防熱裂鑽杆內螺紋接頭及其製備方法
2023-11-04 00:32:17
專利名稱：防熱裂鑽杆內螺紋接頭及其製備方法
技術領域：
本發明涉及石油勘探及煤層氣勘探工程中所需要的鑽杆，具體而言，涉及ー種防熱裂鑽杆內螺紋接頭及其製備方法。
背景技術：
鑽杆是石油天然氣勘探與開發中的ー種重要工具，是鑽柱系統的重要組成部分，位於整個鑽柱的上部，佔整個鑽柱長度的80% 90%，它不僅是鑽井液的循環通道，而且在鑽井中傳遞扭矩，承受拉壓，彎曲，扭轉等多種載荷的復 合作用。因此，鑽杆在鑽進作業中的運動方式除了繞自身軸線自轉外，還常常以井眼軸線為軸線進行公轉，從而導致鑽杆接頭與井壁或套管發生摩擦磨損，造成鑽杆接頭均勻磨損或偏磨，尤其以超深井、超長水平井、大位移井等複雜エ況井最為常見。當摩擦力很大或較長時間處於摩擦接觸狀態時，摩擦表面缺少鑽井液的冷卻和潤滑，摩擦熱在摩擦表面聚集，使鑽杆接頭摩擦表面局部溫度過高，達到了金屬相變的溫度，摩擦部位區域組織將發生相變，形成淬火裂紋，即常說的摩擦熱裂，從而導致鑽杆失效，造成井下事故。
發明內容
本發明的目的是通過對鑽杆內螺紋接頭進行表面處理，使鑽杆外表面形成ー層具有優良的耐磨性和良好的導熱性的材料組織，從而有效地解決鑽杆接頭與井壁或套管間摩擦磨損時摩擦熱的聚集，減少鑽杆接頭磨損，避免摩擦熱裂的產生。為此，本發明提出ー種防熱裂鑽杆內螺紋接頭，所述防熱裂鑽杆內螺紋接頭包括外側表面，所述防熱裂鑽杆內螺紋接頭還包括位於所述外側表面上的銅基合金鍍層。進ー步地，所述防熱裂鑽杆內螺紋接頭還包括內螺紋內徑段段、臺肩和端面，所述臺肩位於所述內螺紋內徑段和所述端面之間，所述銅基合金鍍層的端部與所述端面平齊。進ー步地，所述銅基合金鍍層為環形，所述銅基合金鍍層的厚度為O. 05 O. 35mm0進ー步地，所述銅基合金鍍層的寬度為95 105_。進ー步地，所述銅基合金鍍層通過電鍍製成。本發明還提出一種製備方法，在鑽杆內螺紋接頭端部區域外側表面形成一層銅基
合金鍍層。進ー步地，所述製備方法通過電鍍的方式在所述鑽杆內螺紋接頭端部區域外側表
面形成一層銅基合金鍍層。進ー步地，所述製備方法包括:A、清除鑽杆內螺紋接頭外側表面的雜質或附著物；B、然後，將所述鑽杆內螺紋接頭的端面和臺肩採用凝膠樹脂密封好；C、將密封好所述端面和臺肩的所述鑽杆內螺紋接頭放入電鍍池；D、對所述鑽杆內螺紋接頭的外側表面進行電淨處理，清水衝淨後乾燥；E、然後，對所述鑽杆內螺紋接頭的外側表面進行二次活化，清水衝淨後乾燥；F、對所述鑽杆內螺紋接頭的外側表面進行鍍銅合金處理，清水衝淨後乾燥。進ー步地，所述電鍍池內加入電淨液、活化液和銅基合金，所述電鍍池液體高度為95 105mmo進ー步地，所述電鍍工作環境為10至40°C，工作電壓為交流380±38V。本發明在鑽杆內螺紋接頭端部區域外側表面形成ー層具有優良的耐磨性和良好的導熱性的銅基合金材料，一是可以有效地減少鑽杆接頭的磨損，ニ是可以有效地解決鑽杆內螺紋接頭與井壁或套管間摩擦磨損時摩擦熱的聚集問題，防止摩擦接觸部位因摩擦熱的聚焦而產生過高的溫度使接頭材料組織發生相變，避免摩擦熱裂的產生。
圖I為根據本發明實施例的防熱裂鑽杆內螺紋接頭結構示意圖。
0016]附圖標號說明I、鑽杆內螺紋接頭2、銅基合金鍍層3、端面4、臺肩5、內螺紋內徑段6、外側表面
具體實施例方式為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照
本發明的具體實施方式
。如圖I所示，根據本發明實施例的防熱裂鑽杆內螺紋接頭I主要是在現有的鑽杆內螺紋接頭的結構上對外側表面進行了處理和改進。根據本發明實施例的防熱裂鑽杆內螺紋接頭I與現有的鑽杆內螺紋接頭的主要區別在於，根據本發明實施例的防熱裂鑽杆內螺紋接頭I包括外側表面6，所述防熱裂鑽杆內螺紋接頭I還包括位於所述外側表面6上的銅基合金鍍層2。銅基合金鍍層2的材質例如採用適宜電鍍的銅基鎳-磷合金或銅基鎳-鶴-磷合金，關於適宜電鍍的銅基鎳-磷合金或銅基鎳-鶴-磷合金的成分可以參考現有技木。。銅基合金鍍層2具有優良的耐磨性和良好的導熱性，從而有效地解決鑽杆接頭與井壁或套管間摩擦磨損時摩擦熱的聚集，減少鑽杆接頭磨損，避免摩擦熱裂的產生。進ー步地，所述銅基合金鍍層通過電鍍製成。這樣，不破壞鑽杆內螺紋接頭處的強度和結構。當然，本發明不限於採用電鍍的方式進行鍍層處理，也可以採用其他合適方式。進ー步地，所述防熱裂鑽杆內螺紋接頭還包括內螺紋內徑段5、臺肩4和端面3，所述臺肩4位於所述內螺紋內徑段5和所述端面3之間。臺肩4是鑽杆內螺紋接頭與外螺紋接頭密封連接的密封面或連接面，通常與內螺紋內徑段5連接，內螺紋內徑段5具有與外螺紋接頭連接的內螺紋。所述銅基合金鍍層2的端部與所述端面3平齊，銅基合金鍍層2從所述端面3沿著外側表面6向所述臺肩4延伸，例如，銅基合金鍍層2從所述端面3沿軸向延伸。本發明是在臺肩4處的外側表面設置銅基合金鍍層2，該位置處的內螺紋接頭的管壁較薄，最容易有摩擦熱裂的產生。進ー步地，所述銅基合金鍍層2為環形，可以為圓環形或錐環形，所述銅基合金鍍層的厚度d為O. 05 O. 35mm。如果太薄,則耐磨效果差,如果太厚,則不易電鍍或製作。進ー步地，所述銅基合金鍍層的寬度W為95 105mm，即銅基合金鍍層2從所述端面3沿著外側表面6向所述臺肩4延伸寬度為95 105mm。這個寬度能夠效地解決鑽杆接頭與井壁或套管間摩擦磨損時摩擦熱的聚集，而且如果寬度增加，則會增加製作難度和成本。如圖I所示，本發明還提出一種製備方法在鑽杆內螺紋接頭端部區域外側表面
形成一層銅基合金鍍層。進ー步地，所述製備方法通過電鍍的方式在所述鑽杆內螺紋接頭端部區域外側表
面形成一層銅基合金鍍層。進ー步地，所述製備方法包括A、清除鑽杆內螺紋接頭外側表面6的雜質或附著物、然後，將所述鑽杆內螺紋接頭的端面3和臺肩4採用凝膠樹脂密封好，以免端面3和臺肩4也被鍍上鍍層；C、將密封好所述端面3和臺肩4的所述鑽杆內螺紋接頭I放入電鍍 池，其中，端面3位於臺肩4的下方，所述電鍍池內加入有電淨液、活化液和銅基合金；D、對所述鑽杆內螺紋接頭的外側表面6進行電淨處理，以清除零件金屬表面上的油汙和雜質，清水衝淨後乾燥；E、然後，對所述鑽杆內螺紋接頭的外側表面進行二次活化，清水衝淨後乾燥(二次活化作用是徹底清除接頭表面的雜質，確保鍍層的表面粘附效果)；F、對所述鑽杆內螺紋接頭的外側表面進行鍍銅合金處理，清水衝淨後乾燥。進ー步地，所述電鍍池內液體高度為95 105mm，用於達到設計的電鍍寬度W。進ー步地，所述電鍍工作環境為10至40°C，工作電壓為交流380±38V。(不同的溫度對鍍層效果有一定的影響，使用這個溫度，是多次實踐得出的結果，以便得到穩定的合適的鍍層。380±38V的電壓為正常的交流電工作電壓。)下面提供ー種具體的製備方法I)參照附圖1，將內螺紋接頭I外側表面進行車削或其他方式清除掉接頭表面可能存在的所有雜質或附著物。這樣，大部分固體雜質都被去除了。2)參照附圖1，將鑽杆內螺紋接頭I的端面3和臺肩4(扭矩臺肩)採用凝膠樹脂密封好。3)在鍍池(電鍍池)內按一定比例分別加入一定的電淨液、活化液和銅基合金，鍍池液體高度為95 105mm。(在進行電鍍前這幾種材料按比例分別加入，形成混合液，只要在通電前進行加入都行，沒有嚴格的順序。)4)電鍍工作環境為10_40°C，工作電壓為交流380±38V。5)將密封好端面3和臺肩4的內螺紋鑽杆接頭臺肩端放入電鍍池。6)啟動工作電流，對內螺紋接頭I外側表面進行電淨處理，清水衝淨後乾燥。7)再對鑽杆外表面進行二次活化，清水衝淨後乾燥。8)最後對鑽杆外表面進行鍍銅合金處理，清水衝淨後乾燥。本發明可有效降低鑽杆內螺紋接頭與井壁或套管的摩擦，減少摩擦力和摩擦熱，有效地減少和避免鑽杆表面組織發生相變開裂引起的鑽杆接頭失效事故。本發明尤其適用於超深井、超長水平井、大位移井等複雜エ況井。本發明不限於採用電鍍的方式進行鍍層處理，鍍層厚度不限於O. 05 O. 35mm,鍍層寬度不限於95 105mm。以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式
，並非用以限定本發明的範圍。為本發明的各組成部分在不衝突的條件下可以相互組合，任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬於本發明保護的範圍。
權利要求
1.一種防熱裂鑽杆內螺紋接頭，所述防熱裂鑽杆內螺紋接頭包括外側表面，其特徵在於，所述防熱裂鑽杆內螺紋接頭還包括位於所述外側表面上的銅基合金鍍層。
2.如權利要求I所述的防熱裂鑽杆內螺紋接頭，其特徵在於，所述防熱裂鑽杆內螺紋接頭還包括內螺紋內徑段、臺肩和端面，所述臺肩位於所述內螺紋內徑段和所述端面之間，所述銅基合金鍍層的端部與所述端面平齊。
3.如權利要求I所述的防熱裂鑽杆內螺紋接頭，其特徵在於，所述銅基合金鍍層為環形，所述銅基合金鍍層的厚度為0. 05 0. 35mm。
4.如權利要求I所述的防熱裂鑽杆內螺紋接頭，其特徵在於，所述銅基合金鍍層的寬度為95 105mm。
5.如權利要求I所述的防熱裂鑽杆內螺紋接頭，其特徵在於，所述銅基合金鍍層通過電鍍製成。
6.一種防熱裂鑽杆內螺紋接頭的製備方法，其特徵在於，在鑽杆內螺紋接頭端部區域外側表面形成一層銅基合金鍍層。
7.如權利要求6所述的製備方法，其特徵在於，所述製備方法通過電鍍的方式在所述鑽杆內螺紋接頭端部區域外側表面形成一層銅基合金鍍層。
8.如權利要求7所述的製備方法，其特徵在於，所述製備方法包括:A、清除鑽杆內螺紋接頭外側表面的雜質或附著物；B、然後，將所述鑽杆內螺紋接頭的端面和臺肩採用凝膠樹脂密封好；C、將密封好所述端面和臺肩的所述鑽杆內螺紋接頭放入電鍍池；D、對所述鑽杆內螺紋接頭的外側表面進行電淨處理，清水衝淨後乾燥；E、然後，對所述鑽杆內螺紋接頭的外側表面進行二次活化，清水衝淨後乾燥；F、對所述鑽杆內螺紋接頭的外側表面進行鍍銅合金處理，清水衝淨後乾燥。
9.如權利要求8所述的製備方法，其特徵在於，所述電鍍池內加入電淨液、活化液和銅基合金，所述電鍍池液體高度為95 105mm。
10.如權利要求7所述的製備方法，其特徵在於，所述電鍍工作環境為10至40°C，工作電壓為交流380±38V。
全文摘要
本發明提出一種防熱裂鑽杆內螺紋接頭及其製備方法。所述防熱裂鑽杆內螺紋接頭包括外側表面，所述防熱裂鑽杆內螺紋接頭還包括位於所述外側表面上的銅基合金鍍層。所述製備方法，在鑽杆內螺紋接頭端部區域外側表面形成一層銅基合金鍍層。本發明一是可以有效地減少鑽杆接頭的磨損，二是可以有效地解決鑽杆內螺紋接頭與井壁或套管間摩擦磨損時摩擦熱的聚集問題，防止摩擦接觸部位因摩擦熱的聚焦而產生過高的溫度使接頭材料組織發生相變，避免摩擦熱裂的產生。
文檔編號C25D3/58GK102704863SQ201210210808
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月20日 優先權日2012年6月20日
發明者劉永剛, 葉頂鵬, 李孝軍, 李方坡, 鄢智 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團石油管工程技術研究院