[發明專利]一種新型輕質鉆具

無效

• 申請號: 201210360817.0
• 申請日: 2012-09-21
• 公開（公告）號: CN102839922A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 蔡正敏;王柱軍;袁比飛;劉新海
• 申請（專利權）人: 中國石油集團長城鉆探工程有限公司工程服務公司
• 主分類號: E21B17/02
• 分類號: E21B17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及石油鉆井機械領域，特別涉及一種新型輕質鉆具。?

背景技術

隨著石油勘探開發的不斷深入，深井和超深井的數量逐步增加，鉆井深度越來越大，同時地面上承載鉆桿的結構的承載能力是有限的，這樣在鉆深井時，就要求地面承載更大的重量，這也對承載結構也提出了跟大的考驗，這些井中的鉆柱承受著很高的拉伸應力和復雜交變應力作用，對鉆柱設計提出了挑戰，再加上井下復雜的工況和交變應力，因此對鉆柱性能提出了更高要求。?

隨著材料的加工工藝的進步，現在有很多的高強度鋼材面世，它們具有比原有普通鋼材更高的屈服極限，同時具有更好的耐腐蝕性，如何利用現有材料對現有鉆桿結構進行減重設計，使得它們在保持原有優良性能的情況下，具有更輕的重量，這是工作的重點。?

為了提升超深井和水平井的鉆井能力，從降低鉆柱質量、扭矩和拖曳阻力等方面著手，采用新研制的高強度材料低碳錳-硅空冷貝氏體/馬氏體復相鋼來制造輕質鉆具，因此需要結合材料的特性對鉆桿進行重新設計，以減輕鉆具的重量，并且還可以減少材料的使用。?

目前，現有普通鋼質鉆具在應用中主要存在以下幾個問題：?

1、普通鋼質鉆具重量大，這無疑就增加了鉆機井架的負荷與鉆機動力端的負荷，因此極大的限制了鉆井深度。

2、強度重力比低，制約大位移井、超深井和深定向井鉆井能力的一個主要因素是鉆具的強度重力比。?

3、抗疲勞特性、抗腐蝕性不夠高。?

發明的內容

針對石油勘探開發鉆井中普通鋼質鉆具重量大，強度重力比低，抗疲勞特性、抗腐蝕性低等缺陷，本發明提供一種輕質鉆具，它由新研制的高強度材料低碳錳-硅空冷貝氏體/馬氏體復相鋼制做而成，極大的減小了每根鉆桿的重量，從而減小鉆井過程中整個鉆柱的重量，針對材料的特性對鉆桿的結構進行重新設計，以三寸半鉆桿為例，鉆桿壁厚減小為7.3mm，可以使整個鉆具重量減輕20%～25％，材料的拉伸強度達到1500MPa，屈服強度為1200MPa，在井架本身的承載能力和絞車牽引能力不變的情況下使鉆井深度加深，鉆具具有更好的抗疲勞特性和抗腐蝕特性,提高了鉆具的使用壽命。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：采用一種新研制的高強度材料低碳錳-硅空冷貝氏體/馬氏體復相鋼來制作鉆桿，以減小鉆桿的重量，同時對輕質鉆桿的結構進行了重新設計，如附圖所示，鉆桿管體（1），鉆桿管體的過渡段（2），鉆桿接頭在F處與鉆桿管體（1）相連接，連接形式為摩擦焊接，鉆桿接頭帶有內、外螺紋。重新設計后鉆桿外徑不變內徑變大，鉆桿壁厚減小，厚度小于或等于7.3mm，鉆桿的過渡段區是整個結構中應力集中最嚴重的區域，通過有限元原理進行分析與優化，得出過渡段應力集中系數最小的設計參數，三寸半鉆桿過渡段長度（L）≥100?mm，過渡段圓弧半徑（R）≥300?mm，分析結果表明鉆桿具有足夠的結構強度，鉆桿減重設計后仍能夠滿足現場工作要求。?

經過研究與分析，得出新型輕質鉆具有以下優點：?

1、輕型鉆具重量輕，屈服強度高，強度重量比高，設計后的鉆具壁薄，可以減輕整個鉆具重量的20％～25％。

2、由于鉆具本身重量輕，在井架本身的承載能力和絞車牽引能力不變的情況下使鉆井深度加深。?

3、具有更好的抗疲勞特性和抗腐蝕特性，增加了使用壽命。?

4、能有效減小起下鉆過程中鉆具在井內的摩擦阻力，同時鉆具輕能夠減小井架和鉆機的負荷，在鉆井的過程中能夠減小轉盤扭矩，從而減小轉盤動力端載荷。?

5、減小柴油機的負荷，有效減小相關的設備磨損并延長設備的使用壽命及柴油的消耗，節約鉆井成本。?

6、重量減輕后方便運輸，可以減輕車輛運輸中的負載。?

附圖說明

附圖為輕質鉆桿管端結構示意圖。?

圖中，1—鉆桿管體；2—鉆桿管體的過渡段；?L—鉆桿過渡段長度；F—鉆桿接頭與鉆桿管端焊接連接處；R-過渡段圓弧半徑。?

具體實施方式????

參照說明書附圖對本發明的輕質鉆具的結構設計作以下詳細說明。