專利名稱：防磨減扭接頭的制作方法
專利說(shuō)明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及一種鉆柱組合中的旋轉(zhuǎn)工具，尤其是在鉆井過(guò)程中防止鉆具、套管磨損并且減小鉆具扭矩的防磨減扭接頭。
二背景技術(shù)：
目前有三種鉆井方式，即轉(zhuǎn)盤鉆井、頂部驅(qū)動(dòng)鉆井和井底動(dòng)力鉆具鉆井。井底動(dòng)力鉆具鉆井，由于使用螺桿鉆具或渦輪鉆具，在井底將動(dòng)力傳遞給鉆頭，因此動(dòng)力鉆具以上的鉆柱不旋轉(zhuǎn)，不存在鉆具與套管之間的旋轉(zhuǎn)磨損以及鉆柱扭矩過(guò)大的問(wèn)題，但動(dòng)力鉆具主要在定向井、水平井等的造斜段、穩(wěn)斜段、水平段使用，受動(dòng)力鉆具輸出動(dòng)力的限制，機(jī)械鉆速也較慢。基于這種原因，打直井時(shí)，多選擇轉(zhuǎn)盤鉆井，以獲得理想的機(jī)械鉆速。頂部驅(qū)動(dòng)鉆井，是立根(28m)鉆進(jìn)，節(jié)省2/3接單根的時(shí)間；鉆桿上卸扣機(jī)械化操作；能實(shí)現(xiàn)劃眼下鉆和倒劃眼起鉆；立根鉆水平井、叢式井時(shí)容易控制井底馬達(dá)的造斜方位，由于它具有這些優(yōu)點(diǎn)，頂部驅(qū)動(dòng)鉆井具有廣闊的應(yīng)用前景。所以目前的鉆井方式離不開轉(zhuǎn)盤鉆井和頂部驅(qū)動(dòng)鉆井，而這兩種鉆井方式，都是將地面動(dòng)力通過(guò)鉆柱旋轉(zhuǎn)傳遞給鉆頭，從而破碎巖石。這樣，在有套管井段，鉆具和套管就會(huì)產(chǎn)生摩擦，鉆具先期磨損，套管壁變薄甚至磨穿，嚴(yán)重情況下套管被擠毀，影響井壁的穩(wěn)定性，或者使井壁坍塌，如果套管封隔的是高壓油氣層，會(huì)產(chǎn)生油氣侵，使鉆井液密度降低，引發(fā)井涌事故；若套管封隔的是低壓油氣層，會(huì)產(chǎn)生井漏，污染儲(chǔ)層。在裸眼井段，鉆具直接和巖層摩擦，同樣地，不僅磨損鉆具，而且也影響井壁穩(wěn)定性。鉆柱旋轉(zhuǎn)，鉆柱和套管(或巖層)摩擦的同時(shí)，增大了鉆具扭矩，尤其是方鉆桿承受的反扭矩非常大，方鉆桿長(zhǎng)期承受過(guò)大的反扭矩會(huì)發(fā)生早期疲勞破壞。
三
發(fā)明內(nèi)容
為了減小鉆井過(guò)程中鉆柱旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的鉆具、套管磨損，降低鉆具承受的巨大反扭矩，本實(shí)用新型提供一種防磨減扭接頭，該種工具不僅能防止鉆井時(shí)鉆具與套管(或巖層)之間的磨損，而且能減小鉆具扭矩。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種防磨減扭接頭，由內(nèi)螺紋、接頭本體、開口鎖定螺釘、鋼球、外螺紋、耐磨套和直棱筋組成，其特征在于接頭本體設(shè)為圓柱形，設(shè)有中心孔，接頭本體上部設(shè)有母螺紋，下部設(shè)有公螺紋；接頭本體中下部直徑小于中上部直徑，在中下部外周設(shè)有兩個(gè)半圓弧形環(huán)形槽，且套有耐磨套，耐磨套外周銑有5個(gè)均布的直棱筋，在直棱筋上下設(shè)有與半圓弧形環(huán)形槽對(duì)應(yīng)的兩個(gè)圓形帶母螺紋的通孔，孔內(nèi)裝有鋼球，孔內(nèi)裝有螺釘，螺釘與鋼球之間有間隙。防磨減扭接頭由接頭本體、耐磨套、14mm鋼球和M18×27開口槽緊定螺釘構(gòu)成，各部件分別加工，然后組裝。接頭本體采用40CrMnMo，178×71毛坯，整體調(diào)質(zhì)處理，布氏硬度達(dá)到HB285～320。用車床加工接頭本體內(nèi)徑為82mm，在接頭本體一端加工NC50內(nèi)螺紋，NC50內(nèi)螺紋喇叭口直徑為124.61mm，喇叭口長(zhǎng)度16mm，螺紋總長(zhǎng)度130.18mm，螺紋粗糙度 螺紋緊密距、錐度、螺距、齒高等參數(shù)符合API標(biāo)準(zhǔn)。用車床加工接頭本體外徑，NC50內(nèi)螺紋端外徑為165mm，長(zhǎng)度260mm，此部分較大的長(zhǎng)度是為了上卸扣時(shí)給B型吊鉗留有扣合部位，接頭本體其余部分長(zhǎng)度320mm。在接頭本體NC50內(nèi)螺紋的另一端用車床加工NC50外螺紋，NC50外螺紋總長(zhǎng)度114.3mm，大端直徑133.35mm，退刀寬度12.7mm，螺紋粗糙度 螺紋緊密距、錐度、螺距、齒高等參數(shù)符合API標(biāo)準(zhǔn)。在離NC50外螺紋小端端面114.3～320mm長(zhǎng)度范圍，用車床將接頭本體外徑加工至152mm(上偏差-0.05，下偏差-0.01)，粗糙度 離NC50外螺紋小端200mm，用成型刀具在車床上加工半徑R為8.5mm的半圓形溝槽，在這道半圓形溝槽以上60mm(上偏差+0.02，下偏差-0.02)處加工半徑R為8.5mm的另一道半圓形溝槽，兩道半圓形溝槽加工好后，它們的內(nèi)徑均為138mm(上偏差+0.20，下偏差+0.25)。NC50內(nèi)螺紋、NC50外螺紋與兩道半圓形溝槽內(nèi)徑的同圓度不大于0.05mm。接頭本體沒有作出要求的表面粗糙度 兩道半圓形溝槽內(nèi)表面進(jìn)行高頻淬火，洛氏硬度達(dá)到HRC58～63，淬火后精磨表面至 接頭本體兩端螺紋加工后進(jìn)行磷化處理。耐磨套采用40CrMnMo，229×80毛坯，整體調(diào)質(zhì)處理，布氏硬度達(dá)到HB285～320。用車床加工耐磨套長(zhǎng)度為150mm，耐磨套內(nèi)徑為154mm(上偏差+0.05，下偏差0)，內(nèi)表面粗糙度達(dá)到 在耐磨套內(nèi)表面離兩端面均為45mm處用成型刀具在車床上加工半徑R為8.5mm的兩道半圓形溝槽，兩道半圓形溝槽之間的距離為60mm(上偏差+0.02，下偏差-0.02)，兩道半圓形溝槽外徑為168mm(上偏差+0.05，下偏差0)。用車床加工耐磨套外徑為222mm，耐磨套外表面兩端加工28×30°倒角，在耐磨套外圓柱面用銑床加工寬度40mm厚度16mm的5個(gè)均布的直棱筋，直棱筋兩側(cè)面成60°夾角，在其中任意1個(gè)直棱筋40mm寬度的中心線上，并且離兩端面均為45mm的位置，用鉆床鉆2個(gè)16mm孔，與兩道半圓形溝槽形成的半圓柱面相慣，用M18mm頭錐和二錐加工2個(gè)M18mm深27mm的螺孔。耐磨套內(nèi)表面和兩道半圓形溝槽外徑的同圓度不大于0.05mm，兩道半圓形溝槽內(nèi)表面進(jìn)行高頻淬火，洛氏硬度達(dá)到HRC58～63，淬火后精磨表面至 耐磨套銳棱倒鈍。每只防磨減扭接頭還需加工66個(gè)14mm的鋼球和2個(gè)M18×27的開口槽緊定螺釘。所有部件齊全后，將耐磨套從接頭本體的NC50外螺紋端裝入，當(dāng)耐磨套和接頭本體的兩道半圓形溝槽對(duì)正后，就形成了兩道圓形溝槽，通過(guò)開口槽緊定螺釘孔，向每道圓形溝槽內(nèi)裝入33個(gè)14mm鋼球，裝鋼球時(shí)加適量鈣基潤(rùn)滑脂，最后旋入2個(gè)開口槽緊定螺釘，防磨減扭接頭裝配完成。防磨減扭接頭上井使用回收后，應(yīng)進(jìn)行拆卸、清洗、檢查、維護(hù)、保養(yǎng)，接頭本體和耐磨套之間的徑向間隙超過(guò)1.5mm時(shí)，防磨減扭接頭停止使用。拆卸防磨減扭接頭時(shí)，用改錐旋出開口槽緊定螺釘，轉(zhuǎn)動(dòng)防磨套，鋼球便從圓形溝槽中出來(lái)，所有鋼球取出后，就可以將耐磨套從接頭本體上取下。
鉆柱組合中連接防磨減扭接頭后，在井斜角、方位角變化大、井眼縮徑以及鉆柱繞井眼軸線公轉(zhuǎn)的情況下，耐磨套首先與井壁接觸，當(dāng)鉆具旋轉(zhuǎn)時(shí)，耐磨套與井壁相對(duì)靜止，這樣，鉆具和井壁之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)就轉(zhuǎn)移到了接頭本體和耐磨套上，鉆具和井壁(套管或巖層)之間不產(chǎn)生摩擦，由于接頭本體和耐磨套之間的轉(zhuǎn)動(dòng)是通過(guò)鋼球滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，滾動(dòng)摩擦系數(shù)較小，從而大大降低了鉆具的摩擦扭矩。防磨減扭接頭工作過(guò)程中，井眼環(huán)形空間中的鉆井液起冷卻和潤(rùn)滑作用。
本實(shí)用新型的有益效果是，在鉆柱組合中連接防磨減扭接頭，可以減小鉆具承受的扭矩，防止鉆具和套管(或巖層)之間磨損，保護(hù)井壁的穩(wěn)定性，為油氣田長(zhǎng)期穩(wěn)定開采奠定基礎(chǔ)。防磨減扭接頭在勝利油田使用后，經(jīng)過(guò)測(cè)試，鉆具磨損明顯減小，鉆柱旋轉(zhuǎn)時(shí)承受的扭矩大大降低，套管試壓合格，而且在油氣井開采過(guò)程中，井壁穩(wěn)定，這說(shuō)明套管沒有受到磨損破壞。
四

圖1是本實(shí)用新型裝配圖的半剖視圖。
圖2是本實(shí)用新型接頭本體的半剖視圖。
圖3是本實(shí)用新型耐磨套的半剖視圖。
圖4是耐磨套的D向圖。
圖中1.NC50內(nèi)螺紋，2.接頭本體，3.開口槽緊定螺釘，4.14mm鋼球，5.NC50外螺紋，6.耐磨套，7.直棱筋。
五具體實(shí)施方式
如圖1所示，一種防磨減扭接頭，由內(nèi)螺紋1、接頭本體2、開口鎖定螺釘3、鋼球4、外螺紋5、耐磨套6和直棱筋7組成，其特征在于接頭本體設(shè)為圓柱形，設(shè)有中心孔，接頭本體上部設(shè)有母螺紋，下部設(shè)有公螺紋；接頭本體中下部直徑小于中上部直徑，在中下部外周設(shè)有兩個(gè)半圓弧形環(huán)形槽，且套有耐磨套，耐磨套外周銑有5個(gè)均布的直棱筋，在直棱筋上下設(shè)有與半圓弧形環(huán)形槽對(duì)應(yīng)的兩個(gè)圓形帶母螺紋的通孔，孔內(nèi)裝有鋼球，孔內(nèi)裝有螺釘，螺釘與鋼球之間有間隙。接頭本體2采用40CrMnMo，178×71毛坯，整體調(diào)質(zhì)處理，布氏硬度達(dá)到HB285～320。用車床加工接頭本體2內(nèi)徑為82mm，在接頭本體2一端加工NC50內(nèi)螺紋1，NC50內(nèi)螺紋1喇叭口直徑為124.61mm，喇叭口長(zhǎng)度16mm，螺紋總長(zhǎng)度130.18mm。螺紋粗糙度 螺紋緊密距、錐度、螺距、齒高等參數(shù)符合API標(biāo)準(zhǔn)。用車床加工接頭本體2外徑，NC50內(nèi)螺紋1端外徑為165mm，長(zhǎng)度260mm，接頭本體2其余部分長(zhǎng)度320mm。在接頭本體2NC50內(nèi)螺紋1的另一端用車床加工NC50外螺紋5，NC50外螺紋5總長(zhǎng)度114.3mm，大端直徑133.35mm，退刀寬度12.7mm，螺紋粗糙度 螺紋緊密距、錐度、螺距、齒高等參數(shù)符合API標(biāo)準(zhǔn)。在離NC50外螺紋5小端端面114.3～320mm長(zhǎng)度范圍，用車床將接頭本體2外徑加工至152mm(上偏差-0.05，下偏差-0.01)，粗糙度 離NC50外螺紋5小端200mm，用成型刀具在車床上加工半徑R為8.5mm的半圓形溝槽，在這道半圓形溝槽以上60mm(上偏差+0.02，下偏差-0.02)加工半徑R為8.5mm的另一道半圓形溝槽，兩道半圓形溝槽加工好后，它們的內(nèi)徑均為138mm(上偏差+0.20，下偏差+0.25)。NC50內(nèi)螺紋1、NC50外螺紋5與兩道半圓形溝槽內(nèi)徑的同圓度不大于0.05mm。接頭本體2沒有作出要求的表面粗糙度 兩道半圓形溝槽內(nèi)表面進(jìn)行高頻淬火，洛氏硬度達(dá)到HRC58～63，淬火后精磨表面至 接頭本體2兩端的NC50內(nèi)螺紋1和NC50外螺紋5加工后進(jìn)行磷化處理。耐磨套6采用40CrMnMo，229×080毛坯，整體調(diào)質(zhì)處理，布氏硬度達(dá)到HB285～320。用車床加工耐磨套6長(zhǎng)度為150mm，耐磨套6內(nèi)徑為154mm(上偏差+0.05，下偏差0)，內(nèi)表面粗糙度達(dá)到 在耐磨套6內(nèi)表面離兩端面均為45mm處用成型刀具在車床上加工半徑R為8.5mm的兩道半圓形溝槽，兩道半圓形溝槽之間的距離為60mm(上偏差+0.02，下偏差-0.02)，兩道半圓形溝槽外徑為168mm(上偏差+0.05，下偏差0)。用車床加工耐磨套6外徑為222mm，耐磨套6外圓柱面兩端加工28×30°倒角，在耐磨套6外圓柱面用銑床加工寬度40mm厚度16mm的5個(gè)均布的直棱筋7，直棱筋7兩側(cè)面成60°夾角，在其中任意1個(gè)直棱筋7，40mm寬度的中心線上，并且離兩端面均為45mm的位置，用鉆床鉆2個(gè)16mm孔，與兩道半圓形溝槽形成的半圓柱面相慣，用M18mm頭錐和二錐加工2個(gè)M18mm深27mm的螺孔。耐磨套6內(nèi)表面和兩道半圓形溝槽外徑的同圓度不大于0.05mm，兩道半圓形溝槽內(nèi)表面進(jìn)行高頻淬火，洛氏硬度達(dá)到HRC58～63，淬火后精磨表面至 耐磨套6銳棱倒鈍。每只防磨減扭接頭還需加工66個(gè)14mm的鋼球4和2個(gè)M18×27的開口槽緊定螺釘3。所有部件齊全后，將耐磨套6從接頭本體2的NC50外螺紋5端裝入，當(dāng)耐磨套6和接頭本體2的兩道半圓形溝槽對(duì)正后，就形成了兩道圓形溝槽，通過(guò)開口槽緊定螺釘3的螺孔，向每道圓形溝槽內(nèi)裝入33個(gè)14mm鋼球4，裝14mm鋼球4時(shí)加適量鈣基潤(rùn)滑脂，最后旋入2個(gè)開口槽緊定螺釘3，防磨減扭接頭裝配完成。
權(quán)利要求1.一種防磨減扭接頭，由內(nèi)螺紋、接頭本體、開口鎖定螺釘、鋼球、外螺紋、耐磨套和直棱筋組成，其特征在于接頭本體設(shè)為圓柱形，設(shè)有中心孔，接頭本體上部設(shè)有母螺紋，下部設(shè)有公螺紋；接頭本體中下部直徑小于中上部直徑，在中下部外周設(shè)有兩個(gè)半圓弧形環(huán)形槽，且套有護(hù)套，護(hù)套外周銑有5個(gè)均布的直棱筋，在直棱筋上下設(shè)有與半圓弧形環(huán)形槽對(duì)應(yīng)的兩個(gè)圓形帶母螺紋的通孔，孔內(nèi)裝有鋼球，孔內(nèi)裝有螺釘，螺釘與鋼球之間有間隙。
專利摘要一種防磨減扭接頭，由內(nèi)螺紋、接頭本體、開口鎖定螺釘、鋼球、外螺紋、耐磨套和直棱筋組成，其特征在于接頭本體設(shè)為圓柱形，設(shè)有中心孔，接頭本體上部設(shè)有母螺紋，下部設(shè)有公螺紋；接頭本體中下部直徑小于中上部直徑，在中下部外周設(shè)有兩個(gè)半圓弧形環(huán)形槽，且套有護(hù)套，護(hù)套外周銑有5個(gè)均布的直棱筋，在直棱筋上下設(shè)有與半圓弧形環(huán)形槽對(duì)應(yīng)的兩個(gè)圓形帶母螺紋的通孔，孔內(nèi)裝有鋼球，孔內(nèi)裝有螺釘，螺釘與鋼球之間有間隙。本實(shí)用新型減小了與套管的磨擦力和鉆具的扭矩力。
文檔編號(hào)E21B17/02GK2864072SQ20052010548
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2005年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月16日
發(fā)明者張玉英, 王永宏, 郭凌云 申請(qǐng)人:張玉英, 王永宏, 郭凌云