一种钻杆高工位结构的加工方法
【专利摘要】本发明涉及钻杆，特别是一种钻杆高工位结构的加工方法。它通过外部模具控制成型，对通用钻杆管体进行中部加厚成型，形成锻态的高工位结构，再通过精车加工，达到要求形状尺寸。它有效提高了高工位结构钻杆的加工效率，降低了材耗水平和生产成本。
【专利说明】一种钻杆高工位结构的加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钻杆，特别是一种钻杆高工位结构的加工方法。
【背景技术】
[0002]钻杆是石油天然气钻采的必须工具。钻杆从结构上分为钻杆管体、公接头、母接头三部分，公母接头经过焊接连接成整体形成钻杆，钻杆间通过公母接头的螺纹旋接，形成钻柱，钻柱主要起传递扭矩和钻井液循环作用。世界上普遍采用美国石油学会的API系列标准，因此也称为API钻杆或标准钻杆。API标准钻杆母接头台肩处作为上卸扣卡固工位，高度较低，造成钻井工人在上卸扣时必须弯腰作业，劳动强度大，作业效率低。具有高工位结构的特殊钻杆通过在母接头下方增加卡固结构，提高了钻杆上卸扣作业工位，改善了上卸扣作业工况。目前高工位结构钻杆采用特厚壁管车削成型的方法进行加工，由于车削量大，不仅浪费材料，加工效率低，而且加工费用高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种钻杆高工位结构的加工方法，主要解决上述现有技术所存在的缺陷，它有效提高了高工位结构钻杆的加工效率，降低了材耗水平和生产成本。
[0004]为实现上述发明目的，本发明的技术方案是:
[0005]一种钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于:它通过外部模具控制成型，对通用钻杆管体进行中部加厚成型，形成锻态的高工位结构，再通过精车加工，达到要求形状尺寸。
[0006]所述的钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于:具体工艺过程如下:
[0007]A高工位结构的锻造成型；
[0008]B锻态高工位结构的精车加工；
[0009]C高工位结构的热处理；
[0010]D无损探伤、摩擦焊接、校直过程。
[0011]所述的钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于:所述的步骤A的具体工序如下:
[0012]Al首先选定原料管,其长度较普通钻杆管体长50?90mm ；
[0013]A2依据所需高工位结构的位置、长度、高度、高工位结构过渡锥面锥度、精加工余量数据，利用变形前后体积不变理论，确定整个加厚过程中的参与变形管体长度；
[0014]A3高工位结构的加热成型。
[0015]所述的钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于:所述的步骤A3中以5英寸规格，总加厚量为16mm，管体原始壁厚为9.19mm，则最佳加厚道次为三道次，第一道次加厚比为1.35，第二道次加厚比为1.45，第三道次加厚比为1.45，经过三道次加厚，管体壁厚达到26.08mm，并依靠模具约束，形成高工位结构的过渡锥面；加厚设备为500/1000吨卧式液压加厚机组，加厚时加热设备为180KW中频加热炉，加热温度为1050?1120°C。
[0016]所述的钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于:所述的步骤B是对锻态的高工位结构进行车削加工，形成外形尺寸精确的高工位结构。
[0017]所述的钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于:所述的步骤C中以5英寸G105钢级，使用天然气加热的连续淬火回火炉，加热温度870?920°C，保温时间以节拍控制，采用水淬；回火温度为550?630°C，回火保温时间30?45分钟。
[0018]所述的钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于:所述的步骤D是对带有高工位结构的管体进行热处理后，需要进行无损探伤，检查是否存在淬火裂纹等质量缺陷，确认合格的，进行管体与接头的摩擦焊接，形成完整钻杆；高工位结构钻杆的无损探伤、摩擦焊接、焊缝热处理、校直等过程，与标准钻杆的工艺相同。
[0019]本发明创新了一种高工位结构钻杆中高工位结构的加工方法，即:通过镦锻加厚+精车+热处理的加工方法，有效提高了高工位结构钻杆的加工效率，降低了材耗水平和生产成本。
【具体实施方式】
[0020]本发明提供了一种钻杆高工位结构的加工方法的加工方法。具体工艺过程如下:
[0021]A高工位结构的锻造成型。
[0022]Al首先选定原料管,其长度较普通钻杆管体长50?90mm。
[0023]A2依据所需高工位结构的位置、长度、高度、高工位结构过渡锥面锥度、精加工余量等数据，利用变形前后体积不变理论，整个加厚过程中的参与变形管体长度。以5英寸规格为例，原始管体外径为127mm，壁厚为9.19mm，高工位结构高度为16mm(含加工余量2mm)，长度为60mm，38度过渡锥面长度为22.85mm, 18度过渡锥面长度为49.25mm，利用体积公式计算可得，管体缩减长度为210_，参与变形的管体长度为
[0024]A3高工位结构的加热成型。依据管壁加厚量，确定加厚道次与各道次加厚比，再根据各道次的加厚比、加厚量，确定各道次的加厚加加热长度，然后进行各道次加热加厚，形成锻造态的高工位结构。以5英寸规格为例，总加厚量为16mm，管体原始壁厚为9.19mm,则最佳加厚道次为三道次，第一道次加厚比为1.35，第二道次加厚比为1.45，第三道次加厚比为1.45，经过三道次加厚，管体壁厚达到26.08mm,并依靠模具约束，形成高工位结构的过渡锥面。加厚设备为500/1000吨卧式液压加厚机组，加厚时加热设备为180KW中频加热炉，加热温度为1050?1120°C。
[0025]B锻态高工位结构的精车加工。
[0026]经过以上步骤，形成了锻态的高工位结构，由于工艺设计时存在加工余量，需要依据最终高工位结构的外形尺寸，对锻态的高工位结构进行车削加工，形成外形尺寸精确的高工位结构。
[0027]C高工位结构的热处理。
[0028]高工位结构经过锻造，其组织及晶粒度等发生了变化，为了保证其力学性能，需要对其进行调质处理，以达到90%以上的组织为回火索氏体。在具体的实践中，以5英寸G105钢级为例，使用天然气加热的连续淬火回火炉，加热温度870?920°C，保温时间以节拍控制，采用水淬；回火温度为550?630°C，回火保温时间30?45分钟。
[0029]在钻杆实际生产过程中，一般先进行高工位结构加厚成型，在进行管端加厚成型，精车加工后，然后进行整体热处理。[0030]D无损探伤、摩擦焊接、校直等过程。
[0031]带有高工位结构的管体进行热处理后，需要进行无损探伤，检查是否存在淬火裂纹等质量缺陷，确认合格的，进行管体与接头的摩擦焊接，形成完整钻杆。高工位结构钻杆的无损探伤、摩擦焊接、焊缝热处理、校直等过程，与标准钻杆的工艺相同。
[0032]经过以上步骤，具有高工位结构的钻杆加工完成。
[0033]经过本发明方法加工形成的该高工位结构可以是由位于中间的圆柱体与两边的过渡圆锥体构成，两个圆锥体的锥度分别为18度、35度。
[0034]本发明只描述了钻杆高工位结构的加工方法与过程，钻杆管体两端加厚、管体与接头的焊接、管体热处理、焊缝热处理等过程，与普通钻杆的加工过程一样。
[0035]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。
【权利要求】
1.一种钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于:它通过外部模具控制成型，对通用钻杆管体进行中部加厚成型，形成锻态的高工位结构，再通过精车加工，达到要求形状尺寸。
2.根据权利要求1所述的钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于:具体工艺过程如下: A高工位结构的锻造成型； B锻态高工位结构的精车加工； C高工位结构的热处理； D无损探伤、摩擦焊接、校直过程。
3.根据权利要求2所述的钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于:所述的步骤A的具体工序如下: Al首先选定原料管，其长度较普通钻杆管体长50?90mm ； A2依据所需高工位结构的位置、长度、高度、高工位结构过渡锥面锥度、精加工余量数据，利用变形前后体积不变理论，确定整个加厚过程中的参与变形管体长度； A3高工位结构的加热成型。
4.根据权利要求3所述的钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于:所述的步骤A3中以5英寸规格，总加厚量为16mm，管体原始壁厚为9.19mm,则最佳加厚道次为三道次，第一道次加厚比为1.35，第二道次加厚比为1.45，第三道次加厚比为1.45，经过三道次加厚，管体壁厚达到26.08mm，并依靠模具约束，形成高工位结构的过渡锥面；加厚设备为500/1000吨卧式液压加厚机组，加厚时加热设备为180KW中频加热炉，加热温度为1050?1120°C。
5.根据权利要求2所述的钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于:所述的步骤B是对锻态的高工位结构进行车削加工，形成外形尺寸精确的高工位结构。
6.根据权利要求2所述的钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于:所述的步骤C中以5英寸G105钢级，使用天然气加热的连续淬火回火炉，加热温度870?920°C，保温时间以节拍控制，采用水淬；回火温度为550?630°C，回火保温时间30?45分钟。
7.根据权利要求2所述的钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于:所述的步骤D是对带有高工位结构的管体进行热处理后，需要进行无损探伤，检查是否存在淬火裂纹等质量缺陷，确认合格的，进行管体与接头的摩擦焊接，形成完整钻杆；高工位结构钻杆的无损探伤、摩擦焊接、焊缝热处理、校直等过程，与标准钻杆的工艺相同。
【文档编号】B23P15/00GK103481038SQ201310450027
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】周勇其, 袁鹏斌, 程大, 刘甘露 申请人:上海海隆石油管材研究所, 上海海隆石油钻具有限公司, 刘甘露