本发明专利技术公开了一种轻质双金属复合钻杆，包括钻杆公接头和钻杆母接头，还包括双金属复合杆体，所述双金属复合杆体的轴向两端分别连接设置所述钻杆公接头和所述钻杆母接头；双金属复合杆体包括钢外管和套设在所述钢外管内部的轻质合金内管，所述钢外管和轻质合金内管之间设置中间过渡合金。本发明专利技术的轻质双金属复合钻杆，充分利用钢的高强度和耐磨性优势，以及轻质合金的高比强度和耐腐蚀性的特点，采用轻质合金管体表面处理工艺预防电化学腐蚀，在外壁包覆薄层钢管，或者两层薄壁钢管中间夹轻质合金管结构，形成轻质双金属复合钻杆，具有质量轻、强度高、加工性能好、成本低廉、降低劳动强度，减少运输和施工能源消耗，耐腐蚀和耐磨性好的综合性能，可延长钻杆的使用寿命，助力于钻探工程的自动化、智能化发展。智能化发展。智能化发展。
【技术实现步骤摘要】
一种轻质双金属复合钻杆及其制造工艺
[0001]本专利技术属于涉及地质钻探领域，涉及一种钻探工程用轻质双金属复合钻杆及制造工艺。
技术介绍
[0002]为了缓解日益凸显的资源、能源和环境危机，我国提出了“碳达峰、碳中和”的目标，但随着地球表层资源枯竭，深部勘探面临着高强度、高腐蚀等复杂工况，所以追求地质勘探、油气开采钻探装备轻量化，延长其使用寿命是减少碳排放和能耗的有效途径。
[0003]钻杆是钻探工程中将具有冷却和排粉作用的泥浆从地表运送到孔底钻头的重要通道，也是向钻头传递破岩所需压力、转速、扭矩的必备媒介，具有结构简单，服役过程中需要频繁装卸和搬运等特点。
[0004]目前钻杆主体材料为钢质管件，因具有屈服强度高、传扭能力强、耐磨性好、加工成本低等优点，在地质勘探、油气开采、科学钻探等领域得到了广泛应用。但钢材的密度高，同等长度的钻杆自重大，搬迁和装卸过程中劳动强度大，定向井施工中与井壁摩擦阻力大，因而在深孔钻探的应用受到限制，另外钢钻杆在钻井液和潮湿空气中不耐腐蚀，易发生氢脆，给钻井工程带来安全隐患和经济损失。铝合金密度低，比强度约为钢的1.5
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2倍，是应用最广泛最成熟的非钢质钻杆材料，专利技术专利CN 104533310 B和CN 106835233 B公开了一种带钢接头的轻质铝合金钻杆，铝合金杆体与钢接头通过热组装、冷组装等过盈装配方法连接，减轻了石油天然气钻井用钻杆的重量，降低了钻机的大钩载荷。但由于铝合金与钢材化学活性存在差异，在钻井液环境中铝合金与钢的连接界面易发生电化学腐蚀；另外铝合金钻杆表面硬度低，耐磨性差，增加了带钢接头的铝合金钻杆的应用成本和失效风险。钛合金比强度高，耐高温性、耐腐蚀性和耐磨性优于铝合金，专利技术专利CN 109926531 B和CN 110756963B公开了一种钛合金钻杆和加工工艺，具有强度高、密度小、耐高温、耐腐蚀、曲率半径小、无磁或磁性较小等优点。但钛合金钻杆材料成本过高，极易高温氧化，金属流动性差，机械加工难度大，工艺复杂，而且与接头连接时需要对端面进行墩粗处理，因而不适宜在钻探工程中大规模使用。
[0005]综上所述，复杂条件下的钻探工况中，常规单一材质的钻杆存在重量大、搬迁困难、加工成本高、耐腐蚀和磨损寿命不足等缺点，因而有必要开发一种成本低、重量轻、耐磨耐腐蚀的轻质高强钻杆。
技术实现思路
[0006]为解决现有钻杆重量大、拆卸频繁、成本高、搬迁困难、耐腐蚀和磨损寿命不足等问题，本专利技术提供了一种轻质双金属复合钻杆及其制造工艺。
[0007]为实现上述目的，本专利技术公开了以下技术方案：
[0008]一种轻质双金属复合钻杆，包括钻杆公接头和钻杆母接头，还包括双金属复合杆体，所述双金属复合杆体的轴向两端分别连接设置所述钻杆公接头和所述钻杆母接头；
[0009]双金属复合杆体包括钢外管和套设在所述钢外管内部的轻质合金内管，所述钢外管和轻质合金内管之间设置中间过渡合金。
[0010]进一步的，所述轻质合金内管材质包括铝合金和钛合金，所述中间过渡合金由钢铝混合微粉组成。
[0011]进一步的，钻杆公接头的轴向一端设置公接头过盈连接螺纹，钻杆母接头的轴向一端设置母接头过盈连接螺纹，所述合金内管的两端分别设置杆体过盈连接螺纹，所述杆体过盈连接螺纹分别与所述公接头过盈连接螺纹和所述母接头过盈连接螺纹连接。
[0012]进一步的，所述杆体过盈连接螺纹为内部加厚的结构。
[0013]进一步的，所述钻杆公接头的公接头过盈连接螺纹处设置公接头限位台肩，用于限制公接头过盈连接螺纹与杆体过盈连接螺纹的轴向配合；
[0014]所述钻杆母接头的母接头过盈连接螺纹处设置母接头限位台肩，用于限制母接头过盈连接螺纹与杆体过盈连接螺纹的轴向配合。
[0015]进一步的，所述钻杆公接头的轴向另一端设置钻杆公螺纹，用以连接钻头或其他钻杆；
[0016]所述钻杆母接头的轴向另一端设置钻杆母螺纹，用以连接其他钻杆或送水器。
[0017]进一步的，还包括绝缘密封垫片，所述绝缘密封垫片分别套接于合金内管两端的杆体过盈连接螺纹的根部台肩。
[0018]进一步的，所述合金内管的内壁设置陶瓷保护膜。
[0019]进一步的，还包括钢芯管，所述钢芯管设置在所述合金内管内部，所述钢芯管与所述合金内管之间设置中间过渡合金。
[0020]本专利技术还公开一种轻质双金属复合钻杆的制造工艺，该工艺包括：
[0021]步骤1：检查钢外管与合金内管的配合尺寸，对钢外管的内壁和合金内管的外壁进行除油除锈处理，在钢外管与合金内管的接触界面喷涂或浸镀钢铝混合微粉形成中间过渡合金，将钢外管套接于合金内管外壁，保持钢外管和合金内管的两个端面平齐；
[0022]步骤2：钻杆公接头的一端加工钻杆公螺纹，钻杆公接头的另一端加工公接头过盈连接螺纹；钻杆母接头一端加工钻杆母螺纹，钻杆母接头的另一端加工母接头过盈连接螺纹；双金属复合杆体的合金内管的两端分别加工杆体过盈连接螺纹；
[0023]步骤3：钻杆公接头通过公接头过盈连接螺纹与双金属复合杆体的杆体过盈连接螺纹过盈连接，公接头限位台肩用于限制公接头过盈连接螺纹与杆体过盈连接螺纹的轴向配合；
[0024]钻杆母接头通过母接头过盈连接螺纹与双金属复合杆体的杆体过盈连接螺纹过盈连接，母接头限位台肩用于限制母接头过盈连接螺纹与杆体过盈连接螺纹的轴向配合；
[0025]绝缘密封垫片分别套接于合金内管两端的杆体过盈连接螺纹的根部台肩；
[0026]步骤4：钻杆公螺纹用以连接钻头或其他钻杆，钻杆母螺纹用以连接其他钻杆或送水器，连接后钻压和扭矩载荷从钻机动力头通过钻杆母接头传到合金内管，再通过合金内管传到钻杆公接头，并通过相邻两根钻杆之间的螺纹连接副传到前一根钻杆。
[0027]本专利技术的与现有技术相比具有以下技术效果：
[0028](1)本专利技术轻质双金属复合钻杆，接头采用合金钢，杆体采用双金属复合管，单根钻杆减重35％以上，可明显降低扭矩衰减，即在不增加钻机能力的前提下，可以施工更深的
钻孔，能够有效降低施工劳动强度，减少运输和施工能源消耗，尤其适用于高原、隧道、极地、矿井等偏远复杂地区的钻探施工；
[0029](2)本专利技术轻质双金属复合钻杆，杆体外管采用耐磨钢材，内管采用表面处理的轻质合金材料，钻杆在钻井液中腐蚀速率降低了90％，与铝合金钻杆相比耐磨性提高了3倍，有效延长了使用寿命。作为特殊应用当接头和外管材质采用无磁钢时，钻杆具有无磁特性，直接在内孔安装随钻测量探管实现定向钻进和导向钻进；
[0030](3)本专利技术轻质双金属复合钻杆，钢接头和轻质合金管体采用过盈连接，能够有效防止接头与轻质合金管体的脱扣，传递载荷能力提升5％以上，连接端面设置绝缘密封元件，有效防止冲洗液进入钢铝复合界面而引发电化学腐蚀。
[0031]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。
附图说明
[0032]附本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种轻质双金属复合钻杆，包括钻杆公接头(1)和钻杆母接头(3)，其特征在于，还包括双金属复合杆体(2)，所述双金属复合杆体(2)的轴向两端分别连接设置所述钻杆公接头(1)和所述钻杆母接头(3)；双金属复合杆体(2)包括钢外管(21)和套设在所述钢外管(21)内部的合金内管(22)，所述钢外管(21)和合金内管(22)之间设置中间过渡合金(24)。2.根据权利要求1所述的轻质双金属复合钻杆，其特征在于，所述合金内管(22)材质包括铝合金和钛合金，所述中间过渡合金(24)由钢铝混合微粉组成。3.根据权利要求1所述的轻质双金属复合钻杆，其特征在于，所述钻杆公接头(1)的轴向一端设置公接头过盈连接螺纹(12)，钻杆母接头(3)的轴向一端设置母接头过盈连接螺纹(32)，所述合金内管(22)的两端分别设置杆体过盈连接螺纹(23)，所述杆体过盈连接螺纹(23)分别与所述公接头过盈连接螺纹(12)和所述母接头过盈连接螺纹(32)连接。4.根据权利要求3所述的轻质双金属复合钻杆，其特征在于，所述杆体过盈连接螺纹(23)为内部加厚的结构。5.根据权利要求3所述的轻质双金属复合钻杆，其特征在于，所述钻杆公接头(1)的公接头过盈连接螺纹(12)处设置公接头限位台肩(13)，用于限制公接头过盈连接螺纹(12)与杆体过盈连接螺纹(23)的轴向配合；所述钻杆母接头(3)的母接头过盈连接螺纹(32)处设置母接头限位台肩(33)，用于限制母接头过盈连接螺纹(32)与杆体过盈连接螺纹(23)的轴向配合。6.根据权利要求3所述的轻质双金属复合钻杆，其特征在于，所述钻杆公接头(1)的轴向另一端设置钻杆公螺纹(11)，用以连接钻头或其他钻杆；所述钻杆母接头(3)的轴向另一端设置钻杆母螺纹(31)，用以连接其他钻杆或送水器。7.根据权利要求3所述的轻质双金属复合钻杆，其特征在于，还包括绝缘密封垫片(4)，所述绝缘密封垫片(4)分别套接于合金内管(22)两端的杆体过盈连接螺纹(23)的根部台肩。8.根据权利要求1所述的轻质双金...
【专利技术属性】
技术研发人员：马少明，王传留，李耿，芦甜，范运林，王家乐，马宇，孙荣军，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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