專利名稱：鉆桿管端加厚的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼管管端加厚的方法，尤其涉及一種鉆桿管端加厚的加工方法。
技術(shù)背景用于石油鉆探用的鉆桿是按API標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)制造，其主要結(jié)構(gòu)是在鉆桿 管體兩端各對(duì)焊一個(gè)外螺紋接頭和一個(gè)內(nèi)螺故接頭。由于管體本身的壁厚較小， 為了增加管體與接頭連接處的強(qiáng)度，管體兩端與接頭連接的部分是加厚的。鉆 桿管體的加厚形式有內(nèi)加厚、外加厚和內(nèi)外加厚三種，其中外加厚、內(nèi)外加厚 的鉆桿管體是普遍釆用的加厚形式。如圖l所示，對(duì)于內(nèi)外加厚鉆桿，D為管體外徑；d為管體內(nèi)徑；Dou是加 厚端部外徑；dou是加厚端部?jī)?nèi)徑；Leu是外加厚段的長(zhǎng)度；Meu是管體端部外 加厚段與管體過(guò)渡的外圓錐段的長(zhǎng)度，即外加厚過(guò)渡區(qū)的長(zhǎng)度；Liu是內(nèi)加厚 段的長(zhǎng)度，Miu是內(nèi)加厚段與管體過(guò)渡的內(nèi)圓錐段的長(zhǎng)度，即內(nèi)加厚過(guò)渡區(qū)的 長(zhǎng)度，R是內(nèi)圓錐段與管體之間的過(guò)渡圓角。在以上各項(xiàng)參數(shù)中，內(nèi)加厚過(guò)渡區(qū)的平滑程度及參數(shù)R對(duì)鉆桿管體的使用 壽命均產(chǎn)生決定性的影響。內(nèi)加厚過(guò)渡區(qū)越平滑，R半徑越大，則內(nèi)加厚過(guò)渡 區(qū)的應(yīng)力就越小，并且越不易造成應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力集中程度的降低及應(yīng)力 的減小，從根本上提高了鉆桿的抗疲勞壽命，大大避免了鉆桿管體刺穿事故的 發(fā)生。隨著國(guó)內(nèi)外各大油田進(jìn)入后期油田開發(fā)，以及低滲、超薄、超深、海洋、 高腐蝕性、稠油、超稠油等油氣田的開發(fā)，鉆井技術(shù)也朝著深井、超深井、定 向井、大位移井、短半徑井、水平井、高溫高壓井、深水井、高腐蝕性井發(fā)展， 鉆桿的服役條件也日趨惡劣，因此對(duì)鉆桿的加厚端要求也日益提高。鉆桿端部加厚用的設(shè)備通常為機(jī)械式平鍛才幾和液壓式管端加厚才幾兩種，由 于機(jī)械式平鍛機(jī)的頂鍛力高達(dá)1200 - 1500噸，效率高，可一次加熱后進(jìn)行多次 加厚。而液壓式加厚機(jī)的頂鍛力僅為300噸左右，并且夾緊和頂鍛時(shí)間較長(zhǎng)， 因此在每次加厚前均需進(jìn)行管端加熱，效率較低。但因?yàn)槠藉憴C(jī)為機(jī)械式擠進(jìn)，所以對(duì)金屬量的控制要求非常嚴(yán)格，因國(guó)內(nèi)目前管體的壁厚均勻程度較低，采 用平鍛機(jī)加厚的難度較大，因此大多數(shù)國(guó)內(nèi)廠家普遍采用液壓式管端加厚機(jī)。但是，在使用液壓式管端加厚機(jī)對(duì)鉆桿端部進(jìn)行加厚時(shí)，由于采用的是內(nèi) 外同時(shí)進(jìn)行大變形加工的方法，鉆桿很容易發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，內(nèi)加厚過(guò)渡區(qū)的平 滑程度很難獲得保證，在完成最后一次加厚時(shí)，還要對(duì)內(nèi)加厚過(guò)渡區(qū)進(jìn)行修磨， 不僅降低了鉆桿的強(qiáng)度，而且降低了鉆桿的加工效率。另外，所有的加熱步驟 均在一臺(tái)加熱爐上進(jìn)行，只有完成了前一個(gè)鉆桿的所有加工步驟后，才能進(jìn)行 后一個(gè)鉆桿的加工，連續(xù)生產(chǎn)的效率低。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鉆桿管端加厚的加工方法，在使 用液壓式管端加厚機(jī)的條件下，不l義提高了生產(chǎn)效率，而且可以在加工過(guò)程中 最大限度地減小失穩(wěn)現(xiàn)象現(xiàn)象的發(fā)生，確保內(nèi)加厚過(guò)渡區(qū)的平滑過(guò)渡及足夠大 的R半徑，從而提高鉆桿管體的抗疲勞壽命，有效地避免刺穿事故的發(fā)生。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是鉆桿管端加厚的加工方法， 采用的加厚設(shè)備為液壓式管端加厚機(jī)，根據(jù)增厚比的不同，采用三次加熱兩次 加厚步驟或四次加熱三次加厚步驟，其中，前兩次加熱分別是在兩臺(tái)加熱爐上 順序進(jìn)行的，第一次加熱為預(yù)加熱，其加熱長(zhǎng)度至少為550mm,加熱溫度為 1000 - 110(TC;第二次加熱的加熱長(zhǎng)度至少為500隨，加熱溫度為1100 ~ 1250 。C;在所述的三次加熱兩次加厚步驟中，前兩次加熱完成后，首先進(jìn)行內(nèi)加厚； 再進(jìn)行第三次加熱；最后進(jìn)行外加厚；在所述的四次加熱三次加厚步驟中，前 兩次加熱完成后，首先進(jìn)行外加厚；再進(jìn)行第三次加熱；然后進(jìn)行第一次內(nèi)加 厚；再進(jìn)行第四次加熱；最后進(jìn)行第二次內(nèi)加厚。采用了上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的有益效果是由于前兩次加熱分別是在 兩臺(tái)加熱爐上順序進(jìn)行的，笫一次加熱為預(yù)加熱， 一方面，在前一個(gè)鉆桿進(jìn)入 第二個(gè)加熱爐進(jìn)行第二次加熱的同時(shí)，就可以將后 一個(gè)鉆桿》文入第 一個(gè)加熱爐 中進(jìn)行第一次加熱即預(yù)加熱，因此，可以保證鉆桿加工的連續(xù)性，提高生產(chǎn)效 率。另一方面，通過(guò)兩次加熱，充分保證了鉆桿管端的熱均勻程度，減小失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生，提高了第一次加厚時(shí)的成形效果。由于在所述的三次加熱兩次加厚步驟中，前兩次加熱完成后，首先進(jìn)行內(nèi)加厚；再進(jìn)行第三次加熱；最后進(jìn) 行外加厚；在所述的四次加熱三次加厚步驟中，前兩次加熱完成后，首先進(jìn)行 外加厚；再進(jìn)行第三次加熱；然后進(jìn)行第一次內(nèi)加厚；再進(jìn)行第四次加熱；最 后進(jìn)行第二次內(nèi)加厚，在上述的兩種方案中，每次加厚均是內(nèi)加厚或外加厚分 別進(jìn)行，因此，它避免了內(nèi)外同時(shí)進(jìn)行大變形時(shí)造成的失穩(wěn)現(xiàn)象，確保內(nèi)加厚 過(guò)渡區(qū)的平滑過(guò)渡及足夠大的R半徑，從而提高鉆桿管體的抗疲勞壽命，有效 地避免刺穿事故的發(fā)生。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一 步說(shuō)明。 圖1為一種內(nèi)外加厚鉆桿的縱向剖視圖； 圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例加厚前管體的縱向剖視圖； 圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例第一次加厚后鉆桿的縱向剖視圖； 圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例第二次加厚后鉆桿的縱向剖視圖； 圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例第三次加厚后鉆桿的縱向剖^L圖。
具體實(shí)施方式
第一實(shí)施例①114. 3X8.56, S135鉆桿的加工方法。由于鉆桿管體加厚后，鉆桿管體的總長(zhǎng)度必然要縮短，因此鉆桿管端參與 變形的總長(zhǎng)度La為內(nèi)加厚段長(zhǎng)度Liu、內(nèi)圓錐過(guò)渡段長(zhǎng)度Miu以及鉆桿管體的 縮短量Lv之和。鉆桿管體的縮短量Lv的計(jì)算公式如下D為管體外徑；d為管體內(nèi)徑；Dou是加厚端部外徑；dou是加厚端部?jī)?nèi)徑； Leu是外加厚段的長(zhǎng)度；Meu是管體端部外加厚段與管體過(guò)渡的外圓錐段的長(zhǎng) 度，即外加厚過(guò)渡區(qū)的長(zhǎng)度；Liu是內(nèi)加厚段的長(zhǎng)度，Miu是內(nèi)加厚段與管體過(guò) 渡的內(nèi)圓錐段的長(zhǎng)度，即內(nèi)加厚過(guò)渡區(qū)的長(zhǎng)度，R是內(nèi)圓錐段與管體之間的過(guò)Z)2 _t/渡圓角。當(dāng)內(nèi)圓錐段長(zhǎng)度Miu為80mm時(shí)，參加變形總長(zhǎng)度La為465mm,因此加熱 長(zhǎng)度必須大于465mm,實(shí)踐證明，由于鉆桿的管端加厚屬于鍛造工藝，鍛造后 的尺寸偏差較大，而且加厚所采用的鉆桿管體為軋制無(wú)縫鋼管，其壁厚偏差也 較大，因此只有將加熱長(zhǎng)度保持在500mm以上，才能保證鉆桿管體的端部加厚 成功。如圖2所示，在第一次加厚之前，對(duì)鉆桿管體l的管端進(jìn)行兩次加熱，第 一次加熱長(zhǎng)度長(zhǎng)度不小于550mm，加熱溫度為1000 ~ IIO(TC ，。第二次加熱長(zhǎng)度 不小于500mm,加熱溫度為1100 ~ 1250°C。這兩次加熱分別是在兩臺(tái)加熱爐上 順序進(jìn)行的。第一次加厚。第一次加厚為外加厚，加厚后的管端外徑增大，內(nèi)徑基本不 變，如圖3所示，1為鉆桿管體，2為一道加厚才莫，4為經(jīng)過(guò)第一次加厚后的 鉆桿管端，5為一道沖模，3為第一次加厚后的管端4與鉆桿管體1之間的過(guò)渡 的外圓錐段。第二次加厚。在第二次加厚之前，對(duì)管端進(jìn)行第三次加熱，加熱溫度為 1100~ 1250°C,第二次加厚為內(nèi)加厚。如圖4所示，6為二道加厚模，8為經(jīng) 過(guò)第二次加厚后的管端，9為二道沖才莫，3為第二次鉆桿管體加厚后的管端8 與鉆桿管體1之間的過(guò)渡外圓錐)史，7為第二次鉆桿管體加厚后的管端8與鉆 桿管體1之間的過(guò)渡內(nèi)圓錐段。第三次加厚。在第三次加厚之前，對(duì)管端進(jìn)行第四次加熱，加熱溫度為 1100~ 1250°C,第三次加厚仍為內(nèi)加厚。如圖5所示，10為三道加厚模，12 為鉆桿管體經(jīng)過(guò)第三次加厚后的管端，13為三道沖模，3為鉆桿管體經(jīng)過(guò)第三 次加厚后管端12與管體1之間的過(guò)渡外圓錐段，11為鉆桿管體1經(jīng)過(guò)第三次 加厚后管端12與內(nèi)圓錐段7之間的過(guò)渡內(nèi)圓錐段。經(jīng)過(guò)四次加熱、三次加厚后，最終形成了如圖1所示的內(nèi)外加厚的鉆桿。第二實(shí)施例088. 9X11. 40, S135鉆桿的加工方法,該鉆桿管體的外徑為88. 9mm，內(nèi)徑為70. 20mm。首先對(duì)管端進(jìn)行第一次加熱，加熱長(zhǎng)度550mm,加熱溫度為1000 ~ 1100°C ， 隨后進(jìn)行第二次加熱，加熱長(zhǎng)度不小于500mm，加熱溫度為1100 - 1250X:，之 后進(jìn)行第一次加厚，第一次加厚為內(nèi)加厚。第一次加厚后鉆桿管端的外徑為 91mm,內(nèi)徑為61mm。對(duì)管端進(jìn)行第二次加熱，加熱溫度為1100~ 1250°C,之后 進(jìn)行第二次加厚，第二次加厚為外加厚。第二次加厚后的鉆桿管端的外徑為 106. 2mm，內(nèi)徑為58. 5mm。在完成最終加厚后，對(duì)鉆桿進(jìn)行測(cè)量，確保加厚鉆 桿尺寸合格。從以上兩個(gè)實(shí)施例可以看出，鉆桿管端的加厚次數(shù)取決于鉆桿加厚端壁厚 與管體壁厚之比，即增厚比tou/t的不同，其中 tou= ( Dou-dou ) /2, t- (D-d) /2,tou是加厚端壁厚，t是管體壁厚，D為管體外徑，d為管體內(nèi)徑，Dou是 加厚端部外徑，dou是加厚端部?jī)?nèi)徑。多次試驗(yàn)證明，當(dāng)鉆桿管體加厚端壁厚與鉆桿管體壁厚變化較小時(shí)，即增 厚比tou/t<4. 10時(shí)，可采用三次加熱、兩次加厚的工藝來(lái)完成合格鉆桿管體的 加厚生產(chǎn)，其中第一次加厚為內(nèi)加厚，第二次加厚為外加厚。當(dāng)鉆桿管體加厚 端壁厚與鉆桿管體壁厚變化較大時(shí)，即增厚比tou/t>4. 10時(shí)，則采用四次加 熱、三次加厚的工藝來(lái)完成合才各鉆桿管體的加厚生產(chǎn)，其中第一次加厚為外加 厚，第二次和第三次加厚為內(nèi)加厚。采用本發(fā)明所揭示的加工方法，可以在使用液壓式管端加厚機(jī)的條件下， 得到理想的鉆桿加厚端尺寸，從而大大提高鉆桿管體的抗疲勞壽命，并有效地 避免了刺穿事故的發(fā)生，同時(shí)在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上使產(chǎn)品的生產(chǎn)效率有了明顯 提高。由此所生產(chǎn)的鉆桿特別適用于目前深井、超深井、定向井、水平井、大 斜度井等高難度井的鉆探施工。
權(quán)利要求
1.鉆桿管端加厚的加工方法，采用的加厚設(shè)備為液壓式管端加厚機(jī)，其特征在于，包括如下步驟，根據(jù)增厚比的不同，采用三次加熱兩次加厚步驟或四次加熱三次加厚步驟，其中，前兩次加熱分別是在兩臺(tái)加熱爐上順序進(jìn)行的，第一次加熱為預(yù)加熱，其加熱長(zhǎng)度至少為550mm，加熱溫度為1000～1100℃；第二次加熱的加熱長(zhǎng)度至少為500mm，加熱溫度為1100～1250℃；在所述的三次加熱兩次加厚步驟中，前兩次加熱完成后，首先進(jìn)行內(nèi)加厚，再進(jìn)行第三次加熱，最后進(jìn)行外加厚；在所述的四次加熱三次加厚步驟中，前兩次加熱完成后，首先進(jìn)行外加厚，再進(jìn)行第三次加熱，然后進(jìn)行第一次內(nèi)加厚，再進(jìn)行第四次加熱，最后進(jìn)行第二次內(nèi)加厚。
2. 如權(quán)利要求1所述的鉆桿管端內(nèi)外加厚的制造方法，其特征在于，增厚比 tou/t〈4.10時(shí)，釆用兩次加厚，增厚比tou/t >4. 10,則采用3次加厚， 其中tou= ( Dou-dou ) /2， t= (D-d) /2，tou是加厚端壁厚，t是管體壁厚，D為管體外徑，d為管體內(nèi)徑，Dou是 加厚端部外徑，dou是加厚端部?jī)?nèi)徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉆桿管端加厚的加工方法，采用的加厚設(shè)備為液壓式管端加厚機(jī)，根據(jù)增厚比的不同，采用三次加熱兩次加厚步驟或四次加熱三次加厚步驟，其中，前兩次加熱分別是在兩臺(tái)加熱爐上順序進(jìn)行的，并且每次加厚均避免內(nèi)加厚和外加厚的同時(shí)進(jìn)行。采用本發(fā)明所揭示的加工方法，可以在使用液壓式管端加厚機(jī)的條件下，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且在加工過(guò)程中最大限度地減小失穩(wěn)現(xiàn)象現(xiàn)象的發(fā)生，確保內(nèi)加厚過(guò)渡區(qū)的平滑過(guò)渡及足夠大的R半徑，從而提高鉆桿管體的抗疲勞壽命，有效地避免刺穿事故的發(fā)生。
文檔編號(hào)B21K21/00GK101332485SQ20081013859
公開日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者于海超, 國(guó)煥然, 張?jiān)迫? 徐天兵, 梁永強(qiáng), 王洪兵, 黎新春 申請(qǐng)人:山東墨龍石油機(jī)械股份有限公司