CN107795284A - 一种海洋钻杆接头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋钻杆接头，包括公接头和母接头，所述公接头和母接头具有相互匹配的外螺纹和内螺纹，在公接头远离其外螺纹端的一端和母接头远离其内螺纹端的一端皆设有锥形台肩，所述锥形台肩上间隔设有若干螺旋结构的加强筋，相邻的所述加强筋之间形成螺旋槽。本发明的海洋钻杆接头，由于锥形台肩上间隔设有若干螺旋结构的加强筋和螺旋槽，使得海洋钻杆接头抗扭强度高、载荷量大、应力分布均匀，满足海洋钻杆钻超深井的高抗扭要求。且加强筋和螺旋槽还具有加快钻井液循环、提高抗冲蚀磨损能力等优点，可防止海洋钻杆过早磨损失效，从而延长了钻杆寿命，提高了钻井效率，缩短了钻井周期，降低了钻井成本。

Description

一种海洋钻杆接头

技术领域

本发明涉及用于海洋石油天然气勘探设备技术领域，尤其涉及一种海洋钻杆接头。

背景技术

钻杆是钻井工作的重要工具，它是钻柱的重要组成部分。钻进过程中，钻杆发挥着重要作用，如输送钻井液至井底、向钻头传递扭矩、起下钻头、处理井下事故、测试等。

在海洋钻井过程中，不同的钻井流体形成的分散体系不同，所起的作用不同。从物理化学观点看，钻井液是一种多相不稳定体系。为满足钻井工艺要求，改善钻井液性能，常在钻井液中加入各种不同的添加剂。钻井液在循环过程中，不能始终保持其优良性能，而要被钻屑、油、气、水、盐及矿物污染，其中钻屑是最严重的污染。

海洋钻井过程中，海洋钻杆位于井眼和套管内，携带有大量岩屑颗粒的钻井液经海洋钻杆与井眼、套管内壁之间的环状空间上返至地表。当钻井液经过海洋钻杆接头位置时，由于海洋钻杆管体到接头存在过渡台肩，在惯性的作用下，岩屑颗粒与接头台肩发生碰撞，产生冲蚀磨损。且海洋钻杆接头处应力分布不均匀、抗扭强度低，容易导致海洋钻杆接头断裂、损坏，以至于海洋钻杆无法使用；海洋钻杆接头局部的冲蚀磨损会导致海洋钻杆接头发生刺漏，造成海洋钻杆内外流道连通，海洋钻杆内高压钻井液进入环状空间内，造成压力损失，降低了钻井液的工作性能，磨损严重时，海洋钻杆接头强度降低，导致海洋钻杆断裂，造成钻井事故，钻井效率降低，钻井成本增加。

随着钻井深度的增加，为增加井壁的稳定性，避免压差卡钻，保护油气层，必须在钻井液中加入固相重部分(如重晶石)，以增大钻井液密度。但随着钻井液密度的增大，钻进速度将迅速下降，钻头磨损明显加剧。故需要钻井液及时将携带的大量岩屑颗粒输送至地表。

钻井液携带有大量岩屑颗粒经海洋钻杆与井眼、套管内壁之间的环状空间上返至地表的动力来源于海洋钻杆内流道压力，在钻井液向上返回时，随着高度的上升，压力减小钻井液循环速率降低。因此容易发生岩屑沉积，增加海洋钻杆压力，加快海洋钻杆磨损，严重时造成海洋钻杆断裂，造成钻井事故，钻井效率降低，钻井成本增加。

钻井液中携带的岩屑等固相容易堵塞油气通道，钻井液压力大于地层压力时，钻井液向地层渗透，小于地层油气通道的岩屑等固相随之深入，形成堵塞，压漏地层，使得钻头容易泥包，起钻拔活塞，诱发井喷、下钻引起压力激动，引起井漏，最终污染油层。且大量的岩屑沉积会降低机械钻速。

钻井液中岩屑等固相不能有效去除会使得泥饼变松、变厚，导致失水大，井壁容易坍塌；井眼变小，容易卡钻；引发压差卡钻。大量岩屑等固相沉积会增加摩擦系数，增加扭矩，使得动力消耗增大，且容易引发钻具事故，降低钻具寿命。

发明内容

本发明所要解决的问题是，针对上述现有技术中的缺点，提出具有抗冲蚀磨损能力强、加快钻井液循环速率、增加岩屑等固相去除率等优点的一种海洋钻杆接头，从而延长钻杆寿命，提高钻井效率，降低钻井成本。

为解决上述问题，本发明采用的方案如下：一种海洋钻杆接头，包括：公接头和母接头，所述公接头和母接头具有相互匹配的外螺纹和内螺纹，在公接头远离其外螺纹端的一端和母接头远离其内螺纹端的一端皆设有锥形台肩，所述锥形台肩上间隔设有若干螺旋结构的加强筋，相邻的所述加强筋之间形成螺旋槽。

进一步，加强筋的横向截面形状可以是多样的，三角形，梯形等，经过实践我们优选所述加强筋的横向截面为半圆形或平行四边形。

进一步，所述加强筋的厚度a为3-25mm，所述螺旋槽的厚度与所述加强筋的厚度相同。

进一步，所述加强筋的宽度b为5-25mm，所述螺旋槽的宽度与所述加强筋的宽度相同。

进一步，每个所述加强筋为沿锥形台肩外表面螺旋延伸的长条状凸起，所述加强筋沿锥形台肩的上边线螺旋延伸至下边线，所述加强筋的两端绕海洋钻杆接头的中轴线旋转角度α为90°—360°。所述螺旋槽沿锥形台肩的上边线旋转至下边线的角度β与加强筋沿锥形台肩的旋转角度α相同。

本发明的技术效果如下：由于采用了上述技术方案，本发明的一种海洋钻杆接头，包括：公接头和母接头，所述公接头和母接头具有相互匹配的外螺纹和内螺纹，在公接头远离其外螺纹端的一端和母接头远离其内螺纹端的一端皆设有锥形台肩，锥形台肩上间隔设有若干螺旋结构的加强筋，相邻的所述加强筋之间形成螺旋槽；将本发明的海洋钻杆接头中的公接头和母接头分别焊接于海洋钻杆管体的两端，钻井过程中，海洋钻杆位于井眼内，携带有大量岩屑颗粒的钻井液经海洋钻杆与井眼、套管内壁之间的环状空间上返至地表，由于锥形台肩上间隔设有若干螺旋结构的加强筋和加强筋之间形成的螺旋槽，当钻井液流经本发明的海洋钻杆接头时，螺旋槽能够对到达螺旋结构的海洋钻杆接头锥形台肩部位的钻井液进行分流将其分为多股流体，从而改变同一来流方向的岩屑等固相颗粒的运动方向，避免对接头台肩造成局部冲蚀，并且螺旋结构的设计为钻井液的提升提供动力，避免了岩屑等固相的沉积。带有加强筋和螺旋槽的海洋钻杆接头锥形台肩表面附近的流场更为复杂，多股流体的扰动改变了岩屑等固相颗粒的运动速度和角度，有利于降低接头磨损；海洋钻杆接头锥形台肩设置的加强筋和螺旋槽能增加岩屑等固相颗粒与锥形台肩的接触面积，从而可降低岩屑等固相对海洋钻杆接头单位面积上的冲蚀强度。

本发明的一种海洋钻杆接头，其螺旋结构的加强筋和螺旋槽设计，在使用中，能够对钻井液分流的同时加压，螺旋结构如同涡轮增压一样，保证了海洋钻杆内外压力的平衡，提高了钻井液的循环速率，和岩屑去除率。应用于超深钻井、尤其是应用于海洋钻井中，能够有效的通过设置于接头处的螺旋结构的加强筋和螺旋槽对钻井液进行提升，防止因钻井液流速降低导致钻井液中固相沉淀，使得钻井液密度的增大，最终导致钻进速度迅速下降，钻头磨损加剧。当钻井液流经本发明的海洋钻杆接头时，螺旋结构的加强筋和螺旋槽能够为钻井液提供向上的压力，每一处海洋钻杆接头皆提供向上的压力，且每一处海洋钻杆接头都会对岩屑颗粒进行提升，形成一个阶段性提升模式。本发明螺旋结构的加强筋和螺旋槽能有效的提升岩屑颗粒，防止岩屑颗粒沉积，能够有效的去除钻井液中的岩屑颗粒保证钻井液的优良性能。

综上所述，本发明的海洋钻杆接头，由于锥形台肩上间隔设有若干螺旋结构的加强筋和螺旋槽，螺旋结构的海洋钻杆接头为岩屑的提升提供阶段性动力，避免了岩屑沉积，且抗冲蚀磨损能力强，可防止钻杆过早磨损失效，从而延长了钻杆寿命，提高了钻井效率，缩短了钻井周期，降低了钻井成本。

附图说明

图1为公接头结构示意图。

图2为母接头结构示意图。

图3为加强筋螺旋延伸结构示意图。

图4为锥形台肩纵向截面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

一种海洋钻杆接头，如图1、图2、图3、图4所示，包括：公接头1和母接头2，所述公接头1和母接头2具有相互匹配的外螺纹11和内螺纹21，在公接头1远离其外螺纹11端的一端和母接头2远离其内螺纹21端的一端皆设有锥形台肩5，所述锥形台肩5上间隔设有若干螺旋结构的加强筋3，相邻的所述加强筋3之间形成螺旋槽4。加强筋3沿锥形台肩5外表面螺旋延伸可以是顺时针旋转，也可以是逆时针旋转，根据实际需求选择。

加强筋3的横向截面形状可以是多样的，三角形，梯形等，本发明优选所述加强筋3的横向截面为半圆形或平行四边形。

加强筋3沿锥形台肩5螺旋延伸，加强筋3凸出锥形台肩5外表面的厚度a为3-25mm，所述螺旋槽4的深度与所述加强筋3的厚度相同。

加强筋3横向截面的宽度b为5-25mm，所述螺旋槽4的宽度与所述加强筋3的宽度相同。

每条加强筋3皆为沿锥形台肩5外表面螺旋延伸的长条状凸起，加强筋3沿锥形台肩5外表面螺旋状旋转延伸，加强筋3的两端分别延伸至锥形台肩5外表面的上边线51和下边线52，加强筋3沿锥形台肩5的上边线51螺旋延伸至下边线52，所述加强筋3的两端绕海洋钻杆接头的中轴线6旋转角度α取值范围优选为90°—360°。每两条加强筋3之间相互平行，并且形成螺旋槽4，螺旋槽4也随加强筋3沿锥形台肩5外表面螺旋延伸，螺旋槽4的两端分别延伸至锥形台肩5的外表面的上边51线和下边线52，螺旋槽4沿锥形台肩5的上边线51旋转至下边线52，螺旋槽4的两端绕海洋钻杆接头的中轴线6旋转角度β与加强筋3沿锥形台肩5的旋转角度α相同。

将本发明的海洋钻杆接头中的公接头1和母接头2分别连接至海洋钻杆管体的两端，使用中通常将公接头1连接于海洋钻杆管体的下端，母接头2连接于海洋钻杆管体的上端，上一根海洋钻杆通过公接头1与下一根海洋钻杆的母接头2相连。在海洋钻井过程中，钻井液携带着大量的岩屑颗粒经海洋钻杆与井眼、套管内壁之间的环状空间向上返回至地表，由于公接头1和母接头2的锥形台肩5上皆设有若干螺旋结构的加强筋3和螺旋槽4，当钻井液流经本发明的海洋钻杆接头时，螺旋结构的加强筋3和螺旋槽4能够为钻井液提供向上的压力，每一处海洋钻杆接头皆提供向上的压力，且每一处海洋钻杆接头都会对岩屑颗粒进行提升，形成一个阶段性提升模式。本发明螺旋结构的加强筋3和螺旋槽4能有效的提升岩屑颗粒，防止岩屑颗粒沉积，能够有效的去除钻井液中的岩屑颗粒保证钻井液的优良性能。

当钻井液流经本发明的海洋钻杆接头时，螺旋槽4能够对到达海洋钻杆接头锥形台肩5部位的钻井液进行分流将其分为多股流体，从而改变同一来流方向的岩屑等固相颗粒的运动方向，避免对接头台肩5造成局部冲蚀，带有加强筋3和螺旋槽4的海洋钻杆接头锥形台肩5表面附近的流场更为复杂，多股流体的扰动改变了岩屑等固相颗粒的运动速度和角度，有利于降低接头磨损；海洋钻杆接头锥形台肩5设置的加强筋3和螺旋槽4能增加岩屑等固相颗粒与锥形台肩的接触面积，从而可降低岩屑等固相对海洋钻杆接头单位面积上的冲蚀强度。

综上所述，本发明的海洋钻杆接头，由于锥形台肩5上间隔设有若干螺旋结构的加强筋3和螺旋槽4，螺旋结构的海洋钻杆接头为岩屑的提升提供阶段性动力，避免了岩屑沉积，且抗冲蚀磨损能力强，可防止海洋钻杆过早磨损失效，从而延长了海洋钻杆寿命，提高了钻井效率，缩短了钻井周期，降低了钻井成本。

以上所述仅是本发明较佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识，本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种海洋钻杆接头，包括公接头(1)和母接头(2)，所述公接头(1)和母接头(2)具有相互匹配的外螺纹(11)和内螺纹(21)，其特征在于，在公接头(1)远离其外螺纹(11)端的一端和母接头(2)远离其内螺纹(21)端的一端皆设有锥形台肩(5)，所述锥形台肩(5)上间隔设有若干螺旋结构的加强筋(3)，相邻的所述加强筋(3)之间形成螺旋槽(4)。

2.如权利要求1所述海洋钻杆接头，其特征在于，所述加强筋(3)的横向截面为半圆形或平行四边形。

3.如权利要求1所述海洋钻杆接头，其特征在于，所述加强筋(3)凸出锥形台肩(5)外表面的厚度a为3-25mm，所述螺旋槽(4)的深度与所述加强筋(3)的厚度相同。

4.如权利要求1所述海洋钻杆接头，其特征在于，所述加强筋(3)的宽度b为5-25mm，所述螺旋槽(4)的宽度小于等于所述加强筋(3)的宽度。

5.如权利要求1所述海洋钻杆接头，其特征在于，所述加强筋(3)沿锥形台肩(5)的上边线(51)螺旋延伸至下边线(52)，所述加强筋(3)的两端绕海洋钻杆接头的中轴线(6)旋转角度α为90°—360°。