CN104769210A - 具有多个螺纹接头的钻柱部件 - Google Patents

Abstract

本发明的实现方式包括钻柱部件，其具有围绕本体延伸的至少一个螺纹。所述螺纹的前端可具有带有增加的强度和抗卡住和错扣的构型。具体地说，所述螺纹的所述前端可包括垂直于所述本体的平坦表面。所述螺纹的所述前端可提供到全螺纹深度的陡然转变以帮助减小或消除错扣，并且可被定向为相对于所述钻柱部件的轴线成角度。所述螺纹可进一步提供被配置来产生轴向渐进配合的可变螺纹宽度和可变螺距中的至少一个。所述螺纹还可提供被配置来产生径向渐进配合的圆柱形螺纹牙底和螺纹牙顶，所述螺纹牙顶在所述螺纹的轴向长度的至少一部分上围绕截锥体。

Description

具有多个螺纹接头的钻柱部件

相关申请的交叉引用

本申请主张2012年9月13日提交的标题为“具有多个螺纹接头的钻柱部件”的临时专利申请第61/700,401号的优先权，所述申请的全部内容以引用的方式并入本文。

发明背景

发明领域

本发明的实现方式总体上涉及用于钻井的部件和系统。具体地说，本发明的实现方式涉及钻井部件，其包括增加的强度和抗卡住、错扣和楔入性。

相关技术

螺纹连接早已被人所熟知，并且螺纹提供的显著优点是在于，螺纹的螺旋结构可以将旋转的运动和力转换为直线的运动和力。螺纹存在于许多类型的元件上，并且可用于无限的应用和行业之中。举例来说，螺纹对于螺钉、螺栓、以及其它类型的机械紧固件来说是必要的，所述螺纹可啮合表面(例如，在螺钉的情况下)或用于与螺帽连接(例如，在螺栓的情况下)，以便将多个元件保持在一起、向元件施加力、或用于任何其它适合的目的。拧螺纹在其中元件被机械地紧固到一起的几乎任何行业中也是常见的。举例来说，在管道应用中，管子被用来在压力下输送液体或气体。管子可具有与毗连的管子、插头、适配器、连接件、或其它结构的相应的螺纹配合的螺纹端。螺纹可用于形成液密的密封件以便防止在连接部位处的流体泄漏。

油田、勘探和其它钻井技术也广泛使用螺纹。举例来说，当挖井时，套管元件可被放置在井内。套管通常具有固定的长度，并且多个套管是彼此固定的，以便产生所需高度的套管。可将套管通过在其相反的两端使用螺纹而连接在一起。类似地，由于钻井元件被用来产生井或在井内部放置物体，因此可以使用钻杆或其它类似装置。当井的深度足够大时，多个钻杆可被连接到一起，这可通过在钻杆相反的两端使用配合螺纹而变得容易。通常，钻杆和套管是非常大的，并且为了将杆或套管拧在一起，机器要施加较大的力。

已经做出巨大努力来使油田、勘探和其它钻井工业中的设备标准化。在钻杆的情况下，已研制出外径和内径标准，以及在螺纹的情况下，已研制出多个螺纹标准来允许不同制造商生产可互换零件。举例来说，示例性标准化方案包括统一螺纹标准(UTS)、英国标准惠氏螺纹(BSW)、英国标准圆锥管螺纹(BSPT)、国家管螺纹锥形螺纹(NPT)、国际标准化组织(ISO)公制螺纹、美国石油协会(API)螺纹、以及为数众多的其它螺纹标准化方案。

在当不同制造商的部件被匹配到一起时标准化已允许更大的可预测性和互换性的同时，标准化还已减少了钻井部件设计的革新量。在一个实例中，钻杆的外径和内径均已由工业要求固定。因此，壁厚分配给配合螺纹(可操作来传递钻井负载并且承受由钻井部件的重复拧卸所致的磨损)的部分必须与部件的螺纹部分上的剩余材料保持平衡，使得所述部件可承受钻井负载和由抵靠钻孔壁的磨损和所产生切割所致的磨损。

在另一个实例中，可使用现有的横截面形状(或螺纹牙型)以及螺纹导程、螺距和螺纹头数的不同组合来产生螺纹。具体地说，导程是指沿覆盖在一个完整旋转中的轴线的直线距离。螺距是指从一个螺纹的牙顶到相邻的螺纹的牙顶的距离，并且螺纹头是指缠绕在螺纹紧固件圆筒上的螺纹头数或脊数。单头连接件是最常见的，并且包括缠绕在紧固件本体上的单脊。双头连接件包括缠绕在紧固件本体上的两个脊。每英寸螺纹数也是螺纹规格要素，但与螺纹导程、螺距和螺纹头直接相关。

虽然现有螺纹和螺纹牙型适用于许多应用，但是在其他领域如高转矩、高功率和/或高速应用中仍需要不断的改进。在一个实例中，现有螺纹设计固有地容易卡住。在另一个实例中，现有螺纹设计不能有效地使用可用材料。在另一个实施方案中，现有螺纹设计有损于配合部件的负载容量。在又一个实例中，现有螺纹设计显示出过度磨损。

卡住是螺纹头与配合螺纹之间的异常的相互作用，这使得在单圈的路线中，一个螺纹部分地行进低于另一个螺纹，从而成为与其楔入的。卡住可在螺纹连接件逐渐成锥形的位置上尤其常见。在另一个实例中，由于向公螺纹或向钻井部件的公端上的下层材料提供的材料，因此现有钻井部件设计可具有有限的钻井负载容量和疲劳负载容量。

在某些应用(如关于钻机)中，可组成多个钻杆、套管等。随着加入更多的杆或套管，由于楔入或错扣所致的干扰可变得更大。事实上，用足够的力量(如当组成时使用钻机的水力)，可损坏杆接头。在钻井应用中，取芯杆还经常具有带宽度的粗螺纹、平行于配合牙顶的平螺纹牙顶，这是因为由许多钻杆接头设计支配的配合的干涉配合或细长的间隙配合。螺纹尾部和在粗锥形螺纹牙顶上的平的、平行的螺纹牙顶的组合产生错扣相互作用的甚至更大的潜在性，否则，所述相互作用在其它应用中可不呈现。

在锥形螺纹中，公部件和母部件相反的两端可以为不同尺寸。举例来说，公螺纹部件可以逐渐成锥形并且随着与末端的距离的增加而逐渐增加尺寸。为了适应增加的尺寸，母螺纹在末端处可更大。锥形螺纹尺寸的不同还使得锥形螺纹尤其易于发生卡住，所述卡住也被称为错扣。锥形螺纹或其它螺纹中的错扣可导致螺纹和/或包括螺纹的部件的显著损坏。螺纹的损坏可要求螺纹部件的更换、导致减弱的连接、降低部件之间的密封件的液密特性、或具有其它效应或前述的任何组合。

举例来说，尾型螺纹头具有带接合锥度的牙顶。如果公部件和母部件一起移动而不旋转，那么尾部牙顶可楔到一起。如果旋转，那么当基于尾部的相对对准而进给时，尾部牙顶还是会楔入。具体地说，由于螺纹尾部通常约为圆周长度的一半，并且由于螺纹具有接合锥度，所以各自的公部件和母部件存在小于一半的圆周，从而提供用于拧入而无楔入的旋转定位。在其中较大的进给力和旋转力被用来配合相应的部件的应用中，这种定位要求可能特别难以获得。举例来说，在钻井行业中，在自动化制作取芯杆连接中，设备可用足够的力来操作，这使得卡住、楔入、或错扣时常发生。

此外，当将偏心对准的公螺纹和母螺纹部件接合时，尾型连接还可是易于发生错扣、卡住、以及楔入的。因此，当公部件和母部件被进给而不旋转时，尾部可楔入到配合螺纹之中。在旋转下，尾部也可楔入到配合螺纹之中。楔入可被减少，但在拧入时机(例如，将尾部的尖配合到相邻的配合尾部的开口中)后，楔入仍可发生，这是由于错过了拧入时机和未对准。偏心的螺纹可被配置以使得公部件上的尾部中间的牙顶具有相对于母螺纹牙顶相等的或对应的几何形状。

如上所述，具有尾型螺纹头的螺纹连接件可尤其易于发生螺纹卡住、错扣、楔入、接头咬住等。此类困难在某些行业(如关于取芯钻杆设计)中可尤其普遍。螺纹头提供公螺纹或母螺纹的前端、或第一末端，并且与配合螺纹的前端、或第一末端配合以制作出杆或其它连接。如果尾型螺纹头卡住、楔入、错扣等，可能需要从钻场移除杆，并且要求校正，所述校正要求钻井生产的停顿。

另外，钻杆和套管通常利用锥形螺纹和锥形接头，使得螺纹头处的直径小于螺纹端处的直径。锥形螺纹和接头减小了可用于传递负载的横截面材料的量。锥形螺纹和接头也易于发生错扣困难。由于取芯杆可具有锥形螺纹，公螺纹头的尾部的直径可比母螺纹头的尾部的直径小。因此，在每个螺纹的头处可存在过渡的几何形状以从锪平面过渡到全螺纹轮廓。因为螺纹头和过渡的几何形状可具有与母螺纹不同的尺寸，所以过渡的几何形状和螺纹头可异常地配合并彼此楔入。

如果尾部上存在足够的锥度，那么公螺纹头可具有与母螺纹头的一些间隙，如尾部中间的几何形状对应于母螺纹的几何形状的间隙处。然而，螺纹头的传统几何形状可仍然与超出螺纹头的螺纹圈通常在配合螺纹牙顶的后续圈处异常地相互作用，从而也导致卡住、锁扣、楔入等。因此，尾部的存在通常充当配合尾部的楔子，从而增加了螺纹卡住的机会和可能性。

现有机械加工车床的局限通常导致尾型螺纹设计的局限。具体地说，螺纹通常被旋转的机械加工车床切削，所述车床通过零件的旋转仅可在螺纹高度或深度上逐渐施加改变。因此，螺纹被逐渐形成来包括具有几何形状的尾部，并且尾部与螺纹头的其它部分相同或相似。举例来说，除了别的之外，传统车床不能施加从锪平面到全螺纹轮廓的陡然垂直或近乎垂直的转变来在机械加工过程中旋转零件。还要求这种逐渐变化来移除材料的尖锐的、部分的特征边缘，所属边缘在螺纹的细长的导程、或螺旋角与被切削的材料相交的位置上产生。

现有螺纹设计不必有效使用可用材料。如前所解释，整体牙底和螺纹锥度的使用导致部件的横截面积的损失，并且横截面材料的损失导致给定部件的减小的负载容量和疲劳强度。在另一个实例中，单螺纹的使用提供制造的便利性和拧卸的便利性。然而，单螺纹的使用限制压牙侧轴承表面积，因此限制部件的负载效率。这种实践还限制螺纹牙侧到螺纹牙底界面处的材料，最大应力的位置和疲劳失效裂纹萌生的位置以及部件的疲劳强度。

此外，使用单螺纹的现有螺纹设计导致部件在配合部件接触时固有地会产生不平衡。不希望受到理论和/或仿真的约束，当具有单头螺纹的钻柱部件配合接触时，销接螺纹被张紧放置并且套接螺纹被压缩放置。由此，因为螺纹接头中的负载移动到配合触点的第一点，所以负载的较大部分由在接头的一侧上的配合螺纹最靠近触点的第一点的部分承载。这种不对称负载响应可在配合的钻柱部件中产生弯曲负载并且可能有损于负载容量。

磨损是腐蚀或螺纹材料在螺纹表面上距其原始位置的位移，这由配合螺纹的相对机械动作所致。现有螺纹设计还可被配置来在例如配合部件的大径上产生干涉配合。举例来说，公螺纹牙顶可被配置来与母螺纹牙底产生径向干涉。当制成了螺纹时，干涉配合可以是螺纹磨损的主要来源，因为干涉配合在所述螺纹相对于彼此滑动时可大大增加螺纹之间的接触压力。最终，螺纹特征上的干涉配合增加螺纹磨损。螺纹磨损使螺纹几何结构降级，因此钻柱部件的负载容量或负载效率降低。

因此，传统螺纹的缺点可经由钻井部件而被加重。具体地说，由于许多钻柱的长度和重量，钻柱部件的接头可要求具有高张力负载能力的接头。此外，由于同一钻柱部件在钻钻孔过程中可从钻柱多次安装和移除，接头将经常需要承受众多的拧卸操作。类似地，钻柱部件可在其使用寿命中重复使用多次。加重这些问题的事实是：许多钻井行业(如勘探钻井)要求使用薄壁的钻柱部件。此类钻柱部件的薄壁的构造可限制螺纹的几何形状。

因此，存在对减小磨损、卡住和错扣以及使用可用材料有效地增加钻井负载容量和接头可靠性的改进的螺纹设计和钻井部件的需要。

概述

应当理解，本概述并不是对本公开的全面综述。本概述是示例性的并且不具有限制性，并且既不旨在确定本公开的关键或重要的要素，也不旨在限定本公开的范围。本概述的唯一目的在于解释并例证本公开的某些概念，作为对以下完整和全面详细说明的序言。

本发明的一个或多个实现方式克服本领域中用于有效地和高效地制作螺纹接头的钻井部件、工具、以及系统的一个或多个前述的或其它问题。在一个方面中，本发明的一个或多个实现方式包括钻柱部件，其包括增加的强度和抗卡住以及错扣性。这类钻柱部件可减少或消除由于卡住和错扣所致的螺纹的损坏。具体地说，一个或多个实现方式包括钻柱部件，其具有带有前端或螺纹头的螺纹，所述前端或螺纹头被定向为相对于钻柱部件的中心轴线成锐角。另外或可替代地，螺纹的前端可提供到全螺纹深度和/或宽度的陡然转变。另外地或替代地，螺纹可具有可变螺距和可变螺纹宽度中的至少一个。另外地或替代地，螺纹可具有圆柱形螺纹牙底和螺纹牙顶，所述螺纹牙顶在螺纹的轴向长度的至少一部分上围绕截锥体。

在一个方面中，具有增加的强度并且抗卡住和错扣的螺纹钻柱部件的一个或多个实现方式包括空心体，其具有第一末端、相反的第二末端和延伸穿过所述空心体的中心轴线。钻柱部件还包括被定位在空心体的第一末端上的至少一个螺纹。至少一个螺纹包括沿空心体的第一末端延伸的多个螺旋圈。至少一个螺纹具有螺纹深度、螺纹宽度和螺距。至少一个螺纹包括紧邻空心体的第一末端的前端。至少一个螺纹的前端被定向为相对于空心体的中心轴线成锐角。至少一个螺纹的前端面向所述螺纹的相邻圈。至少一个螺纹的螺距从紧邻螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上的前端的第一值增加到至少一个螺纹上的所需点处的终值。

在一个方面中，具有增加的强度并且抗卡住和错扣的钻柱部件的一个或多个实现方式包括至少一个螺纹，其具有螺纹牙顶和螺纹牙底。至少一个螺纹的螺纹牙底在螺纹的多个螺旋圈的轴向长度上围绕圆柱形表面。至少一个螺纹的螺纹牙顶围绕在螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上延伸的截锥形表面。

在一个方面中，具有增加的强度并且抗卡住和错扣的钻柱部件的一个或多个实现方式包括带有多个螺纹的钻柱部件。

在一个方面中，具有增加的强度并且抗卡住和错扣的钻柱部件的一个或多个实现方式包括消除螺纹特征上的干涉配合的钻柱部件。在另一方面中，在非螺纹部件特征如肩状部表面处提供干涉配合。

在另一个方面中，具有增加的强度并且抗卡住和错扣的螺纹钻柱部件的一个或多个实现方式包括本体、套接端、相反的销接端和延伸穿过所述本体的中心轴线。钻柱部件还包括定位在本体的套接端上的母螺纹。所述母螺纹具有深度和宽度。另外，钻柱部件还包括定位在本体的销接端上的公螺纹。所述公螺纹具有深度和宽度。所述母螺纹和公螺纹的中每一个均包括前端。所述母螺纹和公螺纹的每个的前端包括垂直于本体而延伸的平坦表面。所述母螺纹的前端的平坦表面沿着所述母螺纹的整个宽度和整个深度而延伸。类似地，所述公螺纹的前端的平坦表面沿着所述公螺纹的整个宽度和整个深度而延伸。

除前述内容之外，一种在具有增加的强度的钻柱中制作接头而无卡住或错扣的方法的一个实现方式涉及将第一钻柱部件的销接端插入第二钻柱部件的套接端中。所述方法还涉及使第一钻柱部件相对于所述第二钻柱部件进行旋转；从而使在所述第一钻柱部件的销接端上的公螺纹的平坦前端毗连抵靠在所述第二钻柱部件的套接端上的母螺纹的平坦前端。所述公螺纹的平坦前端被定向为相对于所述第一钻柱部件的中心轴线成锐角。类似地，所述母螺纹的平坦前端被定向为相对于所述第二钻柱部件的中心轴线成锐角。此外，所述方法涉及使所述公螺纹的平坦前端抵靠并沿着所述母螺纹的平坦前端进行滑动，以便引导所述公螺纹进入到所述母螺纹的各圈之间的沟槽之中。

本发明的示例性实现方式的其它特征和优点将在以下描述中阐明，并且将部分地从描述中显而易见，或可以通过这类示例性实现方式的实践得以领会。可以借助于所附权利要求中具体指出的仪器和组合来实现和获得这类实现方式的特征和优点。这些以及其它特征将从以下描述和所附权利要求中变得更加完整清楚，或可以通过如在下文中阐明的这类示例性实现方式的实践得以领会。

附图描述

并入本说明书并且构成本说明书的一部分的附图说明实施方案，并且连同描述一起用来解释方法和系统的原理。

图1示出穿过钻柱中的多个所连接钻杆的不完整纵向截面图，其中所述钻杆的纵向中间部分断开；

图2是图1的钻杆接头之一的放大的不完整纵向截面图，虚线指示与实线中所示的那些在直径上相对的螺纹的牙顶和牙底的位置，并且接头在用手拧紧的情况下展示；

图3是钻杆的销接端与相邻钻杆的套接端轴向定向的不完整纵视图，其中母扣和公扣的一半以横截面展示；

图4示出根据本发明的一个或多个实现方式的钻柱部件的公端的侧视图和另一个钻柱部件的母端的横截面图，所述钻柱部件各自具有带有前端的螺纹；

图5示出根据本发明的一个或多个实现方式的分解的钻柱的侧视图，所述钻柱具有带有前端的钻柱部件；以及

图6示出根据本发明的一个或多个实现方式的包括带有前端的钻柱部件的钻井系统的示意图。

具体实施方式

在公开和描述本方法和系统之前，应当理解，本方法和系统不限于不限于具体的合成方法、具体的部件或特定组成。还应理解本文使用的术语仅出于描述具体实施方案的目的并且不意图具有限制性。

除非上下文另外明确规定，否则如本说明书和所附权利要求书中使用的单数形式“一个”、“一种”和“所述(the)”包括复数指示物。范围可在本文中表达为自“约”一个特定值起和/或至“约”另一个特定值止。当表示这类范围时，另一个实施方案包括从所述一个特定值和/或到所述另一个特定值。类似地，在通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，应了解具体值形成另一个实施方案。应进一步了解每个范围的端点相对于另一个端点，并且与另一个端点无关地均为有效的。

“任选”或“任选地”意指随后描述的事件或情况可发生或可未发生，并且描述包括其中所述事件或情况发生的情况和其中它未发生的情况。

贯穿本说明书的描述和权利要求，词语“包括(comprise)”和所述词语的变化形式如“包括(comprising)”和“包括(comprises)”意指“包括但不限于”并且不旨在排除例如其它添加物、部件、整数或步骤。“示例性”意指“……的实例”并且不旨在传达优选或理想实施方案的指示。“如”不以限制性意义使用，而是用于解释性目的。

公开可用来执行所公开的方法和系统的部件。本文公开用于所有方法和系统的这些和其它部件，并且应了解当公开这些部件的组合、子集、相互作用、群组等时，虽然可未明确公开这些的每个不同个别和共同组合以及排列的具体提及，但是其各自在本文中特定涵盖和描述。这适用于本申请的所有方面，包括但不限于方法中所公开的步骤。因此，如果有可执行的各种额外步骤，应了解这些额外步骤可各自对于所公开方法的任何特定实施方案或实施方案组合来执行。

通过参考优选实施方案的以下详细描述和其中所包括的实例，以及参考附图和其先前和以下描述可以更容易理解本方法和系统。

本发明的实现方式针对用于提供有效的钻螺纹部件和高效地制作螺纹接头的钻井部件、工具和系统。举例来说，本发明的一个或多个实现方式包括具有增加的负载效率和负载容量的钻柱部件，并且所述钻柱部件还可抗磨损、卡住和错扣。此类钻柱部件可减小或消除由磨损、卡住和错扣所致的对螺纹的损坏，同时还增加超过常规钻井部件的负载效率和负载容量。具体地说，一个或多个实现方式包括钻柱部件，其具有带有前端或螺纹头的多个螺纹，所述前端或螺纹头被定向为相对于钻柱部件的中心轴线成锐角。另外或可替代地，螺纹的前端可提供到全螺纹深度和/或宽度的陡然转变。此外，可操作来提供渐进配合和那种横截面保存材料的钻柱部件的一个或多个实现方式包括以下中的至少一个：在维持整个螺纹上的恒定牙底直径的同时，改变螺纹宽度以在螺纹的至少一部分上提供轴向方向上的渐进配合，和使螺纹的至少一部分上的配合螺纹牙顶中的至少一个逐渐成锥形。

现参照附图来描述本发明的一个或多个实现方式的不同方面。应理解，附图是一个或多个实现方式的概略和示意图示，并且不限制本公开。此外，虽然按比例提供了被认为是对一个或多个实现方式有作用的不同的附图，但是本发明的附图没有必要按比例描绘所有拟实现方式。因此，本发明的附图提供示例性的比例，但不应从本发明的附图得到关于任何要求的比例的推论。

在以下描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的透彻的了解。然而，对于本领域技术人员而言，将显而易见的是本公开可被实现而无需这些具体细节。在其它情况下，没有用具体细节描述螺纹规格、螺纹制造、用于连接带螺纹的部件的现场设备等众多周知的方面，以避免公开的实现方式的不必要的模糊方面。

现转向图1，示出示例性螺纹钻柱部件的实现方式。以下用具体细节描述螺纹钻柱部件，其具有增加的负载容量和负载效率、也可被接合，同时避免或减小磨损、错扣和卡住的危险。如图1-4所示，第一钻柱部件102可包括本体103和公连接件或销接端104。第二钻柱部件106可包括本体107和母连接件或套接端108。第一钻柱部件106的销接端104可被配置来连接至第二钻柱部件106的套接端108。

在一个或多个实现方式中，每个钻柱部件102、106可包括空心体，其具有如图1-4所示的延伸穿过所述空心体的中心轴线126。在替代性实现方式中，一个或多个钻柱部件102、106可包括实心体(如冲击钻杆或钻尖)或部分空心体。更具体地说，在空心体的情况下，所述空心体可包括内径、外径和壁厚。在一个示例性方面上，钻柱部件可具有以下典型尺寸：

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					外径(英寸)	2.20	2.75	3.50	4.50
内径(英寸)	1.91	2.38	3.06	4.0
					壁厚(英寸)	0.15	0.19	0.22	0.25
大径(英寸)	2.09	2.61	3.34	4.35

销接端104可包括至少一个公螺纹110(即，从销接端104的外表面径向向外发射的螺纹)。另一方面，套接端108可包括至少一个母螺纹112(即，从套接端108的内表面径向向内发射的螺纹)。至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112可具有大体对应的特征(例如，宽度、高度和深度、螺纹长度、锥度、导程、螺距、每英寸螺纹数、螺纹头数目、螺距直径、配合螺纹圈数等)或其所枚举特征中的一个或多个可变化。

在本发明的另一个方面中，当确定本公开的钻柱部件的特征时也考虑以下范围和比率：

范围/比率	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					壁厚与外径的比率(％)	7％	6％	6％	7％
螺纹深度与壁厚的比率(％)	19％	16％	21％	16％
					接合锥度的范围(度)	0.8	1.0	1.0	0.5
牙侧角的范围(度)	-10	15	2	-20
					螺纹长度与直径的比率(％)	55％	39％	44％	43％
螺距的范围(每英寸匝数)	3.50	3.00	2.50	1.75
					小于内径的大径与壁厚的比率(％)	62％	62％	70％	63％
肩厚与壁厚的比率(％)	38％	38％	30％	37％

在一个或多个实现方式中，至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112可包括直螺纹牙顶和牙底。在另一实现方式中，至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112的牙顶中的至少一个逐渐成锥形，而螺纹110、112的螺纹牙底保持恒定。在另一个方面中，螺纹110、112沿其整个长度不必是均匀的。事实上，至少一个公螺纹110可具有对应于至少一个母螺纹112的那些特征的特征，但这些特征沿着销接端104或套接端108的各自长度有变化。在一个或多个实现方式中，至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112在螺纹110、112的至少一部分上可具有可变的螺距。在其它另外的或替代实现方式中，至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112在螺纹110、112的至少一部分上可具有恒定螺距，如在螺纹的至少一个螺纹特征与可变的螺纹宽度之间测量的。在其它或替代实现方式中，至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112的牙顶中的至少一个在螺纹110、112的长度的所需部分上逐渐成锥形，而螺纹110、112的螺纹牙底保持恒定。

在一个或多个实现方式中，公螺纹110和母螺纹112可包括与在美国专利号5,788,401中描述的相同或相似的特征，所述专利的全部内容以引用的方式并入本文。举例来说，在一个或多个实现方式中，公螺纹110和母螺纹112具有牙顶、牙底、压牙侧和非承载牙侧。根据一个方面，螺纹110、112可具有范围可为约-30度到约15度的压牙侧角(或螺纹负载牙侧角)；更具体地说，范围为约-20度到约-10度；并且更具体地说，约-20度到约-15度，所有都相对于垂直于钻柱中心轴线的平面测量。如本领域技术人员将理解根据本公开，此类负压牙侧角可帮助维持在联接情况中的接头，甚至在过载下，并且与正牙侧角相比也减小总应力。

在另一个方面中，钻柱部件的套接端和销接端可具有成约0度到约15度锥形的肩状部。在另一个方面中，肩状部可具有约0.055英寸到约0.080英寸的外径厚度；并且更具体地说，约0.055英寸、约0.083英寸、约0.070英寸或约0.075英寸。

在其它方面中，临界销段厚度或销接螺纹下的目标材料厚度可用作因切割螺纹所致的极限抗拉强度和应力放大的指示器。在一个方面中，临界销段厚度可以是壁厚的约40％到约50％；并且更具体地说壁厚的约44％、约45％、约46％或约47％。

在其它方面中，临界套管肩部硬度或套管肩部的剖面模数或'惯性模数'可有助于扭转强度并且可以指数关系对肩厚敏感。在一个方面中，临界套管肩部硬度可以是油管硬度的约34％到约48％；并且更具体地说油管硬度的约40％、约41％或约43％。

根据本文的公开内容，应理解前面的描述仅是用于公螺纹110和母螺纹112的一种构型。在替代性实现方式中，公螺纹110和母螺纹112的构型可与前面的描述不同。在某些替代性实现方式中，公螺纹110和母螺纹112还可具有相对于垂直于钻柱的中心轴线的约5度到约30度的负压牙侧角以及角度为至少45度的非承载牙侧，以帮助维持在联接情况中的接头，甚至在过载下，并且促进接头上紧。而且，套接端和销接端可具有约5度到20度锥形的肩状部。

在另一个方面中，牙侧角的特征可以是牙侧角径向负载扩张，所述牙侧角径向负载扩张描述由必须被吸收在接头中的负载牙侧角产生的径向负载。如本领域技术人员将理解根据本公开，牙侧角径向负载扩张的值可通过引起过度螺纹应力的牙侧角限制。径向负载可被定义为施加到螺纹牙侧或施加到由牙侧角所确定的接头的轴向负载的百分比。具体地说，所产生的径向负载等于轴向负载乘以牙侧角的正切。如本领域技术人员还将理解根据本公开，径向负载的正值可能引起不需要的扩张而负值可提供有益的收缩。收缩是有益的，因为其可减小总体应力水平或冯米塞斯总应力水平，并且其可增加增大摩擦的配合螺纹与被传递到接头的扭转负载之间的收缩压力。然而，由径向负载的负值所致的有益收缩可能不需要超过某一阈值。此情况下，牙侧角径向负载扩张可以从约-18％到约-36％；更具体地说，从约-18％到约-36％；以及甚至更具体地说，约-27％。

公螺纹110可紧邻销接端104的前缘140而开始。举例来说，图1-3示出公螺纹110可为从销接端104的前缘140偏置一个距离(已示出具有直线距离116)的。偏置距离可允许螺纹构件的未配合的肩状部在接头上紧期间所施加的扭矩下被弹性压缩。如本领域技术人员将理解，考虑到所施加的上紧扭矩，所得的接头可维持预加载情况，其中可能需要足够量的偏置距离来允许螺纹行进并且可允许“预负载”构建为肩状部经历弹性压缩。当在可能以其它方式使肩状部界面打开的大钻进拉伸负载或偏差弯曲负载下时，可能需要这种“预负载”来将接头维持在闭合位置，从而因此增加公扣上的弯曲负载并且使销接端可能经历疲劳失效。因此，在各个方面中，偏置距离116可按需进行变化，并且可基于钻柱部件102的尺寸、螺纹110的构型、或基于其它因素而具体地不同。在至少一个实现方式中，偏置距离116是在公螺纹110的宽度118的约一半与约两倍之间。可替代地，偏置距离116可以更大或更小。例如，在一个或多个实现方式中，偏置距离116是零，以使得公螺纹110在销接端104的前缘140处开始。

类似地，母螺纹112可紧邻套接端108的前缘120而开始。举例来说，图1-4示出母螺纹112可为从套接端108的前缘120偏置一个距离(已示出具有直线距离122)的。偏置距离122可按需进行变化，并且可基于钻柱部件106的尺寸、母螺纹112的构型、或基于其它因素而具体地不同。在至少一个实现方式中，偏置距离122是在母螺纹112的宽度124的约一半与约两倍之间。可替代地，偏置距离122可以更大或更小。举例来说，在一个或多个实现方式中，偏置距离122是零，以使得母螺纹112在套接端108的前缘120处开始。

此外，如图1-4所示，偏置距离116可与偏置距离122相等。在替代性实现方式中，偏置距离122可比偏置距离116更大或更小。在任何情况中，随着将销接端104的前缘140插入套接端108并进行旋转，公螺纹110可接合母螺纹112，并且销接端104可沿着套接端108的中心轴线126而直线地前移。

更具体地说，公螺纹110和母螺纹112可相对于各自的销接端104和套接端108来螺旋地安置。换言之，公螺纹110和母螺纹112的每个均可包括沿着各自的钻柱部件102、106延伸的多个螺旋圈。随着公螺纹110和母螺纹112配合，螺纹可因此相对于彼此旋转，并且在相应的螺纹之间的沟槽内适合。在图1-4中，公螺纹110通常以角128缠绕销接端104，所述角128还可相对于销接端104的前缘140进行测量。

多螺纹头

本发明的一个或多个实现方式包括具有多个螺纹的钻柱部件。举例来说，在一个或多个实现方式中，钻柱部件包括具有相应螺纹头的至少两个螺纹，所述螺纹头任选地绕钻柱部件的前端均匀地间隔。

在一个方面中，多螺纹的使用可增加螺纹负载牙侧轴承表面积，并且在将销部件和套管部件接合在一起时可导致更大的总负载效率。在一个实施例中，当保持所有其它螺纹特征恒定时，与单螺纹相比，两个螺纹的使用使螺纹轴承面积加倍。

在另一个方面中，多螺纹的使用还可增加螺纹牙侧到螺纹牙底的界面材料，并且相应地增加钻井部件的疲劳强度。不希望收到理论和/或仿真的约束，螺纹牙侧到螺纹牙底界面是钻柱部件接头中的最大应力和疲劳失效裂纹萌生的位置。由此，因为如标准修正的古德曼疲劳图所示出，通过平均负载来减小可用材料的疲劳强度，所以当所有其它事物保持恒定时，多螺纹的使用可增加钻井部件的疲劳强度。

在又一方面中，绕钻柱部件的相应前端等距间隔的多螺纹的使用可通过绕所述部件的中心轴线产生对称负载响应来增加以配合接触方式放置的钻柱部件的负载容量。

另一方面，螺纹导程角可随着螺距减小和螺纹数目增加而增加。使螺纹导程角增加超过最佳角度可减小启动扭矩需求，使得配合的钻柱部件可在使用中拆卸。在另一个方面中，各个螺纹宽度和相应地，负载剪切面积可随着给定钻井部件上的螺纹数目增加而减小，从而最终导致螺纹剪切过载故障。

在一个实施方案中，可确定如下的螺纹数目是最大螺纹数目，所述螺纹数目在维持具有给定尺寸的钻柱部件的可接受螺纹导程角和剪切面积时增加钻柱部件的负载效率、负载容量和疲劳强度，在所述螺纹处可能螺纹宽度不小于螺纹高度。在另一个实施方案中，本公开提供具有至少两个螺纹的钻柱部件，并且优选地具有约两个到约四个螺纹，所述钻柱部件可操作来在维持超过常规单螺纹钻柱部件的可接受螺纹导程角和剪切面积时增加钻柱部件的负载效率、负载容量和疲劳强度。

在一个实施例中，至少两个公螺纹110可紧邻销接端104的前缘140而开始。在又一方面中，至少两个公螺纹可绕销接端104的前缘140等距间隔。举例来说，可以设想的是，销接端具有两个公螺纹，所述公螺纹具有间隔约180度的螺纹头并且紧邻销接端104的前缘140。在另一个实施例中，可以设想的是，销接端具有三个公螺纹，所述公螺纹具有可间隔约120度的螺纹头并且紧邻销接端104的前缘140。

类似地，至少两个母螺纹112可紧邻套接端108的前缘120而开始。在又一方面中，至少两个母螺纹可绕套接端108的前缘120等距间隔。举例来说，可以设想的是，套接端108具有两个母螺纹112，所述母螺纹112具有间隔约180度的螺纹头并且紧邻套接端108的前缘120。在另一个实施例中，可以设想的是，套接端108具有三个母螺纹112，所述母螺纹112具有可间隔约120度的螺纹头并且紧邻套接端108的前缘120。

更具体地说，至少两个公螺纹110和至少两个母螺纹112可相对于相应的销接端104和套接端108来螺旋地安置。换句话说，公螺纹110中的每一个和母螺纹112中的每一个可包括沿着相应钻柱部件102、106延伸的多个螺旋圈。公螺纹110中的每一个和母螺纹112中的每一个各自可包括前端，所述前端被定向为相对于相应钻柱部件102、106的中心轴线成锐角并且绕其等距间隔。当至少两个公螺纹110和至少两个母螺纹112配合时，所述螺纹可因此相对于彼此旋转，并且配合在对应螺纹之间的间隙内，并且最后形成钻柱接头。因此，在一个或多个实施方案中，形成如下钻柱接头：所述钻柱接头在维持给定直径的钻柱部件的可接受螺纹导程角和剪切面积时具有增加的负载效率、负载容量和疲劳强度。

用于最大负载容量的最佳材料横截面

本发明的一个或多个实现方式包括钻柱部件，所述钻柱部件基本上消除了有利于变化的螺距、变化的螺纹宽度和在提供均匀螺纹牙底时使螺纹牙顶的至少一部分逐渐成锥形中的至少一个的整体牙底和螺纹锥度。本发明的另一个方面包括钻柱部件，所述钻柱部件消除了有利于变化的螺距、变化的螺纹宽度和在提供均匀螺纹牙底时使螺纹牙顶的至少一部分逐渐成锥形中的至少一个的整体牙底和螺纹锥度。

在一个方面中，通过提供具有至少一个螺纹的钻柱部件来保存通常损失在整个接头和螺纹锥度中的材料，所述至少一个螺纹包括从第一值(接近螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上的前端)变化到至少一个螺纹上的所需点处的终值的螺距，进而选择性地允许轴向渐进配合。在一个方面中，螺距可从至少第一圈上的第一值均匀增加到多个螺旋圈的至少最后一圈上的终值。在替代性方面中，螺距可在多个螺旋圈的整个轴向长度上从第一值不均匀地增加到终值。在另一方面中，螺距可从第一值增加到多个螺旋圈的轴向长度的一部分上的终值，并且可此后保持恒定。在又一方面中，至少一个螺纹可具有从2.0变化到5.0螺纹/英寸的螺距，优选地从约3到约4螺纹/英寸，并且最优选地，从约3到约3.5螺纹/英寸。在其它方面中，螺纹在螺纹的至少一圈，并且优选地在螺纹的两圈上可具有变化的螺距。在替代性方面中，螺纹可具有从螺纹的前端变化到尾端的螺距。

在另一个方面中，通过提供具有至少一个螺纹的钻柱部件来保存通常损失在整个接头和螺纹锥度中的材料，所述至少一个螺纹包括螺距，所述螺距在从至少一个给定的螺纹特征测量时是恒定的，但是其宽度可从第一值(接近螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上的前端)变化到至少一个螺纹上的所需点处的终值，进而选择性地允许轴向渐进配合。在一个方面中，螺纹宽度可从至少第一圈上的第一值均匀增加到多个螺旋圈的至少最后一圈上的终值。在替代性方面中，螺纹宽度可在多个螺旋圈的整个轴向长度上从第一值不均匀地增加到终值。在另一方面中，螺距可从第一值增加到穿过多个螺旋圈的轴向长度的一部分的终值，并且可此后保持恒定。在其它方面中，可以恒定的螺距保持螺纹负载牙侧，而导程牙侧增加。在替代性方面中，可以恒定的螺距保持螺纹导程牙侧，而负载牙侧的螺距增加。在其它方面中，螺纹的中点可具有恒定螺距，而两种牙侧均具有变化的螺距。在其它方面中，负载牙侧的变化螺距可不同于导程牙侧的变化螺距。

在又一个方面中，至少一个螺纹可具有宽度，所述宽度从紧邻前端的约整个螺纹宽度的50％变化，并且增加到紧邻螺纹尾端的整个螺纹宽度。在另一个方面中，至少一个螺纹可具有宽度，所述宽度从紧邻前端的约整个螺纹宽度的75％变化，并且增加到紧邻螺纹尾端的整个螺纹宽度。在其它方面中，螺纹在螺纹的至少一圈，并且优选地在螺纹的两圈上可具有变化的宽度。在替代性方面中，螺纹可具有从螺纹的前端变化到尾端的宽度。在一个示例性实施方案中，紧邻尾端具有整个宽度的1/4"的2tpi螺纹在前端处可具有约1/8"的减小宽度。如本领域技术人员将理解，至少一个螺纹的相邻圈之间的间隔在前端处最大，并且在起动螺纹时提供附加的轴向间隙。

在又一个方面中，通过提供具有至少一个螺纹的钻柱部件来保存通常损失在整个接头和螺纹锥度中的材料，所述至少一个螺纹包括牙底和牙顶，所述牙底围绕在螺纹的多个螺旋圈的整个轴向长度上延伸的圆柱形表面，所述牙顶围绕在螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上延伸的截锥形表面，进而选择性地允许径向渐进配合。截锥形表面的母线是直线，所述直线具有相对于空心体的中心轴线的角。在一个方面中，牙顶在多个螺旋圈的整个轴向长度上围绕截锥形表面。在另一个方面中，至少一个螺纹在至少一个螺纹的轴向长度的至少一部分上可具有截锥形牙顶，所述截锥形牙顶具有带有约0.75度到1.6度角的截锥体母线，同时至少一个螺纹可具有圆柱形牙底。在另一个方面中，牙顶围绕截锥形表面，其延伸螺纹的至少一圈的轴向长度，并且优选地延伸螺纹的至少两圈的轴向长度。在替代性方面中，轴向长度基本上可以是螺纹的整个轴向长度。

在又一个方面中，通过提供具有至少一个螺纹的钻柱部件来保存通常损失在整个接头和螺纹锥度中的材料，所述至少一个螺纹包括从第一值(接近螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上的前端)变化到至少一个螺纹上的所需点处的终值的螺距，并且还包括螺纹牙底和螺纹牙顶，所述螺纹牙底围绕在多个螺旋圈的整个轴向长度上延伸的圆柱形表面，所述螺纹牙顶围绕在螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上延伸的截锥形表面，进而选择性地允许轴向渐进配合和径向渐进配合两者。

在一个实施例中，至少一个公螺纹110可紧邻销接端104的前缘140而开始。至少一个公螺纹110可包括沿销接端104的相应长度延伸的多个螺旋圈。在另一个方面中，至少一个公螺纹可具有螺距，所述螺距从紧邻螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上的前缘140的第一值增加到至少一个公螺纹110上的所需点处的终值，并且此后保持恒定。在另一个方面中，至少一个公螺纹可具有螺距，所述螺距从紧邻螺纹的多个螺纹圈的轴向长度的整个部分上的前端的第一值增加到终值。在替代性方面中，螺距可在至少一个公螺纹110的整个轴向长度上均匀地或不均匀地增加。举例来说，可以设想的是，销接端具有带有螺距的两个公螺纹，所述螺距从销接端104的前缘沿螺纹的轴向长度增加到所需点处的终值，此点从销接端104开始测量。

类似地，至少一个母螺纹112可紧邻套接端108的前缘120而开始。至少一个母螺纹112可包括沿套接端108的相应长度延伸的多个螺旋圈。在另一个方面中，至少一个母螺纹可具有螺距，所述螺距从紧邻螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上的前缘120的第一值增加到至少一个母螺纹112上的所需点处的终值，并且此后保持恒定。在另一个方面中，至少一个母螺纹可具有螺距，所述螺距从紧邻螺纹的多个螺纹圈的轴向长度的整个部分上的前缘120的第一值增加到终值。在替代性方面中，螺距可在至少一个母螺纹112的整个轴向长度上均匀地或不均匀地增加。举例来说，可以设想的是，销接端具有带有螺距的两个母螺纹，所述螺距从套接端108的前缘120沿螺纹的轴向长度增加到所需点处的终值，此点从套接端108开始测量。

更具体地说，至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112可相对于相应销接端104和套接端108来螺旋地安置。换句话说，至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112可包括沿相应钻柱部件102、106延伸的多个螺旋圈。至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112各自可包括前端，所述前端被定向为相对于相应钻柱部件102、106的中心轴线成锐角并且绕其间隔。当至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112配合时，所述螺纹可因此相对于彼此旋转，并且配合在对应螺纹之间的间隙内，并且最后形成钻柱接头。当至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112中的至少一个的螺距增加时，在相应的销接端104和套接端108之间选择性地产生轴向方向上的渐进配合。因此，在一个或多个实施方案中，形成钻柱接头，其具有用于最大负载容量的最佳材料横截面。

在另一个实施例中，至少一个公螺纹110可紧邻销接端104的前缘而开始。至少一个公螺纹110可包括沿销接端104的相应长度延伸的多个螺旋圈，并且还可具有在螺纹的轴向长度上具有恒定螺距的至少一个螺纹特征。螺距可保持恒定的示例性螺纹特征可包括负载牙侧、导程牙侧、螺纹中点等。在另一个方面中，至少一个公螺纹可具有螺距宽度，所述螺距宽度从紧邻螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上的前缘的整个螺纹宽度的百分比增加到至少一个公螺纹110上的所需点处的整个螺纹宽度，并且此后保持恒定。在另一个方面中，至少一个公螺纹可具有螺距宽度，所述螺距宽度从紧邻螺纹的多个螺纹圈的轴向长度的整个部分上的前缘的整个螺纹宽度的百分比增加到整个螺纹宽度。在替代性方面中，螺纹宽度可在至少一个公螺纹110的整个轴向长度上均匀地或不均匀地增加。举例来说，可以设想的是，销接端具有两个公螺纹，其中至少一个公螺纹具有至少一个特征，所述特征为在那个螺纹的整个轴向长度上具有恒定螺距并且具有宽度，所述宽度从销接端104的前缘处的整个螺纹宽度的百分比沿螺纹的轴向长度增加到所需点处的整个螺纹宽度。

类似地，至少一个母螺纹112可紧邻套接端108的前缘142而开始。至少一个母螺纹112可包括沿套接端108的相应长度延伸的多个螺旋圈，并且还可具有在螺纹的轴向长度上具有恒定螺距的至少一个螺纹特征。螺距可保持恒定的示例性螺纹特征可包括负载牙侧、导程牙侧、螺纹中点等。在另一个方面中，至少一个母螺纹可具有螺距宽度，所述螺距宽度从紧邻螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上的前缘142的整个螺纹宽度的百分比增加到至少一个母螺纹112上的所需点处的整个螺纹宽度，并且此后保持恒定。在另一个方面中，至少一个母螺纹可具有螺距宽度，所述螺距宽度从紧邻螺纹的多个螺纹圈的轴向长度的整个部分上的前缘142的整个螺纹宽度的百分比增加到整个螺纹宽度。在替代性方面中，螺纹宽度可在至少一个母螺纹112的整个轴向长度上均匀地或不均匀地增加。举例来说，可以设想的是，套接端具有两个母螺纹，其中至少一个母螺纹具有至少一个特征，所述特征为在那个螺纹的整个轴向长度上具有恒定螺距并且具有宽度，所述宽度从套接端108的前缘142处的整个螺纹宽度的百分比沿螺纹的轴向长度增加到所需点处的整个螺纹宽度。

更具体地说，至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112可相对于相应销接端104和套接端108来螺旋地安置。换句话说，至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112可包括沿相应钻柱部件102、106延伸的多个螺旋圈。至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112各自可包括前端，所述前端被定向为相对于相应钻柱部件102、106的中心轴线成锐角并且绕其等距间隔。当至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112配合时，所述螺纹可因此相对于彼此旋转，并且配合在对应螺纹之间的间隙内，并且最后形成钻柱接头。当至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112中的至少一个的宽度增加时，在相应的销接端104和套接端108之间选择性地产生轴向方向上的渐进配合，同时至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112的至少一个特征在相应螺纹的轴向长度上具有恒定螺距。因此，在一个或多个实施方案中，形成钻柱接头，其具有用于最大负载容量的最佳材料横截面。

在另一个实施例中，至少一个公螺纹110可紧邻销接端104的前缘而开始。至少一个公螺纹110可包括沿销接端104的相应长度延伸的多个螺旋圈。在一个方面中，至少一个公螺纹110可具有螺纹牙底，所述螺纹牙底在多个螺旋圈的整个轴向长度上围绕圆柱形表面。在另一个方面中，至少一个公螺纹110可具有螺纹牙顶，所述螺纹牙顶从第一直径(紧邻在螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上延伸的前缘)到至少一个公螺纹110上的所需点处的最终直径围绕截锥形表面，并且此后保持恒定。截锥形表面的母线是直线，所述直线通过以相对于延伸穿过空心体的中心轴线的角放置的螺纹牙顶。在另一个方面中，至少一个公螺纹110可具有螺纹牙顶，所述螺纹牙顶从第一直径(紧邻在螺纹的多个螺纹圈的整个轴向长度上延伸的前缘)到最终直径围绕截锥形表面。举例来说，可以设想的是，销接端具有至少一个公螺纹，其具有围绕圆柱的螺纹牙顶和如下的螺纹牙顶：所述螺纹牙顶从第一直径(紧邻在螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上延伸的前缘)到至少一个公螺纹110上的所需点处的最终直径围绕截锥形表面，并且此后保持恒定。

类似地，至少一个母螺纹112可紧邻套接端108的前缘120而开始。至少一个母螺纹112可包括沿套接端108的相应长度延伸的多个螺旋圈。在一个方面中，至少一个母螺纹112可具有螺纹牙底，所述螺纹牙底在多个螺旋圈的整个轴向长度上围绕圆柱形表面。在另一个方面中，至少一个母螺纹112可具有螺纹牙顶，所述螺纹牙顶从第一直径(紧邻在螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上延伸的前缘120)到至少一个母螺纹112上的所需点处的最终直径围绕截锥形表面，并且此后保持恒定。截锥形表面的母线是直线，所述直线通过以相对于延伸穿过空心体的中心轴线的角放置的螺纹牙顶。在另一个方面中，至少一个母螺纹112可具有螺纹牙顶，所述螺纹牙顶从第一直径(紧邻在螺纹的多个螺纹圈的整个轴向长度上延伸的前缘120)到最终直径围绕截锥形表面。举例来说，可以设想的是，套接端108具有至少一个母螺纹112，其具有围绕圆柱的螺纹牙顶和如下的螺纹牙顶：所述螺纹牙顶从第一直径(紧邻在螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上延伸的前缘120)到至少一个母螺纹112上的所需点处的最终直径围绕截锥形表面，并且此后保持恒定。

更具体地说，至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112可相对于相应销接端104和套接端108来螺旋地安置。换句话说，至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112可包括沿相应钻柱部件102、106延伸的多个螺旋圈。至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112各自可包括前端，所述前端被定向为相对于相应钻柱部件102、106的中心轴线成锐角。在一个方面中，至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112可具有螺纹牙底，所述螺纹牙底在多个螺旋圈的整个轴向长度上围绕圆柱形表面。在另一个方面中，至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112中的至少一个可具有螺纹牙顶，所述螺纹牙顶从第一直径(紧邻在螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上延伸的前缘)到至少一个母螺纹112上的所需点处的最终直径围绕截锥形表面，并且此后保持恒定。当至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112配合时，所述螺纹可因此相对于彼此旋转，并且配合在对应螺纹之间的间隙内，并且最后形成钻柱接头。当至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112中的至少一个的牙顶直径增加时，在相应的销接端104和套接端108之间选择性地产生径向方向上的渐进配合。因此，在一个或多个实施方案中，形成钻柱接头，其具有用于最大负载容量的最佳材料横截面。

在另一个实施例中，至少一个公螺纹110可紧邻销接端104的前缘而开始。至少一个公螺纹110可包括沿销接端104的相应长度延伸的多个螺旋圈。在一个方面中，至少一个公螺纹可具有螺距和宽度中的至少一个，所述螺距或宽度从紧邻螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上的前端的第一值增加到至少一个公螺纹110上的所需点处的终值，并且此后保持恒定。在另一个方面中，至少一个公螺纹110可具有螺纹牙底，所述螺纹牙底在多个螺旋圈的整个轴向长度上围绕圆柱形表面。在又一个方面中，至少一个公螺纹110可具有螺纹牙顶，所述螺纹牙顶从第一直径(紧邻在螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上延伸的前缘)到至少一个公螺纹110上的所需点处的最终直径围绕截锥形表面，并且此后保持恒定。截锥形表面的母线是直线，所述直线通过以相对于延伸穿过空心体的中心轴线的角放置的螺纹牙顶。在另一个方面中，至少一个公螺纹110可具有螺纹牙顶，所述螺纹牙顶从第一直径(紧邻在螺纹的多个螺纹圈的整个轴向长度上延伸的前缘)到最终直径围绕截锥形表面。举例来说，可以设想的是，销接端具有至少一个公螺纹，其具有围绕圆柱的螺纹牙顶和如下的螺纹牙顶：所述螺纹牙顶从第一直径(紧邻在螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上延伸的前缘)到至少一个公螺纹110上的所需点处的最终直径围绕截锥形表面，并且此后保持恒定。至少一个公螺纹110还具有螺距和宽度中的至少一个，所述螺距或宽度从销接端104的前缘沿螺纹的轴向长度增加到所需点处的终值，此点从销接端104开始测量。

类似地，至少一个母螺纹112可紧邻套接端108的前缘120而开始。至少一个母螺纹112可包括沿套接端108的相应长度延伸的多个螺旋圈。在一个方面中，至少一个公螺纹可具有螺距和宽度中的至少一个，所述螺距或宽度从紧邻螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上的前缘120的第一值增加到至少一个母螺纹112上的所需点处的终值，并且此后保持恒定。在另一个方面中，至少一个母螺纹112可具有螺纹牙底，所述螺纹牙底在多个螺旋圈的整个轴向长度上围绕圆柱形表面。在又一个方面中，至少一个母螺纹112可具有螺纹牙顶，所述螺纹牙顶从第一直径(紧邻在螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上延伸的前缘120)到至少一个母螺纹112上的所需点处的最终直径围绕截锥形表面，并且此后保持恒定。截锥形表面的母线是直线，所述直线通过以相对于延伸穿过空心体的中心轴线的角放置的螺纹牙顶。在另一个方面中，至少一个母螺纹112可具有螺纹牙顶，所述螺纹牙顶从第一直径(紧邻在螺纹的多个螺纹圈的整个轴向长度上延伸的前缘120)到最终直径围绕截锥形表面。举例来说，可以设想的是，套接端108具有至少一个母螺纹112，其具有围绕圆柱的螺纹牙顶和如下的螺纹牙顶：所述螺纹牙顶从第一直径(紧邻在螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上延伸的前缘120)到至少一个母螺纹112上的所需点处的最终直径围绕截锥形表面，并且此后保持恒定。至少一个母螺纹112还具有螺距和宽度中的至少一个，所述螺距或宽度从套接端108的前缘120沿螺纹的轴向长度增加到所需点处的终值，此点从套接端108开始测量。

更具体地说，至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112可相对于相应销接端104和套接端108来螺旋地安置。换句话说，至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112可包括沿相应钻柱部件102、106延伸的多个螺旋圈。至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112各自可包括前端，所述前端被定向为相对于相应钻柱部件102、106的中心轴线成锐角。在一个方面中，至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112可具有螺纹牙底，所述螺纹牙底在多个螺旋圈的整个轴向长度上围绕圆柱形表面。在另一个方面中，至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112中的至少一个可具有螺纹牙顶，所述螺纹牙顶从第一直径(紧邻在螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上延伸的相应边缘114、120)到相应的至少一个螺纹上的所需点处的最终直径围绕截锥形表面，并且此后保持恒定。当至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112配合时，所述螺纹可因此相对于彼此旋转，并且配合在对应螺纹之间的间隙内，并且最后形成钻柱接头。当至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112中的至少一个的牙顶直径增加时，在相应的销接端104和套接端108之间选择性地产生径向方向上的渐进配合。当至少一个公螺纹110和至少一个母螺纹112的螺距和宽度中的至少一个增加时，在相应的销接端104和套接端108之间选择性地产生轴向方向上的渐进配合。因此，在一个或多个实施方案中，形成钻柱接头，其具有用于最大负载容量的最佳材料横截面。

抗卡主螺纹头

本发明的一个或多个实现方式包括具有螺纹的钻柱部件，所述螺纹的相应前端被定向为相对于钻柱部件的中心轴线成锐角，另外或可替代地，螺纹的前端可提供到全螺纹深度和/或宽度的陡然转变。

如前面所提及的，公螺纹110可包括螺纹宽度118，并且母螺纹112可包括螺纹宽度124。如本文所用的术语“螺纹宽度”可包括在螺纹牙顶的两缘之间的直线距离，其是沿着垂直于螺纹牙顶的两缘的线所测量的。应理解，螺纹宽度118、124可根据螺纹110、112的构型而变化。在一个或多个实现方式中，公螺纹110的螺纹宽度118与母螺纹112的螺纹宽度124相等。在替代性实现方式中，公螺纹110的螺纹宽度118比母螺纹112的螺纹宽度124更大或更小。

公螺纹110可包括螺纹深度130，并且母螺纹112可包括螺纹深度132。如本文所用的术语“螺纹深度”可包括从螺纹从其延伸的表面(即，销接端104的外表面或套接端108的内表面)到螺纹牙顶上最径向的远端点的直线距离，其是沿着垂直于螺纹从其延伸的表面的线所测量的。应理解，螺纹深度130、132可根据螺纹110、112的构型和/或钻柱部件102、106的尺寸而变化。在一个或多个实现方式中，公螺纹110的螺纹深度130与母螺纹112的螺纹深度132相等。在替代性实现方式中，公螺纹110的螺纹深度130比母螺纹112的螺纹深度132更大或更小。

在一个或多个实现方式中，每个螺纹110、112的螺纹宽度118、124比每个螺纹110、112的螺纹深度130、132更大。例如，在一个或多个实现方式中，每个螺纹110、112的螺纹宽度118、124至少是每个螺纹110、112的螺纹深度130、132的两倍。在替代性实现方式中，每个螺纹110、112的螺纹宽度118、124约等于或小于每个螺纹110、112的螺纹深度130、132。

如以上所暗示的，公螺纹110和母螺纹112两者均可包括前端或螺纹头。举例来说，图1-4示出公螺纹110可包括螺纹头或前端114。类似地，母螺纹112可包括螺纹头或前端120。

在一个或多个实现方式中，公螺纹110的前端114可包括从销接端104的外表面延伸的平坦表面。例如，公螺纹110的前端114可包括从销接端104的外表面径向向外延伸的平坦表面，从而形成面的表面。在一个或多个实现方式中，前端114在垂直于销接端104的外表面的方向上延伸。在替代性实现方式中，前端114在大致上垂直于销接端104的外表面的方向上(即，在以与垂直于销接端104的外表面的方向成小于约15°的角度定向的方向上)延伸。在另一个进一步的实现方式中，前端114可包括沿着一个或多个其高度或宽度弯曲的表面。

此外，在一个或多个实现方式中，公螺纹110的前端114可延伸公螺纹110的全螺纹宽度118。换句话说，公螺纹110的前端114可从公螺纹110的前缘延伸到尾缘138。因此，形成前端114的平坦表面可跨越公螺纹110的整个螺纹宽度118。

此外，在一个或多个实现方式中，公螺纹110的前端114可延伸公螺纹110的全螺纹深度130。换言之，公螺纹110的前端114的高度可等于螺纹深度130。因此，形成前端114的平坦表面可跨越公螺纹110的整个螺纹深度130。因而，前端114或螺纹头可包括到公螺纹110的深度和/或宽度的陡然转变。换句话说，在一个或多个实现方式中，公螺纹110不包括逐渐成锥形至公螺纹110的全深度的尾端。

沿着类似的线，母螺纹112的前端120可包括从套接端108的内表面延伸的平坦表面。例如，母螺纹112的前端120可包括从销接端108的外表面径向向外延伸的平坦表面，从而形成面对表面。在一个或多个实现方式中，前端120在垂直于销接端108的内和/或外表面的方向上延伸。在替代性实现方式中，前端120在大致上垂直于套接端108的内或外表面的方向上(即，在以与垂直于套接端108的内和/或外表面的方向成小于约15°的角度定向的方向上)延伸。在另一个进一步的实现方式中，前端120可包括沿着一个或多个其高度或宽度弯曲的表面。例如，前端114和前端120可包括协作的弯曲表面。

此外，在一个或多个实现方式中，母螺纹112的前端120可延伸母螺纹112的全螺纹宽度124。换言之，母螺纹112的前端120可从母螺纹112的前缘144延伸至尾缘144。因此，形成前端120的平坦表面可跨越母螺纹112的整个螺纹宽度124。

此外，在一个或多个实现方式中，母螺纹112的前端120可延伸母螺纹112的全螺纹深度132。换言之，母螺纹112的前端120的高度可等于螺纹深度132。因此，形成前端120的平坦表面可跨越母螺纹112的整个螺纹深度132。同样，前端120或螺纹头可包括到母螺纹112的全深度和/或宽度的陡然转变。换句话说，在一个或多个实现方式中，母螺纹112不包括逐渐成锥形至母螺纹112的全深度的尾端。在所展示的实现方式中，母螺纹112的前端或螺纹头120被展示为由在用来形成螺纹的机械加工或另一种工艺后仍然保持的材料而形成。因此，前端或螺纹头120可相对于套接端108的内表面为凸出的而不是凹进的。

在一个或多个实现方式中，公螺纹110的前端114可具有与母螺纹112的前端120相等的尺寸和/或形状。在替代性实现方式中，公螺纹110的前端114的尺寸和/或形状可与母螺纹112的前端120的尺寸和/或形状不同。例如，在一个或多个实现方式中，公螺纹110的前端114可比母螺纹112的前端120更大。

在一个或多个实现方式中，公螺纹110的前端114和母螺纹112的前端120可各自具有离轴的定向。换言之，公螺纹110的前端114和母螺纹112的前端120的平坦表面可各自在偏移或不平行于钻柱部件102、106的中心轴线126的方向上延伸。举例来说，如图1-4所示，公螺纹110的前端114的平坦表面可面向公螺纹110的相邻圈。类似地，母螺纹112的前端120的平坦表面可面向母螺纹112的相邻的圈。

更具体地说，公螺纹110的前端114的平坦表面可以相对于销接端104的前缘140或中心轴线126的角度而延伸。举例来说，在图1-4中，公螺纹110的前端114的平坦表面被定向为相对于钻柱部件102的中心轴线126成角度146，然而这个角度还可相对于前缘114进行测量。当与传统螺纹相比时，前端114的平坦表面的所图示的定向和存在是尤其明显的，所述传统螺纹成锥形至一个点以使得事实上在螺纹的前缘与尾缘之间不存在距离，从而不提供表面。

与前端114类似，母螺纹112的前端120可在相对于销接端104的前缘120或中心轴线126的角度上延伸。举例来说，在图1-4中，母螺纹112的前端120的平坦表面被定向为相对于钻柱部件106的中心轴线126成角度148，然而这个角度还可相对于前缘120进行测量。

角度146、148可根据本公开而变化并且包括任何数目的不同角度。角度146、148可基于螺纹110、112的其它特征、或基于取决于螺纹特征的值而变化。在一个或多个实现方式中，角度146与角度148相等。在替代性实现方式中，角度146可与角度148不同。

在一个或多个实现方式中，角度146、148各自为锐角。例如，角度146、148的每个可包括在约10°与80°、约15°与约75°、约20°与约70°、约30°与约60°、约40°与约50°之间的角度。在进一步的实现方式中，角度146、148可包括约45°。根据本文的公开内容，应理解一旦两个配合前端114、120之间或螺纹头面之间以增大的角度146、148进行冲击，则存在减小的动量损失和减小的摩擦阻力以将螺纹110、112拉入完全配合的情况。在任何情况中，公螺纹110的前端114可与母螺纹112的前端120进行配合，以帮助形成第一钻柱部件102与第二钻柱部件106之间的接头。

通过消除螺纹头的长尾部并且用到螺纹110、112的全高度的更陡的转变来更换尾部，可因此提供前端114、120或螺纹头面。此外，虽然前端114、120可相对于轴线126成角度或以其它方式定向，但螺纹头面还可垂直于相对应的销接端104和套接端108的圆柱表面大和/或小直径。这种几何形状消除可充当楔子的尾型螺纹头，从而消除一旦销接端104和套接端108配合而导致楔入的几何形状。

此外，随着销接端104和套接端108被拧到一起，前端114、120或螺纹头可具有相应的表面，当这些表面配合到一起时产生在近似螺纹联接的情况下的滑动界面。举例来说，在前端114、120各自被以锐角定向时，前端114、120或螺纹头面可彼此接合并协作将螺纹拧入完全螺纹联接的情况。举例来说，在钻杆组件上紧的过程中，随着销接端104被进给到套接端108中，前端114、120可接合并引导彼此进入螺纹之间的相应的凹陷中。这可能发生在钻柱部件102、106的一个或两个的旋转和进给期间。此外，由于消除了螺纹头尾部，在旋转位置上存在对于配合的很少(如果有的话)的限制。因此，销接端104和套接端108可具有可用于配合的全圆周，而无易于发生卡住的位置。

在一个或多个实现方式中，螺纹110可使用常规的机械加工工艺被形成带有尾部。所述尾部可为最小部分移除的以形成前端114。在这类实现方式中，尾部可围绕给定的销接端104的圆周的约一半进行延伸。结果，如果螺纹110的整个尾部被移除，那么螺纹110可具有与轴线126对准的前端114。然而，如果更多螺纹110而不仅是所述尾部被移除，那么前端114可为相对于轴线126而偏置的。所述尾部可通过单独的机械加工工艺而被移除。虽然这个实施例示出了用于形成螺纹头的尾部的移除，但是在其它实施方案中，螺纹头面可在不存在尾型螺纹头的产生和/或顺序移除下而被形成。例如，代替使用常规的机械加工工艺，使用电火花加工来形成螺纹。电火花加工可允许前端114的形成，这是由于在加工期间可消耗金属。可替代地，电火花加工或其它消耗材料的工艺还可被用来形成螺纹110、112的前端114、120。

最佳干涉配合

本发明的一个或多个实现方式包括消除螺纹特征上的干涉配合，并且任选地将干涉配合重新安置到其它接头特征，如径向配合的肩状部表面。在一个方面中，公螺纹110和母螺纹112可具有相对深度，使得在母螺纹牙顶抵到公螺纹牙底时，公螺纹牙顶与配合的母牙底维持径向间隔的关系。在另一个方面中，公螺纹110和母螺纹112可具有相对深度，使得在公螺纹牙顶抵到母螺纹牙底时，母螺纹牙顶与配合的公螺纹牙底维持径向间隔的关系。在另一个方面中，公螺纹110和母螺纹112可具有相对深度，使得公螺纹牙顶与配合的母牙底维持径向间隔的关系，并且母螺纹牙顶与配合的公螺纹牙底维持径向间隔的关系。在一个方面中，配合的螺纹牙顶与牙底之间的径向间隔可以为约.001英寸到约.010英寸，更具体地说约.003英寸到约.007英寸，并且最优选地约.005英寸。在替代性方面中，配合的螺纹牙顶之间的径向间隔可以为空心体的壁厚的约1％英寸到约5％，更具体地说约1.5％到约3％，并且最具体地说约2％到约2.5％。

如前面提到的，在一个或多个实现方式中，钻柱部件102、106可包括空心体。更具体地说，在一个或多个实现方式中，钻柱部件可为薄壁的。具体地说，如图1-4所示，钻柱部件106可包括外径150、内径152和壁厚154。壁厚154可等于外径150的一半减去内径152。在一个或多个实现方式中，钻柱部件106具有外径150的约大概5％与15％之间的壁厚154。在进一步的实现方式中，钻柱部件106具有外径150的约大概6％与8％之间的壁厚154。应理解，这类薄壁的钻柱部件可限制螺纹112的几何形状。然而，不管此类限制，薄壁的钻柱部件可然而包括上文所论述的特征的任何组合。

现参照图5，钻柱部件102、106可包括任何数量的不同类型的工具。换句话说，事实上在钻柱上使用的任何螺纹构件可包括具有如关于图1-4的描述的前端或螺纹头的一个或多个套接端108和销接端104。举例来说，图5示出钻柱部件可包括锁定联接件201、适配器联接件202、钻杆204和钻孔器206，所述这些部件各自可包括带有前端114、120的销接端104和套接端108两者，所述钻柱部件如关于图1-4的描述的具有增加的负载效率和负载容量，并且还可抗磨损、卡住和错扣。图5进一步示出钻柱部件可包括稳定器203、着陆环205和钻尖207，所述这些部件包括带有前端120的套接端108，所述钻柱部件如关于图1-4的描述的具有增加的负载效率和负载容量，并且还可抗磨损、卡住和错扣。在又进一步的实现方式中，钻柱部件102、106可包括套管、钻孔器、取芯器、或其它钻柱部件。

现参照图6，钻井系统300可被用来钻入地层304之中。钻井系统300可包括由多个钻杆204或其它钻柱部件201至207形成的钻柱302。钻杆204可是刚性的和/或金属的，或可替代地可由其它适合的材料来构造。钻柱302可包括一系列连接的钻杆，所述钻杆可以随钻柱302推进至地层304中而一段一段地组装。钻尖207(例如，开面式钻尖或其它类型的钻尖)可被固定至钻柱302的远端。如本文所用，术语“向下”、“下”、“前”和“远端”指的是钻柱302的末端，包括钻尖207。而术语“向上”、“上”、“尾”或“近端”指的是钻柱302的与钻尖207相反的末端。

钻井系统300可包括钻机301，所述钻机301可以将钻尖207、钻杆204和/或钻柱302的其它部分旋转和/或推入地层304之中。钻机301可包括驱动机构，例如，旋转式钻头306、滑撬组件308和井架310。钻头306可联接至钻柱302，并且可以旋转钻尖207、钻杆204和/或钻柱302的其它部分。如果需要，那么旋转式钻头306可以被配置来改变它旋转这些部件的速度和/或方向。滑撬组件308可相对于井架310移动。在滑撬组件308相对于井架310移动时，滑撬组件308可提供抵靠旋转式钻头306的力，所述力可以在例如钻尖207、钻杆204和/或钻柱302的其它部分被旋转的同时将它们进一步推至地层304中。

然而，应理解，钻机301不需要旋转式钻头、滑撬组件、滑动框架或驱动组件，并且钻机301可包括其它适合的部件。还应理解，钻井系统300不需要钻机，并且钻井系统300可包括可将钻尖207、钻杆204和/或钻柱302的其它部分旋转和/或推入地层304中的其它适合的部件。例如，可以使用声波马达、冲击马达或井下马达。

如由图6所示，钻井系统300可进一步包括钻杆夹紧装置312。进一步详细地说，驱动机构可以前移钻柱302并且具体地说是第一钻杆204直到第一钻杆204的尾部紧邻由钻柱302形成的钻孔的开口。一旦第一钻杆204在所需深度处，钻杆夹紧装置312可夹持第一钻杆204，这样可以帮助防止第一钻杆204和钻柱302在钻孔下的不慎丢失。利用夹持第一钻杆204的钻杆夹紧装置312，驱动机构可以与第一钻杆204断开。

然后可以使用钻杆处理装置手动地或自动地将附加的或第二钻杆204连接至驱动机构，所述装置如在2012年5月29日授权的美国专利8,186,925中所述的那个装置，所述专利的全部内容以引用的方式并入本文。下一个驱动机构可自动地将第二钻杆204的销接端104前移到第一钻杆204的套接端108。可以通过将第二钻杆204拧入第一钻杆204中来制作出第一钻杆204与第二钻杆204之间的接头。应理解，根据本文的公开内容，钻杆204的公螺纹110的前端114和母螺纹112的前端120可防止或减少卡住和错扣，甚至当钻杆204之间的接头由钻机301自动地形成时。

在第二钻杆204连接至驱动机构和第一钻杆204之后，钻杆夹紧装置312可以松脱钻302。所述驱动机构可以将钻柱302进一步推进至地层中到达更大的所需深度。可以重复地进行夹持钻柱302、断开驱动机构、连接另一个钻杆204、松脱所述夹持、以及将钻柱302推进至更大深度的这个过程以便越来越深地钻入地层之中。

因此，图1-Y、对应文本提供用于在钻柱部件之间制造接头的许多不同的部件和机构，所述钻柱部件具有增加的负载效率和负载容量，并且还可抗磨损、卡主和错扣。除上述之外，本发明的启示还可描述在用于完成特别结果的方法的术语、行动和步骤之中。举例来说，以下参考图1到图Y的部件和附图描述在钻柱中制造接头的方法，所述钻柱部件具有增加的负载效率和负载容量，并且还可抗磨损、卡主和错扣。

所述方法可涉及将第一钻柱部件102的销接端104插入第二钻柱部件106的套接端108之中。所述方法还可涉及使第一钻柱部件102相对于所述第二钻柱部件108进行旋转。所述方法可进一步涉及将在第一钻柱部件102的销接端104上的公螺纹110的平坦前端114毗连抵靠着在第二钻柱部件106的套接端108上的母螺纹112的平坦前端120。

公螺纹110的平坦前端114被定向为相对于第一钻柱部件102的中心轴线26成锐角146。类似地，母螺纹112的平坦前端120被定向为相对于第一钻柱部件106的中心轴线26成锐角148。

所述方法可进一步涉及使所述公螺纹110的平坦前端114抵靠并沿着母螺纹112的平坦前端120进行滑动，以便引导公螺纹110进入到母螺纹112的各圈之间的沟槽之中。所述公螺纹110的平坦前端114抵靠并沿着母螺纹112的平坦前端120进行的滑动可致使第一钻柱部件102相对于第二钻柱部件106进行旋转，这归因于公螺纹110和母螺纹112的平坦前端114、120的锐角146、148。所述方法可涉及使用钻机301使第一钻柱部件102相对于第二钻柱部件106自动地旋转和前移而无需手动地处理钻柱部件106、108。

母螺纹112的平坦前端120可沿着母螺纹110的整个深度132延伸。公螺纹110的平坦前端114可沿着公螺纹110的整个深度130延伸。当将第一钻柱部件102相对于第二钻柱部件108进行旋转时，母螺纹112和公螺纹110的平坦前端114、120的深度可防止卡住或公螺纹110和母螺纹112的楔入。

因此，前述的实现方式提供了不同的所需的特征。举例来说，通过包括可选的前端或头面，螺纹的全深度、尾型螺纹头可被消除，从而允许：(a)用于拧入的大致上全圆周旋转定位，以及(b)用于将配合螺纹放置到拧入位置中的引导面。举例来说，成角度的头面可接合相应的螺纹或螺纹头面并引导相应的螺纹到螺旋的螺纹之间的拧入位置。此外，在相应的螺纹的任何位置上，尾部已被消除以实际上消除易于发生楔入的几何形状。

不管事实上拧入是同心的或是偏心的，都可获得类似的优势。举例来说，在偏心的布置中，螺纹牙顶和螺纹头面交叉的线可包括接合锥度。在进给时，螺纹头面可与配合螺纹牙顶以一种方式进行配合，以使得减少或消除作为交会的楔入以及随后的螺纹抗楔入、卡住、以及错扣。在这种实施方案中，接合锥度可足够来将公螺纹的较小的末端处的大直径减少为小于母螺纹的较大的末端处的小直径。因此，偏心的拧入可被用于锥形螺纹。

本公开的螺纹可以任何数量的适合方式而形成。举例来说，如前所述，车削装置(如车床)可能在产生如本文的公开内容的那些的陡的螺纹头面方面具有难处。因此，在一些实施方案中，螺纹可被成形为包括尾部。然后，可采用后续的磨削、铣削、或其它工艺来除去尾部的一部分并生成螺纹头，如本文所描述的、或可从本文的公开内容的回顾中学到的那些。在其它实施方案中，可利用其它设备，包括车削和其它机械加工设备的组合。举例来说，车床可生产螺纹的一部分而其它机器可进一步加工公螺纹或母螺纹部件来增加螺纹头面。在另外其它的实施方案中，模制、铸造，单点切削，丝锥和板牙、板牙头、铣削、磨削、滚动、压叠、或其它工艺、或前述的任何组合可用来按照本文的公开内容产生螺纹。

本发明因此可以在不脱离其精神或本质特征的情况下以其它特定形式来体现。所描述的实施方案应被认为在所有方面仅是说明性的而不是限制性的。本发明的范围因此是由所附权利要求而不是由前述描述来指示。在所述权利要求的等效物的含义和范围内的所有变化都将包含在所述权利要求的范围内。

Claims (33)

1.一种螺纹钻柱部件，其包括：

空心体，所述空心体具有第一末端、相反的第二末端和延伸穿过所述空心体的中心轴线；以及

定位在所述空心体的所述第一末端上的至少两个螺纹；其中：

所述至少两个螺纹中的每一个包括沿所述空心体的所述第一末端延伸的多个螺旋圈，

所述至少两个螺纹中的每一个具有螺纹牙底、螺纹牙顶、螺距和螺纹宽度，

所述至少两个螺纹中的每一个具有负压牙侧角，以及

所述至少两个螺纹的所述螺纹宽度和所述螺距中的至少一个从紧邻螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上的所述前端的第一值增加到所述至少一个螺纹上的所需点处的终值。

2.如权利要求1所述的钻柱部件，其中所述宽度和所述螺距中的至少一个在所述多个螺旋圈的所述整个轴向长度上从所述第一值均匀地增加到终值。

3.如权利要求1所述的钻柱部件，其中所述宽度和所述螺距中的至少一个在所述多个螺旋圈的所述整个轴向长度上从所述第一值不均匀地增加到终值。

4.如权利要求1所述的钻柱部件，其中所述宽度和所述螺距中的至少一个从所述第一值增加到所述多个螺旋圈的所述轴向长度的一部分上的终值，并且此后保持恒定。

5.如权利要求1所述的钻柱部件，其中所述至少一个螺纹的所述牙底围绕圆柱形表面，其延伸螺纹的所述多个螺旋圈的所述轴向长度。

6.如权利要求5所述的钻柱部件，其中所述至少一个螺纹的所述牙顶围绕在螺纹的所述多个螺旋圈的所述轴向长度的至少一部分上延伸的截锥形表面，并且其中所述截锥形表面的母线是直线，所述直线以相对于延伸穿过所述空心体的所述中心轴线的角放置。

7.如权利要求1所述的钻柱部件，其中所述至少两个螺纹中的每一个还包括紧邻所述空心体的所述第一末端的前端。

8.如权利要求7所述的钻柱部件，其中所述至少两个螺纹中的每一个的所述前端被定向为相对于所述空心体的所述中心轴线成锐角，并且面向所述空心体的所述第一末端。

9.如权利要求8所述的钻柱部件，其中所述至少一个螺纹的所述前端包括垂直于所述空心体延伸的平坦表面。

10.如权利要求9所述的钻柱部件，其中所述螺纹的所述前端的所述平坦表面延伸全螺纹宽度。

11.如权利要求1所述的钻柱部件，其中所述至少两个螺纹的所述相应前端绕所述空心体的所述第一末端均匀间隔。

12.如权利要求1所述的钻柱部件，其中所述空心体是薄壁体，其具有在所述空心体的外径的约5％与15％之间的壁厚。

13.如权利要求1所述的钻柱部件，其中所述第一末端包括套接端，并且所述螺纹包括母螺纹。

14.如权利要求1所述的钻柱部件，其中所述钻柱部件包括钻杆、套管、适配器联接件、钻孔器、钻尖或锁定联接件之一。

15.如权利要求1所述的钻柱部件，其中所述螺纹的所述前端是与所述空心体的所述第一末端偏置等于或小于约所述螺纹宽度的距离。

16.一种螺纹钻柱部件，其包括：

定位在空心体的第一末端上的至少两个螺纹；其中：

所述至少两个螺纹中的每一个包括沿所述空心体的所述第一末端延伸的多个螺旋圈，

所述至少两个螺纹中的每一个具有螺纹牙底、螺纹牙顶、螺距和螺纹宽度，

所述至少两个螺纹中的每一个具有负压牙侧角，以及

所述至少一个螺纹的所述牙底围绕圆柱形表面，其延伸螺纹的所述多个螺旋圈的所述轴向长度，以及

所述至少一个螺纹的所述牙顶围绕在螺纹的所述多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上延伸的截锥形表面，并且其中所述截锥形表面的母线是直线，所述直线以相对于延伸穿过所述空心体的中心轴线的角放置。

17.如权利要求16所述的钻柱部件，其中所述至少一个螺纹的所述螺纹宽度和所述螺距中的至少一个从紧邻螺纹的多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上的所述前端的第一值增加到所述至少一个螺纹上的所需点处的终值。

18.根据权利要求17所述的钻柱部件，其中所述宽度和所述螺距中的至少一个在所述多个螺旋圈的所述整个轴向长度上从所述第一值均匀地增加到终值。

19.如权利要求17所述的钻柱部件，其中所述宽度和所述螺距中的至少一个在所述多个螺旋圈的所述整个轴向长度上从所述第一值不均匀地增加到终值。

20.如权利要求17所述的钻柱部件，其中所述宽度和所述螺距中的至少一个在所述多个螺旋圈的所述轴向长度的一部分上从所述第一值不均匀地增加到终值，并且此后保持恒定。

21.如权利要求16所述的钻柱部件，其中所述至少一个螺纹的所述前端包括垂直于所述空心体延伸的平坦表面。

22.如权利要求21所述的钻柱部件，其中所述螺纹的所述前端的所述平坦表面延伸全螺纹宽度。

23.如权利要求16所述的钻柱部件，其中所述至少一个螺纹包括多个螺纹。

24.如权利要求23所述的钻柱部件，其中所述多个螺纹包括两个螺纹。

25.如权利要求23所述的钻柱部件，其中所述至少两个螺纹的所述相应前端绕所述空心体的所述第一末端均匀间隔。

26.如权利要求16所述的钻柱部件，其中所述空心体是薄壁体，其具有在所述空心体的外径的约5％与10％之间的壁厚。

27.如权利要求16所述的钻柱部件，其中所述第一末端包括套接端，并且所述螺纹包括母螺纹。

28.如权利要求16所述的钻柱部件，其中所述钻柱部件包括钻杆、套管、适配器联接件、钻孔器、钻尖或锁定联接件之一。

29.如权利要求16所述的钻柱部件，其中所述螺纹的所述前端是与所述空心体的所述第一末端偏置等于或小于约所述螺纹宽度的距离。

30.一种螺纹钻柱部件，其包括：

定位在空心体的第一末端上的至少两个螺纹；其中：

所述至少两个螺纹中的每一个包括沿着所述空心体的所述第一末端延伸的多个螺旋圈，

所述至少两个螺纹中的每一个具有螺纹牙底、螺纹牙顶、螺距和螺纹宽度，

所述至少两个螺纹中的每一个具有约20度到约10度的负压牙侧角。

31.一种螺纹钻柱部件，其包括：

本体、套接端、相反的销接端、以及延伸穿过所述本体的中心轴线；

定位在所述本体的所述套接端上的多个母螺纹，所述多个母螺纹各自具有螺纹牙底、螺纹牙顶、螺距和螺纹宽度；

定位在所述本体的所述销接端上的多个公螺纹，所述多个公螺纹各自具有螺纹牙底、螺纹牙顶、螺距和螺纹宽度；

其中：

所述多个母螺纹中的每一个和所述多个公螺纹中的每一个具有负压牙侧角；

所述多个母螺纹和所述多个公螺纹中的每一个的所述牙底围绕圆柱形表面，其延伸螺纹的所述多个螺旋圈的轴向长度，

所述多个母螺纹和所述多个公螺纹中的每一个的所述牙顶围绕在螺纹的所述多个螺旋圈的所述轴向长度的至少一部分上延伸的截锥形表面，并且其中所述截锥形表面的母线是直线，所述直线以相对于延伸穿过所述空心体的中心轴线的角放置，以及

所述多个母螺纹和所述多个公螺纹中的每一个的所述螺纹宽度和所述螺距中的至少一个从紧邻螺纹的所述多个螺旋圈的轴向长度的至少一部分上的所述前端的第一值增加到所述多个螺纹中的每个螺纹上的所需点处的终值。

32.如权利要求31所述的钻柱部件，其中所述钻柱部件包括钻杆。

33.如权利要求32所述的钻柱部件，其中所述钻杆是空心的且薄壁的。