CN100372627C - 一种钻杆管端内外加厚的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种钻杆管端内外加厚的制造方法，包括如下步骤，根据加厚端壁厚与管体壁厚之比的不同，可分为三次加热、三次加厚或四次加热、四次加厚；所述的每次加厚均为内外加厚；所述的第一次加热，其加热长度至少为550mm；所述的加热温度为1150～1250℃；在完成所述的最后一次加厚之后，对内加厚段与管体过渡的内圆锥段长度进行修磨，使该内加厚段与管体平滑过渡。与现有技术相比，本发明在使用液压式加厚机的条件下，使钻杆的Miu≥140mm，从而提高了钻杆的疲劳寿命，避免钻杆刺穿事故的发生。

Description

一种钻杆管端内外加厚的制造方法

技术领域

本发明涉及钢管管端加厚技术。

背景技术

用于石油钻探的钻杆是按API标准生产制造的。其结构是在钻杆管体两端各对焊一个外螺纹钻杆接头和一个内螺纹钻杆接头。由于管体较薄，为了增加与接头连接处的强度，管体两端对焊部分是加厚的。加厚形式有内加厚、外加厚及内外加厚三种，其中内外加厚是钻杆普遍采用的加厚形式。

如图1所示，对于内外加厚钻杆，D是管体外径，d是管体内径，Dou是加厚端外径，dou是加厚端内径。Leu是外加厚段长度，Meu是外加厚段与管体过渡的外圆锥段长度。Liu是内加厚段长度，Miu是内加厚段与管体过渡的内圆锥段长度。R是内圆锥段长度Miu与管体之间过渡的圆角。

在以上各项参数中，内加厚过渡区的参数Miu与R非常重要。随着Miu长度的增加以及R半径的增大，内加厚过渡区消失点的应力逐渐减少，应力集中程度逐渐降低，从而提高了钻杆的疲劳寿命，避免管体刺穿事故的发生。由于加厚工艺本身的特点决定了当Miu长度增加时，R半径必然增大。因此API标准明确规定，Miu≥76.2mm，而中国石油行业标准更进一步规定Miu≥100mm。但随着国内外油田的开发逐渐转向高开发成熟度油气田中的剩余资源开采，以及低渗、超薄、超深、海洋、高腐蚀性、稠油、超稠油等油气藏的开发，钻井技术已向着深井、超深井、定向井、大位移井、短半径井、水平井、高温高压井、深水井、高腐蚀性井发展，钻杆的服役条件将日趋恶劣，Miu在100mm左右的钻杆已不能满足日益苛刻的钻井作业要求。因此，国内外各生产厂均致力于增加Miu的长度。

钻杆加厚用的设备有机械式平锻机与液压式加厚机。由于机械式平锻机的顶锻力高达1200～1500吨，因此可以一次管端加热，多次加厚，并且可以一次形成Miu；而液压式加厚机的顶锻力仅为300吨左右，因此每次加厚前均需进行管端加热，不能一次形成Miu。

美国专利4845972、5184495、5517843分别提供了在使用机械式平锻机的条件下钻杆管端内外加厚的制造方法。其设计思想均为：首先外加厚，然后采用不同的方法通过模具将外加厚部分挤压成内加厚，最终形成较长的Miu。

参见图2～图5，其所示为美国专利5184495的外加厚方法。

图2为第一次加厚后的钻杆示意图。第一次加厚为外加厚，即加厚后的管端外径增加，内径不变。图中30为管体，32为1号加厚模，34为1号冲头，36为经过第一次增厚过的管端，38为第一次增厚过的管端36与管体30之间过渡的外圆锥段。

图3为第二次加厚后的钻杆示意图。第二次加厚仍为外加厚。图中40为2号加厚模，42为2号冲头，36为经过第二次增厚过的管端，38为第二次增厚过的管端36与管体30之间过渡的外圆锥段。

图4为第三次加厚后的钻杆示意图。第三次加厚通过模具进行挤压形成内加厚。图中32为1号加厚模，44为经过挤压后的管端，46为挤压形成的内圆锥段。

图5为第四次加厚后的钻杆示意图。第四次加厚为内外加厚。图中41为3号加厚模，48为3号冲头，50为经过第四次增厚过的管端，52为最终形成的内圆锥段，即Miu。

通过以上的方法，可以使Miu≥140mm。

然而，由于设备能力的限制，这些方法只有采用机械式平锻机才能实现，无法在液压式加厚机实现。

而此前使用液压式加厚机仅能使Miu达到100mm左右的水平，其原因是液压式加厚机的顶锻力较小，无法一次形成Miu，Miu由多次加厚衔接而成。为提高生产效率，避免加厚后的修磨，必然使每次加厚之间平滑过渡。而要使每次加厚之间平滑过渡，必然要精确控制每次加厚的长度，而由于液压式加厚机的顶锻力较小，每次加厚的长度也较短，最终叠加的结果必然造成Miu较短。

因此，迫切需要一种钻杆管端内外加厚的制造方法，能够在使用液压式加厚机的条件下，使Miu≥140mm。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻杆管端内外加厚的制造方法，在使用液压式加厚机的条件下可以使Miu≥140mm，从而提高了钻杆的疲劳寿命，避免钻杆刺穿事故的发生。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

一种钻杆管端内外加厚的制造方法，根据加厚端壁厚与管体壁厚之比的不同，可分为三次加热、三次加厚或四次加热、四次加厚，采用液压加厚机，。

所述的每次加厚均为内外加厚。

所述的第一次加热，其加热长度至少为550mm。

所述的加热温度为1150～1250℃。

在完成所述的最后一次加厚之后，对Miu进行修磨，使Miu平滑过渡。

采用液压加厚机，每次加厚时其增厚比tou/t<1.5，如果超过1.5则需增加一次加厚，如果最终加厚的增厚比tou/t≥3.375，则采用四次加厚。

(Dou-dou)/2＝tou，(D-d)/2＝t，

D是管体外径，d是管体内径，Dou是加厚端外径，dou是加厚端内径，Tou是加厚端壁厚，t是管体壁厚。

本发明的有益效果

与现有技术相比，本发明在使用液压式加厚机的条件下，使钻杆的Miu≥140mm，从而提高了钻杆的疲劳寿命，避免钻杆刺穿事故的发生。

附图说明

图1为钻杆内外加厚示意图；

图2为美国专利5184495第一次加厚后的钻杆示意图；

图3为美国专利5184495第二次加厚后的钻杆示意图；

图4为美国专利5184495第三次加厚后的钻杆示意图；

图5为美国专利5184495第四次加厚后的钻杆示意图；

图6为加厚前的钻杆示意图；

图7为本发明第一次加厚后的钻杆示意图；

图8为本发明第二次加厚后的钻杆示意图；

图9为本发明第三次加厚后的钻杆示意图。

具体实施方式

参见图6，其所示为加厚前的钻杆示意图。在第一次加厚之前，对钻杆管体1中长度为L1的管端进行第一次加热。加热温度为1150～1250℃。L1的长度至少为550mm。

由于钻杆管端加厚后，钻杆长度必然缩短，因此钻杆管端参与变形总长度LA为内加厚段长度Liu、内圆锥段长度Miu与钻杆缩短量Lv之和。钻杆缩短量Lv的计算公式见下式。

$\mathrm{Lv}=\frac{({\mathrm{Dou}}^2-{\mathrm{dou}}^2)(\mathrm{Leu}+\frac{\mathrm{Meu}}{2})+(d^2-{\mathrm{dou}}^2)(\mathrm{Liu}+\frac{\mathrm{Miu}}{2})}{D^2-d^2}$

以Ф127×9.19mm内外加厚G-105钻杆为例，当内圆锥段长度Miu为140mm时，参与变形总长度LA为430mm，因此加热长度L1大于430mm即可。但实践证明，由于管端加厚属于锻造工艺，锻造后的尺寸偏差较大，而加厚所采用的钻杆管体为轧制钢管，其壁厚偏差也较大，只有加热长度L1保持在550mm以上，才能保证Miu大于140mm。

第一次加厚，参见图7，其所示为第一次加厚后的钻杆示意图。第一次加厚为内外加厚，即加厚后的管端外径增加，内径减小。2为1号加厚模，3为经过第一次增厚过的管端。4为1号冲头。5为第一次增厚过的管端3与管体之间过渡的外圆锥段，6为第一次增厚过的管端3与管体1之间过渡的内圆锥段。

第二次加厚，在第二次加厚之前，对管端进行第二次加热，加热温度为1150～1250℃。参见图8，其为第二次加厚后的钻杆示意图。第二次加厚仍为内外加厚。7为2号加厚模，8为经过第二次增厚过的管端。9为2号冲头。10为第二次增厚过的管端8与管体1之间过渡的外圆锥段，11为第二次增厚过的管端8与内圆锥段6之间过渡的内圆锥段。

第三次加厚，在第三次加厚之前，对管端进行第三次加热。加热温度为1150～1250℃。参见图9，其为第三次加厚后的钻杆示意图。第三次加厚仍为内外加厚。12为3号加厚模，13为经过第三次增厚过的管端。14为3号冲头。15为第三次增厚过的管端13与管体之间过渡的外圆锥段，16为第三次增厚过的管端13与内圆锥段11之间过渡的内圆锥段。

经过3次加热、3次加厚，最终形成了如图1所示的钻杆内外加厚成品尺寸。其中图1所示的Miu实际上由图9所示的圆锥段6、11、16三部分组成。圆锥段6、11、16三部分之间的衔接不如图9所示的平滑，必须通过内修磨使三部分之间平滑过渡。

在加厚端壁厚与管体壁厚相差较大，3次加厚无法完成的情况下，必须通过4次加热、4次加厚来达到最终的成品尺寸。其中第一次的加热长度依然至少为550mm，加热温度依然为1150～1250℃。每次加厚依然均为内外加厚。而最终形成的Miu将由四部分形成，依然通过内修磨使四部分之间平滑过渡。

以Ф127×9.19mm内外加厚G-105钻杆为例，说明本发明的实施过程。

该钻杆外径为127mm，内径为108.62mm。

首先对长度至少为550mm的管端进行加热。加热温度为1150～1250℃。之后进行第一次加厚。第一次加厚为内外加厚。第一次加厚后钻杆的外径为130.8mm，内径为105.5mm。对管端进行第二次加热，加热温度为1150～1250℃。然后进行第二次加厚。第二次加厚依然为内外加厚。第二次加厚后钻杆的外径为132.8mm，内径为97mm。对管端进行第三次加热，加热温度为1150～1250℃。然后进行第三次加厚。第三次加厚依然为内外加厚。第三次加厚后钻杆的外径为134.8mm，内径为90.5mm。在完成最终加厚之后，对Miu进行修磨。在修磨之后，对钻杆的Miu进行测量。其Miu长度至少为140mm。

应用本发明可以在使用液压式加厚机的条件下使Miu≥140mm，从而提高了钻杆的疲劳寿命，避免钻杆刺穿事故的发生。因此采用本发明专利生产的钻杆特别适用于深井、超深井、定向井、水平井、大斜度井等高难度井的钻探施工。

Claims (3)

1.一种钻杆管端内外加厚的制造方法，包括如下步骤，

根据加厚端壁厚与管体壁厚之比的不同，可分为三次加热、三次加厚或四次加热、四次加厚；采用液压加厚机；

所述的每次加厚均为内外加厚；

所述的第一次加热，其加热长度至少为550mm；所述的加热温度为1150～1250℃；

在完成所述的最后一次加厚之后，对内加厚段与管体过渡的内圆锥段长度进行修磨，使该内加厚段与管体平滑过渡。

2.如权利要求1所述的钻杆管端内外加厚的制造方法，其特征是，采用液压加厚机每次加厚时其增厚比tou/t＜1.5。

3.如权利要求1所述的钻杆管端内外加厚的制造方法，其特征是，采用液压加厚机，最终加厚的增厚比tou/t≥3.375，则采用四次加厚。

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