鋁合金鉆桿桿體和鋼接頭連接使用的冷組裝裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋁合金鉆桿桿體和鋼接頭連接使用的冷組裝裝置，是由桿體夾持機構(gòu)、鋁合金鉆桿體內(nèi)冷卻機構(gòu)、給進機構(gòu)、鋼接頭回轉(zhuǎn)機構(gòu)、參數(shù)檢測機構(gòu)以及實驗臺架組成，本發(fā)明采用冷組裝裝置進行鋁合金鉆桿桿體與鋼接頭的組裝。冷組裝時，先把鋁合金鉆桿桿體冷卻到一定溫度使其收縮，隨后擰入鋼接頭，待恢復(fù)室溫后螺紋連接處可獲得一定的預(yù)緊力，達到鋁合金鉆桿傳遞扭矩和承受載荷的要求。本發(fā)明可在同一實驗臺架上，僅通過更換不同直徑的鉆桿桿體和接頭，來實現(xiàn)其冷組裝，提高連接強度和可靠性。
【專利說明】鋁合金鉆桿桿體和鋼接頭連接使用的冷組裝裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋁合金鉆桿桿體和鋼接頭連接使用的冷組裝裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在地質(zhì)勘探、石油天然氣、煤炭、金屬礦山等勘查開發(fā)的鉆探過程中，都需要用到鉆桿。隨著鉆探深度的增加，難度也在增大，對鉆桿的質(zhì)量要求更高。鋁合金鉆桿具有密度小、比強度高、耐腐蝕性強等優(yōu)點，隨著鉆探深度的增加其優(yōu)勢更為明顯，但其耐磨性較低，而在鉆井操作中，接頭需要經(jīng)常地擰卸，因此在實際使用時，一般將鋁合金鉆桿管體與鋼接頭組裝在一起形成鉆桿柱，由鋼接頭來承受擰卸操作。由于鋁合金與鋼在彈性模量、熱膨脹系數(shù)、延伸率、屈服強度等方面的差異，經(jīng)常出現(xiàn)連接不可靠的情況。鉆桿桿體和接頭的連接也一直是鉆桿的薄弱環(huán)節(jié)。
[0003]一般采用將鋁合金鉆桿桿體施加一定的扭矩與鋼接頭組裝的方法，該方法盡管應(yīng)用較廣，但卻有其不足之處，如當(dāng)鋁合金鉆桿和鋼接頭沿螺紋同時相對移動時，當(dāng)達到較高的接觸壓力時仍不能完全避免局部的鋁合金與鋼緊扣。當(dāng)這樣扣緊的地方很多時，組裝過程中螺紋連接可能被卡住，在以后的使用過程中這樣的接頭會損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的的提供一種鋁合金鉆桿桿體和鋼接頭連接使用的冷組裝裝置。本發(fā)明采用冷組裝裝置進行鋁合金鉆桿桿體與鋼接頭的組裝。冷組裝時，先把鋁合金鉆桿桿體冷卻到一定溫度使其收縮，隨后擰入鋼接頭，待恢復(fù)室溫后螺紋連接處可獲得一定的預(yù)緊力，達到鋁合金鉆桿傳遞扭矩和承受載荷的要求。
[0005]本發(fā)明是由桿體夾持機構(gòu)、鋁合金鉆桿體內(nèi)冷卻機構(gòu)、給進機構(gòu)、鋼接頭回轉(zhuǎn)機構(gòu)、參數(shù)檢測機構(gòu)以及實驗臺架組成，
[0006]所述桿體夾持機構(gòu)通過固定底板固定在實驗臺架上，通過桿體夾持器上的三個夾持螺釘來夾持鋁合金鉆桿桿體，三個夾持螺釘布置在同一平面，等角度排布，半圓夾持器通過擰緊緊固螺栓來抱緊夾持器，半圓夾持器下面通過螺栓連接在固定底板上，并可通過調(diào)整螺栓來調(diào)整鋁合金鉆桿桿體的高度，使鋁合金鉆桿桿體與鋼接頭在同一平面；
[0007]所述鋁合金鉆桿體內(nèi)冷卻機構(gòu)的液氮罐放置在地面上，液氮罐通過調(diào)節(jié)閥與進液管連接形成冷卻液通道，進液管連接雙壁冷卻管，雙壁冷卻管與鋁合金鉆桿桿體內(nèi)的冷卻腔連通，冷卻腔為鋁合金鉆桿桿體的螺紋區(qū)，液氮從雙壁冷卻管的液氮噴射孔噴出，噴在鋁合金鉆桿桿體螺紋區(qū)內(nèi)壁上，對鋁合金鉆桿桿體進行冷卻，液氮汽化，使鋁合金鉆桿桿體降溫，汽化后的氮氣通過雙壁冷卻管外壁上的氮氣排出孔進入氮氣排放通道，至排氣管排出，冷卻腔通過耐低溫橡膠墊來保證密封性；鋁合金鉆桿桿體的螺紋區(qū)設(shè)置溫度傳感器埋置孔，于不同深度埋置溫度傳感器，通過參數(shù)檢測機構(gòu)實時檢測桿體冷卻溫度，根據(jù)檢測溫度來調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開度；
[0008]所述給進機構(gòu)的手輪通過螺紋連接在絲杠上，絲杠另一端通過絲杠固定板固定在實驗臺架上，絲杠上連接有開合螺母，開合螺母上邊與滑動支架連接，滑塊固定在滑動支架的下面，滑塊與導(dǎo)軌相連，可通過導(dǎo)軌做直線運動，導(dǎo)軌固定在實驗臺架上；
[0009]所述鋼接頭回轉(zhuǎn)機構(gòu)固定在滑動支架上，電機通過固定板安裝在滑動支架上，電機的輸出軸鏈輪安裝在電機輸出軸上，鏈條繞設(shè)在輸出軸鏈輪和傳動軸鏈輪上，傳動軸鏈輪連接傳動軸，通過軸承座固定在位于滑動支架的固定板上，傳動軸連接扭矩傳感器，再連接滑環(huán)固定管，滑環(huán)固定管另一端連接變徑接頭，并通過軸承座安裝在位于滑動支架的安裝板上，滑環(huán)安裝在滑環(huán)固定管上，變徑接頭一端連接滑環(huán)固定管，另一端連接鋼接頭，鋼接頭下面設(shè)置有滾動支架，滾動支架連接在滑動支架上，滾動支架可隨鋼接頭轉(zhuǎn)動，起導(dǎo)正作用，使鋼接頭保證平行度。
[0010]所述參數(shù)檢測機構(gòu)的無紙記錄儀放置在實驗臺架上的固定底板上，參數(shù)檢測機構(gòu)通過傳感器把加熱過程中的加熱溫度，鋼接頭溫度，鋁合金鉆桿桿體溫度，冷卻液流量，上扣轉(zhuǎn)速，上扣扭矩這些關(guān)鍵參數(shù)采集到無紙記錄儀中，實時檢測，鋼接頭及鋁合金鉆桿桿體上布置有溫度傳感器。
[0011]本發(fā)明的工作過程是:
[0012]桿體夾持機構(gòu)可調(diào)整鋁合金鉆桿桿體的中心高度，使其與鋼接頭在同一平面，并固定鋁合金鉆桿桿體；鋁合金桿體內(nèi)冷卻機構(gòu)以液氮為冷源，通過雙壁冷卻管到達冷卻區(qū)域，即鉆桿桿體螺紋部位，通過液氮噴射孔以一定流量噴向桿體螺紋區(qū)內(nèi)壁，液氮汽化，冷卻鋁合金桿體內(nèi)部，使其溫度降低，汽化后的氮氣通過雙壁冷卻管外壁上的氮氣排出孔進入氮氣排放通道，至排氣管排出；給進機構(gòu)在鋁合金鉆桿桿體冷卻到設(shè)定溫度后，帶動鋼接頭向鋁合金鉆桿桿體方向前進，鋼接頭前端面與桿體端面接觸，螺紋嚙合；鋼接頭回轉(zhuǎn)機構(gòu)在鋼接頭和鋁合金鉆桿桿體接觸后，使鋼接頭回轉(zhuǎn)，沿著螺紋旋入鉆桿桿體，達到配合端面，形成可靠連接；而參數(shù)檢測機構(gòu)可以通過傳感器把整個過程中的桿體冷卻溫度，冷卻液流量，鋼接頭溫度，上扣轉(zhuǎn)速，上扣扭矩這些關(guān)鍵參數(shù)采集到記錄儀中，實時檢測；本發(fā)明可在同一實驗平臺上，通過更換不同直徑的鋼接頭和鋁合金鉆桿桿體進行冷組裝，從而實現(xiàn)不同直徑范圍的鉆桿和接頭組裝的目的。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
[0014]1、本發(fā)明采用冷組裝裝置進行鋁合金鉆桿桿體與鋼接頭的組裝。冷組裝時，先把鋁合金鉆桿桿體冷卻到一定溫度使其收縮，隨后擰入鋼接頭，待恢復(fù)室溫后螺紋連接處可獲得一定的預(yù)緊力，達到鋁合金鉆桿傳遞扭矩和承受載荷的要求。
[0015]2、本發(fā)明可在同一實驗臺架上，僅通過更換不同直徑的鉆桿桿體和接頭，來實現(xiàn)其冷組裝，提高連接強度和可靠性。
[0016]3、本發(fā)明同樣可以應(yīng)用于其他材質(zhì)的鉆桿桿體和接頭的冷組裝。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的主視圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的俯視圖。
[0019]圖3是本發(fā)明的左視圖。
[0020]圖4是本發(fā)明的立體示意圖。
[0021]圖中:I一桿體夾持機構(gòu)，11一鋁合金鉆桿桿體，12—夾持螺釘，13—桿體夾持器，14一半圓型夾持器，15—緊固螺栓，16—固定底板；2—招合金鉆桿桿體冷卻機構(gòu)，21—液氮罐，22—調(diào)節(jié)閥，23—進液管，24—排氣管，25—雙壁冷卻管，26—耐低溫橡膠墊，27—溫度傳感器埋置孔，3—給進機構(gòu)，31—手輪，32—絲杠，33—開合螺母，34—滑動支架，35—絲杠固定板，36一滑塊,37一導(dǎo)軌,4一鋼接頭回轉(zhuǎn)機構(gòu)，41一電機,42一輸出軸鏈輪，43—鏈條，44 一傳動軸鏈輪，45—軸承座，46—傳動軸，47—扭矩傳感器，48—滑環(huán)固定管，49 一滑環(huán)，410—變徑接頭，411 一滾動支架，412—鋼接頭，413—溫度傳感器埋置孔，5—參數(shù)檢測機構(gòu)，51—無紙記錄儀,6—實驗臺架。
【具體實施方式】
[0022]請參閱圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明是由桿體夾持機構(gòu)1、鋁合金鉆桿體內(nèi)冷卻機構(gòu)2、給進機構(gòu)3、鋼接頭回轉(zhuǎn)機構(gòu)4、參數(shù)檢測機構(gòu)5以及實驗臺架6組成，
[0023]所述桿體夾持機構(gòu)I通過固定底板16固定在實驗臺架上，通過桿體夾持器13上的三個夾持螺釘12來夾持鋁合金鉆桿桿體11，三個夾持螺釘布置在同一平面，等角度排布，半圓夾持器14通過擰緊緊固螺栓15來抱緊夾持器13，半圓夾持器14下面通過螺栓連接在固定底板16上，并可通過調(diào)整螺栓來調(diào)整鋁合金鉆桿桿體11的高度，使鋁合金鉆桿桿體11與鋼接頭412在同一平面；
[0024]所述鋁合金鉆桿體內(nèi)冷卻機構(gòu)2的液氮罐21放置在地面上，液氮罐21通過調(diào)節(jié)閥22與進液管23連接形成冷卻液通道，進液管23連接雙壁冷卻管25，雙壁冷卻管25與鋁合金鉆桿桿體11內(nèi)的冷卻腔連通，冷卻腔為鋁合金鉆桿桿體11的螺紋區(qū)，液氮從雙壁冷卻管25的液氮噴射孔噴出，噴在鋁合金鉆桿桿體11螺紋區(qū)內(nèi)壁上，對鋁合金鉆桿桿體11進行冷卻，液氮汽化，使鋁合金鉆桿桿體11降溫，汽化后的氮氣通過雙壁冷卻管25外壁上的氮氣排出孔進入氮氣排放通道，至排氣管24排出，冷卻腔通過耐低溫橡膠墊26來保證密封性；鋁合金鉆桿桿體11的螺紋區(qū)設(shè)置溫度傳感器埋置孔27，于不同深度埋置溫度傳感器，通過參數(shù)檢測機構(gòu)5實時檢測桿體冷卻溫度，根據(jù)檢測溫度來調(diào)整調(diào)節(jié)閥22的開度；
[0025]所述給進機構(gòu)3的手輪31通過螺紋連接在絲杠32上，絲杠32另一端通過絲杠固定板35固定在實驗臺架6上，絲杠32上連接有開合螺母33，開合螺母33上邊與滑動支架34連接，滑塊36固定在滑動支架34的下面，滑塊36與導(dǎo)軌37相連，可通過導(dǎo)軌37做直線運動，導(dǎo)軌37固定在實驗臺架6上；
[0026]所述鋼接頭回轉(zhuǎn)機構(gòu)4固定在滑動支架34上，電機41通過固定板安裝在滑動支架34上，電機41的輸出軸鏈輪42安裝在電機41輸出軸上，鏈條43繞設(shè)在輸出軸鏈輪42和傳動軸鏈輪44上，傳動軸鏈輪44連接傳動軸46，通過軸承座45固定在位于滑動支架34的固定板上，傳動軸46連接扭矩傳感器47，再連接滑環(huán)固定管48，滑環(huán)固定管48另一端連接變徑接頭410，并通過軸承座安裝在位于滑動支架24的安裝板上，滑環(huán)49安裝在滑環(huán)固定管48上，變徑接頭410 —端連接滑環(huán)固定管48，另一端連接鋼接頭412，鋼接頭412下面設(shè)置有滾動支架411，滾動支架411連接在滑動支架24上，滾動支架411可隨鋼接頭412轉(zhuǎn)動，起導(dǎo)正作用，使鋼接頭412保證平行度。
[0027]所述參數(shù)檢測機構(gòu)5的無紙記錄儀51放置在實驗臺架6上的固定底板16上，參數(shù)檢測機構(gòu)5通過傳感器把加熱過程中的加熱溫度，鋼接頭溫度，鋁合金鉆桿桿體11溫度，冷卻液流量，上扣轉(zhuǎn)速，上扣扭矩這些關(guān)鍵參數(shù)采集到無紙記錄儀51中，實時檢測，鋼接頭412及鋁合金鉆桿桿體11上布置有溫度傳感器。
[0028]本發(fā)明的工作過程是:
[0029]桿體夾持機構(gòu)I通過擰緊桿體夾持器13上的夾持螺釘12，使夾持螺釘12固定鋁合金鉆桿桿體11，采用三個螺釘固定，可靠牢固，將桿體夾持器13放入半圓夾持器14，并擰緊緊固螺栓15，使半圓夾持器14抱緊桿體夾持器13，半圓夾持器14通過螺栓連接在固定底板16上，可通過調(diào)整螺栓來調(diào)整鋁合金鉆桿桿體11的高度，使其與鋼接頭412在同一平面，并通過固定底板16固定在實驗臺架6上；
[0030]鋁合金桿體內(nèi)冷卻機構(gòu)2的冷源為液氮罐21，通過調(diào)節(jié)閥22連接進液管23形成冷卻液通道，通過雙壁冷卻管25進入冷卻腔，即鋁合金鉆桿桿體11的螺紋區(qū)，通過液氮噴射孔以一定的流量和壓力噴出，噴在鋁合金鉆桿桿體11螺紋區(qū)內(nèi)壁上，對鉆桿桿體進行冷卻，液氮汽化，使桿體降溫，汽化后的氮氣通過雙壁冷卻管25外壁上的氮氣排出孔進入氮氣排放通道，至排氣管24排出，冷卻腔通過一定厚度的耐低溫橡膠墊26來保證密封性；在鉆桿桿體螺紋區(qū)設(shè)置溫度傳感器埋置孔27，于不同深度埋置溫度傳感器，通過參數(shù)檢測模塊5實時檢測桿體冷卻溫度，根據(jù)檢測溫度來調(diào)整調(diào)節(jié)閥22的開度；
[0031]鋁合金鉆桿桿體11冷卻到設(shè)定溫度后，給進機構(gòu)3啟動，轉(zhuǎn)動手輪31，帶動絲杠32旋轉(zhuǎn)，通過開合螺母33帶動滑動支架34通過滑塊36沿著導(dǎo)軌37做直線運動，向鋁合金鉆桿桿體11方向前進，鋼接頭412連接在回轉(zhuǎn)機構(gòu)4上，鋼接頭回轉(zhuǎn)機構(gòu)4固定在滑動支架34，滑動支架34向前運動即鋼接頭421向前運動，至鋼接頭412前端面與鋁合金鉆桿桿體11端面接觸，螺紋嚙合；開合螺母33可在需要傳動時閉合，此時絲杠32可通過開合螺母33將運動傳遞至滑動支架34，不需要傳動時將其打開，此時絲杠32的運動不會傳遞到滑動支架34上；絲杠32通過絲杠固定板35固定在實驗臺架6上，連接簡單方便；
[0032]鋼接頭回轉(zhuǎn)機構(gòu)4在鋼接頭412和招合金桿體11接觸后，電機41通過輸出軸鏈輪42，使用鏈條43將回轉(zhuǎn)運動傳遞至傳動軸鏈輪44，通過軸承座45，傳動軸46，使用變徑接頭410連接鋼接頭412，使其回轉(zhuǎn)，沿著螺紋旋入鋁合金鉆桿桿體11，達到配合端面，中間另安裝有扭矩傳感器47，用于檢測上扣扭矩，以及滑環(huán)49，使得鋼接頭412上面的溫度傳感器在鋼接頭412回轉(zhuǎn)的時候可以將信號線傳出，而不會被纏繞，滑環(huán)49安裝在滑環(huán)固定管48上，滑環(huán)固定管48 —邊連接鋼接頭412，另一邊連接扭矩傳感器27 ;鋼接頭412下面放置有滾動支架411，可跟隨鋼接頭412轉(zhuǎn)動，起到扶正作用，使鋼接頭保持平行度，利于組裝；
[0033]參數(shù)檢測機構(gòu)5可以通過連接傳感器把整個過程中的桿體冷卻溫度，冷卻液流量，鋼接頭溫度，上扣轉(zhuǎn)速，上扣扭矩這些關(guān)鍵參數(shù)采集到無紙記錄儀51中，實時檢測。整個機構(gòu)均安裝在實驗臺架6上，布局緊湊，占用空間小。
【權(quán)利要求】
1.一種鋁合金鉆桿桿體和鋼接頭連接使用的冷組裝裝置，其特征在于:是由桿體夾持機構(gòu)(I)、鋁合金鉆桿體內(nèi)冷卻機構(gòu)(2 )、給進機構(gòu)(3 )、鋼接頭回轉(zhuǎn)機構(gòu)(4)、參數(shù)檢測機構(gòu)(5)以及實驗臺架(6)組成， 所述桿體夾持機構(gòu)(I)通過固定底板(16)固定在實驗臺架上，通過桿體夾持器(13)上的三個夾持螺釘(12)來夾持鋁合金鉆桿桿體(11)，三個夾持螺釘布置在同一平面，等角度排布，半圓夾持器(14)通過擰緊緊固螺栓(15)來抱緊夾持器(13)，半圓夾持器(14)下面通過螺栓連接在固定底板(16)上，并可通過調(diào)整螺栓來調(diào)整鋁合金鉆桿桿體(11)的高度，使鋁合金鉆桿桿體(11)與鋼接頭(412 )在同一平面； 所述鋁合金鉆桿體內(nèi)冷卻機構(gòu)(2)的液氮罐(21)放置在地面上，液氮罐(21)通過調(diào)節(jié)閥(22 )與進液管(23 )連接形成冷卻液通道，進液管(23 )連接雙壁冷卻管(25 )，雙壁冷卻管(25 )與鋁合金鉆桿桿體(11)內(nèi)的冷卻腔連通，冷卻腔為鋁合金鉆桿桿體(11)的螺紋區(qū)，液氮從雙壁冷卻管(25 )的液氮噴射孔噴出，噴在鋁合金鉆桿桿體(11)螺紋區(qū)內(nèi)壁上，對鋁合金鉆桿桿體(11)進行冷卻，液氮汽化，使鋁合金鉆桿桿體(11)降溫，汽化后的氮氣通過雙壁冷卻管(25)外壁上的氮氣排出孔進入氮氣排放通道，至排氣管(24)排出，冷卻腔通過耐低溫橡膠墊(26)來保證密封性；鋁合金鉆桿桿體(11)的螺紋區(qū)設(shè)置溫度傳感器埋置孔(27)，于不同深度埋置溫度傳感器，通過參數(shù)檢測機構(gòu)(5)實時檢測桿體冷卻溫度，根據(jù)檢測溫度來調(diào)整調(diào)節(jié)閥(22)的開度； 所述給進機構(gòu)(3)的手輪(31)通過螺紋連接在絲杠(32)上，絲杠(32)另一端通過絲杠固定板(35)固定在實驗臺架(6)上，絲杠(32)上連接有開合螺母(33)，開合螺母(33)上邊與滑動支架(34)連接，滑塊(36)固定在滑動支架(34)的下面，滑塊(36)與導(dǎo)軌(37)相連，可通過導(dǎo)軌(37)做直線運動，導(dǎo)軌(37)固定在實驗臺架(6)上； 所述鋼接頭回轉(zhuǎn)機構(gòu)(4)固定在滑動支架(34)上，電機(41)通過固定板安裝在滑動支架(34)上，電機(41)的輸出軸鏈輪(42)安裝在電機(41)輸出軸上，鏈條(43 )繞設(shè)在輸出軸鏈輪(42)和傳動軸鏈輪(44)上，傳動軸鏈輪(44)連接傳動軸(46)，通過軸承座(45)固定在位于滑動支架(34)的固定板上，傳動軸(46)連接扭矩傳感器(47)，再連接滑環(huán)固定管(48)，滑環(huán)固定管(48)另一端連接變徑接頭(410)，并通過軸承座安裝在位于滑動支架(24)的安裝板上，滑環(huán)(49)安裝在滑環(huán)固定管(48)上，變徑接頭(410) —端連接滑環(huán)固定管(48)，另一端連接鋼接頭(412)，鋼接頭(412)下面設(shè)置有滾動支架(411)，滾動支架(411)連接在滑動支架(24)上，滾動支架(411)可隨鋼接頭(412)轉(zhuǎn)動； 所述參數(shù)檢測機構(gòu)(5)的無紙記錄儀(51)放置在實驗臺架(6)上的固定底板(16)上，參數(shù)檢測機構(gòu)(5)通過傳感器把加熱過程中的加熱溫度，鋼接頭溫度，鋁合金鉆桿桿體(11)溫度，冷卻液流量，上扣轉(zhuǎn)速，上扣扭矩這些關(guān)鍵參數(shù)采集到無紙記錄儀(51)中，實時檢測，鋼接頭(412 )及鋁合金鉆桿桿體(11)上布置有溫度傳感器。
【文檔編號】E21B19/16GK103711444SQ201310705093
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】劉寶昌, 孫友宏, 王曉峰, 毛建設(shè), 高科, 郭威, 薛軍, 范曉鵬 申請人:吉林大學(xué)