简易快速提升钻铤的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种简易快速提升钻铤，对多种规格型号的钻铤采用同一尺寸的吊卡槽。
【背景技术】
[0002]钻铤是油田钻井必不可少的工具，在钻井时，在长达几千米的钻杆下面安装有几十个钻铤，钻铤下接钻头。钻铤的直径从钻头端向钻杆端依次从大到小顺序连接起来，而每个钻铤的重量达几吨重，以使钻头有足够的压力施钻。通常，在起下这些钻铤时，利用每个钻铤外径上开设的吊卡槽，利用吊卡卡住钻铤上的吊卡槽将其吊起或移动到预定的位置，这样将一个个钻铤拆下。
[0003]现有技术中的钻铤，结构如图1所示，通常包括上接头段1，吊卡槽3，锥体段4，钻铤体5，下接头段6，下接头段6设置有外螺纹，上接头段I设置有配套的内螺纹。对于所使用的钻铤及其吊卡，国际和国内都有基本相同的规格标准，即针对不同直径的钻铤，其吊卡槽都有不同的直径规格。因而，在起下钻铤的过程中，需要针对不同直径的钻铤，不断更换相应的吊卡，不仅劳动强度大，而且效率低，还存在一定的安全隐患。
[0004]此外，现有技术中，在上接头段I和吊卡槽3分界处通常采用圆角处理，但是实际使用中发现，圆角对分界处的结构强度改善有限，此处仍然发生应力集中的现象，容易出现裂纹，在吊卡槽3和钻铤体5分界处通常采用斜面过渡，但是对斜面角度也没有深入研究，尽管这些设计特征对钻铤的结构强度有一定的提高，不过钻铤结构还是没能得到最佳优化。
[0005]
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种改进的钻铤，该钻铤针对上接头段和吊卡槽分界处采用台阶段过渡衔接，能够有效解决应力集中现象，针对不同夕卜径的钻铤，采用相同尺寸的吊卡槽，简化了钻铤和吊卡组合，方便钻铤拆卸作业。
[0007]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
简易快速提升钻铤，设置有上接头段、吊卡槽、锥体段、钻铤体，所述上接头段和吊卡槽分界处采用台阶段过渡衔接，所述台阶段至少包括一个圆柱段和两个锥体段；针对不同外径的钻铤，采用相同尺寸的吊卡槽，所述吊卡槽外径为Φ 146-152_;所述吊卡槽和钻铤体分界处采用锥体段过渡衔接。
[0008]进一步，所述吊卡槽外径为Φ 149mm。
[0009]进一步，所述吊卡槽和钻铤体分界处的锥体段的斜面与钻铤轴线夹角为6度。
[0010]进一步，所述钻铤外径范围Φ 152.4?228.6mm。
[0011]进一步，所述钻铤外径为Φ 159mm、Φ 165mm、Φ 172mm、Φ 178mm 或 Φ 203mm。
[0012]进一步，所述钻铤长度为9.80m，报废长度为8.30m。
[0013]进一步，所述钻铤的上连接段所设置的内螺纹长度为580mm以上。
[0014]进一步，所述钻铤的上连接段所设置的内螺纹长度为730mm。
[0015]采用上述结构设置的钻铤，具有以下优点:
针对上接头段和吊卡槽分界处采用台阶段过渡衔接，经实际使用验证，比采用圆角处理能够更好地解决应力集中现象，不容易出现裂纹等结构破坏现象。
[0016]吊卡槽和钻铤体分界处采用锥体段过渡衔接，锥体段的斜面与钻铤轴线夹角为6度，该技术参数是经过理论设计和实际验证得出的唯一结果，采用该设计方案后，钻铤产生的最大应力值最小。
[0017]不同规格钻铤使用统一规格吊卡来提升不同规格钻铤，即每组钻具组只使用同一规格的轻型吊卡，降低采购吊卡成本，大大提高现场作业效率，降低安全隐患，是钻铤行业的显著改进。
[0018]
【附图说明】
[0019]图1为现有技术中的钻铤结构示意图；
图2为本发明的钻铤结构示意图；
图3为本发明的钻铤结构示意图。
[0020]图中:1.上接头段；2.台阶段；3.吊卡槽；4.锥体段；5.钻铤体；6.下接头段。
[0021]
【具体实施方式】
[0022]为更进一步阐述本发明为达到预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图和较佳实施例，对本发明的结构、特征以及功效详细说明如后。
[0023](一)产品结构
本发明中所描述的钻铤，结构如图2所示，设置有上接头段1、吊卡槽3、锥体段4、钻铤体5，上接头段I和吊卡槽3分界处采用台阶段2过渡衔接，台阶段2至少包括一个圆柱段和两个锥体段，根据实际需要，还可以增加圆柱段和锥体段，例如设计成两个圆柱段和三个锥体段。
[0024]针对不同外径(即图3中的D)的钻铤，采用相同尺寸的吊卡槽3，吊卡槽外径为Φ 146-152mm，可以选取该范围内的任意数值，优选Φ 149mm。
[0025]吊卡槽3和钻铤体5分界处采用锥体段4过渡衔接，锥体段4的斜面与钻铤轴线夹角为6度。
[0026]钻铤外径范围Φ 152.4?228.6mm，即国际标准中的Φ6?9in。具体地，钻铤外径可以为 Φ 159mm、Φ 165mm、Φ 172mm、Φ 178mm 或 Φ203ι?πιο
[0027]钻铤长度为9.80m，报废长度为8.30m。
[0028]钻铤的上连接段所设置的内螺纹长度为580mm以上，具体可选择730mm，下连接段所设置的外螺纹也可以采用相同长度尺寸。
[0029](二)实验验证在本发明的研发过程中，发明人做了如下一系列实验，利用ANSYS软件进行了有限元分析。
[0030](I)上接头段和吊卡槽分界处的圆角半径分析。
[0031]无圆角时，两截面相交处应力最大为0.23X 19Pa ；
圆角半径R=4.76mm处的最大应力为0.162 X 19Pa ；
圆角半径R=8.0Omm处的最大应力为0.142 X 19Pa ；
圆角半径R=12.0Omm处的最大应力为0.14X 19Pa ；
圆角半径无限大时(此时为斜面过渡)最大应力为0.139 X 19Pa ;
由此可见，有圆角连接比无圆角连接时最大应力小，当圆角半径无限大时(即斜面过渡)，钻铤最大应力相比最小。在本发明中，上接头段和吊卡槽分界处采用台阶段过渡衔接，台阶段至少包括一个圆柱段和两个锥体段。
[0032](2)吊卡槽和钻铤体分界处采用锥体段的斜坡角度分析。
[0033]斜坡角度为4度时钻铤最大应力为0.16 X 19Pa ;
斜坡角度为6度时钻铤最大应力为0.119 X 19Pa ;
斜坡角度为9度时钻铤最大应力为0.15 X 19Pa ;
由此可见，当斜坡角度为6度时钻铤受的最大应力最小，设计为6度最合理。
[0034]上接头段和吊卡槽分界处采用的台阶段中，锥体段也可以采用该角度设计。
[0035](3)钻铤最弱截面(吊卡槽处)强度分析。
[0036]钻铤在工作过程中受到轴向力，扭转力矩，剪切力等。设定:
轴向力N=200000N，外径d (即图3中的d) =0.149m，内径d’ =0.0714m，扭矩T=100000N.m0
[0037]钻铤吊卡槽采用Φ 149mm时的强度计算结果:
轴向应力O1=H^889MPa,
剪切力 τ maxi=162.53MPa，
等效应力 σ ρ1=281.9MPa。
[0038]钻铤下接头处的应力，取外径d’ ’ =0.141m，内径d’ ’ ’ =0.0714m，由于钻铤螺纹连接处应力集中，所以计算时要乘以应力集中系数2.3。
[0039]接头处的强度计算结果:
轴向应力σ2=39.6MPa,
剪切力 τ nax2=194.46MPa,
等效应力 σ ρ2=339.13MPa。
[0040]因为σρ1< σ ρ2，可以看出接头处的应力大于Φ 149mm处的应力，即钻铤Φ 149mm处的强度大于接头强度，钻铤Φ 149mm处满足工程要求。
[0041 ] (4)钻铤报废长度分析。
[0042]API标准钻铤长度为9.15m和9.45m，当钻铤公母扣损坏后，就需要车新的螺纹，就会不断减少接头的长度，但不能无限减小，有长度限制。在受力相同，边界条件也相同的情况下，对8.30m、9.45m、9.75m长的钻铤进行分析。
[0043]钻铤长度为8.30m时钻铤最大应力为0.128 X 111Pa ；
钻铤长度为9.45m时钻铤最大应力为0.112 X 111Pa ; 钻铤长度为9.75m时钻铤最大应力为0.113 X 111Pa ；
由此可见，8.30m长的钻铤在受力相同的条件下应力过大，容易时效，可宣布报废。
[0044](三)技术特点
本发明具有以下技术特点:
1、直径(即图3中的D) Φ159、Φ165、Φ 172、Φ 178、Φ 203不同规格的钻铤全部采用Φ 152吊卡起下钻，这在钻井史上还是首创，深受钻井队的欢迎。
[0045]2、本发明的钻铤可节省井口工具。取消了提升短节、卡瓦、安全卡瓦。
[0046]3、提尚了时效。钻进、起钻、下钻、完井用!钻挺等工序都同接、卸钻杆一样，米用同一对吊卡完成。
[0047]4、安全:井口操作更加安全，可有效防止井下落物。因该钻铤同钻杆高度基本一致，二层台操作更加方便，同时用吊卡起下降低了不安全因素，使井口操作更加安全快捷，明显减少工人劳动强度。
[0048]5、寿命长:因本发明的钻铤比API标准钻铤加长，普通钻铤长度9.15m，本发明钻铤长度9.80m，更重要的是API标准是母扣段长度是560mm，但发明钻铤母扣段长度设计成730mm，有效地增加修螺纹次数。还加焊耐磨带保径等工艺，有效地保护外径磨损。总之，比普通钻铤寿命长2年多。
[0049]6、本发明的钻铤还有一个明显的特点，母扣段和公扣段的外径可以采用和本体不等径，有效地预防粘卡事故。
[0050]7、本发明的钻铤设有吊卡槽，有效地分散钻铤本体和螺纹应力，有利于螺纹防断。
[0051]8、本发明采用煤气炉实施热处理工艺，钻铤具有很强的冲击功，防断效果更加明显。
[0052]9、和国内某石油学院共同完成了本发明的钻铤力学分析，优化了应力分散带的角度、圆弧和吊卡槽外径(Φ 149)。
[0053]10、报废的高效耐磨加长钻铤母扣段部分改成提升短节使用，本体可以加工成转换接头或短钻铤。总之，报废高效耐磨加长钻铤和普通钻铤一样有利用价值。
[0054](四)经济效益
本发明的钻铤在网上价格比普通钻铤高一些，但是从该产品特点来看，钻铤使用寿命延长2年多，消化了一部分成本增加因素。剩余成本增加因素钻井队推广使用3个月后就能收回。
[0055]推广本发明能够节省大量作业时间，按现在的钻井工作量和钻机费用每年每根节省5.1万元(每小时钻机费用平均按1750元计算，包括深井、浅井、冬天、夏天、国外、国内)。国内某钻探工程公司按225部钻机计算，每个队平均配备15支计算，能够推广225X 15支=3375支，可以说每年钻探工程公司节省3375X5.1万元=1.72亿元，每年更换600支计算，每年增加成本600支X 1.32万元=800万元，扣除成本因素实际经济效益1.72-0.08=1.64亿元，高效耐磨加长钻铤的推广和使用必将带来可观的经济效益。
[0056]上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.简易快速提升钻铤，设置有上接头段、吊卡槽、锥体段、钻铤体，其特征在于，所述上接头段和吊卡槽分界处采用台阶段过渡衔接，所述台阶段至少包括一个圆柱段和两个锥体段；针对不同外径的钻铤，采用相同尺寸的吊卡槽，所述吊卡槽外径为(M46-152mm;所述吊卡槽和钻铤体分界处采用锥体段过渡衔接。2.如权利要求1所述的钻铤，其特征在于，所述吊卡槽外径为Φ149mm。3.如权利要求1所述的钻铤，其特征在于，所述吊卡槽和钻铤体分界处的锥体段的斜面与钻铤轴线夹角为6度。4.如权利要求1所述的钻铤，其特征在于，所述钻铤外径范围Φ152.4?228.6mm。5.如权利要求4所述的钻铤，其特征在于，所述钻铤外径为Φ159mm、Φ 165mm、Φ 172mm、Φ 178mm 或 Φ 203mm。6.如权利要求1所述的钻铤，其特征在于，所述钻铤长度为9.80m，报废长度为8.30m。7.如权利要求1所述的钻铤，其特征在于，所述钻铤的上连接段所设置的内螺纹长度为58Ctam以上。8.如权利要求7所述的钻铤，其特征在于，所述钻铤的上连接段所设置的内螺纹长度为 730mmo
【专利摘要】本发明公开了一种简易快速提升钻铤，设置有上接头段、吊卡槽、锥体段、钻铤体，上接头段和吊卡槽分界处采用台阶段过渡衔接，台阶段至少包括一个圆柱段和两个锥体段；经实际使用验证，比采用圆角处理能够更好地解决应力集中现象，不容易出现裂纹等结构破坏现象。本发明针对不同外径的钻铤，采用相同尺寸的吊卡槽，吊卡槽外径为φ149mm，不同规格钻铤使用统一规格吊卡来提升不同规格钻铤，可以降低采购吊卡成本，大大提高现场作业效率，降低安全隐患，是钻铤行业的显著改进。本发明吊卡槽和钻铤体分界处采用锥体段过渡衔接，锥体段的斜面与钻铤轴线夹角为6度，采用该设计方案后，钻铤产生的最大应力值最小。
【IPC分类】E21B17/16
【公开号】CN105715217
【申请号】CN201410711444
【发明人】郑龙男, 孙全俊, 张立功
【申请人】郑龙男