CN217632303U - 一种抗疲劳钻杆结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了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%。本实用新型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。
Description
技术领域
本实用新型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。
背景技术
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。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种抗疲劳钻杆结构，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。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
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°。
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。
本实用新型与现有技术相比较，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，而本实用新型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，本实用新型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
图1为本实用新型的一种抗疲劳钻杆结构示意图。
图2为本实用新型的外表面中间为圆弧形环的应力释放结构示意图。
图3为本实用新型的外表面中间为锥形环的应力释放结构示意图。
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
请参阅图1-3，本实用新型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%；
本实用新型中，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°。
本实用新型中，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。
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。
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。
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。
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
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，一种抗疲劳钻杆结构及其加工制造方法，抗疲劳钻杆依次包括钻杆母接头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，外表面中间为圆弧形环。
所述应力释放结构最小壁厚dx为9.19mm；
所述应力释放结构内径与相邻的钻杆管体加厚端内径相同，长度L为200mm，外表面中间圆弧形环半径R为400mm。
所述钻杆母接头1或钻杆公接头4与应力释放结构为一体加工制造，可采用经调质热处理的厚壁管，在机床上直接加工。
将带有应力释放结构的钻杆母接头1与相邻的钻杆管体加厚端摩擦焊接，将带有应力释放结构的钻杆公接头4与相邻的钻杆管体加厚端摩擦焊接。
针对该抗疲劳钻杆，模拟计算5支该钻杆组成的长度50m钻柱在狗腿度为10°/30m的弯曲井段时，其中第三根钻杆上的应力最大，应力释放结构区域最大应力287MPa，钻杆加厚过渡带消失区域最大应力263MPa，钻杆管体上应力35MPa～68MPa。
对比例
选取规格139.7×9.19mm，钢级S135的钢制钻杆，无应力释放结构。
针对现有技术的钻杆，模拟计算5支该钻杆组成的长度50m钻柱在狗腿度为10°/30m的弯曲井段时，其中第三根钻杆上的应力最大，钻杆加厚过渡带消失区域最大应力447MPa，钻杆管体上应力35MPa～75MPa。
实施例抗疲劳钻杆与对比例现有技术钻杆模拟计算分析结果相比较，现有钻杆加厚过渡带消失区域最大应力447MPa，存在安全隐患。而本实用新型抗疲劳钻杆应力释放结构区域最大应力与其钻杆加厚过渡带消失区域最大应力接近，增加应力释放结构后，钻杆加厚过渡带消失区域最大应力较现有技术降低41%。即钻杆加厚过渡带消失区域的高弯曲应力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区域应力集中，提高钻柱使用寿命。
综上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本实用新型的技术范畴。
Claims (3)
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。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202221589520.7U CN217632303U (zh) | 2022-06-24 | 2022-06-24 | 一种抗疲劳钻杆结构 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202221589520.7U CN217632303U (zh) | 2022-06-24 | 2022-06-24 | 一种抗疲劳钻杆结构 |
Publications (1)
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| CN217632303U true CN217632303U (zh) | 2022-10-21 |
Family
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Family Applications (1)
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| CN202221589520.7U Active CN217632303U (zh) | 2022-06-24 | 2022-06-24 | 一种抗疲劳钻杆结构 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN217632303U (zh) |
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2022
- 2022-06-24 CN CN202221589520.7U patent/CN217632303U/zh active Active
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