国产绳索取心钻杆设计制造技术的分析

陈 妍 ，张 岩

（1西安石油大学 陕西 西安 710065）

（2山西风雷钻具有限公司 山西 侯马 043013）

1 引言

绳索取心钻杆是一种不提钻而能取得岩心所使用的钻杆，其特点是“三高、一低”，即钻速高、金刚石钻头寿命长、时间利用率高，工人劳动强度低，因此被广泛应用于地质找矿、煤田勘探等领域。而整套钻具中，最为重要、价值最高的则是钻杆，钻杆质量的好坏直接关系到绳索取心钻探优势的发挥，对于地质资料的准确获取、钻探成本的控制也至关重要。

绳索取心钻杆的设计和制造工序十分的复杂，在具体的设计制造过程中，其所涉及到的工序比较多，下面，笔者将从绳索取心钻杆的结构和选材两个方面着手对其进行详细的分析和探讨。

2 绳索取心钻杆的结构分析

目前，在市面上应用比较广泛的几种绳索取心钻杆分别是直连式绳索取心钻杆、摩擦焊接式绳索取心钻杆和螺纹连接公母接头式绳索取心钻杆。它们在应用过程中，各有其优点也存在有较为明显的缺点。

（1）直连式绳索取心钻杆

这种钻杆的结构特点是每根钻杆都加工有两个螺纹端，与常见的螺纹连接公母接头式钻杆相比，其大大减少了螺纹端的个数。因为螺纹连接式钻杆每根需要加工六个螺纹端（钻杆2个、每个接头各2个）。螺纹端的加工数量减少，其生产速度也就相应的提升了。但是，在绳索取心钻杆中螺纹端的数量多，其质量更有保障，使用寿命也能有所增加，直连式绳索取心钻杆的加工生产速度虽然有所提升，但是其使用寿命相对于其他几种形式的取心钻杆来说不具备优势。

（2）摩擦焊接式绳索取心钻杆

这种结构的钻杆与其他钻杆相比最大的不同就在于，其是由管体和两端的接头摩擦焊接而形成的。因此在制造过程中管体和接头可以根据实际生产和应用需要选择不同的材料进行搭配，这样其热处理工艺也会有所差异。如有的工业生产中对接头的要求比较高，那么在焊接过程中，可以根据实际需要，选择材质比较好的接头；而有的工业生产中要求管体材质坚硬，则需要花费更多的精力选择合适的管体。通过这种多变的搭配式，能够节省生产成本，而且能够更好的迎合市场要求。但是，该工艺中的接头与管体焊接工作开展难度比较大，对于工作人员的综合素质要求比较高。

（3）螺纹连接公母接头式绳索取心钻杆

接头与管体采用螺纹连接时，接头更换起来比较方便快捷，而且，这种结构的取心钻杆可以通过接头材质选用更加优质的管材进行调质处理，提高了其强度和耐磨性。因此，该结构的绳索取心钻杆是最为常用的一种钻杆，目前，其在市场上生产主要有两种，即普通型和加厚型。普通型的绳索取心钻杆加工完螺纹之后强度非常的薄弱，容易发生折断，而加厚型螺纹，则能够有效的规避该问题，延长绳索取心钻杆的使用寿命。但是，在具体的生产制造中，该工序比较复杂，所需要投入的成本比较多，而且在生产过程中需要专用模具和热处理设备，对其进行加工处理，要求比较高。

3 绳索取心钻杆的材质性能对比与选材方案

3.1 各种材质的性能对比分析

绳索取心钻杆的设计制造工艺比较复杂，成本也比较高，因此在具体的设计过程中，对材质的要求也比较高，而钻杆一般是有接头和管材两部分组成的，相较于管材来说，接头具有连接的作用，需要频繁拆卸，如果质量不高，可能会折损设备的寿命，因此，以国际最高标准选择最好的。因为，在工业生产中绳索取心钻杆使用过程中接头螺纹的连接和拆卸频率相较于管体材料来说，要高上许多。笔者在调查研究中通过收集国内外钻杆生产厂家所使用的材质数据表，并结合实际应用情况对管材性能进行分析，发现在当前的绳索取心钻杆生产中比较常用的是45MnMoB、30CrMoA的几种材质进行制造，而接头材质一般采用的是调质后的30CrMnSiA进行设计制造。在生产绳索取心钻杆的时候，对于性能要求更高的绳索取心钻杆则可以采用高强度地质管材XJY850。如浙江嘉兴新纪元钢管有限公司与中国地质科学院合作研发的一项绳索取心钻杆，其详细的地质管材性能对比表如表一所示。

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3.2 绳索取心钻杆的选材方案

通过相关的数据研究，对比了管材性能之后，笔者认为在具体的工作中，其可以采用以下几种选材方案，以满足生产需求。

（1）普通型钻杆，螺纹连接公母接头式。材质：45MnMoB，热处理状态：正火。特点：该钻杆的各方面性能相较于国外管材来说，质量都比较差，当前该设备主要用于浅孔钻进，在该领域的优势比较明显。

（2）加厚型钻杆，螺纹连接公母接头式。材质：45MnMoB，热处理状态：正火。特点：是解决普通钻杆容易从公螺纹大端断裂的改进型钻杆，该类型的钻杆相较于普通型钻杆来说，有了较大的改进，是当前应用比较广泛的一种钻杆。

（3）调质钻杆，螺纹连接公母接头式。材质：30CrMnSiA/XJY850，热处理状态：调质。特点：如果不考虑成本方面的因素影响，XJY850是在进行绳索取心钻杆设计与制造时最优的选择，两种材料的强度相当，但是刚性上30CrMnSiA要稍微逊色一点。

总之，绳索取心钻杆在工业生产中有着极为重要的作用。在绳索取心钻杆设计和生产的过程中，要想做好相关的设计和制造工作，任何一个环节都不能马虎，要根据实际需要实事求是的进行设计和生产，满足工业发展需要，使我国绳索取心钻杆设计和研发工作朝着更好的方向发展。

[1] 周云,张绍和.浅孔复杂地层Φ110型绳索取心钻具的研制与应用[J].煤田地质与勘探.2017(04).

[2] 田志超,宋世杰,刘振新,付相友,于孟亮.三山岛北部海域ZK3210钻孔事故处理工艺[J].地质装备.2017(04).