雙臺肩鑽杆接頭的製作方法
2023-07-13 20:22:41
專利名稱：雙臺肩鑽杆接頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及油氣田鑽探用鑽杆接頭。
背景技術：
用於石油鑽探的鑽杆是按API標準生產製造的。其結構是在鑽杆管體兩端各對焊一個外螺紋鑽杆接頭和一個內螺紋鑽杆接頭。
圖1是API標準鑽杆接頭的示意圖。該鑽杆接頭由外螺紋接頭21和與之進行螺紋連接的內螺紋接頭22組成。外螺紋接頭21具有一個徑向向外的外臺肩23和一個徑向向內的內端面25之間軸向延伸的外螺紋27以及在外臺肩23和外螺紋27之間軸向延伸的基部29。內螺紋接頭22具有一個徑向向外的外端面24與一個徑向向內的內斜面26之間軸向延伸的內螺紋28以及在內螺紋28和外表面24之間軸向延伸的鏜孔部分30。外螺紋接頭21的外臺肩23到內端面25的長度為L1，內螺紋接頭22的外端面24到內斜面26的長度為L2。
上述接頭承受的扭矩來自外臺肩23和外端面24之間以及外螺紋27和內螺紋28之間的摩擦力矩。
按照API標準的設計，上述接頭的扭轉強度一般為管體的80％，因此上述接頭在使用中遇到過大扭矩時會出現內螺紋接頭脹扣及外螺紋接頭螺紋斷裂等失效事故。
為了解決接頭扭轉強度低的問題，一般採取將內螺紋接頭22的內斜面26改為內臺肩，使外螺紋接頭21的外端面25與之相接觸，形成額外的摩擦力矩，以此提高接頭的抗扭強度。
根據這種思路，美國專利4548431、5492375、5908212、6330004和中國專利98806866.4分別提出了各自的方案，但由於不能與API標準接頭互換，因此很難在實際鑽井作業中被採用。
中國專利92114303.6和美國專利5449336提出了一種解決方案。由於該方案設計的接頭可以與API接頭互換，因此具有較大的推廣價值。但因為退刀的原因，該專利的內螺紋接頭是很難被加工出來的。
另外，目前的技術普遍沒有考慮內螺紋接頭的內臺肩轉角處應力集中過大的問題以及內螺紋接頭的螺紋修復問題。
發明內容
本實用新型的目的在於設計一個外螺紋接頭和與之進行螺紋連接的內螺紋接頭，其抗扭強度高於API標準鑽杆接頭，並可以與API標準鑽杆接頭互換使用，降低內螺紋接頭內臺肩轉角處的應力集中，易於製造，易於進行螺紋修理。
為實現上述目的，本實用新型的技術方案是雙臺肩鑽杆接頭，由外螺紋接頭和與之進行螺紋連接的內螺紋接頭組成；外螺紋接頭，具有一個軸向延伸的外螺紋，外螺紋根部有一徑向向外的外臺肩以及一個外臺肩和外螺紋之間軸向延伸的基部；外螺紋頭部有一個徑向向內的內端面以及一個內端面和外螺紋之間軸向延伸的前端部；內螺紋接頭，具有在一個軸向延伸的內螺紋，內螺紋頭部有一徑向向外的外端面以及一個外端面和內螺紋之間軸向延伸的鏜孔部，內螺紋根部有一個徑向向內的內臺肩以及一個內臺肩和內螺紋之間軸向延伸的後端部；所述的外螺紋接頭內端面的外徑小於所述外螺紋沿錐度方向延伸至所述內端面處的螺紋根部的外徑；所述內螺紋接頭內臺肩的內徑大於所述內螺紋沿錐度方向延伸至所述內臺肩處的螺紋頂部的內徑，小於等於與所述後端部相鄰的最後一個內螺紋的螺紋頂部的內徑；所述的從所述外臺肩到內端面之間的長度大於API標準鑽杆外螺紋接頭外臺肩到內端面的長度，但小於API標準鑽杆內螺紋接頭的外端面到內斜面的長度；所述的從所述外端面到內臺肩之間的長度大於API標準鑽杆外螺紋接頭外臺肩到內端面的長度，但小於API標準鑽杆內螺紋接頭的外端面到內斜面的長度。
進一步，所述的外螺紋接頭從與所述前端部相鄰的第一個外螺紋徑向向外延伸到與所述基部相鄰的最後一個外螺紋處的錐度為1∶6。
所述的外螺紋接頭所述內螺紋從與所述鏜孔部相鄰的第一個內螺紋徑向向內延伸到與所述後端部分相鄰的最後一個內螺紋處的錐度為1∶6。
所述的內螺紋接頭後端部與內臺肩存在一個過渡圓角，因此降低了後端部與內臺肩之間的應力集中。
當所述外螺紋接頭與內螺紋接頭擰緊時，所述的外螺紋接頭的內端面與內螺紋接頭的內臺肩具有0～0.5mm的間隙。
本實用新型的有益效果與現有技術相比，本實用新型對API標準鑽杆接頭的結構進行了改進，改進後的接頭抗扭強度高於API標準鑽杆接頭，並可以與API標準鑽杆接頭互換使用，降低了內臺肩轉角處的應力集中，易於製造，不影響螺紋的修復。
圖1為API標準鑽杆接頭示意圖。
圖2為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
如圖2所示，本實用新型的雙臺肩鑽杆接頭，由外螺紋接頭1和與之進行螺紋連接的內螺紋接頭2組成；外螺紋接頭1，具有一個軸向延伸的外螺紋7，外螺紋7根部有一徑向向外的外臺肩3以及一個外臺肩3和外螺紋7之間軸向延伸的基部9；外螺紋7頭部有一個徑向向內的內端面5以及一個內端面5和外螺紋7之間軸向延伸的前端部11；內螺紋接頭2，具有在一個軸向延伸的內螺紋8，內螺紋頭部有一徑向向外的外端面4以及一個外端面4和內螺紋8之間軸向延伸的鏜孔部10，內螺紋根部有一個徑向向內的內臺肩6以及一個內臺肩6和內螺紋8之間軸向延伸的後端部12；外螺紋7從與前端部11相鄰的第一個外螺紋徑向向外延伸到與基部9相鄰的最後一個外螺紋處的錐度為1∶6。
所述的外螺紋接頭1內端面5的外徑小於外螺紋7沿錐度方向延伸至內端面5處的螺紋根部的外徑。
外臺肩3到內端面5之間的長度L3大於API標準鑽杆外螺紋接頭21的外臺肩23到內端面25的長度L1，但小於API標準鑽杆內螺紋接頭22的外端面24到內斜面26的長度L2。
內螺紋接頭2內螺紋8從與鏜孔部10相鄰的第一個內螺紋徑向向內延伸到與後端部12相鄰的最後一個內螺紋處的錐度為1∶6。
內螺紋接頭2內臺肩6的內徑大於內螺紋8沿錐度方向延伸至內臺肩7處的螺紋頂部的內徑，小於等於與後端部12相鄰的最後一個內螺紋的螺紋頂部的內徑。
後端部分12與內臺肩6存在一個過渡圓角13，圓角半徑為1.5～3mm。
外端面4到內臺肩6之間的長度L4大於API標準鑽杆外螺紋接頭21外臺肩23到內端面25的長度L1，但小於API標準鑽杆內螺紋接頭22的外端面24到內斜面26的長度L2。
當外螺紋接頭1與內螺紋接頭2手動擰緊時，外螺紋接頭1的內端面5與內螺紋接頭2的內臺肩6具有0～0.5mm的間隙，即0≤L4-L3≤0.5mm。
由於外螺紋接頭1的內端面5的外徑小於外螺紋7沿錐度方向延伸至內端面5處的螺紋根部的外徑，外臺肩3到內端面5之間的長度L3大於API標準鑽杆外螺紋接頭21的外臺肩23到內端面25的長度L1，但小於API標準鑽杆內螺紋接頭22的外端面24到內斜面26的長度L2，因此保證了外螺紋接頭1與API標準鑽杆內螺紋接頭22的互換性。
由於內螺紋接頭2的內臺肩6的內徑大於內螺紋8沿錐度方向延伸至內臺肩7處的螺紋頂部的內徑，外端面4到內臺肩6之間的長度L4大於API標準鑽杆外螺紋接頭21外臺肩23到內端面25的長度L1，但小於API標準鑽杆內螺紋接頭22的外端面24到內斜面26的長度L2，因此保證了內螺紋接頭2與API標準鑽杆外螺紋接頭21的互換性。
由於內臺肩6的內徑小於等於與後端部分12相鄰的最後一個內螺紋的螺紋頂部的內徑，因此在接頭的螺紋修復過程中，不會切除內螺紋8的螺紋頂部，仍保證內螺紋8的完整性，不但加工容易，而且不影響螺紋修復後接頭的使用性能。
由於後端部分12與內臺肩6存在一個過渡圓角13，因此降低了後端部分12與內臺肩6之間的應力集中。
當超扭矩上扣或井下扭矩過大時，外螺紋接頭1的內端面5與內螺紋接頭2的內臺肩6的間隙減小直至消失，使接頭部分形成了一個剛性體，提高了接頭的抗扭強度和抗彎能力，使接頭的抗扭強度高於API標準鑽杆接頭。
例如，選用51/2 FH鑽杆接頭，其外徑為184.15mm，內徑為88.9mm，接頭屈服強度為827MPa，手動擰緊時，外螺紋接頭的內端面與內螺紋接頭的內臺肩具有0.15mm的間隙，內螺紋接頭的後端部分與內臺肩的圓角半徑為2mm。經過計算，API標準鑽杆接頭抗扭強度為98.3kNm，本實用新型接頭的抗扭強度為140.1kNm，提高了42.5％，而內臺肩轉角處的應力僅為335MPa。
由於本實用新型的抗扭強度高於API標準鑽杆接頭，並可以與API標準鑽杆接頭互換使用，易於製造，易於進行螺紋修理，因此特別適用於深井、超深井、定向井、水平井、大斜度井等高難度井的鑽探施工。
權利要求1.雙臺肩鑽杆接頭，由外螺紋接頭和與之進行螺紋連接的內螺紋接頭組成；外螺紋接頭，具有一個軸向延伸的外螺紋，外螺紋根部有一徑向向外的外臺肩以及一個外臺肩和外螺紋之間軸向延伸的基部；外螺紋頭部有一個徑向向內的內端面以及一個內端面和外螺紋之間軸向延伸的前端部；內螺紋接頭，具有在一個軸向延伸的內螺紋，內螺紋頭部有一徑向向外的外端面以及一個外端面和內螺紋之間軸向延伸的鏜孔部，內螺紋根部有一個徑向向內的內臺肩以及一個內臺肩和內螺紋之間軸向延伸的後端部；其特徵是，所述的外螺紋接頭內端面的外徑小於所述外螺紋沿錐度方向延伸至所述內端面處的螺紋根部的外徑；所述內螺紋接頭內臺肩的內徑大於所述內螺紋沿錐度方向延伸至所述內臺肩處的螺紋頂部的內徑，小於等於與所述後端部相鄰的最後一個內螺紋的螺紋頂部的內徑；所述的從所述外臺肩到內端面之間的長度大於API標準鑽杆外螺紋接頭外臺肩到內端面的長度，但小於API標準鑽杆內螺紋接頭的外端面到內斜面的長度；所述的從所述外端面到內臺肩之間的長度大於API標準鑽杆外螺紋接頭外臺肩到內端面的長度，但小於API標準鑽杆內螺紋接頭的外端面到內斜面的長度。
2.如權利要求1所述的雙臺肩鑽杆接頭，其特徵是，所述的內螺紋接頭後端部與軸向平行。
3.如權利要求1所述的雙臺肩鑽杆接頭，其特徵是，所述的外螺紋接頭從與所述前端部相鄰的第一個外螺紋徑向向外延伸到與所述基部相鄰的最後一個外螺紋處的錐度為1∶6。
4.如權利要求1所述的雙臺肩鑽杆接頭，其特徵是，所述的外螺紋接頭所述內螺紋從與所述鏜孔部相鄰的第一個內螺紋徑向向內延伸到與所述後端部分相鄰的最後一個內螺紋處的錐度為1∶6。
5.如權利要求1所述的雙臺肩鑽杆接頭，其特徵是，所述的內螺紋接頭後端部與內臺肩存在一個過渡圓角。
6.如權利要求1所述的雙臺肩鑽杆接頭，其特徵是，所述的圓角半徑為1.5～3mm。
7.如權利要求1所述的雙臺肩鑽杆接頭，其特徵是，當所述外螺紋接頭與內螺紋接頭擰緊時，所述的外螺紋接頭的內端面與內螺紋接頭的內臺肩具有0～0.5mm的間隙。
專利摘要雙臺肩鑽杆接頭，由外螺紋接頭和內螺紋接頭組成；外螺紋接頭具有一個軸向延伸的外螺紋、外臺肩以及基部；外螺紋頭部有一內端面以及一個前端部；內螺紋接頭具有在一個軸向延伸的內螺紋，內螺紋頭部有一外端面以及一鏜孔部，根部有一內臺肩以及一後端部；外螺紋接頭內端面的外徑小於外螺紋沿錐度方向延伸至內端面處的螺紋根部的外徑；內螺紋接頭內臺肩的內徑大於內螺紋沿錐度方向延伸至內臺肩處的螺紋頂部的內徑，小於等於與後端部相鄰的最後一個內螺紋的螺紋頂部的內徑。與現有技術相比，本實用新型改進後的接頭抗扭強度高於API標準鑽杆接頭，並可以與API標準鑽杆接頭互換使用，降低了內臺肩轉角處的應力集中，易於製造，不影響螺紋的修復。
文檔編號E21B17/02GK2725501SQ200420082360
公開日2005年9月14日 申請日期2004年8月30日 優先權日2004年8月30日
發明者趙鵬, 劉甫清, 潘存強 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司