纤维金属复合钻杆的制作方法

1.本发明涉及石油天然气钻探领域，具体是一种纤维金属复合钻杆。


背景技术：

2.伴随着浅部油气资源的长期开采,浅层的油气资源不断减少,为了满足日益增长的能源需求,油气井钻探的深度和难度不断增加。深井、超深井、水平井等复杂钻井在国内外勘探开发中所占比例越来越大。随着深井、超深井、水平井等复杂钻井作业越来越多,对钻杆的性能也提出来越来越高的要求。
3.钻杆为石油钻柱的主要组成部分，主要用于起下工具、输送钻井液、施加钻压及传递扭矩，起着连接地面动力设备与井下钻链、井下工具、钻头的作用。现有的常用钻杆基本上都是钢材材质，钢材整体成型的钻杆具有诸多优点，如强度高、耐磨性能好，但也存在重量大、价格贵的缺点，由于单根钻杆的很长，还存在不便于装卸的问题。


技术实现要素：

4.本发明提供一种纤维金属复合钻杆，解决现有钻杆重量大、价格贵、装卸不便的问题。
5.本发明采用的技术方案是：纤维金属复合钻杆，包括主管和钻杆接头，主管和钻杆接头均为金属材质，主管形成圆柱状的管腔，主管的两端分别墩粗形成连接段，连接段之间为中间段，两个连接段的端部分别焊接连接钻杆接头，主管两端的两个钻杆接头相互适配；主管外侧的中间段和连接段之间通过斜面相连，中间段的外周设置玄武岩纤维层。
6.进一步的是：玄武岩纤维层的厚度与中间段的厚度之和与连接段的厚度相等。
7.进一步的是：在经过主管中心线的剖面上，中间段与斜面形成的夹角为钝角，连接段与斜面形成的夹角为钝角。
8.更进一步的是：斜面上间隔设置环形的凹槽。具体的：在经过主管中心线的剖面上，凹槽的顶部和底部均呈直角状。
9.进一步的是：钻杆接头的内壁光滑，主管的内壁光滑，主管的中间段的外壁以及斜面粗糙。
10.进一步的是：钻杆接头与主管相连的一端的内、外径与连接段的内、外径一致。
11.具体的：主管两端的钻杆接头为相互适配的螺纹接头。
12.本发明的有益效果是：纤维金属复合钻杆的主管的中间段可以在满足强度要求的前提下尽量做薄，中间段的外侧设置玄武岩纤维层，从而可减少主管的用材，减轻主管单位长度的质量，同时节约制造成本；而且，纤维金属复合钻杆还具有耐腐蚀、柔性好、便于抬运装卸的特点。
13.玄武岩纤维层的厚度与中间段的厚度之和与连接段的厚度相等，使主管的外侧呈平整状。中间段和连接段之间的斜面设置环形的凹槽，可增强玄武岩纤维层与主管的结合力，使玄武岩纤维层稳固地复合于主管的外壁。
附图说明
14.图1是本发明纤维金属复合钻杆的结构示意图。
15.图2是图1中主管的连接段和中间段之间的局部放大图。
16.附图标记：主管1、连接段11、中间段12、斜面13、凹槽14、钻杆接头2、玄武岩纤维层3。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明作进一步说明。
18.本发明纤维金属复合钻杆为石油钻柱的主要组成部分，主要用于起下工具、输送钻井液、施加钻压及传递扭矩，起着连接地面动力设备与井下钻链、井下工具、钻头的作用。
19.如图1所示，本发明纤维金属复合钻杆，包括主管1和钻杆接头2，主管1和钻杆接头2均为金属材质，例如主管1和钻杆接头2为钢管或合金管。主管1在不同位置的内径相同，主管1形成圆柱状的管腔。主管1的内壁应尽量平整光滑，减少内壁的摩擦阻力。主管1的两端分别墩粗形成连接段11，连接段11之间为中间段12。主管1沿长度方向分为三段，主管1的两端分别为连接段11，两个连接段11之间为中间段12，连接段11和中间段12为一个整体。主管1通过镦粗方式加工形成两个连接段11，在节省材料成本的同时也节省机加工量，更重要是改善连接段11金属纤维组织和密度，提高连接段11的机械强度和抗扭能力。
20.两个连接段11的端部分别焊接连接钻杆接头2，例如主管1和钻杆接头2之间通过摩擦焊的方式进行连接。主管1两端的钻杆接头2相互适配，使纤维金属复合钻杆能串联连接，例如，主管1两端的钻杆接头2为相互适配的螺纹接头，螺纹接头的规格应符合api标准。为了提高主管1和钻杆接头2之间的焊接质量，钻杆接头2与主管1相连的一端的内、外径与连接段11的内、外径一致。
21.主管1的连接段11的外径大于中间段的外径，在主管1的外侧，中间段12和连接段11之间通过斜面13相连。在经过主管1中心线的剖面上，也即是如图1所示，中间段12与斜面13形成的夹角最后为钝角，连接段11与斜面13形成的夹角也为钝角，两个钝角为内错角的关系。中间段12和连接段11之间的斜面13围成圆台的轮廓，圆台的侧面即为斜面13。斜面13上间隔设置环形的凹槽，如图2所示。在经过主管1中心线的剖面上，凹槽的顶部和底部均呈直角状，凹槽之间直角过渡，凹槽可用尖锐的车刀刀尖加工制作。中间段12的外周设置玄武岩纤维层3，玄武岩纤维层3的两端分别与斜面13上的凹槽结合，使玄武岩纤维层3牢固地粘附于主管1外侧。中间段12的外壁和斜面13最好为粗糙状，利于玄武岩纤维层3的加工。玄武岩纤维层3的厚度与中间段12的厚度之和最好与连接段11的厚度相等，主管1的连接段11与玄武岩纤维层3之间齐平，使主管1的外侧呈平整状。
22.加工玄武岩纤维层3时，可对主管1的中间段和斜面13先进行喷砂处理，达到除锈、使主管1外表面粗糙。玄武岩纤维层3复合至中间段12的外壁时，主要工艺为：将聚酰胺固化剂、防老化材料及紫外线吸收剂按一定比例混合，再与纤维联合交替缠绕在中间段12外侧。具体的，储存装置预先抽成真空并充满氩气，玄武岩经粉碎、筛选，得到一定粒径范围的颗粒料，玄武岩颗粒料存储于存储装置内；通过喷吸装置向等离子体发生装置提供玄武岩颗粒料，其中等离子体发生装置安置于真空的容器内存储装置内；玄武岩颗粒料经离子发生器处理，在高温无氧的情况下成为球状高强度状态；球状高强度状态的玄武岩颗粒料用作
涂料附于中间段12的外壁。玄武岩纤维层3的层数至少一层，根据实际要求，玄武岩纤维层3一般复合3～7层。


技术特征：
1.纤维金属复合钻杆，包括主管(1)和钻杆接头(2)，主管(1)和钻杆接头(2)均为金属材质，主管(1)形成圆柱状的管腔，主管(1)的两端分别墩粗形成连接段(11)，连接段(11)之间为中间段(12)，其特征在于：两个连接段(11)的端部分别焊接连接钻杆接头(2)，主管(1)两端的两个钻杆接头(2)相互适配；主管(1)外侧的中间段(12)和连接段(11)之间通过斜面(13)相连，中间段(12)的外周设置玄武岩纤维层(3)。2.如权利要求1所述的纤维金属复合钻杆，其特征在于：玄武岩纤维层(3)的厚度与中间段(12)的厚度之和与连接段(11)的厚度相等。3.如权利要求1所述的纤维金属复合钻杆，其特征在于：在经过主管(1)中心线的剖面上，中间段(12)与斜面(13)形成的夹角为钝角，连接段(11)与斜面(13)形成的夹角为钝角。4.如权利要求3所述的纤维金属复合钻杆，其特征在于：斜面(13)上间隔设置环形的凹槽(14)。5.如权利要求4所述的纤维金属复合钻杆，其特征在于：在经过主管(1)中心线的剖面上，凹槽(14)的顶部和底部均呈直角状。6.如权利要求1～5任一权利要求所述的纤维金属复合钻杆，其特征在于：钻杆接头(2)的内壁光滑，主管(1)的内壁光滑，主管(1)的中间段(12)的外壁以及斜面(13)粗糙。7.如权利要求1～5任一权利要求所述的纤维金属复合钻杆，其特征在于：钻杆接头(2)与主管(1)相连的一端的内、外径与连接段(11)的内、外径一致。8.如权利要求1～5任一权利要求所述的纤维金属复合钻杆，其特征在于：主管(1)两端的钻杆接头(2)为相互适配的螺纹接头。

技术总结
本发明公开了一种纤维金属复合钻杆，涉及石油天然气钻探领域，解决现有钻杆重量大、价格贵、装卸不便的问题。本发明采用的技术方案是：纤维金属复合钻杆，包括主管和钻杆接头，主管和钻杆接头均为金属材质，主管形成圆柱状的管腔，主管的两端分别墩粗形成连接段，连接段之间为中间段，两个连接段的端部分别焊接连接钻杆接头，主管两端的两个钻杆接头相互适配；主管外侧的中间段和连接段之间通过斜面相连，中间段的外周设置玄武岩纤维层。主管的中间段可以在满足强度要求的前提下尽量做薄，中间段的外侧设置玄武岩纤维层，可减少主管的用材，减轻主管单位长度的质量，同时节约制造成本。纤维金属复合钻杆用于制作石油钻柱。纤维金属复合钻杆用于制作石油钻柱。纤维金属复合钻杆用于制作石油钻柱。


技术研发人员：张泉
受保护的技术使用者：南充西南石油大学设计研究院有限责任公司
技术研发日：2021.08.27
技术公布日：2021/12/14