[发明专利]一种大规格钻杆及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种土层或岩石钻进工具及其制造方法，尤其涉及一种钻杆及其制造方法。

背景技术

用于石油天然气钻探的钻杆是按API（美国石油学会，American Petroleum Institute）标准生产制造的。根据API SPEC 5DP的标准，钻杆的外径从60.32mm至168.28mm，其中外径为127mm，139.7mm及168.28mm的钻杆均称为大规格钻杆。大规格钻杆主要用于钻柱上部，需要承受较大的拉伸与扭转载荷，其技术要求很高。

随着世界油气资源的开发和石油工业的发展，油气开采的难度逐渐加大，目前油气开发已转向非常规资源的开发，所以造成石油钻杆工作条件的日趋恶劣。API所规定的标准钻杆已难以满足日益苛刻的钻井作业要求。为了应对一些苛刻的特殊钻井要求，各国均致力于开发大规格非API规格的钻杆产品。例如，埋藏较深的含H₂S成分的油气资源是非常规油气资源的重要组成部分。对于超深井的钻探，本应采用API规定的135钢级钻杆，但是由于135钢级钻杆强度较高，对H₂S非常敏感，容易产生硫化物应力腐蚀开裂，从而导致钻杆发生断裂事故。因此，对于超深含硫井，可以采用强度较低的105钢级进行钻探。对于API标准的大规格钻杆，105钢级的127mm与139.7mm钻杆管体强度低，无法满足钻柱的强度设计要求；105钢级的168.28mm钻杆需要较大的大钩载荷，必须更换钻井设备，显著增加成本；因此，API的105钢级的大规格钻杆均不能满足超深含硫井的钻探需求。

公开号为US6244631B1，公开日为2001年6月12日，名称为“高效钻杆”的美国专利文献公开了一种大规格非API钻杆产品。该钻杆主要为大位移井钻井设计，具有管体外径较大，接头外径较小以及接头内径较大的特点，其管体外径为149.23mm，接头外径为177.8mm，内径为108mm。与127mm及139.7mm钻杆相比，149.23mm钻杆水力特性较好。与168.28mm钻杆相比，149.23mm钻杆无须牺牲钻机空间，也无须较大的大钩载荷，不用更换钻井设备。相较而言，149.23mm比较适合于大位移井的钻探施工。但是该专利所述的钻杆过于追求接头小外径、大内径的紧凑性设计，所以在接头屈服强度较低的情况下，其接头抗扭强度过低，也不适合超深含硫井的勘探。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大规格钻杆及其制造方法，该大规格钻杆的管体外径较大，接头内外径尺寸适中，能承受较大的拉伸和扭转载荷，能满足105钢级钻杆钻探含硫超深井的工况要求。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种大规格钻杆，其包括：一管体，所述管体的两端分别具有一厚度相同的加厚端，管体的外径大于127mm；一个内螺纹接头和一个外螺纹接头分别与各加厚端固定连接；所述管体的外径为P_OD，内径为P_ID，内螺纹接头和外螺纹接头的外径均为TJ_OD，内径均为TJ_ID；

并且该大规格钻杆满足：

本发明所述的大规格钻杆选用105钢级的钻杆。API的105钢级的钻杆包括三种规格127mm，139.7mm及168.28mm，但是这三种规格的钻杆都不能应用含硫超深井的钻探开发。为了能获得满足含硫超深井的工况要求的钻杆，对105钢级的钻杆的两端进行加厚处理，并通过上述公式来确定与钻杆相匹配的接头，并将接头与钻杆的加厚端相连接，以形成管体外径较大，管体两端接头内外径尺寸适中的钻杆。因此，该钻杆管体具有一定强度，并且钻杆接头屈服强度和抗扭强度较高，能够适应在含H₂S的油气田中进行勘探开采。

进一度地，所述大规格钻杆的管体的外径P_OD为152.4mm。

进一步地，所述大规格钻杆的内螺纹接头和外螺纹接头的外径TJ_OD为184.2mm。

进一步地，所述大规格钻杆的内螺纹接头和外螺纹接头的内径TJ_ID为101.6mm。

相应地，本发明还提供一种大规格钻杆的制造方法，具体步骤为：首先对管体两端进行加厚处理；然后对管体进行全长调质热处理；接着将经过调质热处理后的管体加厚端分别与经过调质热处理的内螺纹接头和外螺纹接头焊接连接；最后进行焊缝调质热处理。

进一步地，对管体两端进行加厚处理时，加厚工艺为三次加热、三次加厚，每次加厚均为内外加厚，第一次加热的加热长度至少为550mm。