一種具有較高抗扭強度的石油鑽杆接頭的製作方法
2023-04-28 11:08:06
專利名稱：一種具有較高抗扭強度的石油鑽杆接頭的製作方法
技術領域：
一種具有較高抗扭強度的石油鑽杆接頭
技術領域：
本實用新型涉及一種石油鑽杆接頭，尤其是一種具有較高抗扭強度的石油鑽杆接頭。
背景技術：
鑽杆是用於油氣鑽探的重要工具，普通鑽杆是按照API標準製造的，其基本結構是在鑽杆管體的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為API標準鑽杆接頭結構示意圖，圖2、4為連接螺紋的牙型圖。該鑽杆接頭包括外螺紋接頭和內螺紋接頭兩部分，兩者通過螺紋連接在一起。外螺紋接頭的螺紋根部加工有一個直角外臺肩，鑽杆接頭使用時，內螺紋接頭的外端面緊緊頂在外螺紋接頭的直角臺肩上，形成過盈配合。當API鑽杆接頭處於擰緊狀態時，內螺紋端面與外螺紋的臺肩相互作用，產生很大的反作用力，該反作用力由鑽杆螺紋來承擔。研究表明，API鑽杆螺紋的各牙並非均勻地承擔著接頭傳遞的載荷，靠近臺肩的數牙螺紋承擔了絕大部分載荷，而遠離臺肩的旋合螺紋承擔的載荷十分有限，這就大大惡化了整個接頭的應力分布，使鑽杆接頭的抗扭能力大幅下降。經文獻檢索發現，中國專利公開號為CN2734974Y，
公開日為2005年10月19日，實用新型專利名稱為「高抗扭鑽杆接頭」，申請人為寶山鋼鐵股份有限公司。該專利公開了一種能夠增強鑽杆抗扭能力的鑽杆接頭，這種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，其改進之處是外螺紋接頭的根部臺肩面和螺紋端面分別與內螺紋接頭內螺紋的螺紋端面和根部臺肩面緊密配合，形成雙臺肩結構。由這兩個臺肩共同分擔接頭承擔的扭矩，而不是由一個臺肩單獨承擔。這樣，API鑽杆的應力集中區域位於內螺紋端面與外螺紋的臺肩相互作用處，而這種新型接頭的應力集中區域則由一個分散成兩個，從而使應力集中程度下降。通過這種方法，可以提高接頭的抗扭強度，但其缺點和不足之處是對加工精度要求很高，要保證兩個臺肩面同時接觸，有較大的難度。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種抗扭強度高、載荷量大、應力分布均勻的具有較高抗扭強度的石油鑽杆接頭，為了解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是一種具有較高抗扭強度的石油鑽杆接頭，包括內螺紋部件和外螺紋部件，所述內螺紋部件設置有錐管內螺紋和端面臺肩，所述外螺紋部件設置有錐管外螺紋和扭矩臺肩，其特徵在於，所述內螺紋部件的螺距分為兩段，第一段靠近端面臺肩沿軸向向裡螺紋的螺距由外向裡逐漸變窄，第一段末端至內螺紋部件的尾部為第二段，所述第二段螺紋的螺距均勻分布。本實用新型與現有技術相比的有益效果是(1)本實用新型保持外螺紋螺距不變，通過對內螺紋的數牙螺紋變化螺距的方法，使得載荷在各牙螺紋上的分布更加均勻，應力集中程度明顯減小，提高了接頭的承載能力， 尤其是抗扭能力；(2)本實用新型採用最為成熟的API接頭加以改進，根據現有的數控加工技術，可以很容易實現，加工成本提高很少。優選地，所述第一段螺紋的螺距與外螺紋部件螺紋的螺距之間的螺距之差為 0. 06 0. 8mm。優選地，所述第一段螺紋的長度為20 沈讓，所述第一段螺紋為3 4牙螺紋。
此處所說明的附圖是用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本申請的一部分，但並不構成對本實用新型的不當限定，在附圖中圖1是API標準鑽杆接頭結構示意圖。圖2是API標準鑽杆接頭螺紋牙型結構示意圖。圖3是本實用新型的結構示意圖。圖4是API標準螺紋嚙合後的結構示意圖。圖5是本實用新型螺紋嚙合後的結構示意圖。內螺紋部件1 ；錐管內螺紋2 ；端面臺肩3 ；外螺紋部件4 ；錐管外螺紋5 ；扭矩臺肩 6 ；承載面A;導向面B。
具體實施方式下面將結合附圖以及具體實施例來詳細說明本實用新型，在本實用新型的示意性實施例以及說明用來解釋本實用新型，但並不作為對本實用新型的限定。參照附圖3、圖5所示，本實用新型公開了一種具有較高抗扭強度的石油鑽杆接頭，包括內螺紋部件1和外螺紋部件4，所述內螺紋部件1設置有錐管內螺紋2和端面臺肩 3，所述外螺紋部件4設置有錐管外螺紋5和扭矩臺肩6，所述內螺紋部件1的螺距分為兩段，第一段靠近端面臺肩3沿軸向向裡螺紋的螺距由外向裡逐漸變窄，第一段末端至內螺紋部件1的尾部為第二段，所述第二段螺紋的螺距均勻分布。所述第一段螺紋的螺距與外螺紋部件4螺紋的螺距之間的螺距之差為0. 06 0. 8mm。所述第一段螺紋的長度L為20 沈讓，所述第一段螺紋為3 4牙螺紋。參照圖3、圖5所示，它由內螺紋部件1和外螺紋部件4兩部分組成。在內螺紋部件1上加工有錐管內螺紋2以及端面臺肩3，在外螺紋部件4上加工有錐管外螺紋5以及直角扭矩臺肩6。內螺紋2通過分段變螺距的方法，使內、外螺紋擰緊後在靠近臺肩處產生軸向間隙，且間隙從外到裡依次減小。為了達到這種效果，具體做法如下外螺紋5是標準的API螺紋，螺距為標準螺距，其值為P，內螺紋2的螺距分為兩段，距端面起3 4牙的螺距大於標準螺距P，其值為P1，其它部分內螺紋的螺距為標準螺距P，Pl與P之間滿足如下關係P1-P = 0. 06 0. 8mm。其中具體選擇3牙還是4牙，以及Pl的具體取值，根據鑽杆的尺寸而定，根據計算，螺距的變化範圍即Pl-P的範圍不超過 0. Imm0這種做法的原理如圖4和圖5所示，如果內、外螺紋的螺距完全相同，其嚙合後如圖4所示，由於臺肩產生的軸向力作用，使得靠近臺肩的第1 2螺紋的承載面受力很大， 此處產生了十分嚴重的應力集中。普通API套管往往從此處發生斷裂、應力腐蝕開裂等失效，尤其是當扭矩較大時，這種問題更加突出，從而限制了這種鑽杆的使用範圍。考慮到越靠近臺肩處螺紋的受力越大，變形也越嚴重，如果使外螺紋螺距保持不變，設法使內螺紋第一牙螺紋沿軸向向裡移動一定的距離沒ml，第二牙螺紋移動m2，...，使各牙螺紋的變形量相同，即可以改善接頭的載荷分布。如果保持外螺紋的螺距P不變，將內螺紋靠近臺肩的第3 4牙螺紋的螺距從P 增大到P1，那麼其嚙合後的示意圖見圖5。可見，靠近臺肩的第一牙螺紋承載面之間的距離最大，後面的螺紋距離則依次減小。這樣就可以有效解決靠近臺肩處螺紋的應力集中問題， 使各牙螺紋承受的載荷更加均勻，從而提高接頭的承載能力，主要是抗扭性能。以下通過具體實施例進一步介紹本實用新型實施例1是用於Φ88. 9X9. ；35_ 13. 31b/ft的鑽杆，鋼級為S135。接頭類型 NC38，螺紋形式為標準的API V-0.038R，錐度1 6。外螺紋與普通V_0. 038R完全相同，螺距P = 6.35mm。內螺紋除螺距參數外，其它參數與V_0. 038R螺紋完全相同，內螺紋從端面第一牙螺紋起的3牙螺紋(L= 19. Imm)範圍內，螺距Pl = 6. 42mm，其餘內螺紋的螺距為P = 6.35mm。根據API SPEC7，該規格鑽杆若採用普通API接頭，其最大允許上扣扭矩是35949N-m，若採用本實用新型接頭，最大允許上扣扭矩達到46728N_m，提高抗扭性能1. 3 倍。個實施例2是用於Φ 127X9. 19mm 19. 51b/ft的鑽杆，鋼級為S135。接頭類型 NC50，螺紋形式為標準的API V-0.038R，錐度1 6。外螺紋與普通V_0. 038R完全相同，螺距P = 6. 35mm。內螺紋除螺距參數外，其它參數與V_0. 038R螺紋完全相同，內螺紋從端面第一牙螺紋起的4牙螺紋(L = 25.4mm)範圍內，螺距Pl = 6. 45mm，其餘內螺紋的螺距為 P = 6. 35mm。根據API SPEC 7，該規格鑽杆若採用普通API接頭，其最大允許上扣扭矩是 85966N-m，若採用本實用新型接頭，最大允許上扣扭矩達到116905N_m，提高抗扭性能1. 36 倍。以上所述僅以方便說明本實用新型，在不脫高本實用新型創作的精神範疇內，熟悉此技術的本領域的技術人員所做的各種簡單的變相與修飾仍屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種具有較高抗扭強度的石油鑽杆接頭，包括內螺紋部件和外螺紋部件，所述內螺紋部件設置有錐管內螺紋和端面臺肩，所述外螺紋部件設置有錐管外螺紋和扭矩臺肩，其特徵在於所述內螺紋部件的螺距分為兩段，第一段靠近端面臺肩沿軸向向裡螺紋的螺距由外向裡逐漸變窄，第一段末端至內螺紋部件的尾部為第二段，所述第二段螺紋的螺距均勻分布。
2.根據權利要求1所述的具有較高抗扭強度的石油鑽杆接頭，其特徵在於所述第一段螺紋的螺距與外螺紋部件螺紋的螺距之間的螺距之差為0. 06 0. 8mm。
3.根據權利要求1或2所述的具有較高抗扭強度的石油鑽杆接頭，其特徵在於所述第一段螺紋的長度為20 沈讓，所述第一段螺紋為3 4牙螺紋。
專利摘要本實用新型公開了一種具有較高抗扭強度的石油鑽杆接頭，包括內螺紋部件和外螺紋部件，所述內螺紋部件設置有錐管內螺紋和端面臺肩，所述外螺紋部件設置有錐管外螺紋和扭矩臺肩，其特徵在於，所述內螺紋部件的螺距分為兩段，第一段靠近端面臺肩沿軸向向裡螺紋的螺距由外向裡逐漸變窄，第一段末端至內螺紋部件的尾部為第二段，所述第二段螺紋的螺距均勻分布。本實用新型具有抗扭強度高、載荷量大、應力分布均勻等優點。
文檔編號E21B17/042GK202228003SQ20112030461
公開日2012年5月23日 申請日期2011年8月18日 優先權日2011年8月18日
發明者趙鈞羨 申請人:江蘇和信石油機械有限公司