CN114396235A - 一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明专利提供了一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接方式，它包括钛合金钻杆管体和两端的钢质转换接头。所述的钛合金钻杆管体两端经过加厚并加工有外螺纹，两端的钢质转换接头，一端加工有内螺纹和与管体外螺纹相匹配的内螺纹，另一端加工有一个外螺纹和与管体外螺纹相匹配的内螺纹，内螺纹和外螺纹均使用特殊扣螺纹，该特殊扣内、外螺纹均为带锥度的楔形燕尾螺纹；本发明提供一种外壁耐磨性能更好，螺纹抗粘扣性能优秀、抗疲劳性能好和低修复率的钛合金钻杆连接方式。主要解决现有钛合金钻杆钛合金接头外壁不耐磨损，连接螺纹易粘扣、抗疲劳性能差、修复率高等缺点。
Description
技术领域
本发明涉及油井管螺纹连接的石油钻杆接头技术领域，具体为一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构。
背景技术
一根根的石油钻杆通过接头连接起来，形成长达数千米的钻柱。钻柱工作条件十分恶劣，受力情况非常复杂，接头是其中最为薄弱的环节。现有的钛合金钻杆是参照API5DP和Spec 7-2进行设计和交货的，常用钻杆接头如附图1所示，内螺纹7由内螺纹外台肩70和内螺纹螺纹段71组成，外螺纹8由外螺纹外台肩80和外螺纹螺纹段81组成。常用钻杆接头螺纹如附图2所示，内螺纹螺纹段71由导向面RS、承载面RL、牙顶RT、圆弧形牙底RR和牙型角RA组成，外螺纹螺纹段81由导向面RS、承载面RL、牙顶RT、圆弧形牙底RR和牙型角RA组成。这种结构的钻杆接头，按照推荐上扣扭矩旋紧，主台肩面之间产生过盈，达到密封效果。螺纹啮合后，螺纹牙之间只有牙侧接触，齿顶与齿底间仍有环形空隙，在载作用下螺纹牙容易发生小位移。与常规钢钻杆相比，钛合金钻杆柔性大、质量轻、耐疲劳、耐腐蚀，常应用于深井、超深井、高腐蚀、超短半径侧钻、狗腿度较大的特殊工艺油气井中。如狗腿度在45°-55°/30米之间，标准钛合金钻杆接头在连续旋转五万次后，出现大批螺纹粘扣，螺纹抗粘扣性能差、修复率很高。另外，由于主台肩的存在，螺纹啮合后外螺纹连接断面产生预拉伸载荷，通常为材料屈服强度的60％，加之应力集中效应，公螺纹大端啮合的前三牙螺纹牙底局部应力甚至会超过材料屈服强度，导致危险截面交变平均应力水平较高，因此该钻杆接头的疲劳性能低。
钛合金钻杆虽然可以达到与钢质材料相同的屈服强度，但钛合金钻杆抗夹伤、耐磨损性能较钢质材料差。在上卸扣过程中，钛合金接头外壁会发生较严重的变形及咬痕，显然不利于钛合金材料高疲劳寿命的发挥。另外钛合金钻杆表面焊接耐磨带技术仍然未取得实质性突破，下井的钛合金钻杆表面无防磨耐磨层，在钻进过程中，钛合金钻杆接头很容易发生外壁磨损，这些咬痕及变形磨损均会对钛合金钻杆的使用埋下隐患，使钛合金钻杆提前降级使用，给油田造成不必要的经济损失，降低钛合金钻杆使用寿命及安全性。在钛合金两端连接钢质接头，在上卸扣过程中，夹持部分是钢质接头外壁，在钛合金外壁不会产生变形及咬痕。钻进时磨损发生在外径较大的钢质接头外壁上，从而延长了钛合金钻杆的使用寿命。另外，钢质接头较钛合金接头成本低，在使用过程中若发生粘扣降级等问题，可以方便的更换连接的钢质接头，经济便捷。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，解决了现有钛合金钻杆钛合金接头外壁不耐磨损，连接螺纹易粘扣、抗疲劳性能差、修复率高的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，包括钻合金钻杆管体、钛合金钻杆管体两端的钢质内螺纹接头和钢质外螺纹接头，所述的钛合金钻杆管体包括管体两端的加厚区域和钛合金外螺纹区域，其中钛合金外螺纹区域由钛合金外螺纹区域的密封面、钛合金外螺纹区域的楔形燕尾外螺纹和钛合金外螺纹区域的台肩面组成；所述的钢质内螺纹接头由与钛合金连接的钢质内螺纹区域和与钢质连接的钢质内螺纹区域组成，其中左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域由左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的密封面、左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的楔形燕尾内螺纹和左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的端面组成，与钢质连接的钢质内螺纹区域由外台肩面、燕尾楔形内螺纹和内台肩面组成；所述的钢质外螺纹接头由右侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域和与钢质连接的钢质外螺纹区域组成，其中右侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域由密封面、右侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的楔形燕尾内螺纹和右侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的端面组成，与钢质连接的钢质外螺纹区域由大台肩面、燕尾楔形外螺纹和小台肩面组成，所述的钛合金钻杆管体与钢质内螺纹接头、钢质外螺纹接头通过带锥度的楔形燕尾螺纹相连接，左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域和右侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域加工有带锥度的楔形燕尾内螺纹，钛合金外螺纹区域加工有带锥度的楔形燕尾外螺纹，与钢质连接的钢质内螺纹区域加工有带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹，与钢质连接的钢质外螺纹区域加工有带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹。
进一步，所述左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域21的与钛合金连接的钢质内螺纹区域的密封面为锥形密封面，锥度为1：64～1：24，左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的端面为直角，右侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的密封面为锥形密封面，锥度为1：64～1：24，右侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的端面为直角，钛合金外螺纹区域11的钛合金外螺纹区域的密封面为锥形密封面，锥度为1：64～1：24，钛合金外螺纹区域的台肩面的端面为直角。
进一步，所述与钛合金连接的钢质内螺纹区域的密封面与钛合金外螺纹区域的密封面之间为过盈配合，直径方向过盈量范围为：0.05-0.15mm，与钛合金连接的钢质内螺纹区域的密封面与钛合金外螺纹区域的密封面之间为过盈配合，直径方向过盈量范围为：0.05-0.15mm。
进一步，所述钛合金外螺纹区域和左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域之间为过盈连接，直径方向上过盈量范围为0.01-0.15mm，通过低温装配，装配温度不大于200℃，钛合金外螺纹区域和右侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域之间为过盈连接，直径方向上过盈量范围为0.01-0.15mm，通过低温装配，装配温度不大于200℃。
进一步，所述带锥度的楔形燕尾内螺纹包括内螺纹导向面、螺纹承载面、导向面牙侧角、承载面面牙侧角、螺纹牙顶、齿底、齿顶轮廓线、齿底轮廓线、导向面高度、承载面高度、导向面螺距、承载面螺距。
进一步，所述带锥度的楔形燕尾外螺纹包括外螺纹导向面、螺纹承载面、导向面牙侧角、承载面面牙侧角、螺纹牙顶、齿底、齿顶轮廓线、齿底轮廓线、导向面高度、承载面高度、导向面螺距、承载面螺距。
进一步，所述带锥度的楔形燕尾内螺纹的锥度范围为1：12～1：42，楔形燕尾外螺纹的锥度范围为1：12～1：42，带锥度的楔形燕尾内螺纹与带锥度的楔形燕尾外螺纹为相互连接的内外螺纹关系，相互匹配连接时其锥度一般相同。
进一步，所述带锥度的楔形燕尾内螺纹的导向面牙侧角的角度为-10°～5°，承载面牙侧角的角度为-3°～-10°，所述楔形燕尾外螺纹的导向面牙侧角的角度为-10°～5°，承载面牙侧角的角度为-3°～-10°。
进一步，所述带锥度的楔形燕尾内螺纹的螺纹牙顶与螺纹轴线的夹角为0～2.386°，齿底与螺纹轴线的夹角为0～2.386°，螺纹牙顶与齿底平行，齿顶轮廓线与螺纹轴线的夹角为0～2.386°，齿底轮廓线与螺纹轴线的夹角为0～2.386°，齿顶轮廓线与齿底轮廓线平行。
进一步，所述带锥度的楔形燕尾外螺纹的螺纹牙顶与螺纹轴线的夹角为0～2.386°，齿底与螺纹轴线的夹角为0～2.386°，螺纹牙顶与齿底平行，齿顶轮廓线与螺纹轴线的夹角为0～2.386°，齿底轮廓线与螺纹轴线的夹角为0～2.386°，齿顶轮廓线与齿底轮廓线平行。
进一步，所述带锥度的楔形燕尾内螺纹的导向面高度介于1.65mm～2.65mm，承载面高度介于1.65mm～2.65mm，导向面高度大于承载面高度，导向面螺距介于6.2～12mm，承载面螺距介于6.21～12.5mm，导向面螺距PS比承载面螺距小0.01～0.5mm。
进一步，所述带锥度的楔形燕尾外螺纹的导向面高度介于1.65mm～2.65mm，承载面高度介于1.65mm～2.65mm，导向面高度大于承载面高度，导向面螺距介于6.2～12mm，承载面螺距介于6.21～12.5mm，导向面螺距比承载面螺距小0.01～0.5mm。
进一步，所述带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹包括内螺纹导向面、螺纹承载面、导向面牙侧角、承载面面牙侧角、螺纹牙顶、齿底、齿顶轮廓线、齿底轮廓线、导向面高度、承载面高度、导向面螺距、承载面螺距。
进一步，所述带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹包括外包括外螺纹导向面、螺纹承载面、导向面牙侧角、承载面面牙侧角、螺纹牙顶、齿底、齿顶轮廓线、齿底轮廓线、导向面高度、承载面高度、导向面螺距、承载面螺距。
进一步，所述带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹的锥度范围为1：8～1：36，带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹的锥度范围为1：8～1：36，带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹与带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹为相互连接的内外螺纹关系，相互匹配连接时其锥度一般相同。
进一步，所述带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹的导向面牙侧角的角度为-10°～5°，承载面牙侧角的角度为-3°～-10°，所述带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹的导向面牙侧角的角度为-10°～5°，承载面牙侧角的角度为-3°～-10°。
进一步，所述带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹的螺纹牙顶与螺纹轴线的夹角为0～3.58°，齿底与螺纹轴线的夹角为0～3.58°，螺纹牙顶与齿底平行，齿顶轮廓线与螺纹轴线的夹角为0～3.58°，齿底轮廓线与螺纹轴线的夹角为0～3.58°，齿顶轮廓线与齿底轮廓线平行。
进一步，所述带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹的螺纹牙顶与螺纹轴线的夹角为0～3.58°，齿底与螺纹轴线的夹角为0～3.58°，螺纹牙顶与齿底平行，齿顶轮廓线与螺纹轴线的夹角为0～3.58°，齿底轮廓线与螺纹轴线的夹角为0～3.58°，齿顶轮廓线与齿底轮廓线平行。
进一步，所述带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹的导向面高度介于2.2mm～3.5mm，承载面高度介于2.2mm～3.5mm，导向面高度大于承载面高度，导向面螺距介于8.5～16mm，承载面螺距介于8.55～16.5mm，导向面螺距比承载面螺距小0.05～0.5mm。
进一步，所述带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹的导向面高度介于2.2mm～3.5mm，承载面高度介于2.2mm～3.5mm，导向面高度大于承载面高度，导向面螺距介于8.5～16mm，承载面螺距介于8.55～16.5mm，导向面螺距比承载面螺距小0.05～0.5mm。
(三)有益效果
与现有技术相比，本申请的技术方案具备以下有益效果：
1、该两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，通过钛合金钻杆两端通过带锥的燕尾楔形螺纹与钢质接头相连接，避免了在上扣过程中，钛合金外壁变形及咬痕，在钻进中保护钛合金钻杆外壁不被磨损，大大延长了钛合金钻杆的使用寿命，不仅解决了钛合金防磨耐磨的问题，还节约用户时间和成本。
2、该两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，通过钛合金钻杆管体与两端钢质内螺纹连接采用带锥度的楔形燕尾螺纹连接，台肩面为机械止动面，装配完成后螺纹、密封面产生过盈配合，过盈量小，能快速完成低温装配，且保证连接部位有足够的密封性及扭矩能力，密封面及台肩面为端部连接提供更强的稳定性，提高连接的抗疲劳性和耐用性
3、该两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，通过钛合金管端连接螺纹、钢质接头连接螺纹均采用燕尾楔形螺纹连接，在上扣过程中，相互滑移接触路径小，可以很快完成上扣过程，螺纹之间磨损小。该连接方式螺纹导向侧、承载侧、齿顶和齿底，至少有三个面相互接触，能够增大啮合后螺纹牙之间的接触面积，减小螺纹在承受载荷时的相对位移，增加螺纹的抗粘扣性能，减小螺纹修复率；内外燕尾型螺纹牙侧面为负角，齿与齿之间互为爪手，在承受拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷和复合载荷时，均无法使预紧力消失，具有良好的气密封性能，其连接安全性及密封性不受上述载荷影响。
4、该两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，通过与钢质接头连接的钢质外螺纹和与钢质接头连接的钢质内螺纹上扣后，螺纹及内台肩啮合接触，产生微小过盈，能够代替原先主台肩面的密封作用。外台肩不接触，降低了公螺纹危险截面处的应力约496Mpa(以钻杆接头材料屈服强度为827Mpa为例)，降低了接头螺纹危险截面处的平均应力约496Mpa，平均应力降低能大幅度提高接头螺纹的疲劳寿命，因此该连接方式具有高的疲劳性能。
5、该两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，适用于高压天然气井、深井、超深井、大位移水平井、大斜度井、超短半径侧钻等狗腿度较大的特殊油气井中。
附图说明
图1为本发明现有技术中常用钻杆连接方式剖面图；
图2为本发明现有技术中常用钻杆接头螺纹旋合剖面图；
图3为本发明现有技术中常用钻杆接头螺纹齿形剖面图；
图4为本发明结构剖面图；
图5为本发明结构螺纹旋合图；
图6为本发明结构齿形剖面图。
图中：1钛合金钻杆管体、2钢质内螺纹接头、3钢质外螺纹接头、4内螺纹接头、5外螺纹接头、7内螺纹、8外螺纹、70内螺纹外台肩、71内螺纹螺纹段、80外螺纹外台肩、81外螺纹螺纹段、RS导向面、RL承载面、RR圆弧形牙底、RT牙顶、RA牙型角、10加厚区域、11钛合金外螺纹区域、21左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域、22与钢质连接的钢质内螺纹区域、31右侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域、32与钢质连接的钢质外螺纹区域、110钛合金外螺纹区域的密封面、111钛合金外螺纹区域的楔形燕尾外螺纹、112钛合金外螺纹区域的台肩面、210左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的密封面、211左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的楔形燕尾内螺纹、212左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的端面、310与钛合金连接的钢质内螺纹区域的密封面、311右侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的楔形燕尾内螺纹、312右侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的端面、B楔形燕尾内螺纹、P楔形燕尾外螺纹、FS螺纹导向面、FL螺纹承载面、T螺纹牙顶、R螺纹牙底、LC螺纹轴线、LT牙顶轮廓线、LR牙底轮廓线、HS导向面高度、HL承载面高度、PS导向面螺距、PL承载在螺距。AS导向面牙侧角、AL承载面牙侧角。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，具体实施例1，本实施例1提供了一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接方式，一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接方式，它包括钻合金钻杆管体、钛合金钻杆管体两端的钢质内螺纹接头和钢质外螺纹接头。所述的钛合金钻杆管体包括管体两端经过锻造成型工艺形成的加厚区域和钛合金外螺纹区域，其中钛合金外螺纹区域由密封面、燕尾楔形外螺纹和台肩面组成；所述的钢质内螺纹接头由与钛合金连接的钢质内螺纹区域和与钢质连接的钢质内螺纹区域组成，其中与钛合金连接的钢质内螺纹区域由密封面、燕尾楔形内螺纹和台肩面组成，与钢质连接的钢质内螺纹区域由外台肩面、燕尾楔形内螺纹和内台肩面组成；所述的钢质外螺纹接头由与钛合金连接的钢质内螺纹区域和与钢质连接的钢质外螺纹区域组成，其中与钛合金连接的钢质内螺纹区域由密封面、燕尾楔形内螺纹和台肩面组成，与钢质连接的钢质外螺纹区域由大台肩面、燕尾楔形外螺纹和小台肩面组成；其特征在于，所述的钛合金管体与钢质内螺纹接头、钢质外螺纹接头通过带锥度的楔形燕尾螺纹相连接，与钛合金连接的钢质内螺纹区域加工有带锥度的楔形燕尾内螺纹，钛合金外螺纹区域加工有带锥度的楔形燕尾外螺纹，与钢质连接的钢质内螺纹区域加工有带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹，与钢质连接的钢质外螺纹区域加工有带锥度的楔形燕尾外螺纹。
与钛合金连接的钢质内螺纹区域的密封面与钛合金外螺纹接头的密封面之间为过盈配合，直径方向过盈量为0.08mm。
钛合金外螺纹接头和与钛合金连接的钢质内螺纹区域之间为过盈连接，直径方向上过盈量为0.05mm，通过低温装配，装配温度不大于200℃。
与钛合金连接的钢质内螺纹区域的密封面为锥形密封面，锥度为1：32，端面为直角，钛合金外螺纹接头的密封面为锥形密封面，锥度为1：32，端面为直角。
与钛合金连接的钢质内螺纹区域的楔形燕尾内螺纹B包括内螺纹导向面、承载面、导向面牙侧角、承载面面牙侧角、齿顶、齿底、齿顶轮廓线、齿底轮廓线、导向面高度、承载面高度、导向面螺距、承载面螺距。
钛合金外螺纹区域的楔形燕尾外螺纹P包括内螺纹导向面、承载面、导向面牙侧角、承载面面牙侧角、齿顶、齿底、齿顶轮廓线、齿底轮廓线、导向面高度、承载面高度、导向面螺距、承载面螺距。
与钛合金连接的钢质内螺纹区域的楔形燕尾内螺纹B的锥度为1：16，钛合金外螺纹区域的楔形燕尾外螺纹P的锥度为1：16。
与钛合金连接的钢质内螺纹区域的楔形燕尾内螺纹B的导向面牙侧角的角度为5°，承载面牙侧角的角度为-10°。钛合金外螺纹区域的楔形燕尾外螺纹P的导向面牙侧角的角度为5°，承载面牙侧角的角度为-10°。
与钛合金连接的钢质内螺纹区域的楔形燕尾内螺纹B的齿顶与螺纹轴线的夹角为0，齿底与螺纹轴线的夹角为0，齿顶与齿底平行。齿顶轮廓线与螺纹轴线的夹角为1.79°，齿底轮廓线与螺纹轴线的夹角为1.79°，齿顶轮廓线与齿底轮廓线平行。
钛合金外螺纹区域的楔形燕尾外螺纹P的齿顶与螺纹轴线的夹角为0°，齿底与螺纹轴线的夹角为0°，齿顶与齿底平行。齿顶轮廓线与螺纹轴线的夹角为1.79°，齿底轮廓线与螺纹轴线的夹角为1.79°，齿顶轮廓线与齿底轮廓线平行。
与钛合金连接的钢质内螺纹区域的楔形燕尾内螺纹B的导向面高度2.16mm，承载面高度1.89mm。导向面螺距8.9mm，承载面螺距9mm。
钛合金外螺纹区域的楔形燕尾外螺纹P的导向面高度2.16mm，承载面高度1.89mm。导向面螺距8.9，承载面螺距9mm。
与钢质连接的钢质内螺纹区域的楔形燕尾内螺纹B包括内螺纹导向面、承载面、导向面牙侧角、承载面面牙侧角、齿顶、齿底、齿顶轮廓线、齿底轮廓线、导向面高度、承载面高度、导向面螺距、承载面螺距。
与钢质连接的钢质外螺纹区域的楔形燕尾外螺纹P包括外包括外螺纹导向面、承载面、导向面牙侧角、承载面面牙侧角、齿顶、齿底、齿顶轮廓线、齿底轮廓线、导向面高度、承载面高度、导向面螺距、承载面螺距。
与钢质连接的钢质内螺纹区域的楔形燕尾内螺纹B的锥度为1：12，与钢质连接的钢质外螺纹区域的楔形燕尾外螺纹P的锥度为1：12。
与钢质连接的钢质内螺纹区域的楔形燕尾内螺纹B的导向面牙侧角的角度为5°，承载面牙侧角的角度为-10°。与钢质连接的钢质外螺纹区域的楔形燕尾外螺纹P的导向面牙侧角的角度为5°，承载面牙侧角的角度为-10°。
与钢质连接的钢质内螺纹区域的楔形燕尾内螺纹B的齿顶与螺纹轴线的夹角为0°，齿底与螺纹轴线的夹角为0°，齿顶与齿底平行。齿顶轮廓线与螺纹轴线的夹角为2.386°，齿底轮廓线与螺纹轴线的夹角为2.386°，齿顶轮廓线与齿底轮廓线平行。
与钢质连接的钢质外螺纹区域的楔形燕尾外螺纹P的齿顶与螺纹轴线的夹角为0°，齿底与螺纹轴线的夹角为0°，齿顶与齿底平行。齿顶轮廓线与螺纹轴线的夹角为2.386°，齿底轮廓线与螺纹轴线的夹角为2.386°，齿顶轮廓线与齿底轮廓线平行。
与钢质连接的钢质内螺纹区域的楔形燕尾内螺纹B的导向面高度2.83mm，承载面高度2.40mm。导向面螺距10.5mm，承载面螺距10.9mm。
与钢质连接的钢质外螺纹区域的楔形燕尾外螺纹P的导向面高度2.83mm，承载面高度2.40mm。导向面螺距10.5，承载面螺距10.9mm。
包含本实施例的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接方式，钛合金钻杆两端连接钢质接头，在上扣过程中，避免了钛合金外壁变形及咬痕，在钻进中保护钛合金钻杆外壁不被磨损，大大延长了钛合金钻杆的使用寿命，为用户节约时间和成本。采用双阶、带锥的粗牙燕尾楔形螺纹连接，减小螺纹在承受载荷时的相对位移，增加螺纹的抗粘扣性能，减小螺纹修复率；内外燕尾型螺纹牙侧面为负角，齿与齿之间互为爪手，在承受拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷和复合载荷时，具有良好的气密封性能，其连接安全性及密封性不受上述载荷影响；该连接结构降低了循环平均应力水平，大幅度提高接头螺纹的疲劳性能。该钛合金钻杆连接方式，适用于高压天然气井、深井、超深井、大位移水平井、大斜度井、超短半径侧钻等狗腿度较大的特殊油气井中。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (20)
1.一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，包括钻合金钻杆管体(1)、钛合金钻杆管体(1)两端的钢质内螺纹接头(2)和钢质外螺纹接头(3)，所述的钛合金钻杆管体(1)包括管体两端的加厚区域(10)和钛合金外螺纹区域(11)，其中钛合金外螺纹区域(11)由钛合金外螺纹区域的密封面(110)、钛合金外螺纹区域的楔形燕尾外螺纹(111)和钛合金外螺纹区域的台肩面(112)组成；所述的钢质内螺纹接头(2)由与钛合金连接的钢质内螺纹区域(21)和与钢质连接的钢质内螺纹区域(22)组成，其中左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域(21)由左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的密封面(210)、左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的楔形燕尾内螺纹(211)和左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的端面(212)组成，与钢质连接的钢质内螺纹区域(22)由外台肩面(220)、燕尾楔形内螺纹(221)和内台肩面(222)组成；所述的钢质外螺纹接头(3)由右侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域(31)和与钢质连接的钢质外螺纹区域(32)组成，其中右侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域(31)由密封面(310)、右侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的楔形燕尾内螺纹(311)和右侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的端面(312)组成，与钢质连接的钢质外螺纹区域(32)由大台肩面(320)、燕尾楔形外螺纹(321)和小台肩面(322)组成，其特征在于：所述的钛合金钻杆管体(1)与钢质内螺纹接头(2)、钢质外螺纹接头(3)通过带锥度的楔形燕尾螺纹相连接，左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域(21)和右侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域(31)加工有带锥度的楔形燕尾内螺纹(B)，钛合金外螺纹区域(11)加工有带锥度的楔形燕尾外螺纹(P)，与钢质连接的钢质内螺纹区域(22)加工有带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹(B)，与钢质连接的钢质外螺纹区域(32)加工有带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹(P)。
2.根据权利要求1所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域(21)的与钛合金连接的钢质内螺纹区域的密封面(210)为锥形密封面，锥度为1：64～1：24，左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的端面(212)为直角，右侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域(31)的密封面(310)为锥形密封面，锥度为1：64～1：24，右侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域的端面(312)为直角，钛合金外螺纹区域(11)的钛合金外螺纹区域的密封面(110)为锥形密封面，锥度为1：64～1：24，钛合金外螺纹区域的台肩面(112)的端面为直角。
3.根据权利要求1所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述与钛合金连接的钢质内螺纹区域的密封面(210)与钛合金外螺纹区域的密封面(110)之间为过盈配合，直径方向过盈量范围为：0.05-0.15mm，与钛合金连接的钢质内螺纹区域的密封面(310)与钛合金外螺纹区域的密封面(110)之间为过盈配合，直径方向过盈量范围为：0.05-0.15mm。
4.根据权利要求1所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述钛合金外螺纹区域(11)和左侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域(21)之间为过盈连接，直径方向上过盈量范围为0.01-0.15mm，通过低温装配，装配温度不大于200℃，钛合金外螺纹区域(11)和右侧与钛合金连接的钢质内螺纹区域(31)之间为过盈连接，直径方向上过盈量范围为0.01-0.15mm，通过低温装配，装配温度不大于200℃。
5.根据权利要求1所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述带锥度的楔形燕尾内螺纹(B)包括内螺纹导向面(FS)、螺纹承载面(FL)、导向面牙侧角(AS)、承载面面牙侧角(AL)、螺纹牙顶(T)、齿底(R)、齿顶轮廓线(LT)、齿底轮廓线(LR)、导向面高度(HS)、承载面高度(HL)、导向面螺距(PS)、承载面螺距(PL)。
6.根据权利要求1所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述楔形燕尾外螺纹(P)包括外螺纹导向面(FS)、螺纹承载面(FL)、导向面牙侧角(AS)、承载面面牙侧角(AL)、螺纹牙顶(T)、齿底(R)、齿顶轮廓线(LT)、齿底轮廓线(LR)、导向面高度(HS)、承载面高度(HL)、导向面螺距(PS)、承载面螺距(PL)。
7.根据权利要求1所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述带锥度的楔形燕尾内螺纹(B)的锥度范围为1：12～1：42，楔形燕尾外螺纹(P)的锥度范围为1：12～1：42，带锥度的楔形燕尾内螺纹(B)与带锥度的楔形燕尾外螺纹(P)为相互连接的内外螺纹关系，相互匹配连接时其锥度一般相同。
8.根据权利要求1、5或6中任一项所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述带锥度的楔形燕尾内螺纹(B)的导向面牙侧角(AS)的角度为-10°～5°，承载面牙侧角(AL)的角度为-3°～-10°，所述楔形燕尾外螺纹(P)的导向面牙侧角(AS)的角度为-10°～5°，承载面牙侧角(AL)的角度为-3°～-10°。
9.根据权利要求1、6或7中任一项所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述带锥度的楔形燕尾内螺纹(B)的螺纹牙顶(T)与螺纹轴线(LC)的夹角为0～2.386°，齿底(R)与螺纹轴线(LC)的夹角为0～2.386°，螺纹牙顶(T)与齿底(R)平行，齿顶轮廓线(LT)与螺纹轴线(LC)的夹角为0～2.386°，齿底轮廓线(LR)与螺纹轴线(LC)的夹角为0～2.386°，齿顶轮廓线(LT)与齿底轮廓线(LR)平行。
10.根据权利要求1、6或7中任一项所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述带锥度的楔形燕尾外螺纹(P)的螺纹牙顶(T)与螺纹轴线(LC)的夹角为0～2.386°，齿底(R)与螺纹轴线(LC)的夹角为0～2.386°，螺纹牙顶(T)与齿底(R)平行，齿顶轮廓线(LT)与螺纹轴线(LC)的夹角为0～2.386°，齿底轮廓线(LR)与螺纹轴线(LC)的夹角为0～2.386°，齿顶轮廓线(LT)与齿底轮廓线(LR)平行。
11.根据权利要求1、5、7、8或9中任一项所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述带锥度的楔形燕尾内螺纹(B)的导向面高度(HS)介于1.65mm～2.65mm，承载面高度(HL)介于1.65mm～2.65mm，导向面高度(HS)大于承载面高度(HL)，导向面螺距(PS)介于6.2～12mm，承载面螺距(PL)介于6.21～12.5mm，导向面螺距(PS)比承载面螺距(PL)小0.01～0.5mm。
12.根据权利要求1、6、7、8或10中任一项所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述带锥度的楔形燕尾外螺纹(P)的导向面高度(HS)介于1.65mm～2.65mm，承载面高度(HL)介于1.65mm～2.65mm，导向面高度(HS)大于承载面高度(HL)，导向面螺距(PS)介于6.2～12mm，承载面螺距(PL)介于6.21～12.5mm，导向面螺距(PS)比承载面螺距(PL)小0.01～0.5mm。
13.根据权利要求1所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹(B)包括内螺纹导向面(FS)、螺纹承载面(FL)、导向面牙侧角(AS)、承载面面牙侧角(AL)、螺纹牙顶(T)、齿底(R)、齿顶轮廓线(LT)、齿底轮廓线(LR)、导向面高度(HS)、承载面高度(HL)、导向面螺距(PS)、承载面螺距(PL)。
14.根据权利要求1所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹(P)包括外包括外螺纹导向面(FS)、螺纹承载面(FL)、导向面牙侧角(AS)、承载面面牙侧角(AL)、螺纹牙顶(T)、齿底(R)、齿顶轮廓线(LT)、齿底轮廓线(LR)、导向面高度(HS)、承载面高度(HL)、导向面螺距(PS)、承载面螺距(PL)。
15.根据权利要求1、11或12中任一项所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹(B)的锥度范围为1：8～1：36，带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹(P)的锥度范围为1：8～1：36，带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹(B)与带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹(P)为相互连接的内外螺纹关系，相互匹配连接时其锥度一般相同。
16.根据权利要求1、13或14中任一项所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹(B)的导向面牙侧角(AS)的角度为-10°～5°，承载面牙侧角(AL)的角度为-3°～-10°，所述带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹(P)的导向面牙侧角(AS)的角度为-10°～5°，承载面牙侧角(AL)的角度为-3°～-10°。
17.根据权利要求1、13或14中任一项所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹(B)的螺纹牙顶(T)与螺纹轴线(LC)的夹角为0～3.58°，齿底(R)与螺纹轴线(LC)的夹角为0～3.58°，螺纹牙顶(T)与齿底(R)平行，齿顶轮廓线(LT)与螺纹轴线(LC)的夹角为0～3.58°，齿底轮廓线(LR)与螺纹轴线(LC)的夹角为0～3.58°，齿顶轮廓线(LT)与齿底轮廓线(LR)平行。
18.根据权利要求1、14或15中任一项所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹(P)的螺纹牙顶(T)与螺纹轴线(LC)的夹角为0～3.58°，齿底(R)与螺纹轴线(LC)的夹角为0～3.58°，螺纹牙顶(T)与齿底(R)平行，齿顶轮廓线(LT)与螺纹轴线(LC)的夹角为0～3.58°，齿底轮廓线(LR)与螺纹轴线(LC)的夹角为0～3.58°，齿顶轮廓线(LT)与齿底轮廓线(LR)平行。
19.根据权利要求1、13、15、16或17中任一项所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹(B)的导向面高度(HS)介于2.2mm～3.5mm，承载面高度(HL)介于2.2mm～3.5mm，导向面高度(HS)大于承载面高度(HL)，导向面螺距(PS)介于8.5～16mm，承载面螺距(PL)介于8.55～16.5mm，导向面螺距(PS)比承载面螺距(PL)小0.05～0.5mm。
20.根据权利要求1、14、15、16或17中任一项所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹(P)的导向面高度(HS)介于2.2mm～3.5mm，承载面高度(HL)介于2.2mm～3.5mm，导向面高度(HS)大于承载面高度(HL)，导向面螺距(PS)介于8.5～16mm，承载面螺距(PL)介于8.55～16.5mm，导向面螺距(PS)比承载面螺距(PL)小0.05～0.5mm。
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| GR01 | Patent grant | ||
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