CN216811592U - 一种新型隔热钻杆 - Google Patents

Abstract

一种新型隔热钻杆，包括上接头、接头内衬、隔热材料、外管体、内管体和下接头。通过外管体凸块与内管体凹槽的过盈配合、接头凸块与内衬凹槽的过盈配合，使得隔热钻杆结构合理紧凑，提高整体强度；且接头和管体上凸块的两侧面夹角和高度均一致，与凹槽配合后形成隔热材料的填充间隙，简化隔热钻杆的加工工艺，减少制造成本；隔热材料为氧化铝‑氧化硅气凝胶隔热复合材料，有效降低钻杆整体导热系数。新型隔热钻杆整体对高温环境下的钻井液提供较好的保温效果，有效解决井下马达、电子仪器和钻具在高温环境下难以正常工作或使用寿命短的问题，提高钻井作业的安全性，减少钻井成本。

Description

一种新型隔热钻杆

技术领域

本实用新型涉及石油钻井技术领域，尤其涉及一种新型隔热钻杆。

背景技术

随着石油勘探开发进程的不断推进，主要战略目标已转向开采难度大、埋藏深的油气藏，从而导致常规井下钻具已难以满足日益苛刻的钻井作业要求。其中，由于地温梯度的存在，深井、超深井井底温度随井深的增加不断上升，更容易导致钻井液的温度迅速升高，降低钻杆的携屑能力，缩短钻头和其它井下工具的使用寿命，并造成井下电机、电子仪器、导向工具等无法使用的情况。

如，发明专利CN202011038749.7设计一种用于高温井井筒降温的隔热钻杆及其制备方法，主要包括隔热保温层、钻杆管体、隔热涂层、外螺纹接头和内螺纹接头,所述钻杆管体为中空的圆柱形，钻杆管体的管壁内部设有一层与钻杆管体同心的圆环形隔热保温层，钻杆管体的外壁设有一层隔热涂层,所述隔热保温层以酚醛树脂为原料，将闭孔颗粒与酚醛树脂高温烧结后注入钻杆内部环空，冷却成型后与钻杆充分结合在一起，在钻杆内壁形成一定厚度致密保温隔热层，能有效降低钻杆整体导热系数，但该隔热钻杆需在管体内部加工一层与钻杆管体同心的圆环形环空，加工工艺较为复杂，增加了制造成本，且管体内外壁连接部分与注入通道为该钻杆的薄弱环节，缺少密封装置，整体强度有待提升。发明专利CN201910257687.X设计一种具有保温功能的钻杆及其喷涂装置和喷涂方法，主要包括中空杆体、底涂层、保温层和防护层，底涂层均匀涂覆在中空杆体内壁上，保温层均匀涂覆在底涂层上，防护层涂覆在保温层两端的边沿处，且连接保温层和中空杆体内壁，厚度从保温层到中空杆体内壁逐渐减小，所述底涂层为酚醛底漆、酯胶底漆、硝基底漆或醇酸底漆，所述保温材料为中空陶瓷微珠、中空玻璃微珠、石棉粉、云母粉和气相二氧化硅中的一种或多种的组合，可提高对钻井液的保温效果，但该钻杆的涂层暴露于中空杆体内壁，钻井液可对涂层进行直接冲刷，存在较大的破损可能性，因此该钻杆的保温时限需进一步优化。期刊《地质装备》发表文章“一种具有保温能力的钻杆”，其在金属和表面防腐蚀的油漆构成的钻杆内壁添加一层保温层，选用温度不高于350℃时平均导热系数不大于0.12W/(m·K)的材料作为保温材料，考虑高温高压条件下保温层高抗振动、抗冲刷、抗腐蚀等方面的性能要求，采用现代高温环氧树脂等喷涂工艺，可有效降低钻井液温度。但该钻杆的保温层在高温高压、复杂振动情况下，以及钻井液中加重剂等固体颗粒的不断作用下，抗冲刷能力逐渐削减，同时该保温层对于相应的喷涂工艺具有较高的要求，需进一步提供能够实现该性能的喷涂装置，因而该保温钻杆的使用寿命较低，且一般厂商难以满足相应的加工要求。期刊《天然气技术与经济》发表文章“产水气井油管隔热保温技术研究与应用”，中涉及一种井下隔热油管，主要由内管、外管、隔热介质、隔热衬套、密封圈、接箍等组成，内外管之间的隔热介质主要包括氩气、玻璃纤维或其他保温材料,密封环空内充填吸气剂对污染气体进行清洁以长期保持良好的隔热性能，相邻两个保温油管管节的内管通过隔热衬套连通，隔热衬套的安装端和连接端均为锥形结构,安装端插装在内管中并利用高强度粘接剂粘合，内管的两端设有扩口结构并通过扩口结构固定连接在外管的内壁上,衬套的锥形结构插装在扩口结构中进行固定,可保证油管足够的连接强度及隔热性能。但该隔热油管通过内管两端扩口结构及焊接固定在外管内壁，应用于井下受力情况复杂的钻杆时，焊接面积小的内管易脱落，不利于井下安全作业，且在内外管之间充填气体后再进行焊接密封，加工制作难度较大，不利于大批量生产。

实用新型内容

本实用新型提供一种新型隔热钻杆，通过外管体凸块与内管体凹槽的过盈配合、接头凸块与内衬凹槽的过盈配合，使得隔热钻杆结构合理紧凑，提高整体强度；且接头和管体上凸块的两侧面夹角和高度均一致，与凹槽配合后形成隔热材料的填充间隙，简化隔热钻杆的加工工艺，减少制造成本；对高温环境下的钻井液提供较好的保温效果，有效解决井下马达、电子仪器和钻具在高温环境下难以正常工作或使用寿命短的问题，提高钻井作业的安全性，有效减少钻井成本。

本实用新型技术方案如下：

一种新型隔热钻杆，包括：

外管体，其内孔包括中孔段和对称设于所述中孔段两端的第一定位孔段和第二定位孔段，所述第一定位孔段内孔孔径和第二定位孔段内孔孔径均小于所述中孔段内孔孔径，且所述第一定位孔段和第二定位孔段均通过锥形过渡孔段连接所述中孔段；所述第一定位孔段和第二定位孔段沿周向均匀设置有多个外管体凹槽，所述外管体凹槽沿轴向从所述外管体的端面延伸至所述中孔段，相邻外管体凹槽之间形成外管体凸块；

内管体，置于所述外管体的内孔中，对应所述外管体的内孔，所述内管体的外表面包括第一定位轴段、中轴段和第二定位轴段；对应所述外管体凸块，所述第一定位轴段和第二定位轴段的外表面沿周向均匀设置有多个内管体凹槽，所述内管体凹槽沿轴向从所述内管体的端面延伸至所述中轴段，相邻内管体凹槽之间的形成内管体凸块；所述中轴段的外径等于所述内管体凹槽的槽底外径，且所述第一定位轴段和第二定位轴段均通过锥形过渡轴段连接所述中轴段；所述内管体凹槽与所述外管体凸块之间为过盈配合；

上接头和下接头，分别设于所述外管体和所述内管体的装配体两端，所述上接头和下接头均包括第三定位孔段，所述第三定位孔段沿周向均匀设置有多个接头凹槽，所述接头凹槽沿轴向贯通所述第三定位孔段两个的端面，且相邻接头凹槽之间形成接头凸块；

接头内衬，置于所述第三定位孔段的内孔中，其外表面包括主定位轴段和副定位轴段，所述副定位轴段的外径小于所述主定位轴段的外径，且对应所述接头凸块，所述主定位轴段和副定位轴段的外表面沿周向均匀设置有多个内衬凹槽，所述内衬凹槽沿轴向贯通所述接头内衬的两个端面，相邻内衬凹槽之间形成内衬凸块；所述内衬凹槽与所述接头凸块之间为过盈配合；

隔热材料，填充于所述外管体与所述内管体之间，以及所述上接头、下接头和接头内衬之间的间隙内。

作为优选，在每一个定位孔段，所述凸块均沿周向均匀分布有4个，且每一凸块两侧面之间的夹角为35°～45°；和/或所述外管体凸块、所述接头凸块和所述主定位轴段的内衬凸块的径向高度为10～12mm；所述副定位轴段的内衬凸块的径向高度为6～8mm。

作为优选，所述接头凹槽通过过渡圆弧面连通接头内孔；所述过渡圆弧面的曲率半径R为20～25mm。

作为优选，所述上接头的连接锥螺纹孔段通过内径依次减小的锥孔过渡段和圆柱孔段连接所述第三定位孔段；所述下接头的外表面设有与所述连接锥螺纹孔段的连接锥螺纹孔相匹配的外锥螺纹。

作为优选，所述主定位轴段的内衬凸块和副定位轴段的内衬凸块之间设有圆弧台肩，且所述主定位轴段的内衬凸块的轴向长度为60～80mm，所述副定位轴段的内衬凸块的轴向长度为140～160mm。

作为优选，所述新型隔热钻杆，还包括均匀喷涂在所述上接头、外管体和下接头外壁的隔热涂层。

作为优选，所述隔热涂层为有机硅耐高温隔热涂层；所述有机硅耐高温隔热涂层的厚度为1～1.5mm。

作为优选，所述外管体凸块的轴向长度为160～180mm，所述内管体凹槽的轴向长度为180～200mm，所述锥形过渡孔段和所述锥形过渡轴段的斜度均为25°～35°。

作为优选，所述隔热材料为氧化铝-氧化硅气凝胶隔热复合材料。

作为优选，填充有所述隔热材料的所述上接头、下接头分别与所述外管体和内管体的装配体通过摩擦对焊连接为一体。

本实用新型相对于现有技术优势在于：

1、本实用新型所述新型隔热钻杆，采用外管体内壁周向均匀分布的外管体凸块与内管体的内管体凹槽过盈配合的方式，和采用上、下接头内壁周向均匀分布的接头凸块与接头内衬的内衬凹槽过盈配合的方式，使得隔热钻杆结构合理紧凑，提高整体强度；

2、本实用新型所述新型隔热钻杆，通过接头和管体上两侧面夹角、高度一致的凸块与凹槽配合，形成耐高温隔热材料的填充间隙，简化隔热钻杆的加工工艺，减少制造成本；

3、本实用新型所述新型隔热钻杆，选取耐高温和力学性能好的氧化铝-氧化硅气凝胶隔热复合材料作为隔热材料，有效降低钻杆整体导热系数，使用耐冲刷、耐高温和隔热效果佳的有机硅耐高温隔热涂层均匀喷涂在上端接头、外管体和下端接头外壁，进一步增强钻杆隔热性能，提升井底温度降低效果。

4、本实用新型所述新型隔热钻杆，对高温环境钻杆内钻井液提供较好的保温效果，有效解决井下马达、电子仪器和钻具在高温环境下难以正常工作或使用寿命短的问题，有利于提高钻井作业的安全性，减少钻井成本，具有广泛的工程应用价值。

附图说明

图1是本实用新型所述新型隔热钻杆一种实施方式的剖视结构示意图；

图2为本实用新型所述新型隔热钻杆上接头的三维结构示意图；

图3为本实用新型所述新型隔热钻杆上接头的剖视结构示意图；

图4为本实用新型所述新型隔热钻杆上接头的端面结构示意图；

图5为本实用新型所述新型隔热钻杆接头内衬的三维结构示意图；

图6为本实用新型所述新型隔热钻杆接头内衬的剖视结构示意图；

图7为本实用新型所述新型隔热钻杆下接头的三维结构示意图；

图8为本实用新型所述新型隔热钻杆内管体的剖视结构示意图；

图9为本实用新型所述新型隔热钻杆外管体的剖视结构示意图。

图中各标号为：

1-上接头，11-连接锥螺纹孔段，12-锥孔过渡段，13-圆柱孔段，14-第三定位孔段，141-接头凸块，142-接头凹槽，143-过渡圆弧面，2-接头内衬，21-主定位轴段，22-副定位轴段，23-内衬凹槽，211-主定位轴段的内衬凸块，221-副定位轴段的内衬凸块，24-圆弧台肩，25-接头内孔，3-隔热材料，4-外管体，41-第一定位孔段，42-中孔段，43-第二定位孔段，44-锥形过渡孔段，45-外管体凹槽，46-外管体凸块，5-隔热涂层，6-内管体，61-第一定位轴段，62-中轴段，63-第二定位轴段，64-内管体凹槽，65-内管体凸块，66-锥形过渡轴段；7-下接头，71-外锥螺纹轴。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图1-4和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。

一种新型隔热钻杆如图1-9所示，包括上接头1、接头内衬2、隔热材料3、外管体4、隔热涂层5、内管体6和下接头7。

如图1-4所示，所述上接头1设于所述外管体4和所述内管体6的装配体上端，所述上接头1从上至下包括连接锥螺纹孔段、锥孔过渡段12、圆柱孔段13和第三定位孔段14，所述第三定位孔段14的内壁沿周向均匀分布有4个接头凸块141，所述接头凸块141两侧面的夹角为35°～45°，高度h₁为10～12mm，相邻两接头凸块141之间形成接头凹槽142，所述接头凹槽142上端设有过渡圆弧面143，所述过渡圆弧面143的曲率半径R为20～25mm。

作为优选，如图1、图5和图6所示，所述接头内衬2置于所述第三定位孔段14的内孔中，其外壁包括主定位轴段21和副定位轴段22，所述副定位轴段22的外径小于所述主定位轴段21的外径，且所述主定位轴段21和副定位轴段22的外表面沿周向均匀分布有4个内衬凸块(211,221)，相邻两内衬凸块(211,221)之间形成内衬凹槽23，所述内衬凹槽23沿轴向贯通所述接头内衬2的两个端面，所述主定位轴段21和副定位轴段22之间采用圆弧台肩24过渡，所述主定位轴段21的内衬凸块211的两侧面夹角和高度均与所述接头凸块141一致，且所述主定位轴段21的内衬凸块211的轴向长度L₁为60～80mm，副定位轴段22的内衬凸块221高度h₂为6～8mm，轴向长度L₂为140～160mm，所述内衬凹槽23与所述接头凸块141之间采用过盈配合的方式实现接头内衬2在所述上接头1的第三定位孔段14的周向固定。

如图1和图7所示，所述下接头7的结构与所述上接头1的部分结构相同，也包括锥孔过渡段圆柱孔段和第三定位孔段，不同之处在于其螺纹连接段为外锥螺纹轴71，所述外锥螺纹轴71上设有与所述连接锥螺纹孔段11的连接锥螺纹孔相匹配的外锥螺纹。

如图1和图9所示，所述外管体从上至下依次包括第一定位孔段41、中孔段42和第二定位孔段43，所述第一定位孔段41和第二定位孔段43对称设于所述中孔段42两端。所述第一定位孔段41内孔孔径和第二定位孔段43内孔孔径均小于所述中孔段42内孔孔径。

所述第一定位孔段41和第二定位孔段43的内壁沿周向均匀分布有4个外管体凸块46，相邻两外管体凸块46之间形成外管体凹槽45，所述外管体凹槽45沿轴向从所述外管体4的端面延伸至所述中孔段42。所述外管体凸块46两侧面夹角和高度均与所述接头凸块141一致，所述外管体凸块46的轴向长度L₃为160～180mm，且与中孔段42相接处设有锥形过渡孔段44，所述锥形过渡孔段44的导斜面的过渡导斜角α为25°～35°。

如图1和图8所示，所述内管体6置于所述外管体4的内孔中，对应所述外管体4的内孔，所述内管体6的外表面包括第一定位轴段61、中轴段62和第二定位轴段63；所述第一定位轴段61和第二定位轴段63的外壁沿周向均匀分布有4个内管体凸块65，相邻两内管体凸块65之间形成内管体凹槽64，所述内管体凹槽64沿轴向从所述内管体6的端面延伸至所述中轴段62，所述内管体凹槽64的轴向长度L₄为180～200mm，所述中轴段62的外径等于所述内管体凹槽64的槽底外径，所述内管体凹槽64与所述中轴段62相连处设有锥形过渡轴段66，所述锥形过渡轴段66的导斜面的导斜角β为25°～35°。所述内管体凹槽64与外管体凸块46之间采用过盈配合的方式实现内管体的周向固定。

所述外管体与所述内管体之间，以及所述上接头1、下接头7和接头内衬2之间的间隙内填充有所述隔热材料3，所述隔热材料3为氧化铝-氧化硅气凝胶隔热复合材料。所述隔热涂层5为有机硅耐高温涂层，均匀喷涂在装配后的新型隔热钻杆的上接头1、外管体4和下接头7外壁，喷涂厚度优选为1～1.5mm。

作为优选，所述上接头1和下接头3分别装配所述接头内衬2后与所述外管体4和内管体6的装配体采用摩擦对焊的方式进行连接。

作为优选，所述上接头1和下接头3最大外径优选为200～204mm，所述外管体4的外径优选为170～174mm，内径优选为150～154mm，所述内管体6的内孔孔径和接头内衬2的接头内孔25的孔径优选为115～118mm。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改变，其均应涵盖在本实用新型专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种新型隔热钻杆，其特征在于，包括：

外管体，其内孔包括中孔段和对称设于所述中孔段两端的第一定位孔段和第二定位孔段，所述第一定位孔段内孔孔径和第二定位孔段内孔孔径均小于所述中孔段内孔孔径，且所述第一定位孔段和第二定位孔段均通过锥形过渡孔段连接所述中孔段；所述第一定位孔段和第二定位孔段沿周向均匀设置有多个外管体凹槽，所述外管体凹槽沿轴向从所述外管体的端面延伸至所述中孔段，相邻外管体凹槽之间形成外管体凸块；

内管体，置于所述外管体的内孔中，对应所述外管体的内孔，所述内管体的外表面包括第一定位轴段、中轴段和第二定位轴段；对应所述外管体凸块，所述第一定位轴段和第二定位轴段的外表面沿周向均匀设置有多个内管体凹槽，所述内管体凹槽沿轴向从所述内管体的端面延伸至所述中轴段，相邻内管体凹槽之间的形成内管体凸块；所述中轴段的外径等于所述内管体凹槽的槽底外径，且所述第一定位轴段和第二定位轴段均通过锥形过渡轴段连接所述中轴段；所述内管体凹槽与所述外管体凸块之间为过盈配合；

上接头和下接头，分别设于所述外管体和所述内管体的装配体两端，所述上接头和下接头均包括第三定位孔段，所述第三定位孔段沿周向均匀设置有多个接头凹槽，所述接头凹槽沿轴向贯通所述第三定位孔段两个的端面，且相邻接头凹槽之间形成接头凸块；

接头内衬，置于所述第三定位孔段的内孔中，其外表面包括主定位轴段和副定位轴段，所述副定位轴段的外径小于所述主定位轴段的外径，且对应所述接头凸块，所述主定位轴段和副定位轴段的外表面沿周向均匀设置有多个内衬凹槽，所述内衬凹槽沿轴向贯通所述接头内衬的两个端面，相邻内衬凹槽之间形成内衬凸块；所述内衬凹槽与所述接头凸块之间为过盈配合；

隔热材料，填充于所述外管体与所述内管体之间，以及所述上接头、下接头和接头内衬之间的间隙内。

2.根据权利要求1所述新型隔热钻杆，其特征在于，在每一个定位孔段，所述凸块均沿周向均匀分布有4个，且每一凸块两侧面之间的夹角为35°～45°；和/或所述外管体凸块、所述接头凸块和所述主定位轴段的内衬凸块的径向高度为10～12mm；所述副定位轴段的内衬凸块的径向高度为6～8mm。

3.根据权利要求2所述新型隔热钻杆，其特征在于，所述接头凹槽通过过渡圆弧面连通接头内孔；所述过渡圆弧面的曲率半径R为20～25mm。

4.根据权利要求1所述新型隔热钻杆，其特征在于，所述上接头的连接锥螺纹孔段通过内径依次减小的锥孔过渡段和圆柱孔段连接所述第三定位孔段；所述下接头的外表面设有与所述连接锥螺纹孔段的连接锥螺纹孔相匹配的外锥螺纹。

5.根据权利要求1所述新型隔热钻杆，其特征在于，所述主定位轴段的内衬凸块和副定位轴段的内衬凸块之间设有圆弧台肩，且所述主定位轴段的内衬凸块的轴向长度为60～80mm，所述副定位轴段的内衬凸块的轴向长度为140～160mm。

6.根据权利要求1所述新型隔热钻杆，其特征在于，还包括均匀喷涂在所述上接头、外管体和下接头外壁的隔热涂层。

7.根据权利要求6所述新型隔热钻杆，其特征在于，所述隔热涂层为有机硅耐高温隔热涂层；所述有机硅耐高温隔热涂层的厚度为1～1.5mm。

8.根据权利要求1所述新型隔热钻杆，其特征在于，所述外管体凸块的轴向长度为160～180mm，所述内管体凹槽的轴向长度为180～200mm，所述锥形过渡孔段和所述锥形过渡轴段的斜度均为25°～35°。

9.根据权利要求1所述新型隔热钻杆，其特征在于，所述隔热材料为氧化铝-氧化硅气凝胶隔热复合材料。

10.根据权利要求9所述新型隔热钻杆，其特征在于，填充有所述隔热材料的所述上接头、下接头分别与所述外管体和内管体的装配体通过摩擦对焊连接为一体。

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