一種雙臺肩鑽具螺紋接頭的製作方法

2023-11-06 12:33:02 1

本實用新型涉及石油天然氣勘探開發領域，具體涉及一種雙臺肩鑽具螺紋接頭。

背景技術：

鑽具是石油天然氣勘探與開發中的重要工具，是鑽柱系統的重要組成部分，各種鑽具，如鑽杆、加重鑽杆、鑽鋌、轉換接頭等，通過螺紋連接的方式，形成整根鑽柱。鑽柱不僅是鑽井液的循環通道，而且在鑽井中傳遞扭矩，承受拉壓，彎曲，扭轉以及振動、衝擊等多種載荷的複合作用。鑽柱在鑽井作業中的運動方式除了繞自身軸線自轉外，還常常以井眼軸線為軸線進行公轉，從而導致鑽具接頭與井壁或套管發生摩擦磨損，產生反轉運動，使鑽具螺紋存在松扣的風險。軟硬地層交錯引發的鑽頭的憋鑽會對鑽柱產生瞬時的反扭矩，使鑽具螺紋發生松扣。此外，因鑽頭破碎巖石的不均勻性導致鑽柱承受來自地層反作用力的縱向震動衝擊載荷，也使鑽柱螺紋接頭存在松扣的風險。事實上，鑽柱在鑽井作業過程中的松扣現象時有發生，從而導致鑽具螺紋接頭發生粘扣失效和摩擦磨損失效。由於螺紋連接的松扣，扭矩臺肩面的接觸壓力降低，從而導致鑽具螺紋扭矩臺肩面的刺漏失效。此外，由於螺紋連接的松扣，相互嚙合的螺紋連接的應力發生變化，出現局部的高應力區域，使螺紋連接發生疲勞失效，導致螺紋接頭的刺漏或斷裂。上述的這些失效在公開報導的文獻資料裡有大量的記載。鑽具螺紋接頭發生松扣的原因主要有以下幾方面的因素：（1）鑽具螺紋接頭承受的如上所述的複雜的載荷工況；（2）在上扣操作中，上扣扭矩低於接頭的名義最小上扣矩值；（3）目前鑽具螺紋接頭的自身結構。目前普遍所用的雙臺肩的螺紋接頭，採用的是粗牙螺紋。在扭矩臺肩接觸之前，上扣扭矩值很小，當扭矩臺肩接觸後，扭矩值迅速飆升到設定的上扣扭矩值，也就是說，當震動或瞬時的反扭矩等其他因素導致相互嚙合的接頭臺肩面發生微小的反向位移時，螺紋接頭的扭矩值會迅速下降，尤其是已有一定磨損後的螺紋接頭。這是導致鑽具螺紋松扣的結構因素。此外，由於雙臺肩鑽具螺紋接頭兩個扭矩臺肩間的尺寸配合精度高，在加工製造中對尺寸公差提出了嚴格的要求。在實際的雙臺肩鑽具螺紋接頭使用過程中，時常出現兩個扭矩臺肩面沒有同時處於良好接觸狀態，螺紋段各螺紋齒底的應力分布偏離了良好嚙合狀態時的應力分布，局部螺紋齒底處於高應力狀態，導致螺紋接頭的高應力疲勞失效。

技術實現要素：

為解決現有技術的不足，本實用新型提供一種雙臺肩鑽具螺紋接頭。

本實用新型的技術方案是：一種雙臺肩鑽具螺紋接頭：包括內螺紋接頭和外螺紋接頭兩部分組成，所述的內螺紋接頭包括第一扭矩臺肩面，第一圓柱段，內螺紋段，第二圓柱段和圓環件；外螺紋接頭包括第一扭矩臺肩面，第一圓柱段，外螺紋段，第二圓柱段和第二扭矩臺肩面；所述圓環件的形狀為馬鞍形，外表呈凹形，圓環件的外徑略大於第二圓柱段的內徑，圓環件內徑與內螺紋接頭的內徑相同，長度為5~7mm；所述圓環件材料的屈服強度與鑽具材料屈服強度的比值為0.7~0.9；所述內螺紋接頭的內螺紋段與外螺紋接頭的外螺紋段錐度範圍為1:6~1:16；所述內螺紋接頭的第一扭矩臺肩面與外螺紋接頭的第一扭矩臺肩的接觸面為主扭矩承載面；內螺紋接頭內的圓環件與外螺紋接頭第二扭矩臺肩的接觸面為次扭矩承載面。

所述內螺紋接頭的圓環件為金屬或非金屬圓環件。

所述圓環件採用小過盈配合加封固劑的方式固定在內螺紋接頭內。

本實用新型的有益效果是：本實用新型有效地解決雙臺肩鑽具螺紋在上扣時兩個扭矩臺肩面的良好接觸問題和使用過程中的「二次上扣」問題，使雙臺肩鑽具螺紋接頭在工作中保持良好的嚙合狀態提高鑽具螺紋接頭的使用壽命，適用於超深井、超長水平井、大位移井、長距離定向穿越等複雜工況井。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。

圖2為本實用新型的圓環件結構示意圖。

其中：1為內螺紋接頭、11為第一扭矩臺肩面。12為第一圓柱段、13為內螺紋段、14為第二圓柱段、2為外螺紋接頭、21為第一扭矩臺肩面、22為第一圓柱段、23為外螺紋段、24為第二圓柱段、25為第二扭矩臺肩面、3為圓環件。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。

一種雙臺肩鑽具螺紋接頭：包括內螺紋接頭1和外螺紋接頭2兩部分組成，所述的內螺紋接頭1包括第一扭矩臺肩面11，第一圓柱段12，內螺紋段13，第二圓柱段14和圓環件3；外螺紋接頭2包括第一扭矩臺肩面21，第一圓柱段22，外螺紋段23，第二圓柱段244和第二扭矩臺肩面25；所述圓環件3的形狀為馬鞍形，外表呈凹形，圓環件3的外徑略大於第二圓柱段14的內徑，圓環件3內徑與內螺紋接頭1的內徑相同，長度為5~7mm；所述圓環件3材料的屈服強度與鑽具材料屈服強度的比值為0.7~0.9；所述內螺紋接頭1的內螺紋段13與外螺紋接頭2的外螺紋段23錐度範圍為1:6~1:16；所述內螺紋接頭1的第一扭矩臺肩面11與外螺紋接頭2的第一扭矩臺肩21的接觸面為主扭矩承載面；內螺紋接頭1內的圓環件3與外螺紋接頭2第二扭矩臺肩25的接觸面為次扭矩承載面。

所述內螺紋接頭1的圓環件3為金屬或非金屬圓環件。

所述圓環件3採用小過盈配合加封固劑的方式固定在內螺紋接頭1內。

採用以上實施參數，在內、外螺紋接頭上扣時，內螺紋接頭1的第一扭矩臺肩面11首先與外螺紋接頭2的第一扭矩臺肩面21接觸。隨著外螺紋接頭2的繼續旋入，外螺紋接頭2的第二扭矩臺肩面25與圓環件3接觸，形成螺紋接頭的副扭矩臺肩，圓環件3發生彈性變形。當扭矩值達到預設值時，完成上扣操作。

採用以上實施參數，內、外螺紋接頭在上扣後，圓環件3因彈性變形產生的彈性變形能在螺紋接頭上產生預加的軸向壓力，使卸扣扭矩增加，提高了鑽具螺紋接頭的防松性能。

採用以上實施參數，內、外螺紋接頭在上扣後，有效地保證了內、外螺紋主臺肩面和副臺肩面間的良好接觸，使雙扭矩臺肩分擔扭矩載荷、提高抗扭性能和疲勞壽命的設計理念得到了充分的實現，提高了鑽具螺紋接頭使用過程中的安全可靠性。

採用以上實施參數，內、外螺紋接頭在上扣後，圓環件3與外螺紋接頭2的第二扭矩臺肩面25間產生的接觸壓力，提高了螺紋接頭的密封性能。

經試驗，本實用新型的鑽具螺紋接頭比同規格的API鑽具螺紋接頭的抗扭性能提高35%，密封壓力達到45MPa。