雙鋼衝擊鑽杆的製作方法

2023-07-26 06:03:21

專利名稱：：雙鋼衝擊鑽杆的製作方法
技術領域：
：本實用新型主要涉及一種鑽杆及其製造方法，其中鑽杆例如為用於衝擊鑽探的鑽杆。特別地，本實用新型涉及一種雙鋼衝擊鑽杆。
背景技術：
：鑽杆為本領域所公知，其用於包括衝擊鑽探的鑽探作業中。在衝擊鑽探中，鑽杆及其它鑽探部件會受到與鑽探加工相關的高量級的衝擊、局部工作、及彎曲應力。因此，在鑽杆的製造中會使用結構鋼以經受住相關的應力。然而，這些結構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於高需求而變得緊張。因此，合金元素的價格不斷上漲，導致製造例如鑽杆之類的鑽探部件的成本也不斷提高。這樣一來就給鑽探公司及製造商帶來了經濟負擔。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題在於提供一種改進的鑽杆，以有效降低鑽杆的製造成本。本實用新型提供的鑽杆包括第一端部；中部，其中，該第一端部與該中部連接，且該第一端部為使用與該中部所使用的鋼不同的鋼製造的部分。本實用新型提供的這種雙鋼衝擊鑽杆及其製造方法，可以使用高級結構鋼來製造鑽杆的兩端中的至少一端，並可以使用低價鋼來製造該鑽杆的中段。這種結構的有益技術效果在於可以在不損害鑽杆的總性能或期望壽命的情況下，減少與鑽杆及其製造有關的成本。為了進一步說明本實用新型的上述及其它優點和特徵，以下將通過參考在所附附圖中示出的本實用新型的具體實施例來提供更加詳細的說明。應當認識到，這些附圖僅對典型的示例進行描述，因此其並不限制所披露內容的範圍。以下將通過利用附圖並結合附加的特徵及細節對示例進行說明及解釋。在附圖中-圖1示出了根據一個示例的鑽杆的側視圖；圖2示出了圖1中的鑽杆的第一端部；圖3示出了圖1中的鑽杆的第二端部；圖4示出了圖1中的鑽杆的中部；以及圖5示出了根據一個示例的鑽杆。圖6示出了鑽杆的一部分的硬度曲線，該鑽杆包括位於第一端部與中部之間的連接部。具體實施方式在此提供一種雙鋼衝擊鑽杆及其製造方法，其中可以使用高級結構鋼來製造鑽杆的兩端中的至少一端，並可以使用低價鋼來製造該鑽杆的中段。這種結構可以在不損害鑽杆的總性能或期望壽命的情況下，減少與鑽杆及其製造有關的成本。在以下的詳細說明中，將參考構成本說明書的一部分的附圖，該附圖示出了可進行實踐的具體示例。應當理解的是，在不脫離所披露內容的範圍的情況下，可利用其它的示例，並可進行結構的改變。在包括已知的頂錘式衝擊鑽探的衝擊鑽探中，鑽杆會受到高量級的衝擊、彎曲、和/或局部工作應力。為了能經受住與鑽探加工有關的應力，可以使用高級結構鋼來製造衝擊鑽杆。這些結構鋼能夠通過使用例如鎳之類的合金元素而獲得期望的強度及其它機械性能。例如，近來在許多頂部執行鑽杆(top-performingdrillrod)中使用EN27號鋼，該EN27號鋼通常含有重量比為2.5-3.0%的鎳，並熱處理為回火馬氏體結構。先前的合金材料可較隨意地獲取，而隨著需求的增加導致這些合金材料的價格不斷上漲。這樣給鑽杆製造商及鑽探公司帶來了經濟負擔。在此提出的鑽杆及其製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製造鑽杆。在鑽杆中，許多常見損壞出現在端部，在鑽杆的端部上的局部工作應力的大小遠遠大於沿鑽杆的中部作用的應力。這些應力可包括與使用鑽機(rig)或其它驅動設備驅動該杆有關的應力，以及與鑽頭在工作時有關的應力。因此，鑽杆的壽命可以由端部的強度決定。然而，鑽杆中部的尺寸可能包括鑽杆總體的大部分。從而，由於使用昂貴且高級的結構鋼用於整個鑽杆，導致鑽杆的成本可能顯著增加。因此，即使鑽杆的中部受到的衝擊和彎曲應力可能低於端部受到的衝擊和彎曲應力，但至少部分地由於效率低地將昂貴的高級結構鋼用於整個鑽杆，從而使鑽杆的成本變高。通過以能夠經受中部的衝擊及彎曲負荷的低成本鋼來代替鑽杆的中部的至少一部分，同時保持使用更高級的結構鋼用於局部工作應力最大的端部，這樣下述的鑽杆及其製造方法能夠在不損害鑽杆的性能或壽命的情況下，減少鑽杆的成本。現參考圖1，其示出了根據一個示例的鑽杆100的側視圖。在所示的示例中，鑽杆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結合至中部130。第二連接部104將第二端部120結合至中部130。在所示出的實施例中，鑽杆100具有鑽頭端106(g卩，鑽杆100的、最靠近鑽頭或底部或待鑽孔的一端)及鑽機端108(即，最靠近與鑽杆100連接的鑽機的一端)。為了便於參考，在以下詳述各個部件的不同部分時也將使用鑽頭端及鑽機端。鑽杆100的外徑可為圓柱形或六邊形。可選擇地，鑽杆100的外徑可根據任意所期望的鑽杆形狀而成形。鑽杆100可包括限定於其中的衝洗孔(flushinghole)140，該衝洗孔140可達到鑽杆100的整個長度，並能在鑽探過程中運送衝洗介質。衝洗孔140的形狀及尺寸可為連續的，或可沿鑽杆100的長度改變。第一端部110及第二端部120可以由能夠承受鑽杆100的端部所受到的局部工作應力的任意高級結構鋼構造。例如，可以使用EN27號鋼和/或高鎳鉻鉬鋼。在一個示例中，在第一端部110和/或第二端部120結合至中部130之後，鑽杆100可經歷用於端部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之前預硬化(hardening)。第一端部IIO及第二端部120同樣可以在連接至中部之後經受局部硬化，例如，高頻感應硬化。第一端部110及第二端部120的長度可小於中部130的長度。這樣，中部130能夠代表鑽杆100總體的大部分。由於中部130可以包括鑽杆100總體的大部分，同時，並不承受與鑽杆100的端部110及120所承受的應力相同的應力，因此，能夠有益地使用比用於端部110及120的鋼的成本更低的鋼來構造中部130。由此，能夠在不使用與許多高級結構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結構鋼所用的合金元素量相同的昂貴合金元素的情況下，製造用於中部鋼的鋼。因此，與具有類似機械性能、以單一的鋼製造的鑽杆相比，該鑽杆能夠以較低的總體成本製造。能夠承受中部應力的一種低成本鋼的示例為貝氏體鋼。儘管貝氏體鋼的性能可能比不上以上討論的高級結構鋼的性能，但商品級的貝氏體鋼能夠製造為具有足夠的強度以承受衝擊鑽杆的中部所經受的衝擊和彎曲應力，且成本比更高級的結構鋼低。本實用新型的一個實施例可以包括使用具有以下含量的貝氏體鋼來製造鑽杆100的中部130:tableseeoriginaldocumentpage6類似地，還可以使用另外的貝氏體鋼或部分貝氏體鋼來製造中部130。此外，還可以使用任何能夠承受住鑽杆100的中部130所經受的應力、且成本比承受住端部110及120所經受的應力所需的鋼的成本更低的鋼。在所披露的一個實施例中，用作中部的鋼可以易於焊接至EN27號鋼。在鑽杆的滲碳期過程中，用作中部的鋼的顆粒尺寸可以不顯著地增加。在一個操作(implementation)中，鑽杆在滲碳期後通過強迫風冷而冷卻，在此之後，用作中部的鋼的微觀結構應主要為貝氏體，而非馬氏體。在另外的操作中，滲碳期後的中部的滲碳層中的高碳含量(含量百分比大於0.5%)不會引起非常有害的結果，例如疲勞強度減小或脆性增加等。此外，中部的滲碳層深度可以等於或接近端部的滲碳層深度。在一個示例中，鑽杆的硬度曲線基本上為跨過位於中部與端部之間的連接部對稱。在另外的操作中，通過為中部使用低成本鋼而節省下來的成本可用於改善用作端部的鋼，從而在仍可減少鑽杆的整體成本的同時，還可提高鑽杆的總體性能和強度。繼續參考圖l，並參考圖2，圖2示出了鑽杆100的第一端部110。第一端部110位於鑽杆100的鑽頭端106處。鑽杆100的第一端部110能夠構造為與另外的鑽杆或例如鑽頭之類的其它鑽探部件連接。特別地，在一個示例中，第一端部110的鑽頭端112能夠被構造為將第一端部110與另外的鑽杆及其它鑽探部件連接。例如，鑽頭端112可構造為和/或包括凸形接合部位，該凸形接合部位構造為與相關的鑽探部件中的凹形接合部位連接。第一端部110的鑽頭端112同樣可選擇地包括有外螺紋，以便於與相關的鑽杆或其它鑽探部件的內螺紋連接或連通。第一端部IIO也可具有可便於與另外的鑽杆或其它鑽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IIO，特別是鑽機端114，構造為連接於鑽杆100的中部130。在一個實施例中，第一端部IIO可以使用摩擦焊接工藝連接於中部130。然而，在不脫離本實用新型的目的或範圍的情況下，可使用其它的處理來將第一端部110連接於中部130。繼續參考圖1，並參考圖3，圖3示出了鑽杆100的第二端部120。在所示出的實施例中，第二端部120位於鑽杆100的鑽機端108處。第二端部120同樣能夠構造為與另外的鑽杆或其它鑽探部件連接。在一個實施例中，第二端部120的鑽機端122能夠構造為與其它鑽杆和/或部件連接。例如，鑽機端122可包括限定於其中的凹槽124。該凹槽124能夠成形為內螺紋接頭，並構造為容納另外的鑽杆或其它鑽探部件的相應的外螺紋接頭。在另外的實施例中，第二端部120的鑽機端122還可包括內螺紋，以便於與另一鑽杆或其它鑽探部件的外螺紋連通。第二端部120可選擇性地以任意便於與另外的鑽杆或其它鑽探部件連接的方式成形，例如成形為星形、齒形、六角形等。在一個實施例中，多個鑽杆100能夠連接在一起以形成鑽柱，其中，第一端部IIO與第二端部120連接。鑽柱的一端還能夠連接於鑽機，另一端連接於鑽頭。第二端部120的鑽頭端126構造為連接於鑽杆100的中部130。在一個實施例中，第二端部120可以使用摩擦焊接工藝連接於中部130。然而，也可使用期望的另外的加工將第一端部IIO連接於中部130。繼續參考圖l，並參考圖4，圖4示出了鑽杆100的中部130。在所示出的實施例中，中部130能夠在連接部102處連接於第一端部110，並在連接部104處連接於第二端部120。在一個實施例中，中部130的外徑可以等於第一端部110及第二端部120的外徑。在選擇性的實施例中，中部130的外徑可以大於或小於第一端部IIO及第二端部120的外徑。現參考圖5所示的鑽杆200，其中，第一端部210及第二端部220均包括和/或構造為外螺紋接頭以與另外的鑽杆或鑽探部件的內螺紋接頭連接。同樣地，雖然圖1及圖5示出了擰接鑽杆(extensionrod)，但本實用新型可應用於製造任意鑽杆或本領域所公知的其它鑽探部件。例如，本實用新型可應用於製造錐杆、隧道杆(tunnelingrod)、柄轉接器(shankadaptors)等。現參考圖6，其示出了本實用新型的鑽杆的兩種硬度曲線，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(由實線所示)表示中部焊接至第一端部或第二端部之後鑽杆的硬度。第二硬度曲線(由虛線所示)表示在滲碳及回火後鑽杆的硬度。在一個實施例中，本實用新型的鑽杆在連接部的兩側能夠獲得基本上對稱的硬度曲線。因此，鑽杆能避免硬度從一個部分到下一個部分的實質性增加或降低，從而避免了連接部出現弱點或斷點。在一個示例中，根據洛氏硬度C級(HRC)，中部的硬度在第一端部或第二端部的硬度的兩點之內。在不脫離本實用新型的構思及基本特徵的情況下，本實用新型可以實施為其它具體形式。所描述的示例應被理解為示例性的而非限制性的。因此，本實用新型的範圍由所附的權利要求書加以說明，而並非由前述的說明書加以說明。在等同於權利要求書的含義及範圍內的所有改變都應包含在該權利要求書的範圍內。權利要求1.一種鑽杆，其特徵在於，包括第一端部；中部，其中，該第一端部與該中部連接，且該第一端部為使用與該中部所使用的鋼不同的鋼製造的部分。2.如權利要求1所述的鑽杆，其特徵在於，該第一端部為鑽頭端。3.如權利要求1所述的鑽杆，其特徵在於，該第一端部為鑽機端。4.如權利要求1所述的鑽杆，其特徵在於，該鑽杆還包括第二端部，該第二端部為由與該中部的材料不同的材料製成的部分。5.如權利要求1所述的鑽杆，其特徵在於，該中部為使用貝氏體鋼或部分貝氏體鋼製造的部分，且該第一端部為由高級結構鋼組成的部分。6.如權利要求5所述的鑽杆，其特徵在於，該高級結構鋼為EN27號鋼。專利摘要一種雙鋼衝擊鑽杆，其中可以在鑽杆的兩個端部使用高級結構鋼，同時使用低成本鋼來製造鑽杆的中部。該鑽杆包括第一端部；中部，其中，該第一端部與該中部連接，且該第一端部為使用與該中部所使用的鋼不同的鋼製造的部分。這種結構可以在不損害鑽杆的總性能或期望壽命的情況下，減少與鑽杆及其製造有關的成本。文檔編號E21B17/00GK201301670SQ200820130018公開日2009年9月2日申請日期2008年8月26日優先權日2008年4月23日發明者京姚申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