钻柱接头设计制造技术

一种钻柱杆(1)，用于形成由被连接起来的这种钻柱杆(1，1b)构成的组件(10)的一部分，所述钻柱杆(1)包括：伸长的中心杆部分(2)，其在阳型端(3)和阴型端(4)之间轴向地延伸，其中所述中心杆部分(2)是中空柱形的，其由内部第一直径(d

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钻柱接头设计


[0001]本专利技术涉及与用于冲击凿岩的钻头一起使用的钻柱杆。具体地是，本专利技术涉及提高这种钻柱杆的可靠性和寿命。

技术介绍

[0002]冲击钻凿用于经由多个伸长钻柱杆形成长钻孔，所述多个伸长钻柱杆通过互连的阳型螺纹端和阴型螺纹端而被端对端联接在一起。成熟的技术通过从安装在钻柱的一端的岩石钻头向钻孔的底部处的岩石传递的锤击冲击来破碎岩石。通常，破碎岩石所需的能量由液压驱动的活塞产生，该活塞接触钻柱的所述端部(通过柄适配器)以产生应力(或冲击)波，该应力(或冲击)波通过钻柱传播，并最终传播到岩石。在US 4,332,502、US 4,398,756、US 4,687,368和DE 2800887中描述了常规的阳型螺纹联接和阴型螺纹联接。
[0003]相邻钻杆的阳型螺纹端和阴型螺纹端被联接起来以形成钻柱，并且接头通常在钻凿期间承受很大的力。这些力使联接疲劳并导致接头的带螺纹部分内的磨损和断裂。通常，损坏的是带螺纹的阳型套管(male spigot)，它决定了联接的使用寿命。US 6,767,156公开了一种在两个冲击钻杆之间的螺纹接头，其具有设置在阳型部分和阴型部分的轴向前端处的锥形导向表面，以试图实现牢固的联接并防止对螺纹的损坏。
[0004]本申请人的EP2845992B1旨在减轻上述缺点。
[0005]已知钻柱接头设计的一个问题是，由于源自非直孔的弯曲而发生故障。在套管中或在套筒部分中可能发生破裂，因此降低了钻柱杆的可靠性和寿命。
[0006]因此，需要一种具有减小的应力和增加的抗弯性的钻柱接头设计，从而提高钻柱杆的可靠性并增加钻柱杆的寿命。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种钻柱杆，该钻柱杆具有改进的可靠性和寿命。根据本专利技术的第一方面，该目的通过如所附独立权利要求1中限定的本专利技术的钻柱杆来实现，替代性实施例在从属权利要求中限定。钻柱杆将形成由被连接起来的这种钻柱杆构成的组件的一部分。钻柱杆包括在阳型端和阴型端之间轴向地延伸的伸长的中心杆部分。中心杆部分是中空柱形的，其由内部第一直径(d
杆
)和外部第二直径(D
杆
)限定。阳型端包括套管，其中套管包括基部，该基部从肩部轴向地突出，该肩部将套管和中心杆部分在轴向上分开。阴型端包括套筒部分，该套筒部分被构造成用以装配到套管。同样，基部设有外螺纹，并且套筒部分设有内螺纹，其中内螺纹对应于外螺纹，使得套筒部分的内螺纹能够附接到组件的另一钻柱杆的套管的基部的外螺纹。在钻柱杆的纵向轴线的径向平面中，套管的基部由外部第三直径(D
套管
)和内部第四直径(d
套管
)限定，并且套筒部分由外部第五直径(D
套筒
)和内部第六直径(d
套筒
)限定。本专利技术限于外部第二直径(D
杆
)在30mm和60mm之间、优选在40mm和60mm之间的钻柱杆。C
套筒
和C
套管
与钻柱杆的直径相关，如以下公式所定义的：
[0008][0009][0010]C
套筒
应大于2.0，或者C
套管
应大于0.6。
[0011]技术人员理解直径不能自由选择。例如，套管的外部直径自然受到套筒部分的内部直径限制。此外，套筒部分的外部直径通常受到所钻凿出来的孔的大小和对在套筒部分和孔的内壁之间用于冲洗掉经过套筒部分的钻屑的足够空间的需要的限制。类似地是，套管的内部直径限制了冲洗流体能够被泵送通过钻柱杆的速率，因此不应该太小。钻柱杆的设计显然是一项困难的平衡工作，并且本专利技术指导技术人员选择参数的组合，从而能够降低钻柱杆中的材料失效的风险，并具有持续的冲洗性能。解决这个问题比看起来要困难得多。
[0012]本专利技术的专利技术人已经认识到，钻柱杆的失效是由于中心杆部分的刚度增加和由岩石中较硬的岩层或岩石中的裂缝引起的钻柱的受迫弯曲的组合。钻柱杆的弯曲在杆旋转的同时发生，从而由于弯曲产生了额外的应力，并且由于杆在其弯曲状态下在孔中旋转引起的弯曲轴线的持续变化而产生了疲劳。
[0013]已提出的解决方案是设定套管和套筒部分的尺寸，使得套管和套筒部分中的计算得到的最大弯曲应力分别与中心杆部分中的计算得到的最大弯曲应力相关。然而，本专利技术人已经认识到，套筒部分和套管的计算得到的最大应力不应该分别等于中心杆部分的计算得到的最大弯曲应力，而是应该分别与中心杆部分的计算得到的最大弯曲应力乘以系数C
套筒
或C
套管
相关，以便考虑通常出现的强度上的差异，例如由于在制造钻柱杆时不均匀硬化和/或加工而可能出现的局部材料变化而出现的强度上的差异。
[0014]在一些实施例中，C
套筒
>2.0且C
套管
>0.6。所涉及的第一、第二、第三、第四、第五和第六直径的这种平衡提供了钻柱杆的高可靠性和长寿命。
[0015]在一些实施例中，套管的基部是锥形的。
[0016]在一些实施例中，套管的基部是柱形的。
[0017]在一些实施例中，第一直径(d
杆
)为30mm，其中第二直径(D
杆
)为57mm，其中第三直径(D
套管
)为48mm，其中第四直径(d
套管
)为21mm，其中第五直径(D
套筒
)为76mm，并且其中第六直径(d
套筒
)为51mm。
[0018]在一些实施例中，钻柱杆适合用于与具有外部第七直径(D
孔
)的钻头，其中第五直径<0.90*第七直径(D
孔
)。
[0019]另一方面涉及一种包括多个根据上述第一方面的钻柱杆的系统。
[0020]在一些实施例中，系统的钻柱杆是上述类型的，其适合用于与具有外部第七直径(D
孔
)的钻头一起使用，其中第五直径<0.90*第七直径(D
孔
)，并且其中系统还包括钻头。
[0021]孔和套筒部分的外部直径之间的直径上的差异使得能够将钻屑有效地冲洗通过套筒部分，同时提供能够应对所涉及的力的坚固耐用的钻柱杆。
[0022]在一些实施例中，第七直径>89mm。钻柱杆具有的第二直径在30mm和60mm之间，优
选地是在40mm和60mm之间，其中由C
套筒
和C
套管
控制的钻柱杆的相关直径的特定限制提供了坚固耐用的钻凿系统。
[0023]在一些实施例中，基部上的螺纹和套筒部分上的螺纹都是直的。
[0024]在一些实施例中，基部上的螺纹和套筒部分上的螺纹都是弧形的。
附图说明
[0025]图1显示了两个相同的连接起来的钻柱杆的透视图。
[0026]图2显示了如图1所示的钻柱杆的阳型端的放大透视图A。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种钻柱杆(1)，用于形成由被连接起来的这种钻柱杆(1，1b)构成的组件(10)的一部分，所述钻柱杆(1)包括：伸长的中心杆部分(2)，所述中心杆部分(2)在阳型端(3)和阴型端(4)之间轴向地延伸，其中所述中心杆部分(2)是中空柱形的，其由内部第一直径(d
杆
)和外部第二直径(D
杆
)限定，其中所述阳型端(3)包括套管(5)，其中所述套管(5)包括基部(6)，所述基部(6)从肩部(7)轴向地突出，所述肩部(7)将所述套管(5)和所述中心杆部分(2)在轴向上分开，其中所述阴型端(4)包括套筒部分(8)，所述套筒部分(8)被构造用以装配到所述套管(5)，其中所述基部(6)设有外螺纹，并且其中所述套筒部分(8)设有内螺纹，其中所述内螺纹对应于所述外螺纹，使得所述套筒部分(8)的所述内螺纹能够附接到所述组件(10)的另一钻柱杆(1b)的所述套管(5)的所述基部(6)的所述外螺纹，其中在所述钻柱杆(1)的纵向轴线(9)的径向平面(P)中，所述套管(5)的所述基部(6)由外部第三直径(D
套管
)和内部第四直径(d
套管
)限定，并且所述套筒部分(8)由外部第五直径(D
套筒
)和内部第六直径(d
套筒
)限定，其中所述第二直径(D
杆
)在30mm
‑
60mm之间，其中：60mm之间，其中：其中，并且其中C
套筒
>2.0或者C
套管
>0.6。2.根据权利要求1所述的钻柱杆(1)，其中，C
套筒
>2.0并且C
套管
>0.6。3.根据权利要求1至2中的任一项所述的钻柱杆(1)，其中，所述套管(5)的所述基部(6)是锥...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯，
申请(专利权)人：山特维克矿山工程机械工具股份有限公司，
类型：发明
国别省市：