專利名稱：：雙鋼沖擊鉆桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明主要涉及一種鉆桿及其制造方法，其中鉆桿例如為用于沖擊鉆探的鉆桿。特別地，本發(fā)明涉及一種雙鋼沖擊鉆桿。
背景技術(shù)：
：鉆桿為本領(lǐng)域所公知，其用于包括沖擊鉆探的鉆探作業(yè)中。在沖擊鉆探中，鉆桿及其它鉆探部件會(huì)受到與鉆探加工相關(guān)的高量級(jí)的沖擊、局部工作、及彎曲應(yīng)力。因此，在鉆桿的制造中會(huì)使用結(jié)構(gòu)鋼以經(jīng)受住相關(guān)的應(yīng)力。然而，這些結(jié)構(gòu)鋼可能包含例如鎳之類的昂貴的合金元素以獲得所期望的機(jī)械性能。過去所能得到的合金材料比較豐富，而如今合金材料的供給卻由于高需求而變得緊張。因此，合金元素的價(jià)格不斷上漲，導(dǎo)致制造例如鉆桿之類的鉆探部件的成本也不斷提高。這樣一來就給鉆探公司及制造商帶來了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種雙鋼沖擊鉆桿及其制造方法，其中可以使用高級(jí)結(jié)構(gòu)鋼來制造鉆桿的兩端中的至少一端，并可以使用低價(jià)鋼來制造該鉆桿的中段。這種結(jié)構(gòu)可以在不損害鉆桿的總性能或期望壽命的情況下，減少與鉆桿及其制造有關(guān)的成本。為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的上述及其它優(yōu)點(diǎn)和特征，以下將通過參考在所附附圖中示出的本發(fā)明的具體實(shí)施例來提供更加詳細(xì)的說明。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，這些附圖僅對(duì)典型的示例進(jìn)行描述，因此其并不限制所披露內(nèi)容的范圍。以下將通過利用附圖并結(jié)合附加的特征及細(xì)節(jié)對(duì)示例進(jìn)行說明及解釋。在附圖中圖1示出了根據(jù)一個(gè)示例的鉆桿的側(cè)視圖；圖2示出了圖1中的鉆桿的第一端部；圖3示出了圖1中的鉆桿的第二端部；圖4示出了圖1中的鉆桿的中部；以及圖5示出了根據(jù)一個(gè)示例的鉆桿。圖6示出了鉆桿的一部分的硬度曲線，該鉆桿包括位于第一端部與中部之間的連接部。具體實(shí)施例方式在此提供一種雙鋼沖擊鉆桿及其制造方法，其中可以使用高級(jí)結(jié)構(gòu)鋼來制造鉆桿的兩端中的至少一端，并可以使用低價(jià)鋼來制造該鉆桿的中段。這種結(jié)構(gòu)可以在不損害鉆桿的總性能或期望壽命的情況下，減少與鉆桿及其制造有關(guān)的成本。在以下的詳細(xì)說明中，將參考構(gòu)成本說明書的一部分的附圖，該附圖示出了可進(jìn)行實(shí)踐的具體示例。應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離所披露內(nèi)容的范圍的情況下，可利用其它的示例，并可進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改變。在包括已知的頂錘式?jīng)_擊鉆探的沖擊鉆探中，鉆桿會(huì)受到高量級(jí)的沖擊、彎曲、和/或局部工作應(yīng)力。為了能經(jīng)受住與鉆探加工有關(guān)的應(yīng)力，可以使用高級(jí)結(jié)構(gòu)鋼來制造沖擊鉆桿。這些結(jié)構(gòu)鋼能夠通過使用例如鎳之類的合金元素而獲得期望的強(qiáng)度及其它機(jī)械性能。例如，近來在許多頂部執(zhí)行鉆桿(top-performingdrillrod)中使用EN27號(hào)鋼，該EN27號(hào)鋼通常含有重量比為2.5-3.0%的鎳，并熱處理為回火馬氏體結(jié)構(gòu)。先前的合金材料可較隨意地獲取，而隨著需求的增加導(dǎo)致這些合金材料的價(jià)格不斷上漲。這樣給鉆桿制造商及鉆探公司帶來了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。在此提出的鉆桿及其制造方法可提供一種低成本的選擇，其不完全使用昂貴的合金鋼來制造鉆桿。在鉆桿中，許多常見損壞出現(xiàn)在端部，在鉆桿的端部上的局部工作應(yīng)力的大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沿鉆桿的中部作用的應(yīng)力。這些應(yīng)力可包括與使用鉆機(jī)(rig)或其它驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)該桿有關(guān)的應(yīng)力，以及與鉆頭在工作時(shí)有關(guān)的應(yīng)力。因此，鉆桿的壽命可以由端部的強(qiáng)度決定。然而，鉆桿中部的尺寸可能包括鉆桿總體的大部分。從而，由于使用昂貴且高級(jí)的結(jié)構(gòu)鋼用于整個(gè)鉆桿，導(dǎo)致鉆桿的成本可能顯著增加。因此，即使鉆桿的中部受到的沖擊和彎曲應(yīng)力可能低于端部受到的沖擊和彎曲應(yīng)力，但至少部分地由于效率低地將昂貴的高級(jí)結(jié)構(gòu)鋼用于整個(gè)鉆桿，從而使鉆桿的成本變高。通過以能夠經(jīng)受中部的沖擊及彎曲負(fù)荷的低成本鋼來代替鉆桿的中部的至少一部分，同時(shí)保持使用更高級(jí)的結(jié)構(gòu)鋼用于局部工作應(yīng)力最大的端部，這樣下述的鉆桿及其制造方法能夠在不損害鉆桿的性能或壽命的情況下，減少鉆桿的成本?，F(xiàn)參考圖l，其示出了根據(jù)一個(gè)示例的鉆桿100的側(cè)視圖。在所示的示例中，鉆桿100包括第一端部110、第二端部120、及中部130。第一連接部102將第一端部110結(jié)合至中部130。第二連接部104將第二端部120結(jié)合至中部130。在所示出的實(shí)施例中，鉆桿100具有鉆頭端106(即，鉆桿100的、最靠近鉆頭或底部或待鉆孔的一端)及鉆機(jī)端108(g卩，最靠近與鉆桿100連接的鉆機(jī)的一端)。為了便于參考，在以下詳述各個(gè)部件的不同部分時(shí)也將使用鉆頭端及鉆機(jī)端。鉆桿100的外徑可為圓柱形或六邊形?？蛇x擇地，鉆桿100的外徑可根據(jù)任意所期望的鉆桿形狀而成形。鉆桿100可包括限定于其中的沖洗孔(flushinghole)140，該沖洗孔140可達(dá)到鉆桿100的整個(gè)長(zhǎng)度，并能在鉆探過程中運(yùn)送沖洗介質(zhì)。沖洗孔140的形狀及尺寸可為連續(xù)的，或可沿鉆桿100的長(zhǎng)度改變。第一端部110及第二端部120可以由能夠承受鉆桿100的端部所受到的局部工作應(yīng)力的任意高級(jí)結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)造。例如，可以使用EN27號(hào)鋼和/或高鎳鉻鉬鋼。在一個(gè)示例中，在第一端部110和/或第二端部120結(jié)合至中部130之后，鉆桿100可經(jīng)歷用于端部110及120的鋼的滲碳期。在其它示例中，第一端部110及第二端部120可在連接至中部130之前預(yù)硬化(hardening)。第一端部110及第二端部120同樣可以在連接至中部之后經(jīng)受局部硬化，例如，高頻感應(yīng)硬化。第一端部110及第二端部120的長(zhǎng)度可小于中部130的長(zhǎng)度。這樣，中部130能夠代表鉆桿100總體的大部分。由于中部130可以包括鉆桿100總體的大部分，同時(shí)，并不承受與鉆桿100的端部110及120所承受的應(yīng)力相同的應(yīng)力，因此，能夠有益地使用比用于端部110及120的鋼的成本更低的鋼來構(gòu)造中部130。由此，能夠在不使用與許多高級(jí)結(jié)構(gòu)鋼所用的合金元素相同的昂貴合金元素，或不使用與許多高級(jí)結(jié)構(gòu)鋼所用的合金元素量相同的昂貴合金元素的情況下，制造用于中部鋼的鋼。因此，與具有類似機(jī)械性能、以單一的鋼制造的鉆桿相比，該鉆桿能夠以較低的總體成本制造。能夠承受中部應(yīng)力的一種低成本鋼的示例為貝氏體鋼。盡管貝氏體鋼的性能可能比不上以上討論的高級(jí)結(jié)構(gòu)鋼的性能，但商品級(jí)的貝氏體鋼能夠制造為具有足夠的強(qiáng)度以承受沖擊鉆桿的中部所經(jīng)受的沖擊和彎曲應(yīng)力，且成本比更高級(jí)的結(jié)構(gòu)鋼低。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可以包括使用具有以下含量的貝氏體鋼來制造鉆桿100的中部130:<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>類似地，還可以使用另外的貝氏體鋼或部分貝氏體鋼來制造中部130。此外，還可以使用任何能夠承受住鉆桿100的中部130所經(jīng)受的應(yīng)力、且成本比承受住端部IIO及120所經(jīng)受的應(yīng)力所需的鋼的成本更低的鋼。在所披露的一個(gè)實(shí)施例中，用作中部的鋼可以易于焊接至EN27號(hào)鋼。在鉆桿的滲碳期過程中，用作中部的鋼的顆粒尺寸可以不顯著地增加。在一個(gè)操作(implementation)中，鉆桿在滲碳期后通過強(qiáng)迫風(fēng)冷而冷卻，在此之后，用作中部的鋼的微觀結(jié)構(gòu)應(yīng)主要為貝氏體，而非馬氏體。在另外的操作中，滲碳期后的中部的滲碳層中的高碳含量(含量百分比大于0.5%)不會(huì)引起非常有害的結(jié)果，例如疲勞強(qiáng)度減小或脆性增加等。此外，中部的滲碳層深度可以等于或接近端部的滲碳層深度。在一個(gè)示例中，鉆桿的硬度曲線基本上為跨過位于中部與端部之間的連接部對(duì)稱。在另外的操作中，通過為中部使用低成本鋼而節(jié)省下來的成本可用于改善用作端部的鋼，從而在仍可減少鉆桿的整體成本的同時(shí)，還可提高鉆桿的總體性能和強(qiáng)度。繼續(xù)參考圖l，并參考圖2，圖2示出了鉆桿100的第一端部110。第一端部110位于鉆桿100的鉆頭端106處。鉆桿100的第一端部110能夠構(gòu)造為與另外的鉆桿或例如鉆頭之類的其它鉆探部件連接。特別地，在一個(gè)示例中，第一端部110的鉆頭端112能夠被構(gòu)造為將第一端部110與另外的鉆桿及其它鉆探部件連接。例如，鉆頭端112可構(gòu)造為和/或包括凸形接合部位，該凸形接合部位構(gòu)造為與相關(guān)的鉆探部件中的凹形接合部位連接。第一端部110的鉆頭端112同樣可選擇地包括有外螺紋，以便于與相關(guān)的鉆桿或其它鉆探部件的內(nèi)螺紋連接或連通。第一端部iio也可具有可便于與另外的鉆桿或其它鉆探部件連接的其它任意的外部造型，如星形、齒形、六角形等。第一端部110，特別是鉆機(jī)端114，構(gòu)造為連接于鉆桿100的中部130。在一個(gè)實(shí)施例中，第一端部110可以使用摩擦焊接工藝連接于中部130。然而，在不脫離本發(fā)明的目的或范圍的情況下，可使用其它的處理來將第一端部IIO連接于中部130。繼續(xù)參考圖1，并參考圖3，圖3示出了鉆桿100的第二端部120。在所示出的實(shí)施例中，第二端部120位于鉆桿100的鉆機(jī)端108處。第二端部120同樣能夠構(gòu)造為與另外的鉆桿或其它鉆探部件連接。在一個(gè)實(shí)施例中，第二端部120的鉆機(jī)端122能夠構(gòu)造為與其它鉆桿和/或部件連接。例如，鉆機(jī)端122可包括限定于其中的凹槽124。該凹槽124能夠成形為內(nèi)螺紋接頭，并構(gòu)造為容納另外的鉆桿或其它鉆探部件的相應(yīng)的外螺紋接頭。在另外的實(shí)施例中，第二端部120的鉆機(jī)端122還可包括內(nèi)螺紋，以便于與另一鉆桿或其它鉆探部件的外螺紋連通。第二端部120可選擇性地以任意便于與另外的鉆桿或其它鉆探部件連接的方式成形，例如成形為星形、齒形、六角形等。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)鉆桿100能夠連接在一起以形成鉆柱，其中，第一端部110與第二端部120連接。鉆柱的一端還能夠連接于鉆機(jī)，另一端連接于鉆頭。第二端部120的鉆頭端126構(gòu)造為連接于鉆桿100的中部130。在一個(gè)實(shí)施例中，第二端部120可以使用摩擦焊接工藝連接于中部130。然而，也可使用期望的另外的加工將第一端部IIO連接于中部130。繼續(xù)參考圖l，并參考圖4，圖4示出了鉆桿100的中部130。在所示出的實(shí)施例中，中部130能夠在連接部102處連接于第一端部110，并在連接部104處連接于第二端部120。在一個(gè)實(shí)施例中，中部130的外徑可以等于第一端部110及第二端部120的外徑。在選擇性的實(shí)施例中，中部130的外徑可以大于或小于第一端部IIO及第二端部120的外徑?，F(xiàn)參考圖5所示的鉆桿200，其中，第一端部210及第二端部220均包括和/或構(gòu)造為外螺紋接頭以與另外的鉆桿或鉆探部件的內(nèi)螺紋接頭連接。同樣地，雖然圖1及圖5示出了擰接鉆桿(extensionrod)，但本發(fā)明可應(yīng)用于制造任意鉆桿或本領(lǐng)域所公知的其它鉆探部件。例如，本發(fā)明可應(yīng)用于制造錐桿、隧道桿(tunnelingrod)、柄轉(zhuǎn)接器(shankadaptors)等。現(xiàn)參考圖6，其示出了本發(fā)明的鉆桿的兩種硬度曲線，每一硬度曲線均以中部與第一端部或第二端部之間的連接部為中心。第一硬度曲線(由實(shí)線所示)表示中部焊接至第一端部或第二端部之后鉆桿的硬度。第二硬度曲線(由虛線所示)表示在滲碳及回火后鉆桿的硬度。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的鉆桿在連接部的兩側(cè)能夠獲得基本上對(duì)稱的硬度曲線。因此，鉆桿能避免硬度從一個(gè)部分到下一個(gè)部分的實(shí)質(zhì)性增加或降低，從而避免了連接部出現(xiàn)弱點(diǎn)或斷點(diǎn)。在一個(gè)示例中，根據(jù)洛氏硬度C級(jí)(HRC)，中部的硬度在第一端部或第二端部的硬度的兩點(diǎn)之內(nèi)。在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思及基本特征的情況下，本發(fā)明可以實(shí)施為其它具體形式。所描述的示例應(yīng)被理解為示例性的而非限制性的。因此，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書加以說明，而并非由前述的說明書加以說明。在等同于權(quán)利要求書的含義及范圍內(nèi)的所有改變都應(yīng)包含在該權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種鉆桿，包括第一端部；中部，其中，該第一端部與該中部連接，且該第一端部使用與該中部所使用的鋼不同的鋼制造。2.如權(quán)利要求1所述的鉆桿，其中，該第一端部為鉆頭端。3.如權(quán)利要求1所述的鉆桿，其中，該第一端部為鉆機(jī)端。4.如權(quán)利要求1所述的鉆桿，還包括第二端部，該第二端部由與該中部的材料不同的材料制成。5.如權(quán)利要求1所述的鉆桿，其中，該中部使用貝氏體鋼或部分貝氏體鋼制造，且該第一端部由高級(jí)結(jié)構(gòu)鋼組成。6.如權(quán)利要求5所述的鉆桿，其中，該高級(jí)結(jié)構(gòu)鋼包含重量百分比大于等于1%的鎳。7.如權(quán)利要求6所述的鉆桿，其中，該高級(jí)結(jié)構(gòu)鋼為EN27號(hào)鋼。8.如權(quán)利要求1所述的鉆桿，其中，用于該中部的鋼包含重量百分比小于等于0.1%的鎳。9.如權(quán)利要求8所述的鉆桿，其中，用于該中部的鋼包含重量百分比小于等于0.22。％的碳。10.如權(quán)利要求5所述的鉆桿，其中，用作該中部的鋼包含重量百分比為0.16%-0.22%的碳；重量百分比為1.1%-1.4%的硅；重量百分比為1.9%-2.3%的錳；重量百分比為0.8%-1.1%的鉻；重量百分比為0.25%-0.35%的鉬；重量百分比小于等于0.02%的磷；重量百分比小于等于0.02%的硫；及重量百分比小于等于0.2%的銅。11.一種鉆桿的制造方法，該制造方法包括以下步驟使用高級(jí)結(jié)構(gòu)鋼制造該鉆桿的第一端部；使用至少部分貝氏體鋼制造該鉆桿的中部；及使該第一端部與該中部結(jié)合在一起。12.如權(quán)利要求ll所述的方法，其中，該鉆桿經(jīng)歷滲碳期。13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，該滲碳期在該第一端部結(jié)合至該中部之后發(fā)生。14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，該第一端部在結(jié)合至該中部之前被預(yù)硬化。15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，該第一端部在結(jié)合至該中部之后經(jīng)受局部硬化。16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，該局部硬化包括高頻感應(yīng)硬化。17.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括制造該鉆桿的第二端部以使該第二端部位于該鉆桿的鉆機(jī)端的步驟，其中，該第二端部由高級(jí)結(jié)構(gòu)鋼制成。18.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括使用摩擦焊接工藝將該第一端部結(jié)合至該中部的步驟。全文摘要雙鋼沖擊鉆桿及其制造方法，其中可以在鉆桿的兩個(gè)端部使用高級(jí)結(jié)構(gòu)鋼，同時(shí)使用低成本鋼來制造鉆桿的中部。這種結(jié)構(gòu)可以在不損害鉆桿的總性能或期望壽命的情況下，減少與鉆桿及其制造有關(guān)的成本。文檔編號(hào)E21B17/00GK101566048SQ20081021443公開日2009年10月28日申請(qǐng)日期2008年8月26日優(yōu)先權(quán)日2008年4月23日發(fā)明者京姚申請(qǐng)人:長(zhǎng)年Tm公司