CN102900377A - 螺纹连接式全铝合金钻杆 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种螺纹连接式全铝合金钻杆，所述螺纹连接式全铝合金钻杆包括：铝合金钻杆管体和通过螺纹连接在所述铝合金钻杆管体端部的铝合金钻杆接头。本发明的铝合金管体与铝合金接头间的螺纹连接性能和铝合金接头间的螺纹连接性能的抗拉强度、抗扭强度和密封性能等均不低于钢制接头铝合金钻杆的性能，具有比钢制接头的铝合金钻杆耐腐蚀，比整体式全铝合金钻杆加工工艺简单，成本低的优势，具有更高的性价比。

Description

螺纹连接式全铝合金钻杆

技术领域

本发明涉及油气勘探开发过程中使用的铝合金钻杆，具体而言，涉及一种全铝合金钻杆，尤其是一种螺纹连接式全铝合金钻杆。

背景技术

铝合金钻杆分钢接头铝合金钻杆与全铝合金钻杆两种，钢接头铝合金钻杆是通过钢接头与铝合金钻杆管体采用螺纹连接的方式进行连接，从而形成一根钻杆单根。钢接头与铝合金钻杆管体是采用热装配工艺，即装配时先把钢接头加热一定的温度，让其有一定的膨胀，连接后接头冷却收缩，从而起到过盈配合的作用，以防止螺纹卸扣。全铝合金钻杆分成整体式铝合金钻杆和摩擦焊接式铝合金钻杆，国内外现场使用的全铝合金钻杆均为整体式铝合金钻杆，摩擦焊接式铝合金钻杆仅限于专利文献，没有产品面市。

钢接头铝合金钻杆由于钢接头材料的非耐蚀性，不能满足酸性油气藏的勘探开发作业工况，同时，由于钢接头材料与管体铝合金材料的性能差异很大，在使用过程中易在螺纹连接处发生电化学腐蚀。

整体式全铝合金钻杆虽然耐蚀性较好，但接头的结构尺寸(外径和壁厚)远远大于管体，整体挤压成型工艺难，由于钻杆接头的整体成型工艺复杂，成本高，使得全铝合金钻杆的性价比降低。因而，目前通常采用钢接头铝合金钻杆，但钢接头铝合金钻杆存在耐蚀性较差、易发生电化学腐蚀和需要热装而带来的装配精度高的问题。

发明内容

本发明提供一种螺纹连接式全铝合金钻杆，以解决现有的钢接头铝合金钻杆不耐腐蚀的问题。本发明还解决了钢接头铝合金钻杆需要热装而带来的装配精度高的问题。本发明还解决了钢接头铝合金钻杆易发生电化学腐蚀的问题。本发明还能解决整体式全铝合金钻杆制作复杂，成本高的问题。

为此，本发明提出一种螺纹连接式全铝合金钻杆，所述螺纹连接式全铝合金钻杆包括：铝合金钻杆管体和通过螺纹连接在所述铝合金钻杆管体端部的铝合金钻杆接头。

铝合金钻杆接头包括：分别通过螺纹连接在所述铝合金钻杆管体两端的铝合金外螺纹接头和铝合金内螺纹接头。

进一步地，所述铝合金钻杆管体1包括：位于所述铝合金钻杆管体1两端的加厚段4，以及位于所述铝合金钻杆管体1中间的中间段，所述中间段连接在两端的所述加厚段4之间；所述加厚段4的内径小于所述中间段的内径，所述加厚段4的外径大于所述中间段的外径，两端的所述加厚段4上分别设有延伸到所述加厚段4的端面处的第一外螺纹5，所述铝合金钻杆管体1通过两端的第一外螺纹5分别与所述铝合金外螺纹接头2和所述铝合金内螺纹接头3螺纹连接。

进一步地，所述铝合金外螺纹接头2在与所述铝合金钻杆管体1的连接端设有与所述铝合金钻杆管体1配合连接的第一内螺纹61，所述铝合金外螺纹接头2的另一端设有与所述铝合金钻杆内螺纹接头3匹配的第二外螺纹7。

进一步地，所述铝合金钻杆内螺纹接头3在与所述铝合金钻杆管体1的连接端设有与所述铝合金钻杆管体1配合连接的第二内螺纹63，所述铝合金钻杆内螺纹接头3的另一端设有与所述铝合金外螺纹接头2匹配的第三内螺纹8。

进一步地，所述铝合金钻杆管体1的一端设有与所述铝合金外螺纹接头2相匹配的第一(扭矩)台肩，所述铝合金钻杆管体1的另一端设有与所述铝合金钻杆内螺纹接头3相匹配的第二(扭矩)台肩。

进一步地，所述第一外螺纹5与所述第一内螺纹61以及所述第一外螺纹5与所述第二内螺纹63配合的间隙里充填有锁固螺纹脂9。

进一步地，所述第二外螺纹7和第三内螺纹8为标准的钻具螺纹。

进一步地，所述第一外螺纹5、所述第一内螺纹61、与所述第二内螺纹63为偏梯形螺纹。

所述铝合金钻杆管体的另一端设有与所述铝合金钻杆内螺纹接头相匹配的第三台肩和第四台肩。

本发明的螺纹连接式全铝合金钻杆采用铝合金钻杆管体与铝合金接头，这使得整个钻杆在材质上都是用耐腐蚀的铝合金制成，所以，解决了现有的钢接头铝合金钻杆不耐腐蚀的问题。同时，本发明的螺纹连接式全铝合金钻杆由铝合金钻杆管体与铝合金接头通过螺纹连接方式连接而成，由于铝合金钻杆管体与铝合金接头均为铝合金材料，二者之间装配时，不需要钢接头加热所需的相关设备和热装配时的专用工艺，装配工艺更简单。传统的钢接头的热装要考虑膨胀和冷却时的尺寸变化，接头螺纹尺寸要具有很高的加工精度，而本发明无需热装，在常温下即可完成，对螺纹尺寸加工精度的要求相对较低。铝合金钻杆管体与铝合金接头均为铝合金材料在解决了现有的钢接头铝合金钻杆不耐腐蚀的问题的同时还达到了无需热装、简化工艺、提高装配效率的效果。铝合金管体与铝合金接头间的螺纹连接性能和铝合金接头间的螺纹连接性能的抗拉强度、抗扭强度和密封性能等均不低于钢制接头铝合金钻杆的性能，具有比钢制接头的铝合金钻杆耐腐蚀，比整体式全铝合金钻杆加工工艺简单，成本低的优势，具有更高的性价比。

进而，本发明在铝合金钻杆管体端部设置加厚段，增加了连接处的连接强度。

进而，本发明在铝合金钻杆管体上设置了扭矩台肩，增加了管体的抗扭强度。

进而，本发明采用特定结构的偏梯形螺纹，增加了管体的抗拉强度。

进而，本发明在螺纹配合过程中，加入专用的螺纹锁固脂，进一步增加螺纹连接的密封性、抗扭强度和抗拉强度。

扭矩台肩和偏梯形螺纹的作用是增加接头的抗扭性能和抗拉强度。其优势是抗扭强度更高，抗拉强度更高。

附图说明

图1为根据本发明实施例的螺纹连接式全铝合金钻杆的结构示意图；

图2为图1中A处的放大结构；

图3为图1中B处的放大结构。

附图标号说明：

1、铝合金钻杆管体2、铝合金外螺纹接头3、铝合金内螺纹接头4、加厚段5、第一外螺纹61、第一内螺纹63、第二内螺纹7、第二外螺纹8、第三内螺纹9、锁固螺纹脂10、中间段11、第一台肩13、第二台肩15、第三台肩17、第四台肩100、螺纹连接式全铝合金钻杆

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，根据本发明实施例的螺纹连接式全铝合金钻杆100包括：铝合金钻杆管体1和通过螺纹连接在所述铝合金钻杆管体端部的铝合金钻杆接头。与现有的钢接头铝合金钻杆不同的是：本发明的铝合金钻杆管体1以及钻杆接头均为铝合金制成，而且，铝合金钻杆管体1以及钻杆接头的装配是在常温下进行的，无需热装工艺。与现有的整体式全铝合金钻杆不同的是，铝合金钻杆管体1以及铝合金钻杆接头通过螺纹连接，不是焊接连接的，也不是一体成型的。本发明的螺纹连接式全铝合金钻杆具有比钢制接头的铝合金钻杆耐腐蚀，比整体式全铝合金钻杆加工工艺简单，成本低的优势，具有更高的性价比。

进一步地，如图1所示，铝合金钻杆接头包括：分别通过螺纹连接在所述铝合金钻杆管体两端的铝合金外螺纹接头2和铝合金内螺纹接头3，即螺纹连接式全铝合金钻杆100包括：铝合金钻杆管体1和分别通过螺纹连接在所述铝合金钻杆管体1两端的铝合金外螺纹接头2和铝合金内螺纹接头3。图1中，铝合金外螺纹接头2通过螺纹连接在铝合金钻杆管体1的底端，铝合金内螺纹接头3通过螺纹连接在铝合金钻杆管体1的顶端。通过将铝合金钻杆管体1两端分别螺接铝合金外螺纹接头2和铝合金内螺纹接头3，将整个钻杆的复杂的锻造制作分解成为简单的两次或多次的螺纹连接，简化了工艺。

进一步地，如图1所示，所述铝合金钻杆管体1包括：位于所述铝合金钻杆管体1两端的加厚段4，以及位于所述铝合金钻杆管体1中间的中间段10，所述中间段10连接在两端的所述加厚段4之间；所述加厚段4的内径小于所述中间段10的内径，所述加厚段4的外径大于所述中间段10的外径，即所述加厚段4的壁厚大于所述中间段10的壁厚，两端的所述加厚段4上分别设有延伸到所述加厚段4的端面处的第一外螺纹5，所述铝合金钻杆管体1通过两端的第一外螺纹5分别与所述铝合金外螺纹接头2和所述铝合金内螺纹接头3螺纹连接。加厚段4增加了所述铝合金钻杆管体1与所述铝合金外螺纹接头2和所述铝合金内螺纹接头3的连接处的连接强度，远大于不加厚管体部位(即中间段10)的抗拉强度，密封性能大于30MPa不发生泄漏，远远大于钻杆使用过程中的泥浆压力(通常低于20MPa)，完全适应工作环境。

进一步地，如图1所示，所述铝合金外螺纹接头2在与所述铝合金钻杆管体1的连接端设有与所述铝合金钻杆管体1配合连接的第一内螺纹61，第一内螺纹61与第一外螺纹5配合连接，所述铝合金外螺纹接头2的另一端(图1中为底端)设有与所述铝合金钻杆内螺纹接头3匹配连接的第二外螺纹7。在使用过程中，相邻的螺纹连接式全铝合金钻杆100之间的外螺纹接头2和内螺纹接头3相互螺纹连接，形成钻杆柱，这个钻杆柱和其他钻具相连，从井底钻头直到井架钻杆，形成整个钻柱。其中，钻杆柱的长度占整个钻柱长度的80％以上。进一步地，如图1所示，所述铝合金钻杆内螺纹接头3在与所述铝合金钻杆管体1的连接端设有与所述铝合金钻杆管体1配合连接的第二内螺纹63，第二内螺纹63与第一外螺纹5配合连接，所述铝合金钻杆内螺纹接头3的另一端(图1中为顶端)设有与所述铝合金外螺纹接头2匹配连接的第三内螺纹8。

进一步地，如图2所示，所述铝合金钻杆管体1的一端设有与所述铝合金外螺纹接头2相匹配的第一(扭矩)台肩11和第二扭矩台肩13，第一台肩11为铝合金钻杆管体1的台肩，位于第一外螺纹5的根部(图2中第一(扭矩)台肩11位于第一外螺纹5的上端)，例如，第一(扭矩)台肩11为位于第一外螺纹5的上端的阶梯面，垂直铝合金钻杆管体1的轴线。图2中第二(扭矩)台肩13位于第一(扭矩)台肩11的下方，即位于铝合金钻杆管体1的下端，例如，第二(扭矩)台肩13为铝合金钻杆管体1的端面，垂直铝合金钻杆管体1的轴线。第一(扭矩)台肩11和第二(扭矩)台肩13用于和铝合金外螺纹接头2配合，增加了铝合金钻杆管体1与铝合金外螺纹接头2的抗扭能力和密封能力。

如图3所示，所述铝合金钻杆管体1的另一端设有与所述铝合金钻杆内螺纹接头3相匹配的第三(扭矩)台肩15和第四(扭矩)台肩17，这两个台肩也为铝合金钻杆管体1的台肩，位于第一外螺纹5的根部(图3中第三(扭矩)台肩15位于第一外螺纹5的下端，第四(扭矩)台肩17位于第一外螺纹5的上端)，例如，第三(扭矩)台肩15为位于第一外螺纹5的下端的阶梯面，垂直铝合金钻杆管体1的轴线，第四(扭矩)台肩17为铝合金钻杆管体1的端面，垂直铝合金钻杆管体1的轴线。同理，第三(扭矩)台肩15和第四(扭矩)台肩17也增加了铝合金钻杆管体1与铝合金钻杆内螺纹接头3的抗扭能力和密封能力。而现有的钢接头铝合金钻杆，铝合金钻杆管体1上则没有台肩，相对于现有的钢接头铝合金钻杆，本发明的连接螺纹处采用双扭矩台肩结构(即第一扭矩台肩11和第二扭矩台肩13)，从而增加了螺纹连接处的抗扭能力和密封能力。

进一步地，所述第一外螺纹5与所述第一内螺纹61以及所述第一外螺纹5与所述第二内螺纹63配合的间隙里充填有锁固螺纹脂9，从而增加螺纹连接的密封性、抗扭强度和抗拉强度和防卸扣功能。现有的钢接头与铝合金钻杆管体是采用热装配工艺，即装配时先把钢接头加热一定的温度，让其有一定的膨胀，连接后接头冷却收缩，从而起到过盈配合的作用，以防止螺纹卸扣。由于铝合金接头材料不需要热装并降低加工精度，本发明采用了锁固脂以完成装配，优势是不需要钢接头加热所需的相关设备和热装配时的专用工艺，装配工艺更简单。传统的钢接头的热装要考虑膨胀和冷却时的尺寸变化，接头螺纹尺寸具有很高的加工精度，而本发明使用锁固脂时不考虑接头的膨胀和冷却时的尺寸变化，对螺纹尺寸加工精度的要求相对较低。从这两点看，可以节约成本，简化工艺，提高效率。

进一步地，所述第二外螺纹7和第三内螺纹8为标准的钻具螺纹，即为标准的API钻具螺纹。

进一步地，所述第一外螺纹5、所述第一内螺纹61与所述第二内螺纹63为偏梯形螺纹。采用了偏梯形特殊螺纹代替现在的TT螺纹，增加螺纹连接的抗拉强度。

本发明用铝合金接头代替钢接头，必须实现原有钢接头的连接与密封功能。为了实现这两项功能，采用了偏梯形特殊螺纹代替现在的TT螺纹，增加螺纹连接的抗拉强度，采用锁固脂可有效地起到螺纹连接的防卸扣功能和密封功能，采用双台阶有效增加接头的抗扭强度和密封功能。通过这几种钢接头钻杆上没有的技术改进，可实现铝合金钻杆接头与铝合金管体的螺纹连接具有不低于钢接头与管体的螺纹连接具有的抗拉强度、防卸扣功能、密封功能和抗扭强度。

本发明的螺纹连接式全铝合金钻杆制作过程如下：

铝合金钻杆管体1(简称管体)的端部通过挤压或燉粗方式，使铝合金钻杆管体1的端部形成一定长度的加厚段4，在加厚段4加工具有连接强度高的改进型偏梯形外螺纹。

铝合金钻杆接头(简称接头，包括：铝合金外螺纹接头2和铝合金内螺纹接头3)采用先挤压再模锻(燉粗)的方式形成，整体形状与钢制钻杆接头相似，接头一端加工有与铝合金管1的第一外螺纹5相匹配的型偏梯形内螺纹，另一端加工有API钻具外螺纹或内螺纹。

为了增加管体与接头的抗扭能力和密封能力，连接处螺纹采用双扭矩台肩结构，在螺纹配合过程中，加入专用的螺纹锁固脂，进一步增加该螺纹连接的密封性、抗扭强度和抗拉强度。因为管体与接头间的螺纹连接为一次性连接，在使用过程中不仅不卸开，而且还在预防此连接在使用过程中因反扭矩而卸扣，采用此方法，还可以起到防卸扣的重要作用。

螺纹连接式全铝合金钻杆100在使用中通过铝合金接头两端的API钻具螺纹连接形成钻杆柱。

通过上述制作，形成螺纹连接式全铝合金钻杆100，螺纹连接式全铝合金钻杆100包括：铝合金钻杆管体1和分别通过螺纹连接在所述铝合金钻杆管体两端的铝合金外螺纹接头2和铝合金内螺纹接头3。铝合金钻杆管体1包括：位于所述铝合金钻杆管体1两端的加厚段4。铝合金钻杆管体1的一端设有与所述铝合金外螺纹接头2相匹配的第一扭矩台肩11，铝合金钻杆管体1的另一端设有与所述铝合金钻杆内螺纹接头3相匹配的第二扭矩台肩13。第一外螺纹5与所述第一内螺纹61以及所述第一外螺纹5与所述第二内螺纹63配合的间隙里充填有锁固螺纹脂9。第一外螺纹5、所述第一内螺纹61、与所述第二内螺纹63为偏梯形螺纹。

分析结果表明，本发明的上述螺纹连接式全铝合金钻杆，管体与接头的螺纹连接强度大于不加厚管体部位的抗拉强度，密封性能大于30MPa不发生泄漏，远远大于钻杆使用过程中的泥浆压力(通常低于20MPa)。管体与接头间螺纹连接的抗扭强度、密封性能和抗拉强度与整体式全铝合金钻杆接头相同。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种螺纹连接式全铝合金钻杆，其特征在于，所述螺纹连接式全铝合金钻杆包括：铝合金钻杆管体(1)和通过螺纹连接在所述铝合金钻杆管体(1)端部的铝合金钻杆接头，所述铝合金钻杆管体(1)与所述铝合金钻杆接头在常温下装配连接。

2.如权利要求1所述的螺纹连接式全铝合金钻杆，其特征在于，铝合金钻杆接头包括：分别通过螺纹连接在所述铝合金钻杆管体(1)两端的铝合金外螺纹接头(2)和铝合金内螺纹接头(3)。

3.如权利要求2所述的螺纹连接式全铝合金钻杆，其特征在于，所述铝合金钻杆管体(1)包括：位于所述铝合金钻杆管体(1)两端的加厚段(4)，以及位于所述铝合金钻杆管体(1)中间的中间段，所述中间段连接在两端的所述加厚段(4)之间；

所述加厚段(4)的内径小于所述中间段的内径，所述加厚段(4)的外径大于所述中间段的外径，两端的所述加厚段(4)上分别设有延伸到所述加厚段(4)的端面处的第一外螺纹(5)，所述铝合金钻杆管体(1)通过两端的第一外螺纹(5)分别与所述铝合金外螺纹接头(2)和所述铝合金内螺纹接头(3)螺纹连接。

4.如权利要求3所述的螺纹连接式全铝合金钻杆，其特征在于，所述铝合金外螺纹接头(2)在与所述铝合金钻杆管体(1)的连接端设有与所述铝合金钻杆管体(1)配合连接的第一内螺纹(61)，所述铝合金外螺纹接头(2)的另一端设有与所述铝合金钻杆内螺纹接头(3)匹配的第二外螺纹(7)。

5.如权利要求4所述的螺纹连接式全铝合金钻杆，其特征在于，所述铝合金钻杆内螺纹接头(3)在与所述铝合金钻杆管体(1)的连接端设有与所述铝合金钻杆管体(1)配合连接的第二内螺纹(63)，所述铝合金钻杆内螺纹接头(3)的另一端设有与所述铝合金外螺纹接头(2)匹配的第三内螺纹(8)。

6.如权利要求5所述的螺纹连接式全铝合金钻杆，其特征在于，所述铝合金钻杆管体(1)的一端设有与所述铝合金外螺纹接头(2)相匹配的第一台肩(11)和第二台肩(13)。

7.如权利要求5或6所述的螺纹连接式全铝合金钻杆，其特征在于，所述第一外螺纹(5)与所述第一内螺纹(61)以及所述第一外螺纹(5)与所述第二内螺纹(63)配合的间隙里充填有锁固螺纹脂(9)。

8.如权利要求5所述的螺纹连接式全铝合金钻杆，其特征在于，所述第二外螺纹(7)和第三内螺纹(8)为标准的钻具螺纹。

9.如权利要求7所述的螺纹连接式全铝合金钻杆，其特征在于，所述第一外螺纹(5)、所述第一内螺纹(61)、与所述第二内螺纹(63)为偏梯形螺纹。

10.如权利要求6所述的螺纹连接式全铝合金钻杆，其特征在于，所述铝合金钻杆管体(1)的另一端设有与所述铝合金钻杆内螺纹接头(3)相匹配的第三台肩(15)和第四台肩(17)。

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