CN105909183A - 一种高抗扭钻具螺纹接头 - Google Patents

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刘永刚
赵向坤
张献才
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    • E21B17/02—Couplings; joints
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Abstract

本发明涉及一种高抗扭钻具螺纹接头，内螺纹接头的内螺纹段与外螺纹接头的第二圆柱段螺纹段锥度范围为1:6‑1:16；外螺纹接头的第二圆柱段的外径大于内螺纹接头第二圆柱段的内径；外螺纹接头第一圆柱段与内螺纹接头第一圆柱段间为间隙配合；外螺纹接头第二圆柱段与内螺纹接头第二圆柱段间为过盈配合；外螺纹接头第二圆柱段有螺纹脂润滑槽；外螺纹接头螺纹脂润滑槽的宽度大于螺纹齿底的宽度；外螺纹接头第二圆柱段鼻端圆弧倒角半径的值为R1.5；外螺纹接头第二圆柱段的外表面直径比内螺纹接头第二圆柱段的内表面直径大0.12mm；优点是：该螺纹接头不仅适用于常规工况的钻井作业，也适用于需要大扭矩的超深井、超长水平井、大位移井、长距离定向穿越等复杂工况井。

Description

一种高抗扭钻具螺纹接头
技术领域
本发明涉及钻具领域，具体涉及一种高抗扭钻具螺纹接头。
背景技术
钻具是石油天然气勘探与开发中的重要工具，是钻柱系统的重要组成部分，各种钻具，如钻杆、加重钻杆、钻铤、转换接头等，通过螺纹连接的方式，形成整根钻柱。钻柱不仅是钻井液的循环通道，而且在钻井中传递扭矩，承受拉压，弯曲，扭转以及振动、冲击等多种载荷的复合作用。钻柱在钻井作业中的运动方式除了绕自身轴线自转外，还常常以井眼轴线为轴线进行公转，从而导致钻具接头与井壁或套管发生摩擦磨损，产生反转运动，使钻具螺纹存在松扣的风险。软硬地层交错引发的钻头的憋钻会对钻柱产生瞬时的反扭矩，使钻具螺纹发生松扣。此外，因钻头破碎岩石的不均匀性导致钻柱承受来自地层反作用力的纵向震动冲击载荷，也使钻柱螺纹接头存在松扣的风险。事实上，钻柱在钻井作业过程中的松扣现象时有发生，从而导致钻具螺纹接头发生粘扣失效和摩擦磨损失效。由于螺纹连接的松扣，扭矩台肩面的接触压力降低，从而导致钻具螺纹扭矩台肩面的刺漏失效。此外，由于螺纹连接的松扣，相互啮合的螺纹连接的应力发生变化，出现局部的高应力区域，使螺纹连接发生疲劳失效，导致螺纹接头的刺漏或断裂。上述的这些失效在公开报道的文献资料里有大量的记载。钻具螺纹接头发生松扣的原因主要有以下几方面的因素：（1）钻具螺纹接头承受的如上所述的复杂的载荷工况；（2）在上扣操作中，上扣扭矩低于接头的名义最小上扣矩值；（3）目前钻具螺纹接头的自身结构。目前普遍所用的钻具螺纹接头，无论是单台肩螺纹接头还是双台肩的螺纹接头，采用的是粗牙螺纹。在扭矩台肩接触之前，上扣扭矩值很小，当扭矩台肩接触后，扭矩值迅速飙升到设定的上扣扭矩值，如附图1所示。也就是说，当震动或瞬时的反扭矩等其他因素导致相互啮合的接头台肩面发生微小的反向位移时，螺纹接头的扭矩值会迅速下降，尤其是已有一定磨损后的螺纹接头，这是钻具螺纹松扣的结构设计因素。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供一种高抗扭钻具螺纹接头。
本发明的技术方案是：一种高抗扭钻具螺纹接头，包括内螺纹接头和外螺纹接头，所述的内螺纹接头包括第一扭矩台肩面，第一圆柱段，内螺纹段，第二圆柱段，第二扭矩台肩面；外螺纹接头包括第一扭矩台肩面，第一圆柱段，外螺纹段，第二圆柱段，第二扭矩台肩面，所述内螺纹接头的内螺纹段与外螺纹接头的第二圆柱段螺纹段锥度范围为1:6-1:16；所述外螺纹接头的第二圆柱段的外径大于内螺纹接头第二圆柱段的内径；外螺纹接头第一圆柱段与内螺纹接头第一圆柱段间为间隙配合；外螺纹接头第二圆柱段与内螺纹接头第二圆柱段间为过盈配合；外螺纹接头第二圆柱段有螺纹脂润滑槽；外螺纹接头螺纹脂润滑槽的宽度大于螺纹齿底的宽度；外螺纹接头第二圆柱段鼻端圆弧倒角半径的值为R1.5；外螺纹接头第二圆柱段的外表面直径比内螺纹接头第二圆柱段的内表面直径大0.12mm。
所述外螺纹接头螺纹脂润滑槽的宽度大于螺纹齿底的宽度0.5mm。
所述的外螺纹接头的第二圆柱段的螺纹脂润滑槽表面采用光滑圆弧连接。
所述内螺纹接头的内螺纹段与外螺纹接头的螺纹段锥度比为1:12。
本发明的有益效果是：该螺纹接头不仅适用于常规工况的钻井作业，也适用于需要大扭矩的超深井、超长水平井、大位移井、长距离定向穿越等复杂工况井；所述的内、外螺纹接头在上扣后，外螺纹的第二圆柱段外表面与内螺纹的第二圆柱段内表面的接触面间的过盈配合将产生径向力，产生弹性变形能，使卸扣扭矩增加，有效的降低钻杆接头在使用过程中产生“二次上扣”的风险，提高钻杆接头的安全可靠性；所述的内、外螺纹接头在上扣后，第一扭矩台肩面和第二扭矩台肩面有效接触，使螺纹接头具有高抗扭性能；所述的内、外螺纹接头在上扣后，经试验，抗扭强度比同规格的API螺纹接头提高50%以上。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的外螺纹接头第二圆柱段的局部放大图。
其中：1为外螺纹接头、11为第一扭矩台肩面、12为第一圆柱段、13为外螺纹段、14为第二圆柱段、15为第二扭矩台肩面、16为螺纹齿底、17为螺纹脂润滑槽、18为第二圆柱段外表面、19为鼻端圆弧倒角半径、2为内螺纹接头、21为第一扭矩台肩面、22为第一圆柱段、23为内螺纹段、24为第二圆柱段、25为第二扭矩台肩面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
一种高抗扭钻具螺纹接头，包括内螺纹接头2和外螺纹接头1，所述的内螺纹接头2包括第一扭矩台肩面21，第一圆柱段22，内螺纹段23，第二圆柱段24，第二扭矩台肩面25；外螺纹接头1包括第一扭矩台肩面11，第一圆柱段12，外螺纹段13，第二圆柱段14，第二扭矩台肩面15，所述内螺纹接头2的内螺纹段23与外螺纹接头1的第二圆柱段(14)螺纹段锥度范围为1:6-1:16；所述外螺纹接头1的第二圆柱段14的外径大于内螺纹接头2第二圆柱段24的内径；外螺纹接头1第一圆柱段12与内螺纹接头2第一圆柱段22间为间隙配合；外螺纹接头1第二圆柱段14与内螺纹接头2第二圆柱段24间为过盈配合；外螺纹接头1第二圆柱段14有螺纹脂润滑槽17；外螺纹接头1螺纹脂润滑槽17的宽度大于螺纹齿底16的宽度；外螺纹接头1第二圆柱段14鼻端圆弧倒角半径19的值为R1.5；外螺纹接头1第二圆柱段外表面18直径比内螺纹接头2第二圆柱段24的内表面直径大0.12mm。
所述外螺纹接头1螺纹脂润滑槽17的宽度大于螺纹齿底16的宽度0.5mm。
所述的外螺纹接头1的第二圆柱段14的螺纹脂润滑槽17表面采用光滑圆弧连接。
所述内螺纹接头2的内螺纹段23与外螺纹接头1的螺纹段锥度比为1:12。
采用以上实施参数，内、外螺纹接头在上扣时，外螺纹的第二圆柱段外表面18与内螺纹的第二圆柱段24内表面接触，形成过盈配合，增加上扣扭矩。随着螺纹的旋合，外螺纹的第二圆柱段外表面18与内螺纹的第二圆柱段24内表面的接触面增加，上扣扭矩逐渐增大。随后，内外螺纹接头的第二扭矩台肩面和第一扭矩台肩面先后接触，扭矩值达到预设值，完成上扣。
采用以上实施参数，内、外螺纹接头在上扣后，外螺纹的第二圆柱段外表面18与内螺纹的第二圆柱段24内表面的接触面间的过盈配合将产生径向力，产生弹性变形能，使卸扣扭矩增加，有效的降低钻杆接头在使用过程中产生“二次上扣“的风险，提高钻杆接头的安全可靠性。
采用以上实施参数，内、外螺纹接头在上扣后，第一扭矩台肩面和第二扭矩台肩面有效接触，使螺纹接头具有高抗扭性能。
采用以上实施参数，内、外螺纹接头在上扣后，经试验，抗扭强度比同规格的API螺纹接头提高55%。

Claims (4)

1.一种高抗扭钻具螺纹接头，包括内螺纹接头（2）和外螺纹接头（1），其特征在于：所述的内螺纹接头（2）包括第一扭矩台肩面（21），第一圆柱段（22），内螺纹段（23），第二圆柱段（24），第二扭矩台肩面（25)；外螺纹接头(1)包括第一扭矩台肩面(11)，第一圆柱段(12)，外螺纹段(13)，第二圆柱段(14)，第二扭矩台肩面(15)，所述内螺纹接头(2)的内螺纹段(23)与外螺纹接头(1)的第二圆柱段(14)螺纹段锥度范围为1:6-1:16；所述外螺纹接头(1)的第二圆柱段(14)的外径大于内螺纹接头(2)第二圆柱段(24)的内径；外螺纹接头(1)第一圆柱段(12)与内螺纹接头(2)第一圆柱段(22)间为间隙配合；外螺纹接头(1)第二圆柱段(14)与内螺纹接头(2)第二圆柱段(24)间为过盈配合；外螺纹接头(1)第二圆柱段(14)有螺纹脂润滑槽(17)；外螺纹接头(1)螺纹脂润滑槽(17)的宽度大于螺纹齿底(16)的宽度；外螺纹接头(1)第二圆柱段(14)鼻端圆弧倒角半径(19)的值为R1.5；外螺纹接头(1)第二圆柱段外表面(18)直径比内螺纹接头(2)第二圆柱段(24)的内表面直径大0.12mm。
2.根据权利要求1所述的一种高抗扭钻具螺纹接头，其特征在于：所述外螺纹接头(1)螺纹脂润滑槽(17)的宽度大于螺纹齿底(16)的宽度0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种高抗扭钻具螺纹接头，其特征在于：所述的外螺纹接头(1)的第二圆柱段(14)的螺纹脂润滑槽(17)表面采用光滑圆弧连接。
4.根据权利要求1所述的一种高抗扭钻具螺纹接头，其特征在于：所述内螺纹接头(2)的内螺纹段(23)与外螺纹接头(1)的螺纹段锥度比为1:12。
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