杆应力释放区域，安全性高于加厚过渡区域。
附图说明
[0010]图1为本专利技术的一种抗疲劳钻杆结构示意图。
[0011]图2为本专利技术的外表面中间为圆弧形环的应力释放结构示意图。
[0012]图3为本专利技术的外表面中间为锥形环的应力释放结构示意图。
[0013]图中: 1
‑
钻杆母接头、21
‑
第一应力释放结构、22
‑
第二应力释放结构、3
‑
钻杆管体、31
‑
第一钻杆管体加厚端、32
‑
第二钻杆管体加厚端、4
‑
钻杆公接头。
具体实施方式
[0014]请参阅图1
‑
3，本专利技术公开了一种抗疲劳钻杆结构。如图所示：它依次包括相邻连接的钻杆母接头1、第一应力释放结构21、钻杆管体3、第二应力释放结构22、钻杆公接头4；所述钻杆管体3两端设置第一钻杆管体加厚端31和第二钻杆管体加厚端32；所述第一应力释放结构21和第二应力释放结构22的内表面为圆柱形、外表面两端为圆柱形、外表面中间为内凹的圆弧形环或锥形环，所述第一应力释放结构21和第二应力释放结构22的最小壁厚dx大于等于钻杆管体3名义壁厚80%；本专利技术中，所述第一应力释放结构21和第二应力释放结构22内径与第一钻杆管体加厚端31和第二钻杆管体加厚端32内径相同，所述第一应力释放结构21和第二应力释放结构22的长度L为50～300mm；外表面中间的圆弧形环最小半径R为80～600mm或外表面中间的锥形环的锥形面夹角α为90～175
°
。
[0015]本专利技术中，所述抗疲劳钻杆材料为钢、钛合金或铝合金，所述抗疲劳钻杆规格包括60.325～215.900mm。
[0016]一种如上所述的抗疲劳钻杆结构的加工方法，所述钻杆母接头1与所述第一应力释放结构21、以及钻杆公接头4与第二应力释放结构22为一体加工制造，采用经调质热处理的厚壁管，在机床上直接加工，或可采用实心棒料利用模具锻造成型的方式先制造毛坯，再
进行调质热处理，最后在机床上加工。
[0017]将带有第一应力释放结构21的钻杆母接头1与第一钻杆管体加厚端31摩擦焊接，将带有第二应力释放结构22的钻杆公接头4与第二钻杆管体加厚端32摩擦焊接。
[0018]另一种如上所述的抗疲劳钻杆结构的加工方法，其特征在于：所述第一应力释放结构21和第二应力释放结构22采用经调质热处理的厚壁管单独加工，然后再将钻杆母接头1和钻杆公接头4通过摩擦焊接在一起。
[0019]将带有第一应力释放结构21的钻杆母接头1与第一钻杆管体加厚端31摩擦焊接，将带有第二应力释放结构22的钻杆公接头4与第二钻杆管体加厚端32摩擦焊接。
实施例
[0020]选取规格139.7
×
9.19mm，钢级S135的钢制钻杆，参见图1和图2所示，一种抗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗疲劳钻杆结构，它依次包括相邻连接的钻杆母接头（1）、第一应力释放结构（21）、钻杆管体（3）、第二应力释放结构（22）、钻杆公接头（4）；所述钻杆管体（3）两端设置第一钻杆管体加厚端（31）和第二钻杆管体加厚端（32）；其特征在于：所述第一应力释放结构（21）和第二应力释放结构（22）的内表面为圆柱形、外表面两端为圆柱形、外表面中间为内凹的圆弧形环或锥形环，所述第一应力释放结构（21）和第二应力释放结构（22）的最小壁厚dx大于等于钻杆管体（3）名义壁厚80%。2.根据权利要求1所述一种抗疲劳钻杆结构，其特征在于：所述第一应力释放结构（21）和第二应力释放结构（22）内径与第一钻杆管体加厚端（31）和第二钻杆管体加厚端（32）内径相同，所述第一应力释放结构（21）和第二应力释放结构（22）的长度L为50～300mm；外表面中间的圆弧形环最小半径R为80～600mm或外表面中间的锥形环的锥形面夹角α为90～175
°
。3.根据权利要求1所述一种抗疲劳钻杆结构，其特征在于：所述抗疲劳钻杆材料为钢、钛合金或铝合金，所述抗疲劳钻杆规格包括60.325～215.900mm。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒志强，欧阳志英，余世杰，陈猛，
申请(专利权)人：上海海隆石油钻具有限公司，
类型：发明
国别省市：