CN107429861A - 带有双台肩工具接头的钻杆 - Google Patents
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Abstract
提供了一种带有双台肩工具接头的钻杆，在不显著地改变预定的螺纹部形状的情况下，可以通过双台肩工具接头释放应力集中，并且双台肩工具接头具备优异的疲劳特性。带有双台肩工具接头的钻杆(1)包括：公接头(3)，该公接头包括具有预定形状的外螺纹部(30)；以及母接头(2)，该母接头包括待与外螺纹部(30)螺纹接合的内螺纹部(20)，外螺纹部(30)的较大直径侧的三个或更少的连续的近端螺纹脊的穿入螺纹面(41)和/或内螺纹部(20)的较小直径侧的三个或更少的连续的近端螺纹脊中的每个近端螺纹脊的穿入螺纹面(41)包括环绕加工部。
Description
技术领域
本发明涉及带有双台肩工具接头的钻杆(drill pipe)，更具体地涉及带有具备应力释放功能以改善疲劳特性的双台肩工具接头的钻杆，其中，双台肩工具接头适当地应用于用于地面钻井的钻杆、重型钻杆、接地管柱钻杆等。
背景技术
就钻杆的疲劳而言，存在一些规定和约束，并且DS-1、API(美国石油协会)规范中的Spec 7G等用作指导准则。例如，API Spec.7G中描述了作为疲劳指标的载荷弯曲应力与作为可能转数指标的可允许重复次数之间的关系。此外，API Spec.7G提出了下述钻井条件：井的倾斜角度表示成每隔33m所成的区域性角度，并且钻井在井的倾斜角度为6度或更小时应当通过旋转钻杆来进行，而在井的倾斜角度大于6度时应当通过仅旋转钻头梢端部分来进行。
然而，在这两种情况下，在具有较薄壁厚的钻杆管体中可能会出现疲劳问题，而在钻杆的两个端部处形成的工具接头不会出现疲劳问题。因此，特别地在双台肩工具接头中，甚至对于根据API规范的工具接头(带螺纹接头)而言，用于解决在伴随大深度-斜度钻井的发展的较大载荷施加在工具接头上的应用中的问题的方法并不是主要问题，只要考虑到管体的静态扭转强度和屈服强度而使用双台肩工具接头即可。然而，对于管体的壁厚大于工具接头的壁厚的钻杆如钻铤而言，工具接头成为钻杆强度的瓶颈、即钻杆中的最弱部分。在这种情况下，建议通过凹槽加工来提供外螺纹部(外螺纹)的颈部平行部分(API Spec.7G)。
在如API Spec.7中所应用的现有技术中，通常已经提出的是，在公接头颈部部分处进行应力释放槽(下文中，被称为“SRG”)加工，使螺纹脊的轮廓明显改变，或使螺纹部分的根部的半径在螺纹部分的整个长度上增大。
关于螺纹接头的疲劳强度的提高，还公开了以下技术。专利文献1公开了一种具有高扭矩和高疲劳强度的工具接头，在该工具接头中，布置在API工具接头的母接头内表面侧的圆筒形环状部(环形部)接受一定程度上的组装(拧紧)扭矩。专利文献2公开了一种在台肩面上布置具有高弹性变形性的环状件以在使用期间保持台肩部分的充分接触的技术。专利文献3、专利文献4和专利文献5公开了用于通过逐渐改变螺纹脊的高度而将来自台肩的反作用力分散至较多的螺纹脊的技术。此外，关于用于分散反作用力的技术，专利文献6公开了一种通过在顶部中设置槽口来减弱螺纹脊的刚性的技术，而专利文献7公开了一种在螺纹脊的根部中设置槽口的技术。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP-A 06-281060
专利文献2：JP-A 07-260054
专利文献3：JP-A 02-35208
专利文献4：JP-A 01-48988
专利文献5：JP-A 04-157283
专利文献6：JP-A 2005-221038
专利文献7：JP-A 04-66483
发明内容
技术问题
在现有技术中，工具接头的外螺纹部的颈部平行部分的SRG加工、螺纹部的加工等已经彼此独立地被提出。根据这些单独的用于解决问题的方法，设计下述装置已经是困难的，该装置用于准确地释放应力集中的目的，从而由于不必要的加工而导致加工时间的延长以及加工成本的增大，以及由于因不必要的机械加工引起的结构的强度元件的减少而导致的强度的降低。特别地，螺纹部的形状的改变由于会牺牲与工具接头的性能相关的临界横截面面积，因而是不推荐的。
作为与上述方法不同的应对措施，可以设想整体设计改变或材料本身强度的提高。在前一种情况下，由于产品失去通用性而需要准备专门的检测装置，这会导致成本的增大。此外，由于需要复杂的质量控制，销售提升将受损失。在后一种情况下，考虑到用于与杆的结合的摩擦焊接中的强度平衡，不建议进一步提高用于工具接头的材料的强度。例如，这种构型可能导致机械测试值中的问题(高硬度和低韧性导致脆性)。因此，通过考虑诸如对强度的重新调整、形状变化等的限制的诸多约束，需要在不使根据API规范等的原始钻杆的性能变差的情况下仅提高疲劳强度。在这种情况下，最重要的是在不减小可能成为瓶颈的部分的临界横截面面积的情况下设计钻杆。
根据专利文献1中公开的技术，可以预期的是，通过设置圆筒形环状部件而提高根据API规范的工具接头的扭矩增加和疲劳强度。然而，在内表面上原来具有台肩的双台肩工具接头中不能预期上述效果。对于专利文献2中描述的弹性环，需要使用与工具接头的材料不同的材料，使得可能产生双金属腐蚀。在专利文献3、专利文献4和专利文献5中描述的技术中，仅通过改变螺纹脊的高度难以使台肩的反作用力充分地分散，使得螺纹脊的螺纹面的压力接受区域减少。因此，不能预期疲劳强度的提高。根据专利文献6和专利文献7中描述的技术，螺纹部的形状变得非常复杂，使得加工变得非常困难，这会导致成本的增大以及加工时间的增加。
因此，本发明的目的是提供一种带有具备优异的疲劳特性的双台肩工具接头的钻杆，其中，双台肩工具接头能够在不显著改变螺纹部的预定形状的情况下释放应力集中。
问题的解决方案
[1]为了实现上述目的，本发明的特征提供了一种带有双台肩工具接头的钻杆，该钻杆包括：
公接头，该公接头包括具有预定形状的外螺纹部；以及
母接头，该母接头包括待与外螺纹部螺纹接合的内螺纹部，
其中，外螺纹部的较大直径侧的三个或更少的连续的近端螺纹脊中的每个近端螺纹脊的穿入螺纹面和/或内螺纹部的较小直径侧的三个或更少的连续的近端螺纹脊中的每个近端螺纹脊的穿入螺纹面包括环绕加工部。
[2]在根据[1]所述的带有双台肩工具接头的钻杆中，公接头可以包括位于公接头的颈部部分处的具有至少两个弯曲部的另一环绕加工部。
[3]在根据[1]或[2]所述的带有双台肩工具接头的钻杆中，环绕加工部的根部处的最小横截面面积可以等于外螺纹部或内螺纹部的根部处的临界横截面面积。
[4]在根据[1]至[3]中的任一项所述的带有双台肩工具接头的钻杆中，预定形状可以包括根据API规范的螺纹部形状，并且环绕加工部通过后加工而形成。
[5]本发明的另一特征提供了一种带有双台肩工具接头的钻杆，该钻杆包括：
公接头，该公接头包括具有预定形状的外螺纹部；以及
母接头，该母接头包括待与外螺纹部螺纹接合的内螺纹部，
其中，外螺纹部和内螺纹部中的任一者的不完全螺纹脊构造成与外螺纹部和内螺纹部中的所述任一者的配合部分的完全螺纹脊螺纹接合，
其中，完全螺纹脊的穿入螺纹面包括环绕加工部。
[6]在根据[5]所述的带有双台肩工具接头的钻杆中，公接头可以包括位于公接头的颈部部分处的具有至少两个弯曲部的另一环绕加工部。
[7]在根据[5]或[6]所述的带有双台肩工具接头的钻杆中，环绕加工部的根部处的最小横截面面积可以等于外螺纹部或内螺纹部的根部处的临界横截面面积。
[8]在根据[5]至[7]中的任一项所述的带有双台肩工具接头的钻杆中，预定形状可以包括根据API规范的螺纹部形状，并且环绕加工部通过后加工而形成。
发明的有益效果
因此，本发明的目的是提供一种带有具备优异的疲劳特性的双台肩工具接头的钻杆，其中，双台肩工具接头能够在不显著改变螺纹部的预定形状的情况下释放应力集中。
附图说明
图1是示出了根据本发明的一个实施方式中的带有双台肩工具接头的钻杆的总体构型以及钻杆彼此接合的状态的图示。
图2A是根据本发明的第一实施方式中的带有双台肩工具接头的钻杆的外螺纹部的颈部部分中的沿着如图1中所示的杆轴线截取的局部截面图。
图2B是图2A中的部分A的详细截面图。
图3是带有双台肩工具接头的钻杆的外螺纹部的颈部部分中的沿着如图1中所示的杆轴线截取的局部截面图，该局部截面图用于说明在如图2A中所示的外螺纹部的颈部部分中进行的环绕加工(SRG加工)的方法。
图4是根据本发明的第一实施方式中的带有双台肩工具接头的钻杆的内螺纹部的根部中的沿着如图1中所示的杆轴线截取的局部截面图。
图5A是带有双台肩工具接头的钻杆中的具有根据API规范的螺纹部形状的外螺纹部的颈部部分的有限元分析(FEA)的应力分析图示。
图5B是根据本发明的第一实施方式中的带有双台肩工具接头的钻杆中的具有根据API规范的螺纹部形状的被执行SRB加工的外螺纹部的颈部部分的FEA应力分析图示。
图6是根据本发明的第二实施方式中的带有双台肩工具接头的钻杆的外螺纹部的颈部部分中的沿着如图1中所示的杆轴线截取的局部截面图。
图7是钻杆的外螺纹部的颈部部分中的沿着如图1中所示的杆轴线截取的局部截面图，该局部截面图用于说明如图6中所示的外螺纹部的颈部部分的环绕加工(SRG加工和SRG加工)的方法。
图8A是带有双台肩工具接头的钻杆中的具有根据API规范的螺纹部形状的外螺纹部的颈部部分的FEA应力分析图示。
图8B是根据本发明的第二实施方式中的带有双台肩工具接头的钻杆中的具有根据API规范的螺纹部形状的被执行SRB加工的外螺纹部的颈部部分的FEA应力分析图示。
图9A是示出了用于根据本发明的实施方式中的带有双台肩工具接头的钻杆的工具接头的疲劳测试机的图示。
图9B是示出比较示例中的带有双台肩工具接头的钻杆中的工具接头的断裂样本的图示。
具体实施方式
(工具接头和钻杆的总体构型)
图1是示出了根据本发明的一个实施方式中的带有双台肩工具接头的钻杆1的总体构型以及钻杆1彼此接合的状态的图示。该带有双台肩工具接头的钻杆1(下文中，被称为“钻杆1”)包括钻杆管体4，该钻杆管体4包括两个端部，所述两个端部各自设置有具有内螺纹部(即，内螺纹)20的母接头2和具有外螺纹部(即，外螺纹)30的公接头3。母接头2和公接头3构成带有双台肩工具接头的钻杆1中的每个工具接头。钻杆1通过将一个钻杆1的外螺纹部30旋拧到另一钻杆1的内螺纹部20中来连接一个钻杆1的母接头2和另一钻杆1的公接头3而彼此接合，如图1中所示。钻杆1的连接可以根据所需数量而增加。
在本说明书中，“SRG加工”指的是用于在外螺纹部的较大直径侧的颈部部分(近端端部)与公接头台肩面之间的拐角部处设置应力释放槽(SRG)的加工、特别是环绕加工。此外，“SRB加工”指的是用以从螺纹的根部(根部位置由P指示)开始在穿入螺纹面上设置应力释放底部(下文中，也被称为“SRB”)的加工、特别是环绕加工。在此，环绕加工(环绕处理)指的是用于为物体提供圆度、预定的曲率或其组合的加工。
(第一实施方式)
图2A是根据本发明的第一实施方式中的带有双台肩工具接头的钻杆1的外螺纹部30的颈部部分33中的沿着如图1中所示的杆轴线CL截取的局部截面图。图2B是图2A中的部分A的详细截面图。
如图2A和图2B中所示的内螺纹部20和外螺纹部30中的每一者均具有如API规范中所定义的钻杆的标准螺纹接头的螺纹形状。在本实施方式中，在较大直径侧(即，在近端处)具有颈部部分33且在较小直径侧(即，在近端处)具有公接头鼻部端面32的锥螺纹(例如，API Spec.7)用作外螺纹部30。
如图2A中所示，母接头2的内螺纹部20和公接头3的外螺纹部30被旋拧而彼此接合(即，螺纹配合)。通过接合，母接头2的母接头端面22与公接头3的公接头台肩面31接触(抵接)而构成双台肩构型。此外，如图4中所示，母接头2的母接头台肩面21与公接头3的公接头鼻部端面32接触(抵接)，稍后将对此进行描述。也就是说，在双台肩工具接头中，外台肩(公接头台肩面31与母接头端面22之间的接触部)和内台肩(母接头台肩面21与公接头鼻部端面32之间的接触部)通过内螺纹部20和外螺纹部30的接合而彼此接触(抵接)，以提供密封功能并传递钻杆的旋转扭矩。
在此，如图2A和图2B中所示，在内螺纹部20与外螺纹部30的接合中，内螺纹部20的螺纹脊的一个螺纹面(承载螺纹面40)与外螺纹部30的螺纹脊的一个螺纹面接触(抵接接触)，而内螺纹部20的螺纹脊的另一螺纹面(穿入螺纹面41)与外螺纹部30的下一螺纹脊的一个螺纹面不接触(抵接接触)。
如图2A中所示，通过母接头2的内螺纹部20与公接头3的外螺纹部30的接合，公接头台肩面31与母接头端面22接触(抵接接触)。如随后待描述的图4中所示，公接头鼻部端面32与母接头台肩面21接触(抵接接触)。在螺纹部(内螺纹部20和外螺纹部30)中，承载螺纹面40用作内螺纹部20的螺纹脊的一个螺纹面与外螺纹部30的螺纹脊的一个螺纹面接触(抵接接触)的承载面。
(外螺纹部的SRB加工部)
在双台肩工具接头中，通过组装(即，拧紧)工具接头而在外台肩和内台肩处产生较高的表面压力，并且特别地由于外台肩处的表面压力，存在较高的弯曲应力疲劳特性。外螺纹部30的较大直径侧的三个连续的近端螺纹脊承受台肩部分的表面压力的反作用力，使得在螺纹的根部直至所述三个连续的螺纹脊处、外螺纹部的颈部部分处或不完全螺纹处出现应力集中，这将导致较大的拉伸应力。因此，这些部分是疲劳断裂中的最弱部分。为了解决该问题，外螺纹部30的较大直径侧的三个或更少的连续的近端螺纹脊的穿入螺纹面41通过SRB加工而加工成具有曲率半径大于原始的根部半径的弯曲部。即，经受SRB加工的近端螺纹脊的数目最多为3个，并且可以是1个或2个。
外螺纹部30的SRB加工部37是公接头3的外螺纹部30的较大直径侧的三个或更少的连续的近端螺纹脊中的每个近端螺纹脊的穿入螺纹面41上的环绕加工部。SRB加工部37是用于应力释放的环绕加工部，并且仅形成在螺纹的位于穿入螺纹面41侧的根部处。
如图2A和2B中所示，外螺纹部30的SRB加工部37通过对外螺纹部30的颈部部分(即，近端端部)33的较大直径侧的包括不完全螺纹脊的三个或更少的连续的近端螺纹脊的穿入螺纹面41执行SRB加工而形成。换言之，对待与内螺纹部20的不完全螺纹脊螺纹接合的外螺纹部30的完全螺纹脊的穿入螺纹面41执行SRB加工。由两种不同方式的表述限定的环绕加工部基本上相同，并且在任何情况下都提供稍后将描述的效果。
在SRB加工部37中，环绕加工部的根部处的最小横截面面积被设定为等于或大于外螺纹部30的螺纹根部的临界横截面面积。在此，对于内螺纹部20和外螺纹部30两者而言，临界横截面是螺纹部中的接合部之外的部分的横截面。外螺纹部临界横截面面积是外螺纹部30的螺纹接合部中的较大直径侧(即，最近端的接合螺纹)的最后的接合螺纹的根部处的临界横截面面积。内螺纹部临界横截面面积是内螺纹部20的螺纹接合部中的较小直径侧(即，最近端的接合螺纹)的最后的接合螺纹的根部处的临界横截面面积。尽管临界横截面是待与临近最后的接合螺纹的不完全螺纹(即，靠近近端端部或近端端部处的不完全螺纹)接合的接合部的横截面，但出于安全的原因，最后的接合螺纹的横截面面积被确定为最后的接合部的临界横截面面积，原因在于螺纹槽被螺旋地设置。
在图2A和图2B中所示的带有双台肩工具接头的钻杆1中，外螺纹部30的根部P用于确定用于限定外螺纹部临界横截面面积的直径D。SRB加工部37通过将直径D用作最小加工直径的环绕加工而形成在穿入螺纹面41上。
图3是带有双台肩工具接头的钻杆1的外螺纹部30的颈部部分33中的沿着如图1中所示的杆轴线CL截取的局部截面图，该局部截面图用于说明在如图2A中所示的外螺纹部30的颈部部分33中进行的环绕加工(SRB加工)的方法。在图3中，钻杆1围绕杆轴线CL转动，并通过转动工具BT1进行环绕加工(SRB加工)。转动工具BT1是其中鼻部半径形成为等于SRB加工部的加工半径R1的成形工具，其中，加工半径R1大于已经根据API规范加工的根部半径R。
如图3中所示，根据API规范的螺纹部形状在后加工(额外加工)中经受切割。对外螺纹部30的颈部部分33的较大直径侧的包括不完全螺纹脊的三个或更少的连续的近端螺纹脊的穿入螺纹面41进行切割。换言之，对待与内螺纹部20的不完全螺纹脊螺纹接合的外螺纹部30的完全螺纹脊的穿入螺纹面41进行切割。
转动工具BT1的进给节距等于螺距。此外，当如图3中所示的外螺纹部30的螺纹根部P的直径用来确定用于限定外螺纹部临界横截面面积的直径D时，切割深度设定成使得直径D被设定为最小的加工直径。
在用于在其中应力释放可以从随后待描述的FEA的结果被预期的范围内使加工时间消耗最少的条件下来确定详细加工尺寸。就螺纹根部而言，通过用具有约1mm至1.3mm的略大的曲率半径的环绕加工部来连接根部和穿入螺纹面41而抑制应力集中，这仅针对使接收台肩的反作用力的表面的应力集中降低的穿入螺纹面41，而不改变螺纹根部的表面粗糙度Ra。
(内螺纹部的SRB加工部)
内螺纹部20的SRB加工部27是公接头2的内螺纹部20的较小直径侧的三个或更少的连续的近端螺纹脊中的每个近端螺纹脊的穿入螺纹面41上的环绕加工部。SRB加工部27是用于应力释放的环绕加工部，并且仅在穿入螺纹面41上形成在螺纹的根部处。
如图4中所示，内螺纹部20的SRB加工部27通过对包括内螺纹部20的颈部部分23的较小直径侧的不完全螺纹脊的三个或更少的连续的近端螺纹脊的穿入螺纹面41进行SRB加工(环绕加工)而形成。换言之，对待与外螺纹部30的不完全螺纹脊螺纹接合的内螺纹部20的完全螺纹脊的穿入螺纹面41进行SRB加工(环绕加工)。
在SRB加工部37中，环绕加工部的环绕加工根部的最小横截面面积设定为等于或大于内螺纹部20的根部的临界横截面面积。
与外螺纹部30的SRB加工部37类似，内螺纹部20的SRB加工部27借助于转动刀具BT1通过对内螺纹部20的螺纹的位于穿入螺纹面41侧的根部进行SRB加工(环绕加工)而形成，其中，鼻部半径形成为等于SRB加工部27的加工半径R1，其中，加工半径R1大于已经根据API规范加工的螺纹的根部半径R。详细加工尺寸同样与外螺纹部30的SRB加工部37的详细加工尺寸相同。
图5A是带有双台肩工具接头的钻杆中的具有根据API规范的螺纹部形状的外螺纹部30的颈部部分33的有限元分析(FEA)的应力分析图示。图5B是根据本发明的第一实施方式中的带有双台肩工具接头的钻杆1中的具有根据API规范的螺纹部形状的被执行SRB加工的外螺纹部30的颈部部分33的FEA应力分析图示。
图5A和图5B以灰阶示出了应力分布，网格布置对于每个螺纹部的螺纹脊的顶部和根部是密集的。根据该分析结果，在如图5A中所示的根据API规范的原始螺纹部形状中，外螺纹部30的三个连续的近端螺纹的根部中存在高应力区域，使得发生应力集中。相比之下，如图5B中所示，在根据本发明的第一实施方式中，SRB加工部37设置在外螺纹部30的三个连续的近端螺纹脊的根部处。基于应力值和应力集中区域与图5A中的应力值和应力集中区域的比较所确认的是，外螺纹部30的三个连续的近端螺纹脊的根部处的应力集中被释放。
(第二实施方式)
本发明的第二实施方式与本发明的第一实施方式的不同之处在于：除了进行第一实施方式中示出的SRB加工之外，还对公接头3的外螺纹部30的颈部部分33进行作为环绕加工的SRG加工。
(SRG加工部)
图6是根据本发明的第二实施方式中的带有双台肩工具接头的钻杆1的外螺纹部30的颈部部分33中的沿着如图1中所示的杆轴线CL截取的局部截面图。SRG加工部35是公接头3的外螺纹部30的颈部部分33处的包括至少两个弯曲部的环绕加工部。SRG加工部35是用于应力释放的环绕加工部。
通过对外螺纹部30的颈部部分33的包括不完全螺纹的部分进行SRG加工，不需要的螺纹根部被去除。此外，通过使SRG加工部35的深度尽可能多地增大，可以实现降低首先相邻的螺纹脊之间的根部处的应力集中的增强效果。然而，SRG加工部35的深度的超过必要量的增大可能降低接头的静态拉伸强度。因此，SRG加工部35的根部处的最有效的最小横截面面积设定为等于根部的临界横截面面积，接头的强度可以通过该临界横截面面积来确定。
图6示出了执行环绕加工以提供包括至少两个弯曲部的环绕加工部的示例，在图6中，SRG加工部35包括三个弯曲部。与SRB加工部37类似，SRG加工部35包括弯曲部R2、弯曲部R3和弯曲部R4，其中，弯曲部R2设定成使得环绕加工根部处的最小横截面面积最大化至不减小外螺纹部30的作为根部的临界横截面面积的最后的螺纹脊的根部的直径D的程度，弯曲部R3平滑地连接在弯曲部R2与公接头台肩面31之间，弯曲部R4平滑地连接在弯曲部R2与通向最后的螺纹脊的部分之间。如图6中所示，外螺纹部30的如上所述作为根部的临界横截面面积的最后的螺纹脊的根部处的直径D与用于限定外螺纹部30的SRB加工部37的临界横截面面积的直径D相同。
图7是钻杆1的外螺纹部30的颈部部分33中的沿着如图1中所示的杆轴线CL截取的局部截面图，该局部截面图用于说明如图6中所示的外螺纹部30的颈部部分33的环绕加工(SRG加工和SRG加工)的方法。由于第二实施方式中的SRB加工与第一实施方式中的SRB加工相同，因而下面仅对SRG加工进行说明。
如图7中所示，钻杆1围绕杆轴线CL转动以通过使用成形工具BT2来进行环绕加工(SRG加工)。成形工具BT2形成为具有小于作为三个弯曲部(R2、R3、R4)中的最小弯曲部的弯曲部R3的鼻部半径的加工半径。通过适当地设定成形工具BT2的进给节距和切削深度，环绕加工(SRG加工)被执行，以使得其中最小横截面面积与外螺纹部30的根部的临界横截面面积相对应的最后的螺纹脊的根部的直径D等于或大于用于限定外螺纹部30的SRG加工部35的临界横截面面积的直径D。
图8A是带有双台肩工具接头的钻杆中的具有根据API规范的螺纹部形状的外螺纹部30的颈部部分33的FEA应力分析图示。图8B是根据本发明的第二实施方式中的带有双台肩工具接头的钻杆1中的具有根据API规范的螺纹部形状的被执行SRB加工的外螺纹部30的颈部部分33的FEA应力分析图示。
通过对图8A和图8B中的应力分布和应力值进行比较而确认的是，外螺纹部30的颈部部分33侧的最后的螺纹脊的根部处以及外螺纹部30的三个连续的近端螺纹脊的根部处的应力集中被释放。
(比较示例)
图9A是示出了用于根据本发明的实施方式中的带有双台肩工具接头的钻杆1的工具接头的疲劳测试机100的图示。图9B是示出了比较示例中的带有双台肩工具接头的钻杆中的工具接头的断裂样本110的图示。
在疲劳测试中，对于实施方式和比较示例中的每一者而言，在使用实际杆(带有双台肩工具接头的钻杆)的情况下对两个样本(N＝2)进行拉伸疲劳测试下的拉伸-压缩，并且观测其效果。
作为测试条件，为比较示例准备了常规钻杆的两个样本(由NKKTubes制成的DSTJ-NC31)。例如通过对常规钻杆(由NKKTubes制成的DSTJ-NC31)既进行SRG加工又进行SRB加工来准备钻杆的两个样本。
表1示出了测试结果。
【表1】
【表1】
(*)在样本的螺纹部中没有观测到断裂，而在样本的卡盘部(管体)中观测到断裂。
在如表1中所示的测试结果中，比较示例中的既没有设置SRG加工部也没有设置SRB加工部的两个样本1-1和1-2在螺纹部处断裂。相比之下，示例中的既设置有SRG加工部又设置有SRG加工部的两个样本2-1和2-2在螺纹部处不断裂而在卡盘部(管体)处断裂。确认的是，根据本发明的实施方式中的带有既经受SRG加工又经受SRB加工的双台肩工具接头的钻杆中的螺纹部的寿命是带有未经受SRG加工和SRB加工的双台肩工具接头的钻杆中的螺纹部的寿命的至少两倍。推测的是，耐疲劳性由于螺纹部处的应力集中的释放而提高。
(实施方式的效果)
根据本发明的实施方式，将获得以下效果。
(1)在第一实施方式中，环绕加工部(SRB加工部37)设置在公接头3的颈部部分33的较大直径侧的包括不完全螺纹脊的三个或更少的连续的近端螺纹脊中的每个近端螺纹脊的穿入螺纹面41上。换言之，环绕加工部(SRB加工部27)设置在待与内螺纹部20的不完全螺纹脊螺纹接合的外螺纹部30的完全螺纹脊中的每个完全螺纹脊的穿入螺纹面41上。根据该构型，根部处的应力集中被释放，使得耐疲劳性提高。
(2)环绕加工部设置在包括不完全螺纹脊的三个或更少的连续的近端螺纹脊的穿入螺纹面41上。然而，由于承载螺纹面40处没有设置环绕部，因而与施加至螺纹脊的载荷相关的弯曲强度不会降低，使得接头(工具接头)的强度不会降低。
(3)在第二实施方式中，包括包含至少两个弯曲部的环绕加工部的SRG加工部35设置在公接头3的外螺纹部30的颈部部分33处。根据该构型，根部处的应力集中可以被释放，使得耐疲劳性可以提高。
(4)在环绕加工部(SRB加工部37、SRB加工部27、SRG加工部35)中，环绕加工根部的最大横截面面积设定为等于或大于内螺纹部20或外螺纹部30的临界横截面面积。根据该构型，可以释放应力集中，从而在不降低工具接头的最弱部分的临界横截面面积的情况下提高耐疲劳性。
(5)环绕加工部(SRB加工部37、SRB加工部27、SRG加工部35)可以通过后加工(额外加工)而设置成预定形状，比如根据API规范的螺纹部形状。根据该构型，可以通过利用基于API规范的带有双台肩工具接头的常规钻杆来提供带有双台肩工具接头的新型钻杆。
(6)由于外螺纹部和内螺纹部的基本构型与API规范中所定义的基本相同，因而可以使用通常用于检测根据API规范的常规产品的检测装置。此外，可以通过应用用于检测根据API规范的产品的常规方法来实现足够的质量控制。
(7)在实施方式中，由于环绕加工部设置在钻杆的双台肩工具接头的螺纹接头处，因而由于钻井期间在反复进行组装及拆卸操作的工具接头的公接头和母接头处的接合部处的弯曲应力而可以准确地释放应力集中。此外，具有如上所述的螺纹的工具接头特别地在具有较大壁厚并对工具接头施加高应力的重型钻杆、接地管柱钻杆等中有效地起作用。
(8)根据本发明的上述构型，可以应对由于钻杆的强度的增大或壁厚的加厚而引起的工具接头强度的相对降低。根据疲劳强度的提高，使用厚壁钻杆进行钻井的可能性会提高，从而实现较深井的钻井。
应当指出的是，本发明不限于上述实施方式，并且可以在不超出或背离本发明的技术思想的范围内以各种方式进行修改。例如，本发明可以应用于带有单台肩工具接头的钻杆，该单台肩工具接头仅具有包括公接头台肩面31和母接头端面22的外台肩。
工业应用
本发明提供了一种带有具备应力释放功能以用于提高疲劳特性的双台肩工具接头的钻杆。此外，本实施方式中的带有双台肩工具接头的钻杆可以应用于诸如地面钻井钻杆、重型钻杆、接地管柱钻杆等的各种钻井，特别适用于用于石油钻井的钻杆。
附图标记列表
1 带有双台肩工具接头的钻杆
2 母接头(box)
3 公接头(pin)
4 钻杆管体
20 内螺纹部
21 母接头台肩面
22 母接头端面
23 母接头的颈部部分
27 SRB加工部
30 外螺纹部
31 公接头台肩面
32 公接头鼻部端面
33 公接头的颈部部分
35 SRG加工部
37 SRB加工部
40 承载螺纹面
41 穿入螺纹面
100 疲劳测试机
110 样本
Claims (8)
1.一种带有双台肩工具接头的钻杆，所述钻杆包括：
公接头，所述公接头包括具有预定形状的外螺纹部；以及
母接头，所述母接头包括待与所述外螺纹部螺纹接合的内螺纹部，
其中，所述外螺纹部的较大直径侧的三个或更少的连续的近端螺纹脊中的每个近端螺纹脊的穿入螺纹面和/或所述内螺纹部的较小直径侧的三个或更少的连续的近端螺纹脊中的每个近端螺纹脊的穿入螺纹面包括环绕加工部。
2.根据权利要求1所述的带有双台肩工具接头的钻杆，其中，所述公接头包括位于所述公接头的颈部部分处的具有至少两个弯曲部的另一环绕加工部。
3.根据权利要求1或2所述的带有双台肩工具接头的钻杆，所述环绕加工部的根部处的最小横截面面积等于所述外螺纹部或所述内螺纹部的根部处的临界横截面面积。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的带有双台肩工具接头的钻杆，所述预定形状包括根据API规范的螺纹部形状，并且所述环绕加工部通过后加工而形成。
5.一种带有双台肩工具接头的钻杆，所述钻杆包括：
公接头，所述公接头包括具有预定形状的外螺纹部；以及
母接头，所述母接头包括待与所述外螺纹部螺纹接合的内螺纹部，
其中，所述外螺纹部和所述内螺纹部中的任一者的不完全螺纹脊构造成与所述外螺纹部和所述内螺纹部中的所述任一者的配合部分的完全螺纹脊螺纹接合，
其中，所述完全螺纹脊的穿入螺纹面包括环绕加工部。
6.根据权利要求5所述的带有双台肩工具接头的钻杆，所述公接头包括位于所述公接头的颈部部分处的具有至少两个弯曲部的另一环绕加工部。
7.根据权利要求5或6所述的带有双台肩工具接头的钻杆，所述环绕加工部的根部处的最小横截面面积等于所述外螺纹部或所述内螺纹部的根部处的临界横截面面积。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的带有双台肩工具接头的钻杆，所述预定形状包括根据API规范的螺纹部形状，并且所述环绕加工部通过后加工而形成。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4549754A (en) * | 1983-06-20 | 1985-10-29 | Reed Tubular Products Company | Tool joint |
| US6030004A (en) * | 1997-12-08 | 2000-02-29 | Shaw Industries | High torque threaded tool joint for drill pipe and other drill stem components |
| US6485063B1 (en) * | 1996-05-15 | 2002-11-26 | Huey P. Olivier | Connection |
| CN1653290A (zh) * | 2002-04-30 | 2005-08-10 | 特纳瑞斯连接股份公司 | 螺纹管道接头 |
| EP1705415A2 (en) * | 2005-03-22 | 2006-09-27 | Intelliserv Inc | Fatigue resistant rotary shouldered connection and method |
| US20060222475A1 (en) * | 2003-01-29 | 2006-10-05 | Breihan James W | Fast make-up fatigue resistant rotary shouldered connection |
| CN101779072A (zh) * | 2007-05-09 | 2010-07-14 | 甘迪技术公司 | 管状接头的螺纹构件 |
| CN204152450U (zh) * | 2014-08-20 | 2015-02-11 | 山西环界石油钻具制造股份有限公司 | 全开式安全接头 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5358285A (en) * | 1992-12-03 | 1994-10-25 | Prideco, Inc. | Stress relief groove for drill pipe |
| JP3401859B2 (ja) * | 1993-09-29 | 2003-04-28 | 住友金属工業株式会社 | 疲労特性に優れた油井管用ねじ継手 |
| FR2863681B1 (fr) * | 2003-12-11 | 2006-02-24 | Vallourec Mannesmann Oil & Gas | Joint tubulaire a filetages coniques resistant a la fatigue |
| JP5665653B2 (ja) * | 2011-05-23 | 2015-02-04 | エヌケーケーシームレス鋼管株式会社 | ダブルショルダ型ツールジョイント |
| US8668232B2 (en) * | 2011-12-09 | 2014-03-11 | Tenaris Connections Limited | Threaded connection with improved root thread profile |
| CN203476240U (zh) * | 2013-09-12 | 2014-03-12 | 无锡华信石油机械有限公司 | 一种带牙底应力槽螺纹的石油钻杆母接头 |
-
2015
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4549754A (en) * | 1983-06-20 | 1985-10-29 | Reed Tubular Products Company | Tool joint |
| US6485063B1 (en) * | 1996-05-15 | 2002-11-26 | Huey P. Olivier | Connection |
| US6030004A (en) * | 1997-12-08 | 2000-02-29 | Shaw Industries | High torque threaded tool joint for drill pipe and other drill stem components |
| CN1653290A (zh) * | 2002-04-30 | 2005-08-10 | 特纳瑞斯连接股份公司 | 螺纹管道接头 |
| US20060222475A1 (en) * | 2003-01-29 | 2006-10-05 | Breihan James W | Fast make-up fatigue resistant rotary shouldered connection |
| EP1705415A2 (en) * | 2005-03-22 | 2006-09-27 | Intelliserv Inc | Fatigue resistant rotary shouldered connection and method |
| CN101779072A (zh) * | 2007-05-09 | 2010-07-14 | 甘迪技术公司 | 管状接头的螺纹构件 |
| CN204152450U (zh) * | 2014-08-20 | 2015-02-11 | 山西环界石油钻具制造股份有限公司 | 全开式安全接头 |
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