一種帶鋼接頭鈦合金鉆桿及其連接方法技術

本發明專利技術公開了一種帶鋼接頭鈦合金鉆桿及其連接方法。該帶鋼接頭鈦合金鉆桿包括鈦合金鉆桿管體、鋼制公接頭和鋼制母接頭，所述鈦合金管體兩個端部為鈦合金管體加厚端，所述鋼制公接頭一端為鋼鉆桿外螺紋，另一端為鋼制公接頭連接端，所述鋼制母接頭一端為鋼鉆桿內螺紋，另一端為鋼制母接頭連接端。采用本發明專利技術的鈦合金管體與鋼制接頭連接處抗扭強度、抗拉強度均大于鈦合金管體，產品具有比強度高、抗疲勞和耐腐蝕等優點，可解決復雜環境下油氣資源的勘探開發中鋼制鉆桿鉆井存在的鉆完井效率低、鉆桿腐蝕與疲勞失效、井下復雜時管柱安全強度余量儲備不足等問題。強度余量儲備不足等問題。強度余量儲備不足等問題。

【技術實現步驟摘要】
一種帶鋼接頭鈦合金鉆桿及其連接方法


[0001]本專利技術涉及石油天然氣勘探開發用的石油鉆桿，具體涉及一種鈦合金鉆桿，尤其是一種帶鋼接頭鈦合金鉆桿及其連接方法。

技術介紹

[0002]隨著全球對油氣資源需求的日益增加及鉆井技術水平的提升，油氣資源的勘探開發技術難度越來越大，深井、超深井，海洋深水井、短半徑水平井、高含硫化氫環境等復雜鉆井越來越多。對這類復雜環境下油氣資源的勘探開發，采用鋼制鉆桿鉆井逐漸暴露出鉆完井效率低、鉆機負荷高、鉆深能力有限、鉆桿腐蝕疲勞及應力腐蝕失效、井下復雜時管柱安全強度余量儲備不足等問題。因此，急需儲備開發新一代、高性能的鉆具材料技術。
[0003]目前大部分研究都是采用鈦合金管體與鈦合金接頭摩擦焊接的方式制造鈦合金鉆桿，采用這種方式制造鈦合金鉆桿在實際生產應用過程中面臨著一系列技術難題，包括鈦合金管體與接頭摩擦焊接性能不穩定技術難題、鈦合金接頭上卸扣夾緊抗咬傷技術難題、鈦合金螺紋防粘扣表面處理技術難題，鈦合金接頭敷焊耐磨帶技術難題等。

技術實現思路

[0004]本專利技術的目的在于提供一種帶鋼接頭鈦合金鉆桿及其連接方法，用于制備高抗扭、高強度、耐腐蝕、抗疲勞的鈦合金鉆桿，以解決復雜環境下油氣資源的勘探開發中鋼制鉆桿鉆井存在的鉆完井效率低、鉆桿腐蝕與疲勞失效、井下復雜時管柱安全強度余量儲備不足等問題。同時，解決現有摩擦焊接型鈦合金鉆桿存在的焊區性能不穩定，鈦合金接頭多次上卸扣易發生螺紋防粘扣，以及鈦合金接頭敷焊耐磨帶技術難題等。
[0005]本專利技術采用如下技術方案：一種帶鋼接頭鈦合金鉆桿，其特征在于，它包括鈦合金鉆桿管體、鋼制公接頭和鋼制母接頭，所述鈦合金管體兩個端部為鈦合金管體加厚端，所述鋼制公接頭一端為鋼鉆桿外螺紋，另一端為鋼制公接頭連接端，所述鋼制母接頭一端為鋼鉆桿內螺紋，另一端為鋼制母接頭連接端。
[0006]所述的帶鋼接頭鈦合金鉆桿，其特征在于，所述鈦合金管體加厚端加工細牙外螺紋和鈦合金管體加厚端內表面，所述細牙外螺紋由內向外依次包括細牙外螺紋第一圓柱面、細牙外螺紋表面、細牙外螺紋第二圓柱面、細牙外螺紋臺肩面。
[0007]所述的帶鋼接頭鈦合金鉆桿，其特征在于，所述細牙外螺紋和鈦合金管體加厚端內表面距細牙外螺紋臺肩面50～80mm的區域具有厚度為2～10μm的氧化鍍層。
[0008]所述的帶鋼接頭鈦合金鉆桿，其特征在于，所述鋼制公接頭連接端加工細牙內螺紋；所述細牙內螺紋由外向內依次包括細牙內螺紋外臺肩面、細牙內螺紋第一圓柱面、細牙內螺紋表面、細牙內螺紋第二圓柱面、細牙內螺紋臺肩面；所述鋼制母接頭連接端也加工有與鋼制公接頭連接端結構一致的細牙內螺紋。
[0009]一種如上所述的帶鋼接頭鈦合金鉆桿的連接方法，其特征在于，其具體方法步驟
包括：步驟一、所述鈦合金管體加厚端加工細牙外螺紋和鈦合金管體加厚端內表面，所述細牙外螺紋包括細牙外螺紋第一圓柱面、細牙外螺紋表面、細牙外螺紋第二圓柱面、細牙外螺紋臺肩面；步驟二、對細牙外螺紋和鈦合金管體加厚端內表面距細牙外螺紋臺肩面50～80mm的區域進行微弧氧化處理，氧化鍍層厚度2～10μm，起到腐蝕防護作用；步驟三、所述鋼制公接頭連接端加工細牙內螺紋，包括細牙內螺紋外臺肩面、細牙內螺紋第一圓柱面、細牙內螺紋表面、細牙內螺紋第二圓柱面、細牙內螺紋臺肩面；步驟四、對所述鋼制公接頭連接端外表面進行中頻感應加熱，加熱溫度300～500℃，保溫2min，使之均勻受熱膨脹；步驟五、鈦合金管體加厚端內表面區域進行內循環水冷卻，冷卻范圍從細牙外螺紋臺肩面開始超過150mm；步驟六、將受熱膨脹的細牙內螺紋與受內循環水冷卻的細牙外螺紋進行快速上扣裝配，裝配過程中內循環水冷卻不停止，確保細牙外螺紋與細牙內螺紋裝配接觸時不發生熱傳導而膨脹；步驟七、細牙外螺紋與細牙內螺紋過盈熱裝到位置之后，對連接部位外壁進行噴淋水冷卻，同時內循環水冷卻不停止；步驟八、細牙外螺紋與細牙內螺紋過盈熱裝到位置之后，冷卻至室溫狀態，對外臺肩接觸面和內臺肩接觸面施加耐溫密封劑，進一步加強腐蝕防護。
[0010]所述帶鋼接頭鈦合金鉆桿的連接方法，其特征在于，所述細牙內螺紋和細牙外螺紋螺紋類型相同，螺距范圍為3.17～6.35mm。
[0011]所述帶鋼接頭鈦合金鉆桿的連接方法，其特征在于，所述細牙內螺紋與細牙外螺紋徑向過盈0.05～0.8mm。
[0012]所述帶鋼接頭鈦合金鉆桿的連接方法，其特征在于，所述細牙外螺紋優選TT型細牙外螺紋，螺距P
w
為5.08mm，齒高h
w
為1.7mm，錐度T
w
為1:32。
[0013]所述帶鋼接頭鈦合金鉆桿的連接方法，其特征在于，所述細牙內螺紋優選TT型細牙內螺紋，螺距P
n
為5.08mm，齒高h
n
為1.9mm，錐度T
n
為1:32。
[0014]所述帶鋼接頭鈦合金鉆桿的連接方法，其特征在于，所述鋼制公接頭連接端和鋼制母接頭連接端的細牙內螺紋結構一致，兩者與鈦合金管體加厚端的細牙外螺紋連接工藝方法一致。
[0015]所述帶鋼接頭鈦合金鉆桿的連接方法，其特征在于，所述鈦合金管體外徑60.3～149.2mm，鋼制公接頭外徑85.7～184.15mm；所述帶鋼接頭鈦合金鉆桿的連接方法，其特征在于，所述鈦合金管體與鋼制公接頭通過螺紋過盈熱裝之后，連接處抗扭強度、抗拉強度均大于鈦合金管體。
[0016]與現有技術相比，本專利技術具備以下有益效果：實施本專利技術結構和方法，可提供一種帶鋼接頭鈦合金鉆桿，可解決全鈦合金鉆桿抗扭性能低、防磨損性能差的問題，還可與現場鋼鉆桿方便互換。本專利技術中鈦合金管體與鋼制接頭采用細牙螺紋過盈熱裝配，在熱裝配的全部過程中鈦合金管體加厚端內表面區域進行內循環水冷卻，可以進一步確保了鋼接頭與鈦合金管體連接處抗扭強度、抗拉強度均大
于鈦合金管體；同時，細牙外螺紋增加了微弧氧化表面處理，裝配后對外臺肩接觸面和內臺肩接觸面施加高溫密封劑，可以防止帶鋼接頭鈦合金鉆桿在使用中發生電偶腐蝕問題。
附圖說明
[0017]圖1為帶鋼接頭鈦合金鉆桿示意圖；圖2為帶鋼接頭鈦合金鉆桿鋼制公接頭與鈦合金管體連接示意圖；圖3為帶鋼接頭鈦合金鉆桿鋼制母接頭與鈦合金管體連接示意圖；圖4為帶鋼接頭鈦合金鉆桿鈦合金管體端部示意圖；圖5為帶鋼接頭鈦合金鉆桿鋼制公接頭示意圖；圖6為帶鋼接頭鈦合金鉆桿TT型細牙外螺紋示意圖；圖7為帶鋼接頭鈦合金鉆桿TT型細牙內螺紋示意圖；其中：1
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鈦合金管體，11
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鈦合金管體加厚端，111
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細牙外螺紋，1111
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細牙外螺紋第一圓柱面，1112
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細牙外螺紋表面，1113
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細牙外螺紋第二圓柱面，1114
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細牙外螺紋臺肩面，112
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鈦合金管體加厚端內表面；2
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鋼制公接頭，21...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種帶鋼接頭鈦合金鉆桿，其特征在于，它包括鈦合金鉆桿管體（1）、鋼制公接頭（2）和鋼制母接頭（3），所述鈦合金管體（1）兩個端部為鈦合金管體加厚端（11），所述鋼制公接頭（2）一端為鋼鉆桿外螺紋（21），另一端為鋼制公接頭連接端（22），所述鋼制母接頭（3）一端為鋼鉆桿內螺紋（31），另一端為鋼制母接頭連接端（32）。2.根據權利要求1所述的帶鋼接頭鈦合金鉆桿，其特征在于，所述鈦合金管體加厚端（11）加工細牙外螺紋（111）和鈦合金管體加厚端內表面（112），所述細牙外螺紋（111）由內向外依次包括細牙外螺紋第一圓柱面（1111）、細牙外螺紋表面（1112）、細牙外螺紋第二圓柱面（1113）、細牙外螺紋臺肩面（1114）。3.根據權利要求2所述的帶鋼接頭鈦合金鉆桿，其特征在于，所述細牙外螺紋（111）和鈦合金管體加厚端內表面（112）距細牙外螺紋臺肩面（1114）50～80mm的區域具有厚度為2～10μm的氧化鍍層。4.根據權利要求1或2或3所述的帶鋼接頭鈦合金鉆桿，其特征在于，所述鋼制公接頭連接端（22）加工細牙內螺紋（221）；所述細牙內螺紋（221）由外向內依次包括細牙內螺紋外臺肩面（2211）、細牙內螺紋第一圓柱面（2212）、細牙內螺紋表面（2213）、細牙內螺紋第二圓柱面（2214）、細牙內螺紋臺肩面（2215）；所述鋼制母接頭連接端（32）也加工有與鋼制公接頭連接端（22）結構一致的細牙內螺紋。5.一種如權利要求1所述的帶鋼接頭鈦合金鉆桿的連接方法，其特征在于，其具體方法步驟包括：步驟一、所述鈦合金管體加厚端（11）加工細牙外螺紋（111）和鈦合金管體加厚端內表面（112），所述細牙外螺紋（111）包括細牙外螺紋第一圓柱面（1111）、細牙外螺紋表面（1112）、細牙外螺紋第二圓柱面（1113）、細牙外螺紋臺肩面（1114）；步驟二、對細牙外螺紋（111）和鈦合金管體加厚端內表面（112）距細牙外螺紋臺肩面（1114）50～80mm的區域進行微弧氧化處理，氧化鍍層厚度2～10μm，起到腐蝕防護作用；步驟三、所述鋼制公接頭連接端（22）加工細牙內螺紋（221），包括細牙內螺紋外臺肩面（2211）、細牙內螺紋第一圓柱面（2212）、細牙內螺紋表面（2213）、細牙內螺紋第二圓柱面（2214）、細牙內螺紋臺肩面（2215）；步驟四、對所述鋼制公接頭連接端（22）外表面進行中頻感應加熱，加熱溫度300～...

【專利技術屬性】
技術研發人員：舒志強，歐陽志英，余世杰，魯喜寧，陳猛，
申請(專利權)人：上海海隆石油鉆具有限公司，
類型：發明
國別省市：