CN105735912A - 一种不同配合锥度的钻杆接头连接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油天然气和矿产开采领域，具体涉及一种不同配合锥度的钻杆接头连接结构。一种不同配合锥度的钻杆接头连接结构，包括外螺纹接头和内螺纹接头，外螺纹接头为带有外螺纹的锥度外螺纹接头，外螺纹采用梯形螺纹结构或三角螺纹结构，外螺纹沿轴向的锥度为m，锥度m为1：6～1：32；内螺纹接头为与外螺纹接头相配合的带有内螺纹的锥度内螺纹接头，内螺纹采用梯形螺纹结构或三角螺纹结构，内螺纹的锥度为n，锥度n为1：5.9～1：31.9。本发明公开的一种不同配合锥度的钻杆接头连接结构通过不同锥度螺纹的啮合控制螺纹大端和小端各自的配合间隙，进而改善外螺纹大端根部的受力情况，使外螺纹承受的载荷比例分布更为均衡。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气和矿产开采领域，具体涉及一种不同配合锥度的钻杆接头连接结构。
背景技术
钻杆是钻探施工中的重要工具,用来传递钻机的扭矩和给进/起拔力。作为钻进过程中的主要传力和受力部件，钻杆在孔内受到拉、压、弯、扭以及振动等各种载荷的复合作用,所以经常出现钻杆断裂的事故,不仅影响生产,而且造成人力、财力的损失。统计结果显示，钻杆的危险断面位于外螺纹大端根部。
传统的钻杆接头连接结构主要采用两种方式：第一种是相同锥度的螺纹配合，螺纹啮合之后，从螺纹的大端到小端，螺纹的配合间隙均保持一致；第二种是部分绳索取心钻杆的接头螺纹虽然设计为不同的锥度，但是为了增强螺纹的连接刚性，螺纹大端采用过盈配合。这两种钻杆接头连接结构，外螺纹大端根部均为受力最大点，即钻杆的危险断面位于外螺纹大端根部。
发明内容
发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明公开了一种不同配合锥度的钻杆接头连接结构，在不改变钻杆壁厚和基面中径的基础上，通过改变外螺纹或者内螺纹其中之一的锥度，改善外螺纹大端根部的受力情况，使外螺纹承受的载荷比例分布更为均衡。
技术方案：一种不同配合锥度的钻杆接头连接结构，包括外螺纹接头和内螺纹接头，
所述外螺纹接头为带有外螺纹的锥度外螺纹接头，所述外螺纹采用梯形螺纹结构或三角螺纹结构，所述外螺纹沿轴向的锥度为m，锥度m为1：6～1：32；
所述内螺纹接头为与所述外螺纹接头相配合的带有内螺纹的锥度内螺纹接头，所述内螺纹采用梯形螺纹结构或三角螺纹结构，所述内螺纹的锥度为n，锥度n为1：5.9～1：31.9。
进一步地，所述外螺纹接头沿轴向的锥度m小于内螺纹接头沿轴向的锥度n。
进一步地，所述外螺纹的梯形螺纹结构一侧的牙侧角为-5°～60°，另一侧的牙侧角为-5°～60°。
进一步地，所述内螺纹的梯形螺纹结构一侧的牙侧角为-5°～60°，另一侧的牙侧角为-5°～60°。
进一步地，所述外螺纹的三角形螺纹结构的两侧具有相同的牙侧角，该牙侧角为27.5°～33°。
进一步地，所述内螺纹的三角形螺纹结构的两侧具有相同的牙侧角，该牙侧角为27.5°～33°。
有益效果：本发明公开的一种不同配合锥度的钻杆接头连接结构通过不同锥度螺纹的啮合控制螺纹大端和小端各自的配合间隙，进而改善外螺纹大端根部的受力情况，使外螺纹承受的载荷比例分布更为均衡。
附图说明
图1是本发明公开的一种不同配合锥度的钻杆接头连接结构的示意图；
图2是图1的A处的局部放大图；
图3是钻杆的结构示意图；
图4是同一配合锥度的钻杆接头连接结构示意图；
图5是图4的B处的局部放大图；
其中：
1-外螺纹接头2-内螺纹接头
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式详细说明。
具体实施例1
一种不同配合锥度的钻杆接头连接结构，包括外螺纹接头和内螺纹接头，
外螺纹接头为带有外螺纹的锥度外螺纹接头，外螺纹采用梯形螺纹结构，外螺纹沿轴向的锥度为m，锥度m为1：6；
内螺纹接头为与外螺纹接头相配合的带有内螺纹的锥度内螺纹接头，内螺纹采用梯形螺纹结构，内螺纹的锥度为n，锥度n为1：5.9。
进一步地，外螺纹接头沿轴向的锥度m小于内螺纹接头沿轴向的锥度n。
进一步地，外螺纹的梯形螺纹结构一侧的牙侧角为-5°，另一侧的牙侧角为30°。
进一步地，内螺纹的梯形螺纹结构一侧的牙侧角为-5°，另一侧的牙侧角为30°。
为了改善钻杆外螺纹根部的受力情况，本发明在不改变钻杆壁厚和基面中径的基础上，通过改变外螺纹或者内螺纹其中之一的锥度，改善外螺纹大端根部的受力情况，使外螺纹承受的载荷比例分布更为均衡。
如图3所示，钻杆包括外螺纹接头1和内螺纹接头2，外螺纹接头1和内螺纹接头2沿轴向的锥度分别为m和n。
图4是现有钻杆螺纹设计采用最多的同一配合锥度的钻杆接头连接结构，即m＝n。图5是同一配合锥度的钻杆接头连接后的螺纹啮合局部放大示意图，从图中可以看出，外螺纹接头和内螺纹接头的基面中径相同，所以钻杆螺纹的配合间隙从大端到小端均保持一致，根据钻杆螺纹的有限元模型进行等效应力分析，钻杆螺纹的危险断面是外螺纹接头大端根部，实际使用效果也证实了这一点。
图1所示的是本发明，一种不同配合锥度的钻杆接头连接结构，参照图3，同样，钻杆包括外螺纹接头1和内螺纹接头2，外螺纹接头1和内螺纹接头2沿轴向的锥度分别为m和n，和图4结构不同的是，外螺纹接头1的锥度m和内螺纹接头2的锥度n不同，并且m＜n。
图2是本发明钻杆连接后的螺纹啮合局部放大示意图，从图中可以看出，在K点左边，即靠近螺纹大端部位，外螺纹和内螺纹啮合之后为间隙配合，在K点，外螺纹和内螺纹的配合间隙为0，在K点右边，即靠近螺纹小端部位，外螺纹和内螺纹啮合之后为过盈配合。这种配合方式使得螺纹的大端所承受的力和扭矩相对减小，能够有效改善外螺纹大端根部的受力情况，使外螺纹承受的载荷比例分布更为均衡。
因此，本发明在不改变钻杆壁厚和基面中径的基础上，通过改变外螺纹或者内螺纹其中之一的锥度，改变钻杆危险断面的受力，有效提高钻杆的疲劳强度和使用寿命。
具体实施例2
与具体实施例1大致相同，区别仅仅在于：
锥度m为1：32；
锥度n为1：31.9
进一步地，外螺纹的梯形螺纹结构一侧的牙侧角为0°，另一侧的牙侧角为60°。
进一步地，内螺纹的梯形螺纹结构一侧的牙侧角为0°，另一侧的牙侧角为60°。
具体实施例3
与具体实施例1大致相同，区别仅仅在于：
锥度m为1：10；
锥度n为1：8；
外螺纹的梯形螺纹结构一侧的牙侧角为60°，另一侧的牙侧角为-5°。
内螺纹的梯形螺纹结构一侧的牙侧角为60°，另一侧的牙侧角为-5°。
具体实施例4
与具体实施例1大致相同，区别仅仅在于：
锥度m为1：6；
锥度n为1：5.9；
外螺纹采用三角螺纹结构；
内螺纹采用三角螺纹结构；
外螺纹的三角形螺纹结构的两侧具有相同的牙侧角，该牙侧角为27.5°。
内螺纹的三角形螺纹结构的两侧具有相同的牙侧角，该牙侧角为27.5°。
具体实施例5
与具体实施例1大致相同，区别仅仅在于：
锥度m为1：32；
锥度n为1：31.9；
外螺纹采用三角螺纹结构；
内螺纹采用三角螺纹结构；
外螺纹的三角形螺纹结构的两侧具有相同的牙侧角，该牙侧角为33°。
内螺纹的三角形螺纹结构的两侧具有相同的牙侧角，该牙侧角为33°。
具体实施例6
与具体实施例1大致相同，区别仅仅在于：
锥度m为1：16；
锥度n为1：8；
外螺纹采用三角螺纹结构；
内螺纹采用三角螺纹结构；
外螺纹的三角形螺纹结构的两侧具有相同的牙侧角，该牙侧角为30°。
内螺纹的三角形螺纹结构的两侧具有相同的牙侧角，该牙侧角为30°。
上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (6)
1.一种不同配合锥度的钻杆接头连接结构，其特征在于，包括外螺纹接头和内螺纹接头，
所述外螺纹接头为带有外螺纹的锥度外螺纹接头，所述外螺纹采用梯形螺纹结构或三角螺纹结构，所述外螺纹沿轴向的锥度为m，锥度m为1：6～1：32；
所述内螺纹接头为与所述外螺纹接头相配合的带有内螺纹的锥度内螺纹接头，所述内螺纹采用梯形螺纹结构或三角螺纹结构，所述内螺纹的锥度为n，锥度n为1：5.9～1：31.9。
2.根据权利要求1所述的一种不同配合锥度的钻杆接头连接结构，其特征在于，所述外螺纹接头沿轴向的锥度m小于内螺纹接头沿轴向的锥度n。
3.根据权利要求1或2所述的一种不同配合锥度的钻杆接头连接结构，其特征在于，所述外螺纹的梯形螺纹结构一侧的牙侧角为-5°～60°，另一侧的牙侧角为-5°～60°。
4.根据权利要求1或2所述的一种不同配合锥度的钻杆接头连接结构，其特征在于，所述内螺纹的梯形螺纹结构一侧的牙侧角为-5°～60°，另一侧的牙侧角为-5°～60°。
5.根据权利要求1或2所述的一种不同配合锥度的钻杆接头连接结构，其特征在于，所述外螺纹的三角形螺纹结构的两侧具有相同的牙侧角，该牙侧角为27.5°～33°。
6.根据权利要求1或2所述的一种不同配合锥度的钻杆接头连接结构，其特征在于，所述内螺纹的三角形螺纹结构的两侧具有相同的牙侧角，该牙侧角为27.5°～33°。
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