CN101975032A - 一种密封性能良好的高效抗扭钻杆接头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种密封性能良好的高效抗扭钻杆接头，由外螺纹件和内螺纹件共同组成，内螺纹件包括外台肩面、长直圆柱孔、内螺纹、圆锥孔、圆柱孔、半圆形凸面及内台肩面；外螺纹件包括第一外台肩面、应力减轻槽、长直圆柱面、外螺纹、圆柱面以及第二外台肩面。接头的总体抗扭强度取决于内螺纹件中台肩面与长直圆柱孔的结合部分与外螺纹件中圆柱面与台肩面的结合部分之间的长度。内外螺纹啮合后可以起到很好的减小应力极值的效果，本发明具有很好的连接强度和密封性能，可以有效地改善钻杆接头的应力极值和应力分布的情况，抗扭性能十分优越，尤其适用于石油及天然气开采。

Description

一种密封性能良好的高效抗扭钻杆接头
技术领域
本发明涉及的是一种石油、天然气开采用钻杆接头，特别是一种密封性能良好的高效抗扭钻杆接头，属于油井管螺纹连接技术领域。
背景技术
传统的钻杆接头一般是按照API SPEC 7所规定的结构形式进行生产的，这种接头内螺纹件和外螺纹件之间没有形成配合的另一对台肩面，当钻柱接头旋转配合向下钻井时，接头部分会受到较大的扭矩作用，外加载荷产生的大部分的作用力都由螺纹部分的前几个牙承担，很容易发生失效事故，而且经过实际使用可知这种接头应力极值较大，应力集中现象十分严重，密封性能也十分有限，不适用于复杂的油气井开采。
为了提高钻杆接头的抗扭性能，做出了很多设计和尝试，例如美国专利文献US4549754、中国专利文献CN2734974Y等。这些专利考虑到了钻杆接头的抗扭能力，加大了钻杆接头的内径通道，没有注意到接头的抗扭能力要与每个螺纹的抗剪切能力结合起来，即螺纹上受到的剪切应力不能大于接头的整体，相反情况则会导致出现失效情况，而且这些接头的密封性能方面存在不足。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种高效抗扭的钻杆接头，该钻杆接头吸收了传统接头技术成熟、加工简便的优点，采用内螺纹件与外螺纹件上按比例设置的两个台肩可以起到很好的抗扭性能，可以有效防止钻杆接头发生局部失效。这种接头的设计，可以显著降低钻杆接头结构的应力水平和应力集中情况，有效地降低发生疲劳破坏的机率，其抗扭性能得到很大的提高，而且接头中存在两处密封，其密封性能良好，有利于实际的应用。
该钻杆接头适合于在高压天然气井、高压及超高压油气井等复杂的钻井条件下使用。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种密封性能良好的高效抗扭钻杆接头，由内螺纹件和外螺纹件两部分组成，其特征在于，所述内螺纹件包括外台肩面、长直圆柱孔、内螺纹、圆锥孔、圆柱孔、半圆形凸面及内台肩面，圆柱孔与圆锥孔、内螺纹之间依次过渡连接；外螺纹件包括第一外台肩面、应力减轻槽、长直圆柱面、外螺纹、圆柱面以及第二外台肩面；
所述外台肩面与所述长直圆柱孔之间采用圆弧过渡连接且连接圆弧的半径为                                                
Figure 32205DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 11400DEST_PATH_IMAGE001
为0.8～1.2mm；
所述内螺纹件与所述外螺纹件配合使用时，所述长直圆柱孔与所述长直圆柱面之间存在间隙，所述间隙的距离不超过2mm。
所述长直圆柱孔与所述外台肩面的交叉区域的长度为
Figure 671883DEST_PATH_IMAGE002
，为15～45mm。
所述长直圆柱孔与所述内螺纹的第一牙之间采用圆弧过渡连接且连接圆弧的半径为
Figure 784119DEST_PATH_IMAGE003
，为0.5～1mm。
所述圆柱孔和所述内台肩面之间采用圆弧过渡连接且连接圆弧的半径为
Figure 47708DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 255966DEST_PATH_IMAGE004
为0.8～1mm。
所述外螺纹的第一牙与所述圆柱面之间采用圆弧过渡连接且连接圆弧的半径为，
Figure 640604DEST_PATH_IMAGE005
为0.5～1mm。
在所述长直圆柱面和所述第一外台肩面之间加工有所述应力减轻槽，所述应力减轻槽的半径为
Figure 720686DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 794953DEST_PATH_IMAGE006
为4.5～6mm，圆心位置为A，所述圆心A与所述第一外台肩面的距离为a，a为2.5～3.5mm，所述圆心A与所述长直圆柱面之间的距离为b，b为3～4mm。
所述圆柱面与所述第二外台肩面的交叉区域的长度为
Figure 25950DEST_PATH_IMAGE007
，为10～25mm。
所述半圆形凸面的半径为
Figure 603004DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 212453DEST_PATH_IMAGE008
为2～4mm，其圆心位置为B，所述圆心B在所述圆柱孔上壁所在的直线上，所述圆心B与所述内台肩面的距离为m，m为10～15mm。 
接头的总体抗扭强度取决于螺纹连接的抗扭能力以及内螺纹件中外台肩面与长直圆柱孔的结合部分与外螺纹件中圆柱面与第二外台肩面的结合部分之间的长度。两者长度与螺距和螺纹锥度有一定的关系，螺距越大、锥度越小，连接部分的长度越长时，则接头的抗扭能力越强。
内外螺纹啮合后可以起到很好的减小应力极值的效果。内螺纹接头半圆形凸面与外螺纹接头圆柱面部分形成弹性变形的过盈接触，与第一台肩面处形成两处密封，保证了钻杆接头良好的密封性能。使用中可以根据工作条件来确定接头的实际尺寸，已达到所需要的抗扭能力。而且，接头装卸方便，有利于实际的工程应用。
附图说明
图1是本发明高效抗扭钻杆接头的结构示意图；
图2是连接圆弧7与连接弧10的局部放大图；
图3是连接圆弧2与连接弧17的局部放大图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例   1
参见图1至图3，其中，图1是本发明高效抗扭钻杆接头的结构示意图，图2是连接圆弧7与连接弧10的局部放大图，图3是连接圆弧2与连接弧17的局部放大图。本实施例的高效抗扭钻杆接头，包括内螺纹件3和外螺纹件15。内螺纹件3包括外台肩面11、长直圆柱孔8、内螺纹6、圆锥孔5、圆柱孔4、半圆形凸面21及内台肩面1，圆柱孔4与圆锥孔5、内螺纹6之间依次过渡连接；外螺纹件15包括第一外台肩面12、应力减轻槽13、长直圆柱面14、外螺纹16、圆柱面18以及第二外台肩面20。内螺纹件3上的外台肩面11与长直圆柱孔8之间的圆弧10半径
Figure 548887DEST_PATH_IMAGE001
为0.8mm。长直圆柱孔8与外台肩面11的交叉区域9的长度
Figure 732394DEST_PATH_IMAGE002
为15mm。长直圆柱孔8与内螺纹6的第一牙之间的圆弧7半径
Figure 459172DEST_PATH_IMAGE003
为0.5mm。内螺纹件3上的圆柱孔4与内台肩面1之间的过渡连接圆弧2的半径
Figure 875241DEST_PATH_IMAGE004
为0.8mm。外螺纹16的第一牙与圆柱面18之间通过圆弧17过渡连接，半径
Figure 391149DEST_PATH_IMAGE005
为0.5mm。外螺纹件15上的长直圆柱面14和外台肩面12之间的应力减轻槽13，其半径
Figure 601681DEST_PATH_IMAGE006
为4.5mm，其圆心位置A与外螺纹件第一外台肩面12的距离为a，a为2.5mm，与外螺纹件长直圆柱面14之间的距离为b，b为3mm。圆柱面18与第二外台肩面20的交叉区域19的长度
Figure 143652DEST_PATH_IMAGE007
为10mm。内螺纹件3与外螺纹件15之间配合时，内螺纹件3上圆柱孔8与外螺纹件15上圆柱面14之间间隙为1.5mm；内螺纹件3上半圆形凸面21半径
Figure 97833DEST_PATH_IMAGE008
为2mm，其圆心位置B在内螺纹件圆柱孔4上壁所在的直线上，距离内螺纹件内台肩面1的距离m为10mm。
实施例2和实施例3分别对参数、
Figure 656871DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 683208DEST_PATH_IMAGE004
、、
Figure 544296DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 115873DEST_PATH_IMAGE008
、a、b、
Figure 429173DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 659910DEST_PATH_IMAGE007
、m做了改变，数值列于表1中，单位均为mm。在设定参数相同的条件下，API钻杆接头可以承受的最大扭矩仅为98476N×M，而实施例1中可以承受的最大扭矩为170540N×M，实施例2中可以承受的最大扭矩为187594N×M，实施例3中可以承受的最大扭矩为178214N×M，其抗扭强度至少提高了73%。由于本发明中有两处密封面，接头的密封性能得到了较大提高。因此，与传统的钻杆接头相比，本发明的密封性能和连接强度都得到了较大提高。
表1        3个实施例的参数

Claims (8)

1.一种密封性能良好的高效抗扭钻杆接头，由内螺纹件和外螺纹件两部分组成，其特征在于，所述内螺纹件包括外台肩面、长直圆柱孔、内螺纹、圆锥孔、圆柱孔、半圆形凸面及内台肩面，其中，圆柱孔与圆锥孔、内螺纹之间依次过渡连接；外螺纹件包括第一外台肩面、应力减轻槽、长直圆柱面、外螺纹、圆柱面以及第二外台肩面；
所述外台肩面与所述长直圆柱孔之间采用圆弧过渡连接且连接圆弧的半径为                                                ，
Figure 833316DEST_PATH_IMAGE001
为0.8～1.2mm；
所述内螺纹件与所述外螺纹件配合使用时，所述长直圆柱孔与所述长直圆柱面之间存在间隙，所述间隙的距离不超过2mm。
2.根据权利要求1所述的一种密封性能良好的高效抗扭钻杆接头，其特征在于，所述长直圆柱孔与所述外台肩面的交叉区域的长度为
Figure 630983DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 543707DEST_PATH_IMAGE002
为15～45mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种密封性能良好的高效抗扭钻杆接头，其特征在于，所述长直圆柱孔与所述内螺纹的第一牙之间采用圆弧过渡连接且连接圆弧的半径为
Figure 2010105230514100001DEST_PATH_IMAGE003
，为0.5～1mm。
4.根据权利要求1所述的一种密封性能良好的高效抗扭钻杆接头，其特征在于，所述圆柱孔和所述内台肩面之间采用圆弧过渡连接且连接圆弧的半径为
Figure 597211DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 882175DEST_PATH_IMAGE004
为0.8～1mm。
5.根据权利要求1所述的一种密封性能良好的高效抗扭钻杆接头，其特征在于，所述外螺纹的第一牙与所述圆柱面之间采用圆弧过渡连接且连接圆弧的半径为
Figure 2010105230514100001DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 333010DEST_PATH_IMAGE005
为0.5～1mm。
6.根据权利要求1所述的一种密封性能良好的高效抗扭钻杆接头，其特征在于，在所述长直圆柱面和所述第一外台肩面之间加工有所述应力减轻槽，所述应力减轻槽的半径为
Figure 131902DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 462520DEST_PATH_IMAGE006
为4.5～6mm，圆心位置为A，所述圆心A与所述第一外台肩面的距离为a，a为2.5～3.5mm，所述圆心A与所述长直圆柱面之间的距离为b，b为3～4mm。
7.根据权利要求1所述的一种密封性能良好的高效抗扭钻杆接头，其特征在于，所述圆柱面与所述第二外台肩面的交叉区域的长度为，
Figure 47829DEST_PATH_IMAGE007
为10～25mm。
8.根据权利要求1所述的一种密封性能良好的高效抗扭钻杆接头，其特征在于，所述半圆形凸面的半径为
Figure 305285DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 154423DEST_PATH_IMAGE008
为2～4mm，其圆心位置为B，所述圆心B在所述圆柱孔上壁所在的直线上，所述圆心B与所述内台肩面的距离为m，m为10～15mm。
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