CN104533310A - 铝合金钻杆管体与接头的连接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铝合金钻杆管体与接头的连接结构，包括位于铝合金管体端的第一接头和第二接头，第一接头具有从外向内依次设置的外螺纹段、外锥面段和第一密封端面，外锥面段的锥度小于外螺纹段的锥度；筒形的第二接头具有能够依次与外锥面段和外螺纹段对应配合的内锥面段和内螺纹段，以及第二密封端面、吊卡台肩面和内锥面段与内螺纹段间的内凹弧形过渡段。当第一接头和第二接头连接时，内锥面段发生塑性胀大变形，内凹弧形过渡段伸长变形以补偿内锥面段的塑性变形。本发明的铝合金钻杆管体与接头的连接结构使铝合金钻杆管体与接头能够在常温下进行装配，具有增加卸扣扭矩和具有双重密封的特点，实现管体与接头之间预期的密封性能和连接强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种管体与接头的连接，特别是一种铝合金钻杆管体与接头的连接结构。
背景技术
铝合金钻杆具有自重轻、质量强度比高、以及抗疲劳等优势和特点，随着超深井、超长水平井和超长大位移井等特殊工艺井的应用以及井下动力钻具的普及，越来越多的铝合金钻杆得到应用，据有关资料数据统计，近年来，在俄罗斯的油气资源勘探开发中，70％的油井均采用了铝合金钻杆。目前，铝合金钻杆的结构有两种，一种是全铝合金钻杆，整根钻杆均由铝合金材料制造，一种是带钢接头的铝合金钻杆，即管体部分为铝合金材质，而接头采用碳钢材质。其中，铝合金管体与钢接头通过螺纹方法的连接，其连接方法主要采用热装方式，即在管体与接头连接时，先将钢接头加热，使钢接头受热膨胀，然后将加热后的钢接头与铝合金管体的螺纹相连，待钢接头冷却后，利用钢材的热胀冷缩效应，使接头与管体间的螺纹连接形成过盈配合，实现铝合金管体与钢接头连接的密封性和连接强度，并使铝合金管体与钢接头间的卸扣扭矩远大于铝合金钻杆在使用过程中钢接头间的上扣扭矩及工作扭矩，不会在铝钻杆服役过程中出现倒扣或松扣。此外，也有先冷却铝合金钻杆管体，使冷却后的管体与钢接头进行连接，其原理与加热钢接头后与铝合金管体相连的原理相同，均是利用材料的热胀冷缩来实现钢接头与管体在连接后的过盈配合，从而获得更高的卸扣扭矩以及铝合金管体与钢接头间的连接强度和密封强度。
无论是冷装配还是热装配，均需要专门的设备来对接头或管体进行加热或冷却，并且在装配过程中，钢接头或铝合金管体均需要在高温或低温状态，因此，装配过程的效率不高。
发明内容
为了克服现有技术中铝合金钻杆管体与接头在热装配或冷装配过程中需要专门的加热或冷却设备的问题，以及在高温或低温下进行装配时所导致的装配成本高、装配效率低的技术缺陷，本发明提供一种铝合金钻杆管体与接头的连接结构，使铝合金钻杆管体与接头能够在常温下进行装配，并实现管体与接头之间预期的密封性能、连接强度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种铝合金钻杆管体与接头的连接结构，包括位于铝合金管体端部的第一接头和第二接头：
第一接头具有由内而外依次设置的外锥面段、外螺纹段和第一密封端面，外螺纹段为锥螺纹段，外锥面段的锥度小于外螺纹段的锥度；
筒形的第二接头具有能够依次与第一接头对应配合的内锥面段、内螺纹段和第二密封面；在内锥面段和内螺纹段间，具有配合内锥面段塑性变形的内凹弧形过渡段；在与内凹弧形过渡段同一轴向位置的第二接头的外表面，具有吊卡台肩面；
当第一接头和第二接头对应连接时，内锥面段发生塑性胀大变形，内凹弧形过渡段塑性伸长，补偿内锥面段的变形，使内螺纹段与外螺纹段的螺纹连接不受内锥面段变形的影响，当上扣扭矩达到预期值时，第一密封端面和第二密封端面接触并产生预期的接触压力。
外锥面段与内锥面段之间的过盈量为0.08毫米至0.12毫米，外螺纹段的螺纹与内螺纹段的螺纹相匹配。
第二接头上的内凹弧形过渡段的凹弧半径为10毫米，吊卡台肩面的径向厚度为8毫米。
内锥面段和内螺纹段之间设置有内凹弧形过渡段，内凹弧形过渡段的弧形开口朝向第二接头的轴线。
外锥面段的锥度和内锥面段的锥度为1:10。
外螺纹段和内螺纹段的锥度为1:8。
外螺纹段的长度等于内螺纹段的长度。
外螺纹段的上底面具有第一密封端面，内螺纹段的上底面设置有与所述第一密封端面抵接配合的第二密封端面。
本发明的有益效果是，在第一接头和第二接头对应连接时，内锥面段的壁厚远小于外锥面段的壁厚，外锥面段与内锥面段之间产生的径向应力超过接头材料的屈服强度而使内锥面段产生塑性胀大变形，在内锥面段与外锥面段之间产生巨大的静摩擦力，实现增加卸扣扭矩和提高接头密封性能的目的；第二接头内锥面段和内螺纹段间的内凹弧形过渡段伸长变形，补偿了内锥面段的塑性变形，保证了内螺纹段的螺纹啮合不受内锥面段膨胀变形的影响。第一密封端面和第二密封端面在装配过程中挤压配合，在二者的端面产生接触压力，实现第一接头和第二接头连接的密封功能，达到铝合金钻杆管体与接头之间预期的密封性能；同时，吊卡台肩面的设计，既使接头可以进行钻杆的起下钻作业，又减少了内锥面的壁厚，有利于内锥面的塑性变形。该连接结构使得铝合金钻杆管体与接头能够在常温下进行装配，并能够实现管体与接头之间预期的密封性能、连接强度，从而克服了现有技术中铝合金钻杆管体与接头在热装配或冷装配过程中需要使用专门的加热或冷却设备的问题，同时也克服了在高温或低温下进行装配时所导致的装配成本高、装配效率低的技术缺陷。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1是根据本发明铝合金钻杆管体与接头的连接结构实施例中第一接头的结构示意图；
图2是根据本发明铝合金钻杆管体与接头的连接结构实施例中第二接头的结构示意图。
附图标记说明：
10.第一接头，11.外锥面段，12.外螺纹段，13.第一密封端面，
20.第二接头，210.内凹弧形过渡段，21.内锥面段，22.内螺纹段，23.第二密封端面，24.吊卡台肩面。
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至图2所示，本发明提出了一种铝合金钻杆管体与接头的连接结构，包括位于铝合金管体端的第一接头10和第二接头20：第一接头10具有由内而外依次设置的外锥面段11、外螺纹段12和第一密封端面13，外螺纹段12为圆锥螺纹段，外锥面段11的锥度小于外螺纹段12的锥度；筒形的第二接头20具有能够依次与第一接头对应配合的内锥面段21、内螺纹段22和第二密封端面23，在内锥面段和内螺纹段间，具有配合内锥面段塑性变形的内凹弧形过渡段210，在与内凹弧形过渡段210同一轴向位置的第二接头外部，具有用于提升钻杆的吊卡台肩24。
本发明的铝合金钻杆管体与接头的连接结构，在第一接头10和第二接头20对应连接时，由于内锥面21的壁厚远小于外锥面11的壁厚，外锥面段11与内锥面段21之间的径向应力超过接头材料的屈服强度而使内锥面段21产生塑性胀大变形，在内锥面段21与外锥面段12之间产生巨大的静摩擦力，实现增加卸扣扭矩和密封性能的目的。第二接头内凹弧形过渡段的径向和轴向伸长变形(即当内锥面段21发生塑性胀大变形时，内凹弧形过渡段210将沿径向和轴向塑性伸长变形)，该伸长变形补偿了内锥面段的塑性变形，保证了内螺纹段22与外螺纹段12的螺纹啮合不受内锥面段膨胀变形的影响。第一密封端面和第二密封端面在装配过程中挤压配合，在二者的端面产生接触压力，实现第一接头和第二接头连接的密封功能。第二管体上吊卡台肩面的设计，既使钻杆可以进行起下钻作业，并减少了内锥面的壁厚。该结构使得铝合金钻杆管体与接头能够在常温下进行装配，并能够实现管体与接头之间预期的密封性能、连接强度，从而克服了现有技术中铝合金钻杆管体与接头在热装配或冷装配过程中需要使用专门的加热或冷却设备的问题，同时也克服了在高温或低温下进行装配时所导致的装配成本高、装配效率低的技术缺陷。
在一个具体的实施例中，外锥面段11和内锥面段21的长度为6毫米至10毫米，外锥面段11和内锥面段21的锥度为1:10，内锥面段21的端面壁厚为2毫米至3毫米，在装配时，外锥面段11与内锥面段21之间的过盈量为0.08毫米至0.12毫米，外螺纹段12的螺纹与内螺纹段22的螺纹相匹配。
优选的是，内锥面段21和内螺纹段22之间设置有内凹弧形过渡段210，内凹弧形过渡段210的凹弧半径为9毫米至11毫米，内凹弧形过渡段210的内凹弧形开口朝向第二接头20的轴线，既有助于补偿内锥面段21发生塑性膨胀变形，又不影响外螺纹段12和内螺纹段22之间螺纹连接的密封性和连接强度。
在本实施例中，吊卡台肩面24的径向厚度为7毫米至9毫米，吊卡台肩的设计使内锥面段的壁厚远远小于外锥段的壁厚，内锥面段发生塑性胀大变形，使接头间的卸扣扭矩远大于上扣扭矩；第二接头的内凹弧形过渡段伸长变形，有效补偿内锥面段的塑性变形，保证了内螺纹段的螺纹啮合不受内锥面段膨胀变形的影响，确保了螺纹连接的连接强度和密封性能。
在本实施例中，外锥面段11的锥度和内锥面段21的锥度为1:10，外螺纹段12的长度等于内螺纹段22的长度。
在本实施例中，外螺纹段12的端面具有第一密封端面13，内螺纹段22的端面设置有与所述第一密封端面13配合的第二密封端面23。在装配过程中，第一密封端面13和第二密封端面23挤压配合，在二者的端面产生接触压力，实现第一接头10和第二接头20连接的密封功能。
下面举例说明本发明的装配过程，将第二接头20由第一接头10的入口端穿入，使内螺纹段22和外螺纹段12配合，旋拧第二接头20，使第二接头20伸入至第一接头10的设定位置并使第一密封端面13和第二密封端面23抵接。在旋拧过程中，内锥面段21膨胀变形。经过多次实验，本发明实施例中的卸扣扭矩为上扣扭矩的1.5至2倍。
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。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的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所应当地涵盖了与本案创新点有关的其他组合及具体应用。
Claims (8)
1.一种铝合金钻杆管体与接头的连接结构，其特征在于，所述连接结构包括位于铝合金管体端部的第一接头(10)和第二接头(20)：
第一接头(10)具有由内而外依次设置的外锥面段(11)、外螺纹段(12)和第一密封端面(13)，外螺纹段(12)为锥螺纹段，外锥面段(11)的锥度小于外螺纹段(12)的锥度；
筒形的第二接头(20)具有能够依次与第一接头(10)对应配合的内锥面段(21)、内螺纹段(22)和第二密封面(23)；在内锥面段(21)和内螺纹段(22)间，具有配合内锥面段(21)塑性变形的内凹弧形过渡段(210)；在与内凹弧形过渡段(210)同一轴向位置的第二接头(20)的外表面，具有吊卡台肩面(24)；
当第一接头(10)和第二接头(20)对应连接时，内锥面段(21)发生塑性胀大变形，内凹弧形过渡段(210)塑性伸长，补偿内锥面段(21)的变形，使内螺纹段(22)与外螺纹段(12)的螺纹连接不受内锥面段(21)变形的影响，当上扣扭矩达到预期值时，第一密封端面(13)和第二密封端面(23)接触并产生预期的接触压力。
2.根据权利要求1所述的铝合金钻杆管体与接头的连接结构，其特征在于，外锥面段(11)与内锥面段(21)之间的过盈量为0.08毫米至0.12毫米，外螺纹段(12)的螺纹与内螺纹段(22)的螺纹相匹配。
3.根据权利要求1所述的铝合金钻杆管体与接头的连接结构，其特征在于，内凹弧形过渡段(210)的凹弧半径为10毫米。
4.根据权利要求1所述的铝合金钻杆管体与接头的连接结构，其特征在于，吊卡台肩面(24)的径向厚度为8毫米。
5.根据权利要求1所述的铝合金钻杆管体与接头的连接结构，其特征在于，内凹弧形过渡段(210)的弧形开口朝向第二接头(20)的轴线。
6.根据权利要求1所述的铝合金钻杆管体与接头的连接结构，其特征在于，外锥面段(11)的锥度和内锥面段(21)的锥度均为1:10。
7.根据权利要求1所述的铝合金钻杆管体与接头的连接结构，其特征在于，外螺纹段(12)的锥度和内螺纹段(22)的锥度均为1:8。
8.根据权利要求1所述的铝合金钻杆管体与接头的连接结构，其特征在于，外螺纹段(12)的长度等于内螺纹段(22)的长度。
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