变截面铝合金钻杆管体的制备方法
【专利摘要】一种变截面铝合金钻杆管体的制备方法，其制备的铝合金钻杆管体的两端壁厚大于中间壁厚，该方法是：采用双动挤压机，将预热的铝合金空心铸锭放入挤压筒内，挤压轴推动其上的挤压垫挤压铝合金空心铸锭，控制挤压针在挤压模内的位移，按照钻杆加厚段、过渡段和薄壁段的厚度，调整挤压针的工作带和挤压模的定径带的间隙配合来挤压钻杆管体，生产出符合要求壁厚的变截面铝合金钻杆管体。本发明所述的方法克服了分流模挤压管材的缺陷，而且无需对加厚端管体进行二次加工，大大提高了生产效率，降低了生产成本。
【专利说明】变截面铝合金钻杆管体的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种变截面铝合金钻杆管体的制备方法。
【背景技术】
[0002]传统的钢制钻杆在水平井、高腐蚀介质井、超深井等工况下，经常遇到钻杆摩擦热裂、氢脆、应力腐蚀断裂、钻井速度和效率降低、大钩负载过大等问题。这些问题均是由材料本身的特性所决定，如果要从根本上提高钻杆的性能，就必须改进钻杆管体的材料，铝合金钻杆就此应运而生。
[0003]铝合金与传统钢材相比，密度和弹性模量是钢的1/3，而其强度却是钢的1.5?2倍。铝合金钻杆质量轻，在钻机能力一定的条件下，用铝合金钻杆能够达到钢钻杆无法到达的深度。在腐蚀环境中，由于铝合金钻杆表面覆盖一层稳定的氧化膜阻止与环境的进一步反应，可用于任何浓度的硫化氢和二氧化碳环境。铝合金钻杆的浮力系数比钢小，可减轻起下钻的阻卡，节约20?25%的起下钻时间，节省燃料。在相同井眼曲率下，铝合金钻杆的弯曲应力远小于钢钻杆，从而适用于钻斜井、曲率半径小的定向井和水平段长的水平井。
[0004]铝合金钻杆管体分为加厚段、过渡段和薄壁段，是一种变截面管材，通常钢钻杆的制备是通过对无缝管两端镦粗来实现的。铝合金钻杆的强度低于钢钻杆，因此需要加厚端的长度较钢钻杆长，若采用镦粗的方法无法实现长的加厚端，变形质量难以控制。
[0005]目前制作变截面管材的方法有分步挤压法和先制作等径管然后对两端进行加厚处理的方法。这些方法需要分段，人工换模，存在误差较大，生产效率低等缺点。因此，开发新型的变截面挤压方法来制作铝合金钻杆加厚端，是十分必要的工作。
[0006]中国专利CN102019303A提出了一种铝合金钻杆管体的制备装置及方法，但是其挤压针结构设计复杂，加工困难，制作成本和维修费用高。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种能够克服分流模挤压管材的缺陷，且无需对加厚段管体进行二次加工，大大提高了生产效率的变截面铝合金钻杆管体的制备方法。
[0008]本发明的技术方案是这样实现的:
本发明所述的变截面铝合金钻杆管体的制备方法，其特点是包括如下步骤:
A、将铝合金空心铸锭进行预处理；
B、将预处理后的铝合金空心铸锭放入挤压筒内，并通过双动挤压机的挤压轴控制系统将挤压轴由挤压筒的一端移入挤压筒之后，通过双动挤压机的挤压针控制系统将挤压针穿过挤压轴的中心通孔挤压入铝合金空心铸锭内，同时由挤压针控制系统控制挤压针继续沿挤压方向轴向向前移动，直至挤压针的工作带与位于挤压筒另一端的挤压模的定径带之间的直径差等于铝合金钻杆管体的加厚段壁厚时的位置为止，启动挤压轴控制系统，开始挤压，在此位置铝合金空心铸锭在挤压力作用下通过挤压针挤压出铝合金钻杆管体一端的加厚段A ;
C、当铝合金钻杆管体的加厚段的长度达到设计要求的长度后，挤压轴控制系统控制铝合金空心铸锭，挤压针控制系统继续将挤压针前移，挤压针的工作带和挤压模的定径带之间的间隙变小，启动挤压轴控制系统，使挤压针与挤压轴联动，开始挤压，此过程挤压形成铝合金钻杆管体一端的过渡段A ；
D、挤压轴控制系统继续挤压铝合金空心铸锭，挤压针控制系统将挤压针继续前移，使挤压针的工作带与挤压模的定径带之间的间隙等于铝合金钻杆管体的薄壁段的壁厚，此位置用于挤压出铝合金钻杆管体的薄壁段；
E、挤压轴系统控制挤压铝合金空心铸锭，当挤压出的铝合金钻杆管体的薄壁段的长度达到设计要求后，挤压针控制系统将挤压针向后移动，挤压针的工作带与挤压模的定径带之间再次形成与过渡段壁厚相等的间隙，此时挤压出铝合金钻杆管体另一端的过渡段B;
F、挤压轴系统继续控制铝合金空心铸锭，挤压针控制系统继续向后移动，当挤压针移动到其工作带与挤压模的定径带之间形成与加厚段壁厚相等的间隙时停止，此时挤压出铝合金钻杆管体另一端的加厚段B ；
G、当铝合金钻杆管体另一端的加厚段的长度尺寸达到设计要求时，切割机将成形的铝合金钻杆管体切下，完成整根变截面铝合金钻杆管体的挤压作业。
[0009]其中，在上述步骤A中，铝合金空心铸锭预处理的方法是:先将铝合金空心铸锭切割成所需的长度，然后将铝合金空心铸锭预热至460°C?490°C，并经机加工剥皮。
[0010]在进行上述步骤B之前，可先将挤压筒预热到430°C?460°C。
[0011]在进行上述步骤B之前，可先将挤压模预热到430°C?460°C。
[0012]上述挤压模的定径带直径大于挤压针的工作带直径，所述挤压模的定径带沿挤压模的轴向设置，所述挤压针的工作带设置在挤压针的前端。
[0013]本发明的技术方案具有如下优点:
采用本发明所述的方法来制作变截面铝合金钻杆管体，既克服了分流模挤压管材的缺陷，又无需对管体加厚段进行二次加工，从而大大提高了生产效率，降低了生产成本。
[0014]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明所述变截面铝合金钻杆管体的结构示意图。
[0016]图2为本发明所述变截面铝合金钻杆管体的制备装置的结构示意图。
[0017]图3为本发明挤压铝合金钻杆管体加厚段的挤压示意图。
[0018]图4为本发明挤压铝合金钻杆管体过渡段的挤压示意图。
[0019]图5为本发明挤压铝合金钻杆管体薄壁段的挤压示意图。
[0020]图6为本发明挤压铝合金钻杆管体另一过渡段的挤压示意图。
[0021]图7为本发明挤压铝合金钻杆管体另一加厚段的挤压示意图。
【具体实施方式】
[0022]如图1所示，本发明所述的变截面铝合金钻杆管体I由薄壁段11、一体成型在薄壁段11 一端的过渡段A12、一体成型在过渡段A12外端的加厚段A13、一体成型在薄壁段11另一端的过渡段B14和一体成型在过渡段B14外端的加厚段B15组成。
[0023]如图2所示，为变截面铝合金钻杆管体挤压设备结构图，所述挤压机是双动挤压机，所述挤压工模具包括挤压筒4、挤压轴5、挤压针2和挤压模3，所述挤压轴5可插置在挤压筒4内，且所述挤压轴5的前端设置有挤压垫，所述挤压针2可插置在所述挤压轴5的中心通孔内，所述挤压模3位于挤压筒4端头，所述挤压机对所述挤压针2独立控制，所述挤压针2在所述挤压机的控制下在挤压模3内移动，所述挤压针2前端设有工作带21，所述的工作带21由圆台部分及位于圆台部分前端的圆柱部分组成；所述挤压模3沿轴向设有定径带31，所述定径带31直径大于所述挤压针2的工作带21直径，变截面铝合金钻杆管体I的加厚段、过渡段和薄壁端分别由挤压针2的工作带21和挤压模3的定径带31之间的直径差来控制。
[0024]采用上述制备装置制作本发明所述的变截面铝合金钻杆管体的方法，包括如下步骤:
首先，将铝合金空心铸锭6切割成所需的长度，然后将铝合金空心铸锭6预热至460°C?490°C，并经机加工剥皮，同时挤压筒4预热到430°C?460°C，挤压模3预热到430。。?460。。；
然后，如图2所示，将预处理后的铝合金空心铸锭6放入挤压筒4内，并通过双动挤压机的挤压轴控制系统将挤压轴5由挤压筒4的一端移入挤压筒4之后，通过双动挤压机的挤压针控制系统将挤压针2穿过挤压轴5的中心通孔挤压入铝合金空心铸锭6内，同时由挤压针控制系统控制挤压针2继续沿挤压方向轴向向前移动，直至挤压针2的工作带21与位于挤压筒4另一端的挤压模3的定径带31之间的直径差等于铝合金钻杆管体的加厚段壁厚时的位置为止，启动挤压轴控制系统，开始挤压，如图3所示，在此位置铝合金空心铸锭6在挤压力作用下通过挤压针2挤压出铝合金钻杆管体一端的加厚段A13 ；
然后，当铝合金钻杆管体的加厚段13的长度达到设计要求的长度后，挤压轴控制系统控制铝合金空心铸锭6，挤压针控制系统继续将挤压针2前移，挤压针2的工作带21和挤压模3的定径带31之间的间隙变小，启动挤压轴控制系统，使挤压针2与挤压轴5联动，开始挤压，如图4所示，此过程挤压形成铝合金钻杆管体一端的过渡段A12 ；
然后，挤压轴控制系统继续挤压铝合金空心铸锭6，挤压针控制系统将挤压针2继续前移，使挤压针2的工作带21与挤压模3的定径带31之间的间隙等于铝合金钻杆管体的薄壁段的壁厚，如图5所示，此位置用于挤压出铝合金钻杆管体的薄壁段11 ；
然后，挤压轴系统控制挤压铝合金空心铸锭6，当挤压出的铝合金钻杆管体的薄壁段11的长度达到设计要求后，挤压针控制系统将挤压针2向后移动，挤压针2的工作带21与挤压模3的定径带31之间再次形成与过渡段壁厚相等的间隙，如图6所示，此时挤压出铝合金钻杆管体另一端的过渡段B14 ；
然后，挤压轴系统继续控制铝合金空心铸锭6，挤压针控制系统继续向后移动，当挤压针2移动到其工作带21与挤压模3的定径带31之间形成与加厚段壁厚相等的间隙时停止，如图7所示，此时挤压出铝合金钻杆管体另一端的加厚段B15 ；
最后，当铝合金钻杆管体另一端的加厚段B15的长度尺寸达到设计要求时，切割机将成形的铝合金钻杆管体切下，完成整根变截面铝合金钻杆管体I的挤压作业。
[0025]上述挤压工序完成后，经过热处理，矫直，切定尺寸，就制备出符合要求的变截面铝合金钻杆管体I 了。
[0026]本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。
【权利要求】
1.一种变截面铝合金钻杆管体的制备方法，其特征在于包括如下步骤: A、将铝合金空心铸锭(6)进行预处理； B、将预处理后的铝合金空心铸锭(6)放入挤压筒(4)内，并通过双动挤压机的挤压轴控制系统将挤压轴(5)由挤压筒(4)的一端移入挤压筒(4)之后，通过双动挤压机的挤压针控制系统将挤压针(2)穿过挤压轴(5)的中心通孔挤压入铝合金空心铸锭(6)内，同时由挤压针控制系统控制挤压针(2)继续沿挤压方向轴向向前移动，直至挤压针(2)的工作带(21)与位于挤压筒(4)另一端的挤压模(3)的定径带(31)之间的直径差等于铝合金钻杆管体的加厚段壁厚时的位置为止，启动挤压轴控制系统，开始挤压，在此位置铝合金空心铸锭(6)在挤压力作用下通过挤压针(2)挤压出铝合金钻杆管体一端的加厚段A (13)； C、当铝合金钻杆管体的加厚段(13)的长度达到设计要求的长度后，挤压轴控制系统控制铝合金空心铸锭(6)，挤压针控制系统继续将挤压针(2)前移，挤压针(2)的工作带(21)和挤压模(3 )的定径带(31)之间的间隙变小，启动挤压轴控制系统，使挤压针(2 )与挤压轴(5)联动，开始挤压，此过程挤压形成铝合金钻杆管体一端的过渡段A (12)； D、挤压轴控制系统继续挤压铝合金空心铸锭(6)，挤压针控制系统将挤压针(2)继续前移，使挤压针(2 )的工作带(21)与挤压模(3 )的定径带(31)之间的间隙等于铝合金钻杆管体的薄壁段的壁厚，此位置用于挤压出铝合金钻杆管体的薄壁段(11); E、挤压轴系统控制挤压铝合金空心铸锭(6)，当挤压出的铝合金钻杆管体的薄壁段(11)的长度达到设计要求后，挤压针控制系统将挤压针(2)向后移动，挤压针(2)的工作带(21)与挤压模(3)的定径带(31)之间再次形成与过渡段壁厚相等的间隙，此时挤压出铝合金钻杆管体另一端的过渡段B (14)； F、挤压轴系统继续控制铝合金空心铸锭(6)，挤压针控制系统继续向后移动，当挤压针(2)移动到其工作带(21)与挤压模(3)的定径带(31)之间形成与加厚段壁厚相等的间隙时停止，此时挤压出铝合金钻杆管体另一端的加厚段B (15)； G、当铝合金钻杆管体另一端的加厚段B(15)的长度尺寸达到设计要求时，切割机将成形的铝合金钻杆管体切下，完成整根变截面铝合金钻杆管体(I)的挤压作业。
2.根据权利要求1所述变截面铝合金钻杆管体的制备方法，其特征在于在上述步骤A中，铝合金空心铸锭(6)预处理的方法是:先将铝合金空心铸锭(6)切割成所需的长度，然后将铝合金空心铸锭(6)预热至460°C?490°C，并经机加工剥皮。
3.根据权利要求1所述变截面铝合金钻杆管体的制备方法，其特征在于在进行上述步骤B之前，可先将挤压筒(4)预热到430°C?460°C。
4.根据权利要求1所述变截面铝合金钻杆管体的制备方法，其特征在于在进行上述步骤B之前，可先将挤压模(3)预热到430°C?460°C。
5.根据权利要求1所述变截面铝合金钻杆管体的制备方法，其特征在于上述挤压模(3)的定径带(31)直径大于挤压针(2)的工作带(21)直径，所述挤压模(3)的定径带(31)沿挤压模(3)的轴向设置，所述挤压针(2)的工作带(21)设置在挤压针(2)的前端。
【文档编号】B21C23/21GK103752630SQ201310731939
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】徐静, 郑开宏, 刘志义, 周楠, 王顺成, 黎小辉, 宋东福 申请人:广州有色金属研究院