CN105008785A - 双台肩工具接头 - Google Patents

Abstract

提供了双台肩部工具接头，其密封表面(包括公接头密封表面和母接头密封表面)不易遭受损坏，使得工具接头在钻杆联锁和使用时仍具有极好的液体密封性。双台肩工具接头包括母接头和公接头，该母接头包括母接头接近套筒、内螺纹部和母接头后部套筒，该母接头接近套筒包括垂直于杆轴线的第一接触表面，该内螺纹部具有相对于杆轴线的渐缩部，该母接头后部套筒包括垂直于杆轴线的第二接触表面，该公接头包括公接头基部、外螺纹部和公接头前端，该公接头基部包括与第一接触表面接触的第三接触表面，该外螺纹部待被旋拧至内螺纹部并且接合至内螺纹部，该公接头前端包括垂直于杆轴线用以与第二接触表面接触的第四接触表面。该双台肩工具接头还包括防护部，该防护部包括设置在母接头的从第一接触表面向前延伸的稍部部分中的第五接触表面，或设置在公接头的从第四接触表面向前延伸的稍部部分中的第六接触表面。

Description

双台肩工具接头

技术领域

本发明涉及双台肩工具接头，并且更具体地，涉及甚至在重复经受装配和拆装操作时仍具有极好的液体密封性的双台肩工具接头。

背景技术

用于深海钻井和水平井钻井的钻杆通常通过工具接头彼此连接。通过API(美国石油学会)标准5DP限定并且详细说明了工具接头。为了传递钻井所需的高扭矩，工具接头已经形成为具有比杆本体的外径更大的外径和比杆本体的内径更小的内径。由于存在对工具接头的外径和内径的尺寸的限制，工具接头的扭矩性能通常比杆本体的扭矩性能更低。因此，对于这种情况，已经提出了使用具有高扭矩性能的双台肩工具接头(参见例如专利文献1)。

通过专利文献1公开的工具接头是双台肩工具接头，该双台肩工具接头包括杆接头，其中，形成在钻杆的一个端部处的带有内螺纹部的母接头和形成在钻杆的另一端部处的带有外螺纹部的公接头通过该杆接头旋拧在一起。该钻杆构造成能够通过具有母接头和公接头的工具接头相继地连接在一起。

母接头设置有母接头接近套筒、内螺纹部、母接头端部套筒、内部台肩、杆内直径部和杆外直径部，该母接头接近套筒平行于母接头的稍部形成，该内螺纹部形成有关于母接头接近套筒的预定的渐缩部，该母接头端部套筒平行于母接头的稍部形成，该内部台肩垂直于杆轴线形成并且从母接头端部套筒的一个端部延伸，该杆内直径部用于沿着杆轴线提供中空部分，该杆外直径部用于形成母接头的外表面。同样地，公接头设置有公接头前端、外螺纹部、公接头基部、公接头外直径部和内部台肩，该公接头前端具有平行于杆轴线的外表面，该外螺纹部邻近于公接头前端形成并且具有与母接头的渐缩部相同的渐缩部，该公接头基部邻近于外螺纹部形成并且具有平行于杆轴线的外表面，该公接头外直径部用于形成公接头的外表面，该内部台肩垂直于杆轴线形成并且从公接头外直径部延伸。

专利文献1描述的是，在这样构造的双台肩工具接头中，由于母接头接近套筒的内表面和公接头基部的外表面平行于杆轴线形成，并且母接头端部套筒的内表面和公接头前端的外表面平行于杆轴线形成，那么，与现有技术相比，可能增加公接头前端的厚度和母接头接近套筒的厚度。这允许增加母接头接近套筒的稍部与外部台肩之间的接触表面面积以及公接头前端的稍部与内部台肩之间的接触表面面积，从而增强了抗扭矩性能并且延长了工具接头的寿命。

引用列表

专利文献

PTL1

JP-T-2007-530875

发明内容

技术问题

然而，由于用作拧紧扭矩的压力接收表面的工具接头台肩的重复使用和重复装配操作，很难保持工具接头台肩的表面粗糙度，使得不能期望极好的液体密封性。同样地，当单独的工具接头或接合在一起的多个工具接头立在钻探设备的地板上时，由于用作压力接收内表面的公接头的公接头前端的稍部可能损坏，因而不容易实现充分的液体密封性。

因此，本发明的目的是提供一种双台肩部工具接头，其密封表面(包括公接头密封表面和母接头密封表面)不易遭受损坏，使得工具接头在钻杆联锁和使用时仍具有极好的液体密封性。

问题解决方法

[1]为了实现以上目的，本发明提供了一种双台肩工具接头，包括：

母接头，该母接头包括母接头接近套筒、内螺纹部和母接头后部套筒，该母接头接近套筒包括垂直于杆轴线的第一接触表面，该内螺纹部具有相对于杆轴线的渐缩部，该母接头后部套筒包括垂直于杆轴线的第二接触表面；以及

公接头，该公接头包括公接头基部、外螺纹部和公接头前端，该公接头基部包括与第一接触表面接触的第三接触表面，该外螺纹部待被旋拧至内螺纹部并且接合至内螺纹部，该公接头前端包括垂直于杆轴线用以与第二接触表面接触的第四接触表面，

其中，双台肩工具接头还包括防护部，该防护部包括第五接触表面或第六接触表面，该第五接触表面设置在母接头的从第一接触表面向前延伸的稍部部分中，该第六接触表面设置在公接头的从第四接触表面向前延伸的稍部部分中。

[2]在根据[1]的双台肩工具接头中，防护部的在公接头的稍部部分中设置的第六接触表面可以构造成用以接触在从母接头后部套筒的第二接触表面向后延伸的位置处设置的第七接触表面。

[3]在根据[1]或[2]的双台肩工具接头中，防护部的在母接头的稍部部分中设置的第五接触表面可以构造成用以接触在从公接头基部的第三接触表面向后延伸的位置处设置的第八接触表面。

[4]在根据[2]的双台肩工具接头中，母接头和公接头中的每一者的接触表面的尺寸可以构造成使得当通过旋拧待通过螺纹接合而装配的内螺纹部和外螺纹部，母接头与公接头彼此接合时，第一接触表面与第三接触表面、第二接触表面与第四接触表面、以及第六接触表面与第七接触表面相继地彼此接触。

[5]在根据[2]或[4]的双台肩工具接头中，第四接触表面与第二接触表面之间的密封宽度可以为1mm至2mm。

[6]在根据[2]或[4]的双台肩工具接头中，第四接触表面可以形成在从公接头前端的第六接触表面向后推移2mm至5mm的距离的位置处。

[7]在根据[5]或[6]的双台肩工具接头中，第二接触表面和第四接触表面中的每一者的表面粗糙度可以不超过32S。

发明的有利效果

根据本发明，可以提供一种双台肩部工具接头，其密封表面(包括公接头密封表面和母接头密封表面)不易遭受损坏，使得工具接头在钻杆联锁和使用时仍具有极好的液体密封性。

附图说明

图1是示出了在根据本发明的第一实施方式中的双台肩工具接头和钻杆的整体构型的图示。

图2是示出了在根据本发明的第一实施方式中的双台肩工具接头的沿着图1中的杆轴线的截面图，其中，公接头和母接头尚未旋拧在一起。

图3是示出了在根据本发明的第一实施方式中的双台肩工具接头的沿着图1中的杆轴线的截面图，其中，公接头和母接头旋拧在一起。

图4是示出了在根据本发明的第二实施方式中的双台肩工具接头和钻杆的整体构型的图示。

图5是示出了在根据本发明的第二实施方式中的双台肩工具接头的沿着图4中的杆轴线的截面图，其中，公接头和母接头尚未旋拧在一起。

图6是示出了在根据本发明的第二实施方式中的双台肩工具接头的沿着图4中的杆轴线的截面图，其中，公接头和母接头旋拧在一起。

图7A是示出了公接头前端的详细的局部截面图。

图7B是示出了母接头后部套筒的详细的局部截面图。

图7C是示出了在工具接头被紧固的情况下公接头前端与母接头后部套筒之间的接触状态的详细的局部截面图。

图8是示出了当通过旋拧紧固钻杆时旋转角度θ与拧紧扭矩T之间的关系的曲线图。

图9A是示出了在根据本发明的实施方式中的双台肩工具接头(钻杆)的外观图示。

图9B是示出了对照的常规双台肩工具接头(钻杆)的外观图示。

图10是示出了加载状态的VME(冯.米塞斯等效应力)的曲线图，其中，水平轴线是轴向载荷，并且竖向轴线是压力。

图11是示出了在根据本发明的第三实施方式中的双台肩工具接头的沿着图4中的杆轴线的截面图，其中，公接头3包括公接头防护部30并且母接头2具有母接头防护部20。

具体实施方式

(本发明的第一实施方式)

(工具接头和钻杆的整体构型)

图1是示出了在根据本发明的第一实施方式中的双台肩工具接头1和钻杆4的整体构型的图示。该双台肩工具接头1是一个钻杆4的杆接头，该杆接头包括形成在钻杆4的一个端部处的带有内螺纹部23的母接头2和形成在钻杆4的另一端部处的带有外螺纹部33的公接头3，钻杆4的杆接头构造成通过旋拧在另一钻杆4的母接头2的内螺纹部23处或在另一钻杆4的公接头3的外螺纹部33处相继地连接至另一钻杆4。钻杆4构造成通过包括母接头2和公接头3的工具接头相继地连接。

(工具接头的构型)

图2是示出了在根据本发明的第一实施方式中的双台肩工具接头的沿着图1中的杆轴线的截面图，其中，公接头和母接头尚未旋拧在一起。图3是示出了在根据本发明的第一实施方式中的双台肩工具接头的沿着图1中的杆轴线的截面图，其中，公接头和母接头旋拧在一起。工具接头1包括具有内螺纹部23的母接头2和具有外螺纹部33的公接头3。

在本发明的第一实施方式中的双台肩工具接头1包括母接头2和公接头3，并且还包括防护部(母接头防护部20或公接头防护部30)，其中，母接头2包括母接头接近套筒22、内螺纹部23和母接头后部套筒24，母接头接近套筒22包括母接头接近套筒端表面21，该母接头接近套筒端表面21是垂直于杆轴线50的第一接触表面，内螺纹部23具有关于杆轴线50的渐缩部，母接头后部套筒24包括母接头密封表面28，该母接头密封表面28是垂直于杆轴线50的第二接触表面，并且公接头3包括公接头基部34、外螺纹部33和公接头前端32，公接头基部34包括外部台肩端表面35，该外部台肩端表面35是与第一接触表面(母接头接近套筒端表面21)接触的第三接触表面，外螺纹部33待被旋拧至内螺纹部23并且接合至内螺纹部23，公接头前端32包括公接头密封表面39，该公接头密封表面39是垂直于杆轴线50用以接触第二接触表面(母接头密封表面28)的第四接触表面，并且防护部(母接头防护部20或公接头防护部30)包括母接头接近防护表面20b或公接头前端端表面31，母接头接近防护表面20b是在母接头2的从第一接触表面(母接头接近套筒端表面21)向前延伸(在第一接触表面之前)的稍部部分中设置的第五接触表面，公接头前端端表面31是设置在公接头3的从第四接触表面(公接头密封表面21)向前延伸(在第四接触表面之前)的稍部部分中的第六接触表面。此处，术语“向前”或“在……之前”指的是沿着杆轴线50从钻杆4的杆中央朝向杆端部中的任一杆端部移动的方向。

此处，母接头2或公接头3包括位于其稍部部分处的防护部(母接头防护部20或公接头防护部30)。可以采用下述构型中的任一构型：具有仅在母接头2处的母接头防护部20的构型，具有仅在公接头3处的公接头防护部30的构型，以及具有在母接头2处的母接头防护部20和在公接头3处的公接头防护部30的构型。防护部(母接头防护部20或公接头防护部30)和钻杆4(母接头2或公接头3)由相同的材料形成为整体件。

在具有在母接头2处的母接头防护部20的构型中，防护部(母接头防护部20)形成为关于母接头接近防护表面20b(即，沿着从母接头后部套筒24朝向母接头接近套筒22的方向)突出，该母接头接近防护表面20b是在母接头接近套筒端表面21之前的位置处形成的第五接触表面，该母接头接近套筒端表面21是母接头2的第一接触表面。在上述构型的情况下，母接头接近防护表面20b接触外部台肩防护端表面36b，该外部台肩防护端表面36b是在从公接头基部34的外部台肩端表面35向后(向后推移)(即，沿着从公接头防护部30返回至公接头基部34的方向)延伸的位置处形成的第八接触表面。此处，术语“向后”或“后退”指的是沿着杆轴线50从钻杆4的杆端部中的任一杆端部朝向杆中央移动的方向。

图2中所示的Df示出了母接头2中的不包括防护部的母接头直径部26的直径。Df是如API 5DP中的“旋转台肩连接倒角直径”所规定的值。母接头外直径部26的外直径尺寸Df——该外直径尺寸Df通过设置有防护部而(母接头防护部20)在直径方面被减小——被确定成满足API 5DP标准，使得通过充分地获得母接头2与公接头3之间的接触表面确保抗扭矩性能。根据该结构，即使在具有防护部的构型中，也能够获得母接头接近套筒端表面21与外部台肩端表面35之间的足够的接触宽度，由此确保抗扭矩性能并且提供按照API标准的工具接头和钻杆。另外，类似于母接头2，在公接头3中的内表面35a的直径如此构造成通过保持间隙的方式配合上述防护部(母接头防护部20)，并且满足在API 5DP中规定的Df值的目的。

在具有在母接头3处的公接头防护部30的构型中，防护部(公接头防护部30)形成为关于公接头前端端表面31突出，该公接头前端端表面31是在公接头密封表面39之前的位置处形成的第六接触表面，该公接头密封表面39是公接头3的第四接触表面。在上述构型的情况下，公接头前端端表面31接触内部台肩端表面25b，该内部台肩端表面25b是在从母接头后部套筒24的母接头密封表面28向后推移(即，沿着从母接头接近套筒24回到母接头后部套筒22的方向)的位置处形成的第七接触表面。

母接头2包括母接头接近套筒22、内螺纹部23和母接头后部套筒24，母接头接近套筒22包括母接头接近套筒端表面21和内表面22a，该母接头接近套筒端表面21是垂直于杆轴线50的第一接触表面，内螺纹部23具有关于杆轴线50的1/6锥度的渐缩部，并且母接头后部套筒24包括母接头密封表面28和内表面24a，该母接头密封表面28是垂直于杆轴线50的第二接触表面。

此外，母接头2设置有杆内直径部41和母接头外直径部26，该杆内直径部41提供了沿着杆轴线50的中空部分，并且该母接头外直径部26形成了母接头2的外表面。

母接头外直径部26从杆外直径部40并且经由母接头侧渐缩台肩27形成使得母接头外直径部26在直径上逐渐增大。应当指出的是，为了使渐缩清晰，内螺纹部23和外螺纹部33的螺纹在图2和图3中是省略的。此处，母接头接近套筒22和母接头后部套筒24示出为使其内表面平行于杆轴线50，但并不限于此。母接头接近套筒22和母接头后部套筒24可以具有小于内螺纹部23或外螺纹部33的渐缩部的渐缩部，并且可以特别地具有关于杆轴线50的不大于1/12锥度的渐缩部。此外，术语“平行”在本发明中包括“在具有这样的小的渐缩部的情况下大致上平行”。另外，术语“垂直于杆轴线”指的是“不仅垂直于杆轴线，而且大致垂直于杆轴线”。

公接头3包括公接头前端32、外螺纹部33和公接头基部34，公接头前端32包括公接头密封表面39和外表面32a，该公接头密封表面39是垂直于杆轴线50的第四接触表面，该外表面32a与母接头后部套筒24的内表面24a对应，外螺纹部33待被旋拧至内螺纹部23并且接合至内螺纹部23，并且公接头基部34包括外部台肩端表面35和外表面34a，该外部台肩端表面35是垂直于杆轴线50的第三接触表面并且该外表面34a与母接头接近套筒22a的内表面22a对应。

此外，公接头3设置有杆内直径部41和公接头外直径部36，该杆内直径部41提供了沿着杆轴线50的中空部分，并且该公接头外直径部36形成了公接头3的外表面。

公接头外直径部37从杆外直径部40并且经由公接头侧渐缩台肩38形成使得公接头外直径部37在直径上逐渐增加。此处，公接头前端32和公接头基部34示出为使其外表面平行于杆轴线50，但并不限于此。公接头前端32和公接头基部34可以具有小于内螺纹部23或外螺纹部33的渐缩部的渐缩部，并且可以特别地具有关于杆轴线50的不大于1/12锥度的渐缩部。

根据本发明的第一实施方式，母接头2或公接头3在其稍部部分处包括：在母接头接近套筒端表面21之前的位置处形成为关于母接头接近防护表面20b突出的防护部(母接头防护部20)；或在公接头密封表面39之前的位置处形成为关于公接头前端端表面31突出的防护部(公接头防护部30)。因此，即使钻杆4倚靠在钻探设备的地板表面上，也能够抑制由于母接头接近套筒端表面21或呈现密封功能的公接头密封表面39的冲击所导致的损坏。也就是说，防护部(母接头防护部20或公接头防护部30)可以提供防护功能和密封功能这两者。

(本发明的第二实施方式)

本发明的第二实施方式提供了下述构型：在该构型中，仅在第一实施方式中的公接头3中设置了防护部(公接头防护部30)。因此，省略了重复的说明，并且将基于第二实施方式说明用于保持钻杆4的内侧和外侧等的液体密封性的密封功能。

图4是示出了在根据本发明的第二实施方式中的双台肩工具接头和钻杆的整体构型的图示。图5是示出了在根据本发明的第二实施方式中的双台肩工具接头的沿着图4中的杆轴线的截面图，其中，公接头和母接头尚未旋拧在一起。图6是示出了在根据本发明的第二实施方式中的双台肩工具接头的沿着图4中的杆轴线的截面图，其中，公接头和母接头旋拧在一起。图7A是示出了公接头前端的详细的局部横截面图。图7B是示出了母接头后部套筒的详细的局部横截面图。图7C是示出了在工具接头被紧固的情况下公接头前端与母接头后部套筒之间的接触状态的详细的局部截面图。

如在图4、图5、图6和图7A中示出的，公接头前端32的稍部设置有公接头前端端表面31和公接头密封表面39，该公接头前端端表面31作为最凸出的部分并且该公接头密封表面39位于在从公接头前端端表面31朝向公接头基部34的方向上的向后延伸部处。公接头前端端表面31和公接头密封表面38两者都是垂直于杆轴线50的表面。此处，当钻杆4通过旋拧公接头3的外螺纹部33和母接头2的内螺纹部23而连接在一起时，公接头密封表面39与母接头密封表面28在下述状态下接触：其中，表面压力因拧紧扭矩而施加至公接头密封表面39。因此，公接头密封表面39的表面粗糙度优选为不超过32S，以使得能够确保用于保持钻杆4的外侧和内侧的液体密封性的密封功能。

另一方面，如在图7B中示出的，母接头后部套筒24设置有内部台肩端表面25和母接头密封表面28，该内部台肩端表面25作为最凹入的部分并且母接头密封表面28位于在从内部台肩端表面25到母接头接近套筒22的方向上的向前延伸部处。内部台肩端表面25和母接头密封表面28两者都是垂直于杆轴线50的表面。此处，当钻杆4通过旋拧公接头3的外螺纹部33和母接头2的内螺纹部23而连接在一起时，母接头密封表面28与公接头密封表面39在下述状态下接触：其中，表面压力因拧紧扭矩而施加至母接头密封表面28。因此，母接头密封表面28的表面粗糙度优选为不超过32S，以使得能够确保用于保持钻杆4的外侧和内侧的液体密封性的密封功能。

此处，公接头密封表面39与公接头前端端表面31之间的距离设定为如在图7A中示出的L1，并且母接头密封表面28与内部台肩端表面25b之间的距离设定为如在图7B中示出的L2。当钻杆4基于外螺纹部33拧入内螺纹部23中而连接在一起时，外部台肩端表面35首先接触母接头接近套筒端表面21，接着，公接头密封表面39接触母接头密封表面28，并且进一步被旋拧，公接头前端端表面31接触内部台肩端表面25b。如以上描述的，为了实现连续的接触，尺寸设定为L1<L2。此处，尺寸L1和L2设定为在从2mm至5mm的范围内。即，公接头密封表面39形成在从公接头前端32的第六接触表面(公接头前端端表面31)向后推移2mm至5mm的距离(沿着从公接头防护部30朝向公接头基部34返回的方向)的位置处。钻杆4设置成使公接头密封表面39不易受到损坏、比如变形、凹痕影响，即使钻杆4倚靠在钻探设备上的地板表面上亦是如此。此外，假定L1和L2两者的公差都是+0.01mm或-0.01mm，则尺寸被设定为满足L2>L1+0.02mm以实现L1<L2。

为确保液体的密封性并且防止接触不良比如不均匀接触，公接头密封表面39与母接头密封表面28之间的接触部分的宽度，即，在图7C中示出的密封宽度W，优选地设定为在从1mm至2mm的范围内。此处，密封宽度W的尺寸不包括在凹入的拐角部分处形成的R形部和在突出的拐角部分处形成的C形斜切部。

如在图7C中示出的，公接头前端32的外表面32a与母接头后部套筒24的内表面24a之间的间隙(公接头前端间隙)的宽度构造成不小于0.5mm并且不超过1.2mm。类似地，公接头基部34的外表面34a与母接头接近套筒22的内表面22a之间的间隙(公接头基部间隙)的宽度构造成不小于0.5mm并且不超过1.2mm。这些尺寸是最佳的尺寸，结构的强度可以通过这些尺寸被最大化并且该结构将不会在钻杆4通过公接头3和母接头2被相继地连接时被损坏。

(尺寸示例)

例如，如上所示的每个部件的尺寸可以施加至下述钻杆4：所述钻杆4具有13500mm或更小的整体长度、60.2mm至168.3mm的杆外直径、38.1mm至127.0mm的杆内直径、以及12.7mm至38.1mm的公接头前端长度。

母接头2和公接头3的材料并未特别地限定，并且可以以母接头2和公接头3的材料具有满足API标准5DP的要求的强度为条件进行适当地选择。

(工具接头的连接)

在母接头2和公接头3中，母接头2和公接头3中的每一者的接触表面的尺寸构造成使得当通过旋拧待通过螺纹接合而装配的内螺纹部23和外螺纹部33，母接头2与公接头3彼此接合时，母接头接近套筒端表面21与外部台肩端表面35、母接头密封表面28与公接头密封表面39、以及内部台肩端表面25b与公接头前端端表面31相继地彼此接触。对于借助于使用具有前述尺寸的工具接头1连接钻杆4而言，母接头2和公接头3首先面向彼此定位，接着，公接头3的稍部插入母接头2的开口中并且母接头2和公接头3中的至少一者旋转，使得母接头接近套筒端表面21接触外部台肩端表面35，接着，套管母接头密封表面28接触公接头密封表面39，并且内部台肩端表面25相继地接触公接头前端端表面31。

图8是示出了当通过旋拧紧固钻杆时旋转角度θ与拧紧扭矩T之间的关系的曲线图。在从母接头接近套筒端表面21与外部台肩端表面35之间的接触至母接头密封表面29与公接头密封表面39之间的接触的部段R1(从0至θ1)中，拧紧扭矩T根据旋转角度θ的增加增大至T1。因此，稳定地提供了外部表面接收压力。接着，在至内部台肩端表面25b与公接头前端端表面31之间的接触的部段R2(从θ1至θ2)中，拧紧扭矩T根据旋转角度θ的增加增大至T2。另外，拧紧扭矩T通过以将旋转角度增大至角度θ3的方式拧紧母接头2和公接头3而增大至T2。因此，稳定地提供了外部表面接收压力。

如以上描述的，内部台肩端表面25b与公接头前端端表面31之间的接触表面用作最靠近杆内直径部41的内部压力接收表面。公接头密封表面39与母接头密封表面28之间的接触表面——该接触表面位于内部台肩端表面25b与公接头前端端表面31之间的接触表面的附近并且与内部台肩端表面25b与公接头前端端表面31之间的接触表面平行——用作密封表面。此外，母接头接近套筒端表面21与外部台肩端表面35之间的最靠近杆外直径部40的接触表面用作外压力接收表面。

(装配/拆装测试)

已经对照不具有密封表面——即，没有母接头密封表面和公接头密封表面——的双台肩工具接头进行了对在根据本发明的实施方式中的工具接头1——即，具有密封表面的双台肩工具接头——的性能评价。

图9A是示出了在根据本发明的实施方式中的双台肩工具接头(钻杆)的外观图示，并且图9B是示出了对照的常规双台肩工具接头(钻杆)的外观图示。如在图4A中示出的，在根据本发明的实施方式中的双台肩工具接头在下述位置处形成有公接头密封表面39：所述位置从位于公接头前端32的稍部处的公接头前端端表面31向后推移。另一方面，对比示例中的双台肩工具接头不具有与公接头密封表面对应的部分，在对比示例中，公接头前端32的稍部完全是公接头前端端表面。

此处，钻杆和工具接头的具体构型如下。

钻杆：88.9mm的外径以及11.40mm的杆厚度、G105的钢级(基于AIP 5DP)

工具接头：DSTJ-SST39

用于性能评价的测试结果示出如下。为了提供具有与实际工作的磨损对应的作为水密和气密表面的公接头密封表面、母接头密封表面、公接头前端端表面和内部台肩端表面，在压力测试之前，已经实施了50次装配/拆装测试操作。在完成了50次的装配/拆装测试操作之后，实施烘烤过程。烘烤过程是为了消除对在装配/拆装测试操作期间所使用的润滑剂的密封性能的影响。对于在图4A和图4B中示出的已经完成上述操作的两个试样而言，实施内部压力和包括弯曲负载的拉伸复合负载测试。实施该测试是为了确定由于通过母接头密封表面28与公接头密封表面39之间的接触实现的密封效果引起的内部耐压性能的优点。

图10是示出了加载状态的VME的曲线图，其中，水平轴线是轴向载荷，并且竖向轴线是压力。

(测试条件)

就测试条件而言，研究了当内部压力沿着在图10中示出的VME曲线从LP(负载点)1增加至LP13时接头发生泄漏的点。当负载施加至LP2、至LP2B时，仅朝向LP2B施加弯曲负载(7.5度/100英尺)。随后，内部压力上升2000psi(磅每平方英寸)/步骤。

(测试结果)

1号试样(带有密封)

如在图9A中示出的，在1号试样(根据本发明的双台肩工具接头)中未发生泄漏。

最终LP13：289.0千磅(131吨(tonf))的总轴向负载，150.1千磅(68吨)的拉伸负载，以及27000psi(186.2兆帕)的内部压力。

该测试因测试设备FST的限制而终止。

2号试样(不带密封)

如在图9B中示出的，在2号试样(常规的双台肩工具接头)中发生了泄漏。

LP6:474.5千磅(215吨)的总轴向负载，397.3千磅负载(180吨)的拉伸负载，以及15000psi(103.4兆帕)的内部压力。

在LP6之前的LP5处实际观察到压力降(483.5千磅的拉伸负载以及13000psi的内部压力)。

根据本发明的第二实施方式，实现了下述效果。

(1)作为密封表面的公接头密封表面39设置在从公接头前端端表面31向后推移的部分(另一表面)处，使得公接头密封表面39未邻接至杆的端表面压力接收表面。因此，即使钻杆4倚靠在钻探设备的地板表面上，密封表面也将不会通过密封表面的接触被损坏，并且同样变得不易受到来自侧表面施加的损害的影响。

(2)除了用作内部压力接收表面的内部台肩端表面25b与公接头前端端表面31的接触表面，工具接头1构造成使得母接头密封表面28稳定地接触公接头密封表面39，使得不存在对用于控制沿着径向方向的拧紧余量的严格的尺寸控制等的需要。此外，由于密封表面垂直于杆轴线并且密封表面既不是球形的也不相对于杆轴线倾斜，所以生产期间的尺寸测量可以容易地完成使得不需要准备特殊的测量仪器。

(3)在DSTJ(双台肩工具接头)的技术中，拧紧(装配)扭矩与现有技术中一样使外部压力接收表面(在外部台肩端表面35与母接头接近套筒端表面21之间的接触中的外部压力接收表面)首先彼此相接触，接着，使内部压力接收表面(在内部台肩端表面25b与公接头前端端表面31之间的接触中的内部压力接收表面)彼此相接触。此时，作为根据本发明的位于母接头密封表面28与公接头密封表面39之间的接触表面的密封表面位于最靠近内部压力接收表面的部分。因此，可以提供下述构型：该构型在保持公接头稍部的强度的同时不易受到损害，并且不易受到抑制因内部压力的安全地上升引起的泄漏的影响。因此，可以提供下述双台肩工具接头：其中，工具接头的密封表面(位于稍部公接头前端处)在钻杆彼此相连接时不易受到损害和极好的液体密封性的影响。

(4)通过将密封宽度构造成从1mm至2mm，从内部压力接收表面至密封表面的高度差将为从2mm至5mm，并且密封表面的粗糙度将不超过32S，可以提供能够经受7000psi的平均钻井泥浆压力作为内部压力的工具接头和带有该工具接头的钻杆。

(5)水孔在经由贯通的裂缝——比如作为泄漏路径的间隙、疲劳裂缝——通过液压压力反复地侵蚀之后变成大的开口，由此引起将会降低钻杆稍部头的钻井效率的压力损失，或者引起将导致操作问题以及大的时间损失的水孔的破裂。然而，本实施方式构造成包括通过使母接头密封表面28和公接头密封表面39与内部压力接收表面间隔开的密封表面，从而可以通过密封性能抑制水孔，以防止钻探设备的操作中的大的问题、缩短停机时间、以及提高钻杆本身的寿命。

(本发明的第三实施方式)

本发明的第三实施方式提供了下述构型：其中，母接头2设置有在第一实施方式中的防护部(母接头防护部20)。因此，省略了重复的说明，并且将会参照图11说明其中公接头3包括公接头防护部30并且母接头2包括母接头防护部20的构型。

图11是示出了在根据本发明的第三实施方式中的双台肩工具接头的沿着图4中的杆轴线的截面图，其中，公接头3包括公接头防护部30并且母接头2具有母接头防护部20。

在母接头2和公接头3中，母接头2和公接头3中的每一者的接触表面的尺寸构造成使得构造成使得当通过旋拧通过待通过螺纹接合装配的内螺纹部23和外螺纹部33，母接头2和公接头3彼此接合时，母接头接近防护表面20b与外部台肩防护端表面36b、母接头接近套筒端表面21与外部台肩端表面35、母接头密封表面28与公接头密封表面39、以及内部台肩端表面25b与公接头前端端表面31而相继地彼此接触。对于借助于使用具有前述尺寸的工具接头1连接钻杆4而言，母接头2和公接头3首先面向彼此定位，接着，公接头3的稍部插入母接头2的开口中并且母接头2和公接头3中的至少一者旋转，使得母接头接近防护表面20b首先接触外部台肩防护端表面36b，然后，母接头接近套筒端表面21接触外部台肩端表面35，接着，母接头密封表面28接触公接头密封表面39，并且最后，内部台肩端表面25相继地接触公接头前端端表面31。

根据第三实施方式，双台肩工具接头构造成使得公接头3包括公接头防护部30并且母接头2包括母接头防护部20，使得能够通过防护部(母接头防护部20，公接头防护部30)呈现防护功能并且提高钻杆抵抗内部压力和外部压力的密封功能。

此外，在不背离本发明的精神或改型技术的情况下，本发明能够在范围内进行各种修改并且不限于以上描述的实施方式。

尽管为了使本公开内容完整和清晰已经参考具体的实施方式对本发明进行了描述，但附属的权利要求不会因此被限制，而是应当被解释为体现本领域的技术人员可以想到的完全落入本文所提出的基本教示中的所有的修改和替代性的结构。

工业应用

根据本发明，能够提供下述双台肩工具接头：所述双台肩工具接头的密封表面(包括公接头密封表面和母接头密封表面)不易遭受损坏，使得工具接头在钻杆联锁并使用时仍具有极好的液体密封性。

附图标记

1 工具接头

2 母接头

3 公接头

4 钻杆(drill pipe)

20 防护部(母接头防护部)

20a 内表面

20b 母接头接近防护表面(第五表面)

21 母接头接近套筒端表面(第一表面)

22 母接头接近套筒

23 内螺纹部

24 母接头后部套筒

24a 内表面

25a 内表面

25b 内部台肩端表面(第七表面)

26 母接头外直径部

27 母接头侧渐缩台肩

28 母接头密封表面(第二表面)

30 防护部(公接头防护部)

31 公接头前端端表面(第六表面)

32 公接头前端

32a 外表面

33 外螺纹部

34a 外表面

35 外部台肩端表面(第三表面)

36a 内表面

36b 外部台肩防护端表面(第八表面)

37 公接头外直径部

38 公接头侧渐缩台肩

39 公接头密封表面(第四表面)

40 杆外直径部

41 杆内直径部

50 杆轴线(pipe axis)

Claims (7)

1.一种双台肩工具接头，包括：

母接头，所述母接头包括母接头接近套筒、内螺纹部和母接头后部套筒，所述母接头接近套筒包括垂直于杆轴线的第一接触表面，所述内螺纹部具有相对于所述杆轴线的渐缩部，所述母接头后部套筒包括垂直于所述杆轴线的第二接触表面；以及

公接头，所述公接头包括公接头基部、外螺纹部和公接头前端，所述公接头基部包括与所述第一接触表面接触的第三接触表面，所述外螺纹部待被旋拧至所述内螺纹部并且接合至所述内螺纹部，所述公接头前端包括垂直于所述杆轴线用以与所述第二接触表面接触的第四接触表面，

其中，所述双台肩工具接头还包括防护部，所述防护部包括第五接触表面或第六接触表面，所述第五接触表面设置在所述母接头的从所述第一接触表面向前延伸的稍部部分中，所述第六接触表面设置在所述公接头的从所述第四接触表面向前延伸的稍部部分中。

2.根据权利要求1所述的双台肩工具接头，其中，所述防护部的在所述公接头的所述稍部部分中设置的所述第六接触表面构造成用以接触在从所述母接头后部套筒的所述第二接触表面向后延伸的位置处设置的第七接触表面。

3.根据权利要求1或2所述的双台肩工具接头，其中，所述防护部的在所述母接头的所述稍部部分中设置的所述第五接触表面构造成用以接触在从所述公接头基部的所述第三接触表面向后延伸的位置处设置的第八接触表面。

4.根据权利要求2所述的双台肩工具接头，其中，所述母接头和所述公接头中的每一者的所述接触表面的尺寸构造成使得当通过旋拧待通过螺纹接合而装配的所述内螺纹部和所述外螺纹部，使所述母接头与所述公接头彼此接合时，所述第一接触表面与所述第三接触表面、所述第二接触表面与所述第四接触表面、以及所述第六接触表面与所述第七接触表面相继地彼此接触。

5.根据权利要求2或4所述的双台肩工具接头，其中，所述第四接触表面与所述第二接触表面之间的密封宽度为1mm至2mm。

6.根据权利要求2或4所述的双台肩工具接头，其中，所述第四接触表面形成在从所述公接头前端的所述第六接触表面向后推移2mm至5mm的距离的位置处。

7.根据权利要求5或6所述的双台肩工具接头，其中，所述第二接触表面和所述第四接触表面中的每一者的表面粗糙度不超过32S。