CN111589890A - 一种钻杆连接部的缩管工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钻杆连接部的缩管工艺，所述工艺包括将钢管和外径成型模具组装，之后进行冷挤压，得到所述钻杆；其中，所述冷挤压中钢管的口径收缩量为0.8‑1.2mm。本发明中通过，对缩管工艺中模具及冷挤压参数的设计，解决了由于原材料公差尺寸导致的公螺纹加工壁厚偏差问题，从而实现在有限的壁厚空间内，加工出壁厚均匀的钻杆螺纹，降低了对原材料公差尺寸的严控要求，降低原材料成本，保证产成品的成品率。
Description
技术领域
本发明涉及钻杆领域，具体涉及一种钻杆连接部的缩管工艺。
背景技术
目前，地质勘探的垂直钻进或煤层气施工的水平钻进中，钻杆都是作为施工的重要的扭矩传递和钻进进尺的重要组件，如如CN204152450U公开了了一种全开式安全接头，包括公接头和母接头，所述公接头，包括管体I和外螺纹接头，外螺纹接头部分从内到外依次设有肩台面I，抗应力消减槽I，三角形螺纹I，等腰梯形螺纹I，斜梯形螺纹I和接近区I；所述母接头，包括管体II和内螺纹接头，内螺纹接头部分从内到外依次设有肩台面II，抗应力消减槽II，三角形螺纹II，等腰梯形螺纹II，三角形螺纹III和接近区II。本实用新型充分考虑了金属变形量的因素，使用安全可靠，安装及拆装迅速，配合使螺纹的极限抗扭力矩最高可以达到55000N·m。CN203476222U公开了一种钻杆和钻孔系统。该钻杆为无缝的管状结构；管状结构两端的管壁厚度大于中部的管壁厚度；钻杆一端设有外扣梯形螺纹，其另一端设有内扣梯形螺纹。钻孔系统，包括钻机、钻杆组件和钻头；钻杆组件由多个上述钻杆串联，相邻两个钻杆的连接方式为外扣梯形螺纹连接内扣梯形螺纹；钻机的钻机轴与钻杆组件的内扣梯形螺纹端相连接，钻杆组件的外扣梯形螺纹端与钻头相连。该钻杆采用无缝的管状结构，避免在加工的过程中在接缝处造成损坏，梯形螺纹能够增加钻杆两端的壁厚，以增加强度，防止在对钻杆加工的过程中造成损伤，且防止了在钻孔过程中由于钻杆受压和环境压力的情况下钻杆扭曲、变形。其牙型窄而浅，且公母螺纹齿顶表面为过盈配合，齿面咬合较为紧密，拧卸过程中容易引起粘扣现象，卸扣后容易在螺纹表面产生划痕划伤或导致拧卸不开。
钻杆两端的螺纹结构形式直接关系到钻杆的连接强度及使用寿命。根据施工钻进的特点，该类钻杆是在壁厚为5-6mm的薄壁无缝钢管两端直接机加工1mm左右深度的特殊梯形螺纹。由于无缝钢管的轧制工艺不同，使钻杆原材料的壁厚和内外孔径明显都有不同程度的尺寸差异和偏心，导致公螺纹加工时的有效壁厚减损明显，致使螺纹强度减弱，最终易使钻杆螺纹处发生断裂事故。同时传统的该类薄壁钻杆加工，主要是通过高成本的材料投入，约束钢管原材料供应厂家的尺寸公差，将其壁厚公差控制在±8％以内，然后在后期的加工中通过严格的筛选，才能挑选出合格的产成品。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种钻杆连接部的缩管工艺，以解决由于原材料公差尺寸导致的公螺纹加工壁厚偏差问题，从而实现在有限的壁厚空间内，加工出壁厚均匀的钻杆螺纹，降低了对原材料公差尺寸的严控要求，降低原材料成本，保证产成品的成品率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种钻杆连接部的缩管工艺，所述工艺包括将钢管和外径成型模具组装，之后进行冷挤压，得到所述钻杆；其中，所述冷挤压中钢管的口径收缩量为0.8-1.2mm。
本发明中通过，对缩管工艺中模具及冷挤压参数的设计，解决了由于原材料公差尺寸导致的公螺纹加工壁厚偏差问题，从而实现在有限的壁厚空间内，加工出壁厚均匀的钻杆螺纹，降低了对原材料公差尺寸的严控要求，降低原材料成本，保证产成品的成品率。进一步地，冷挤压中钢管的口径收缩量过大或过小都会导致管材内部结构金相组织发生变形，一致达不到设计尺寸要求，螺纹强度会减弱。
本发明中，所述冷挤压中钢管的口径收缩量为0.8-1.2mm，例如可以是0.8mm、0.85mm、0.9mm、0.95mm、1mm、1.05mm、1.1mm、1.15mm或1.2mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述钢管为无缝钢管。
作为本发明优选的技术方案，所述外径成型模具包括基体和硬质合金套。
优选地，所述硬质合金套和所述基体配合安装。
作为本发明优选的技术方案，所述基体为环形台阶结构。
优选地，所述基体依次设置有第一环形凹台阶和第二环形凹台阶。
优选地，所述第二环形凹台阶的内径和所述钢管的外径相同。
优选地，所述硬质合金套设置于所述第二环形凹台阶的台阶面上。
作为本发明优选的技术方案，所述第一环形凹台阶的内径和所述硬质合金套的外径相同。
优选地，所述基体的内径与所述硬质合金套的内径的差值为0.8-1.2mm，例如可以是0.8mm、0.82mm、0.84mm、0.86mm、0.88mm、0.9mm、0.92mm、0.94mm、0.96mm、0.98mm、1mm、1.05mm、1.1mm、1.15mm或1.2mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。例如，基体的内径与所述硬质合金套的内径的差值为1mm时，是指所述基体的内径的值减去所述硬质合金套的内径的值为1mm。
本发明中，通过模具的设计(所述基体的内径与所述硬质合金套的内径的差值)实现了对冷挤压过程中收缩量的控制。
作为本发明优选的技术方案，所述硬质合金套沿中心线方向的厚度为20-25mm，例如可以是20mm、21mm、22mm、23mm、24mm或25mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述硬质合金套内壁的一端设有斜面。
优选地，所述斜面与硬质合金套中心线的夹角为25-30°，例如可以是25°、26°、27°、28°、29°或30°等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述斜面沿所述硬质合金套中心线方向的厚度为3-5mm，例如可以是3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或5mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述冷挤压中的挤压力为500-800kN，例如可以是500kN、550kN、600kN、650kN、700kN、750kN或800kN等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述冷挤压中的挤压行程为40-45mm，例如可以是40mm、41mm、42mm、43mm、44mm或45mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述工艺包括将钢管和外径成型模具组装，之后进行冷挤压，得到所述钻杆；其中，所述冷挤压中钢管的口径收缩量为0.8-1.2mm；
其中，所述钢管为无缝钢管；所述外径成型模具包括基体和硬质合金套；所述硬质合金套和所述基体配合安装；所述基体为环形台阶结构；所述基体依次设置有第一环形凹台阶和第二环形凹台阶；所述第二环形凹台阶的内径和所述钢管的外径相同；所述硬质合金套设置于所述第二环形凹台阶的台阶面上；所述第一环形凹台阶的内径和所述硬质合金套的外径相同；所述基体的内径与所述硬质合金套的内径的差值为0.8-1.2mm；所述硬质合金套沿中心线方向的厚度为20-25mm；所述硬质合金套内壁的一端设有斜面；所述斜面与硬质合金套中心线的夹角为25-30°；所述斜面沿所述硬质合金套中心线方向的厚度为3-5mm；所述冷挤压中的挤压力为500-800kN；所述冷挤压中的挤压行程为40-45mm。
本发明中，所述外径成型模具的表面还设有凹槽，所述凹槽用于将外径成型模具固定于冷挤压设备中。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明中，通过对缩管工艺中模具及冷挤压参数的设计，解决了由于原材料公差尺寸导致的公螺纹加工壁厚偏差问题，从而实现在有限的壁厚空间内，加工出壁厚均匀的钻杆螺纹，降低了对原材料公差尺寸的严控要求，降低原材料成本，保证产成品的成品率，成品率高达97％以上。
附图说明
图1是本发明实施例1中外径成型模具中基体的示意图；
图2是本发明实施例1中外径成型模具中硬质合金套的示意图；
图3是本发明实施例1中外径成型模具的组装示意图。
图中：1-第一环形凹台阶，1.1-第一环形凹台阶的台阶面，1.2-第一环形凹台阶的侧面，2-第二环形凹台阶，2.1第二环形凹台阶的台阶面，2.2-第二环形凹台阶的侧面，3-基体，4-硬质合金套。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种钻杆连接部的缩管工艺，所述工艺包括将钢管和外径成型模具组装，之后进行冷挤压，得到所述钻杆；其中，所述冷挤压中钢管的口径收缩量为1mm；所述外径成型模具如图1、2和3所示；
其中，所述钢管为无缝钢管(ZT640)；所述外径成型模具包括基体(45钢)和硬质合金套(YG8)；所述硬质合金套和所述基体配合安装；所述基体为环形台阶结构；所述基体依次设置有第一环形凹台阶和第二环形凹台阶；所述第二环形凹台阶的内径和所述钢管的外径相同；所述硬质合金套设置于所述第二环形凹台阶的台阶面上；所述第一环形凹台阶的内径和所述硬质合金套的外径相同；所述基体的内径与所述硬质合金套的内径的差值为1mm；所述硬质合金套沿中心线方向的厚度为20mm；所述硬质合金套内壁的一端设有斜面；所述斜面与硬质合金套中心线的夹角为27°；所述斜面沿所述硬质合金套中心线方向的厚度为3mm；所述冷挤压中的挤压力为500kN；所述冷挤压中的挤压行程为40mm。
所得钻杆可以能加工出壁厚均匀的螺纹，够保证螺纹根部的最小壁厚，壁厚偏差可控制在0.3mm以内。
实施例2
本实施例提供一种钻杆连接部的缩管工艺，所述工艺包括将钢管和外径成型模具组装，之后进行冷挤压，得到所述钻杆；其中，所述冷挤压中钢管的口径收缩量为0.8mm。
其中，所述钢管为无缝钢管(ZT750)；所述外径成型模具包括基体(45钢)和硬质合金套(YG8)；所述硬质合金套和所述基体配合安装；所述基体为环形台阶结构；所述基体依次设置有第一环形凹台阶和第二环形凹台阶；所述第二环形凹台阶的内径和所述钢管的外径相同；所述硬质合金套设置于所述第二环形凹台阶的台阶面上；所述第一环形凹台阶的内径和所述硬质合金套的外径相同；所述基体的内径与所述硬质合金套的内径的差值为0.8mm；所述硬质合金套沿中心线方向的厚度为22mm；所述硬质合金套内壁的一端设有斜面；所述斜面与硬质合金套中心线的夹角为25°；所述斜面沿所述硬质合金套中心线方向的厚度为5mm；所述冷挤压中的挤压力为700kN；所述冷挤压中的挤压行程为45mm。
所得钻杆可以能加工出壁厚均匀的螺纹，够保证螺纹根部的最小壁厚，壁厚偏差可控制在0.35mm以内。
实施例3
本实施例提供一种钻杆连接部的缩管工艺，所述工艺包括将钢管和外径成型模具组装，之后进行冷挤压，得到所述钻杆；其中，所述冷挤压中钢管的口径收缩量为1.2mm。
其中，所述钢管为无缝钢管(ZT850)；所述外径成型模具包括基体(45钢)和硬质合金套(YG8)；所述硬质合金套和所述基体配合安装；所述基体为环形台阶结构；所述基体依次设置有第一环形凹台阶和第二环形凹台阶；所述第二环形凹台阶的内径和所述钢管的外径相同；所述硬质合金套设置于所述第二环形凹台阶的台阶面上；所述第一环形凹台阶的内径和所述硬质合金套的外径相同；所述基体的内径与所述硬质合金套的内径的差值为1.2mm；所述硬质合金套沿中心线方向的厚度为25mm；所述硬质合金套内壁的一端设有斜面；所述斜面与硬质合金套中心线的夹角为30°；所述斜面沿所述硬质合金套中心线方向的厚度为4mm；所述冷挤压中的挤压力为800kN；所述冷挤压中的挤压行程为43mm。
所得钻杆可以能加工出壁厚均匀的螺纹，够保证螺纹根部的最小壁厚，壁厚偏差可控制在0.25mm以内。
实施例4
本实施例提供一种钻杆连接部的缩管工艺，所述工艺包括将钢管和外径成型模具组装，之后进行冷挤压，得到所述钻杆；其中，所述冷挤压中钢管的口径收缩量为0.87mm。
其中，所述钢管为无缝钢管(ZT950)；所述外径成型模具包括基体(45钢)和硬质合金套(YG8)；所述硬质合金套和所述基体配合安装；所述基体为环形台阶结构；所述基体依次设置有第一环形凹台阶和第二环形凹台阶；所述第二环形凹台阶的内径和所述钢管的外径相同；所述硬质合金套设置于所述第二环形凹台阶的台阶面上；所述第一环形凹台阶的内径和所述硬质合金套的外径相同；所述基体的内径与所述硬质合金套的内径的差值为0.87mm；所述硬质合金套沿中心线方向的厚度为23mm；所述硬质合金套内壁的一端设有斜面；所述斜面与硬质合金套中心线的夹角为28°；所述斜面沿所述硬质合金套中心线方向的厚度为4.4mm；所述冷挤压中的挤压力为750kN；所述冷挤压中的挤压行程为41mm。
所得钻杆可以能加工出壁厚均匀的螺纹，够保证螺纹根部的最小壁厚，壁厚偏差可控制在0.3mm以内。
对比例1
与实施例1的区别仅在于所述冷挤压中钢管的口径收缩量为0.5mm，即所述基体的内径与所述硬质合金套的内径的差值为0.5mm；所得钻杆壁厚尺寸公差较大，达不到设计尺寸要求，螺纹强度减弱。
对比例2
与实施例1的区别仅在于所述冷挤压中钢管的口径收缩量为2mm，即所述基体的内径与所述硬质合金套的内径的差值为2mm。由于是冷挤压变形，口径收缩量过大，造成材料内部金相组织变形，影响材料基体强度，使螺纹强度减弱。
本发明中，上述实施例和对比例中无缝钢管的选取依据(GB/T 16950-2014)地质岩心钻探钻具进行选取。
通过上述实施例和对比例可知，对缩管工艺中模具及冷挤压参数的设计，解决了由于原材料公差尺寸导致的公螺纹加工壁厚偏差问题，从而实现在有限的壁厚空间内，加工出壁厚均匀的钻杆螺纹，降低了对原材料公差尺寸的严控要求，降低原材料成本，保证产成品的成品率，成品率高达97％以上。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种钻杆连接部的缩管工艺，其特征在于，所述工艺包括将钢管和外径成型模具组装，之后进行冷挤压，得到所述钻杆；其中，所述冷挤压中钢管的口径收缩量为0.8-1.2mm。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述钢管为无缝钢管。
3.如权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述外径成型模具包括基体和硬质合金套；
优选地，所述硬质合金套和所述基体配合安装。
4.如权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述基体为环形台阶结构；
优选地，所述基体依次设置有第一环形凹台阶和第二环形凹台阶；
优选地，所述第二环形凹台阶的内径和所述钢管的外径相同；
优选地，所述硬质合金套设置于所述第二环形凹台阶的台阶面上。
5.如权利要求3或4所述的工艺，其特征在于，所述第一环形凹台阶的内径和所述硬质合金套的外径相同；
优选地，所述基体的内径与所述硬质合金套的内径的差值为0.8-1.2mm。
6.如权利要求3-5任一项所述的工艺，其特征在于，所述硬质合金套沿中心线方向的厚度为20-25mm。
7.如权利要求3-6任一项所述的工艺，其特征在于，所述硬质合金套内壁的一端设有斜面；
优选地，所述斜面与硬质合金套中心线的夹角为25-30°；
优选地，所述斜面沿所述硬质合金套中心线方向的厚度为3-5mm。
8.如权利要求1-7任一项所述的工艺，其特征在于，所述冷挤压中的挤压力为500-800kN。
9.如权利要求1-8任一项所述的工艺，其特征在于，所述冷挤压中的挤压行程为40-45mm。
10.如权利要求1-9任一项所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括将钢管和外径成型模具组装，之后进行冷挤压，得到所述钻杆；其中，所述冷挤压中钢管的口径收缩量为0.8-1.2mm；
其中，所述钢管为无缝钢管；所述外径成型模具包括基体和硬质合金套；所述硬质合金套和所述基体配合安装；所述基体为环形台阶结构；所述基体依次设置有第一环形凹台阶和第二环形凹台阶；所述第二环形凹台阶的内径和所述钢管的外径相同；所述硬质合金套设置于所述第二环形凹台阶的台阶面上；所述第一环形凹台阶的内径和所述硬质合金套的外径相同；所述基体的内径与所述硬质合金套的内径的差值为0.8-1.2mm；所述硬质合金套沿中心线方向的厚度为20-25mm；所述硬质合金套内壁的一端设有斜面；所述斜面与硬质合金套中心线的夹角为25-30°；所述斜面沿所述硬质合金套中心线方向的厚度为3-5mm；所述冷挤压中的挤压力为500-800kN；所述冷挤压中的挤压行程为40-45mm。
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