科技论坛 民营科技２０１３年第４期 地质工程机械钻探的新技术 李华 （江西省核工业地质局二六三大队，江西新干３３１３００） 摘要：论述了目前在高钢级无缝管材、螺纹副及接头硬化处理、摩擦焊接工艺、非对称梯形螺纹及负角防脱扣螺纹优化设计、螺 纹精密仿形梳刀加工等方面开展的研究工作，取得了重要进展。 ． 关键词：地质钻探；新技术；研究 ⑩钻杆抗拉强度：＞７ｏｔ。 １．３绳索取心钻杆接头螺纹副加工精度确定 １．１钻杆接头螺纹副优化分析 钻杆接头螺纹副优化受到钻探界的广泛关注。多年来，一些 有限元分析证明，绳索取心钻杆接头螺纹副加工公差，特别 学者从理论角度研究了钻柱的连接强度。钻探研究人员通常将螺 是手拧紧密距、螺纹锥度及偏差分布等指标对接头连接强度、失 纹联接“简化”为绳索绕滚子远动模型。应用挠性件摩擦理论研究 效形式和使用寿命影响很大。勘探以往曾按照绳索取心钻杆、岩 １ 复杂地层深孔绳索取心钻探技术研究 载荷分布规律，可得到螺纹锥度、螺纹距、螺纹牙的相对弹性系数 对载荷分布规律的影响关系。应用二维接触有限方法可定量分析 联接螺纹在预紧和工作状态下的接触应力场。研究人员还用能考 虑螺纹接触边界存在大变形和大滑移条件的有限元程度，对深 井、水平井套管螺纹接头滑脱失效影响参数进行了有限元模拟。 模拟结果表明螺纹锥度大小对滑脱影响很小，材料性能对滑脱影 响最大；滑脱的开始位置在接箍的端部。多家研究机构合作，尝试 利用有限元方法优化钻杆接头螺纹副。目前已经建立了钻杆柱和 接头螺纹的力学分析模型，并按照实际工况对绳索取心钻杆柱进 行受力分析。 １．２深孔复杂地层用绳索取心钻杆形式 勘探队针对深孔绳索取心钻进应用中存在的主要技术问题， 同时结合我国现有管材材质、机加工精度及热处理水平、钻探设 备现状、现场工人操作水平等实际情况，以提高钻探施工效率，提 高深孔及复杂地层应用的可靠性为目标，制定了技术方案。方案 在钻杆结构方面的主要改进如下： １）由于常规绳索耽 钻杆断裂部位主要发生在钻杆接头螺纹根 部第二扣（公扣占大多数），确定通过调整钻杆体及接头螺纹根部 厚度、螺纹高度、锥度及长度等参数达到优化目的。将钻杆接头螺 纹长度由４２ｍｍ增加到５０ｒａｍ，提高了螺纹连接处密封可靠性。钻 杆接头扣高由０．７５ｍｍ增加到１．００～１．２５ｍｍ，降低了钻杆脱扣的可 能性。 ２）减少孔内钻杆柱接头数目，可减少接头螺纹副应力（根据 钻柱孔内弯曲正弦波形分析得出），降低钻杆折断几率。同时，钻 探设备运输趋于机械（车辆）化，车辆趋向大型化，为长钻具的运 输提供了条件。在综合考虑钻杆加工工艺、钻探设备参数与钻进 工艺的基础上，将钻杆单根长度由常见的０．３ｍ增加为４．５ｍ。 ３）目前野外施工单位机修加工车间基本取消，为了便于钻杆 接头损坏后更换，国产材料的钻杆体和接头之间采取螺纹连接， 螺纹间使用粘结剂粘固。钻杆接头螺纹有负角度面防脱扣螺纹、 不对称梯形螺纹等形式，采用高精度硬质合金仿形梳刀加工。 ４）钻杆接头可增设垫叉切开，采用挚叉支撑钻杆的方式，提 高了加接钻杆孑Ｌ口夹持的可靠性。 ＳＱ７７深孔复杂地层用绳索取心钻杆的技术参数如下： ①材质：国产钻杆体选用４５ＭｎＭｏＢ，接头选用３０ＣｒＭｎＳｉ—Ａ， 进口钻杆为Ｄｎｌｍａｘ８５０（德国，整体式）。 ②钻杆尺寸：钻杆体￣７１ｘ５ｍｍ，两端镦粗内加厚到ｑｂ５８ｍｍ。 ③接头外径：ｄＰ７３ｍｍ。 ④钻杆定尺长度：４．５ｍ。 ⑤钻杆最小内径：ｑｂ５８ｍｍ。 ⑥螺纹长度：５０ｍｍ。 ⑦接头螺纹扣高：１．００—１．２５ｒａｍ。 ⑧钻杆螺纹扣高：１．００ｍｍ。 ⑨钻头直径（内／外）：７７／４６ｍｍ。 心管和套管的不同螺纹参数进行机械性能台架试验，测试螺纹副 强度数据。试验将￥５６绳索取心钻杆螺纹按照不同锥度、不同手 拧紧密距、不同齿高等参数加工了１１种内、外螺纹副进行扭转、 拉伸和疲劳试验结果表明：内、外螺纹锥度均为１：３０，偏差单向分 布，内螺纹为一３ 、外螺纹为＋３ 的螺纹副３项试验强度指标均大于 １：３２、１：２８不同锥度螺纹。同时，加工了一１—１．５、１Ｎ１．５、２．５～３ｍｍ 三种紧密距试样进行扭转、拉伸和疲劳试验。紧密距为１～１．５ｍｍ 的强度最佳；紧密距为…１ １．５ｍｍ的强度最低。勘探队进一步试 验研究表明，钻杆接头螺纹副加工公差除对钻杆连接强度产生重 要影响外，还对钻杆接头耐压密封性能产生很大影响。此外，钻杆 接头螺纹副加工粗糙度等指标对钻杆的疲劳寿命和磨损速率存 在正相关关系。因此，勘探队在绳索取心钻杆接头形式优化的基 础上根据当前机械加工水平和成本因素适当提高了粗糙度要求， 重新确定了合理的锥度公差和紧密距指标，并采用了高精度硬质 合金仿形梳刀加工钻杆螺纹。 １．４绳索取心钻杆接头热处理和表面处理 合理确定绳索取心钻杆接头热处理及表面处理工艺，是进一 步提高绳索取心钻杆连接强度和耐磨性的技术途径之一。为此， 勘探队对接头热处理——调质工艺进行了改进。前期考虑到为提 高钻杆接手的耐磨性，部分试样适当提高了调质硬度（ＨＲＣ３２— ３４）。由于国产合金钢材质和化学成分稳定性差，提高了调质硬度 的钻杆接手在高寒地区冬季施工中曾发生裂缝甚至断裂的情况， 近期研究决定主要通过表面处理提高钻杆接手螺纹副和接手外 表面的抗磨性能，对离子沉淀薄膜技术、盐浴氮碳共渗技术、火焰 喷涂技术、电弧喷涂技术、等离子喷涂技术、化学镀技术、激光表 面改性技术、功能梯度材料技术等国内先进的表面硬化、耐磨处 理工艺进行了调研。经过综合对比确定非晶态镍磷合金（Ｎｉ—Ｐ）化 学镀层和精确渗氮＋硫化工艺，应用效果良好。 １．５绳索取心钻杆镦粗工艺 普通钻杆镦粗可大大提高钻杆联接强度，延长钻杆使用寿 命，因而在石油和地质钻杆制造业中被普遍采用。绳索取心钻杆 壁非常薄（一般只有４Ｎ６ｍｍ），同时要求钻杆内壁基本内平，采用 镦粗工艺成品合格率很低，因而绳索取心钻杆镦粗技术一直未正 式应用。在ＳＱ７７型绳索取心钻杆的设计中，勘探队率先采用了镦 粗工艺。试制中认真研究了以往普遍钻杆镦粗工艺，设计加工了 绳索取心钻杆镦制专用模具，并对工艺参数加以改进，使钻杆镦 粗技术成功地应用到小直径绳索取心钻杆制造中。绳索取心钻杆 体可选用４５ＭｎＭｏＢ，正火状态出厂，端部按照设计要求进行镦锻。 钻杆镦粗采用电加热，液压冲击镦锻。开始由于经验不足，参数控 制不稳定，部分镦制的绳索取心钻杆出现内孔缩径超差，定尺长 度不一，外表面凹陷等质量缺陷，绳索取心钻杆镦制合格率只有 ９１％。为此，勘探队与生产厂有关技术人员共同商定和调整了镦粗 工艺流程和参数，重新设计加工了镦制模具（内模、外模）、夹具， 使绳索取心钻杆镦粗一次合格率达到了 （下转８６页） 民营科技２０１３年第４期 经济论坛 ３】白重恩，刘俏，陆洲，宋敏，张俊喜．中国上市公司治理结构的实 以及两者差额都和托宾Ｑ值有正相关关系；资产负债率对托宾Ｑ值 【也呈现正相关关系；而民营化后持续时间托宾Ｑ值有负相关关系；资 证研究ｆＪ１．经济研究，２００５，（２）：８１－９１． 产规模越大，托宾Ｑ值也越大，但影响不大。 ［４】宋玉．最终控制人性质、两权分离度与机构投资者持股——兼 ３结论与总结 论不同类型机构投资者的差异［Ｊ１．南开管理评论，２００９（１０）． 实证研究发现，在自然人所创立和拥有的民营上市公司里，由于 【５】马磊，徐向艺．两权分离度与公司治理绩效实证研究『Ｊ１＿中国 两权分离而产生的委托代理成本对公司经营绩效产生了显著的负面 工业经济，２０１０（１２）． 影响，两权分离程度越大，负面影响明显；同时内部制衡机制可以显著 【６】张欣哲，周静，罗春燕，黄璜．民营公司两权分离度、内部制衡 减少由于两权分离带来的负面影响，内部股权制衡机制越强，减少终 机制与经营绩效关系［Ｊ】．证券市场导报，２０１２（０４）． 极控股股东和中小投资者之间的委托代理成本作用越明显，对公司经 『７】仇书勇．反思对现代公司“两权分离”理论的两种误解——以 营绩效的正面影响越强；两权分离和内部制衡机制存在着显著的交互 法学为视角的研究…．法学论坛，２００７（０３）． 作用，在两权分离程度相同的情况下，公司内部制衡机制越强，对减少 ［８］黄静媛，张爱红，傅虹．从晋商两权分离看我国企业职业经理 终极控股股东侵占中／ｊ、投资者的效果越显著。中国上市公司治理质量 人制度『Ｊ］．现代商业，２０１ｌ（０１）． 不高，如何改善公司治理质量，加强投资者保护，一直是困扰市场和监 ［９］董颖颖，金仁浩．浙江和上海民营上市公司经营绩效与两权分 管机构的首要问题。内部制衡机制所体现的治理机制是完善公司治理 离比较研究『Ｊ１．中国管理信息化，２００８（１０）． 制度的一个有效手段，通过加强公司内部制衡机制，制衡终极控股股 【ｌ ０］谢德明，李朝晖，丁焕强．金字塔结构下两权分离损害企业绩 东的侵占行为，减少两权分离所带来的委托代理成本，是改善公司治 效吗？——基于民营化后上市公司经济效果的实证研究『Ｊ］．现 理质量和提高公司经营绩效的—个有效方法。 代管理科学，２０１０（１２）． 参考文献 ［１１】张华，张俊喜，宋敏．所有权和控制权分离对企业价值的影 响——我国民营上市企业的实证研究［Ｊ］．经济学（季刊），２００４ 【１】Ｓｕｎ，Ｑ．，Ｔｏｎｇ，Ｗ．Ｈ．Ｓ—Ｃｈｉｎａ Ｓｈａｒｅ Ｉｓｓｕｅ Ｐｆｉｖ￣ｉｚｍｉｏｎ： Ｔｈｅ Ｅｘｔｅｎｔ ｏｆ Ｉｔｓ Ｓｕｃｃｅｓｓ．【Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｆｉｎａｎｃｉａｌ （１０）． Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ，２００３（７０）：１８３—２２２． 【２】Ｆａｎ，Ｊ．Ｐ．，Ｗｏｎｇ Ｈ．，Ｚｈａｎｇ Ｔ．Ｊ．．Ｐｏｌｉｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ＣＥＯｓ，Ｃｏｒｐｏｒａｔｅ Ｇｏｖｅｒｎａｎｃｅ，ａｎｄ Ｐｏｓｔ－ＩＰＯ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ 【１２】牛建波，李胜楠．控股股东两权偏离、董事会行为与企业价 值：基于中国民营上市公司面板数据的比较研究『Ｊ１．南开管理 评论，２００７（０４）． １３】卿校成，曾勇，李解．民营企业上市模式、大股东控制与经营 Ｃｈｉｎａ＇ｓ ＮｅｗｌｙＰａｒｔｉａｌｌｙ Ｐｒｉｖａｔｉｚｅｄ Ｆｉｍｓｒ．［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ［Ｆｉｎａｎｃｉａｌ Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ。２００７（８４）：３３０—３５７． 绩效【Ｊ］．管理学家（学术版），２００８（０９）． （上接６５页）９９％以上。同时，钻杆镦制生产效率明显提高，绳 力大幅降低，在地质条件复杂的深孔勘探区生产试验和示范中， 索取心钻杆单头镦制综合成本明显下降。 勘探队与地矿、、煤田等地勘生产单位合作，详细分析了国内 ２结语 典型矿区地层特点、装备配置以及目前钻探工人技术水平等情 复杂地层中深孔钻探施工要达到安全、快速、经济的目标，必 况，研究制定了施工方案和技术措施，取得了钻探效率提高，孔内 须在采用新研制的高强度ｓＱ系列绳索取心钻具系统的同时，施 事故率降低，施工成本下降以及劳动强度减轻等突出效果。 行科学合理的钻探工艺技术措施。勘探队开发的适应深孔和复杂 参考文献 地层钻探的ｓＱ系列高强度绳索取心钻杆首次采用了薄壁钻杆内 ［１］张美南．钻探专业评述ｆＪ１．地质钻探工程，２００９（９）． 外镦粗技术。通过优化接头螺纹参数，改进钻杆接头热处理和表 【２】刘志国，吴青松，等编著．水文水井钻探工程技术【Ｍ】．黄河水利出 版社．２００８． 面处理工艺，完善钻具结构等措施，使绳索取心钻杆强度提高 ４０％以上，使用寿命明显增加。配套绳索取心钻具的冲洗液过流阻 （上接８４页） 粮食加工企业稳健经营。 ２．３扶持粮食加工企业做大做强 ２．５加强粮食加工企业管理水平 国有及民营粮食加工企业是中国粮食产业的脊梁，国家应给 强化企业管理，提高科学管理水平是建立现代化企业制度的 予税收和信贷支持，扶持粮食加工企业做大做强。对于收购粮食 的加工企业，可以按照实际收购数量给予收储补贴或减免税收政 策，确保农民增产增收，提高加工企业收购粮食的积极眭。粮食加 工企业采购粮食数量庞大，需要大量的流动资金，但行业利润率 微薄，难以承担金融机构统一要求的行业贷款，需要协 调降低资金的使用成本，给予企业低息优惠，扩大信贷额度。 在产品价格管制方面考虑粮食加工企业的实际困难而适度灵活， 加大对企业产品市场的扶持力度，鼓励加工企业做大做强，降低 对国际粮商的依赖，提高粮食加工企业在国际贸易中的议价能 力，从而规避我国粮食加工企业经营中的价格风险。 ２．４运用金融工具规避价格风险 内在要求，也是提高竞争能力的重要方面。粮食加工企业要加强 发展战略研究，制定和实施明确的发展战略、市场营销战略，实行 科学决策、民主决策、提高决策水平。健全和完善各项规章制度， 强化基础管理，做到有章可行，建立各级各个环节的责任制度。完 善用人、用工、分配制度、严格劳动纪律，严明奖惩制度，充分发挥 职工积极性和创造性。抓薄弱环节重点搞好成本管理、费用管理、 粮食质量管理，强化增收节支意识，有效控制粮食加工企业经营 风险。 参考文献 ［１］孙才仁．套期保值与企业风险管理实践［Ｍ 匕京：中国经济出版 社．２００９． ２】张丹．对物质采购风险管理的思考［Ｊ】．科技创新与应用，２０１２ 近年来，粮食价格波动剧烈，使得粮食加工企业面临巨大的 ［（１０）：２７８． ・ 价格风险。作为加工企业，控制好原料的采购成本、保证下游产品 ３］汤 呖．存储决策在粮食企业管理中的应用［Ｊ］．粮食科技与经 的销售利润至关重要，因而需要充分运用期货、期权等金融衍生 ［济，２０１２（５）：３２—３３． 工具的套期保值功能。期货合约、期权合约提供了规避价格风险 ４］邓蜀蓉．国有粮食企业提高经济效益对策思考［Ｊ］．粮食问题研 的工具，可以有效规避价格波动风险，锁定企业的加工利润，实现 ［究．２０１２（５）：２４—２５．
