CN201198739Y

CN201198739Y - 一种具有较高抗扭强度的石油钻杆接头

Info

Publication number: CN201198739Y
Application number: CNU2008200567214U
Authority: CN
Inventors: 袁鹏斌; 王广群; 帅亚民; 周永其
Original assignee: SHANGHAI HAILONG PETROLEUM PIPE MATERIAL INSTITUTE
Current assignee: SHANGHAI HAILONG PETROLEUM PIPE MATERIAL INSTITUTE
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2018-03-28

Abstract

本实用新型涉及属于石油钻杆接头加工技术领域，尤其是一种具有较高抗扭强度的石油钻杆接头。它由内螺纹件和外螺纹件两部分组成，在内螺纹件上加工有锥管内螺纹以及端面台肩，在外螺纹件上加工有锥管外螺纹以及扭矩台肩，该外螺纹是标准的API螺纹，螺距为标准螺距；该内螺纹的螺距分为两段，靠近端面台肩的一段沿轴向向里的长度为L，该段螺纹的螺距是由外向里逐渐变窄。它主要解决现有结构在靠近台肩的数牙螺纹承担了绝大部分载荷，而远离台肩的旋合螺纹承担的载荷十分有限，大大恶化了整个接头的应力分布，使钻杆接头的抗扭能力大幅下降的技术问题，它可有效提高接头的抗扭强度，而且根据现有的数控机床技术，容易实现，成本提高很少。

Description

一种具有较高抗扭强度的石油钻杆接头

技术领域

本实用新型涉及属于石油钻杆接头加工技术领域，尤其是一种具有较高抗扭强度的石油钻杆接头。

背景技术

钻杆是用于油气钻探的重要工具，普通钻杆是按照API标准制造的，其基本结构是在钻杆管体的两端各对焊一个外螺纹钻杆接头和一个内螺纹钻杆接头。

图1为API标准钻杆接头结构示意图，图2、4为连接螺纹的牙型图。该钻杆接头包括外螺纹接头和内螺纹接头两部分，两者通过螺纹连接在一起。外螺纹接头的螺纹根部加工有一个直角外台肩，钻杆接头使用时，内螺纹接头的外端面紧紧顶在外螺纹接头的直角台肩上，形成过盈配合。

当API钻杆接头处于拧紧状态时，内螺纹端面与外螺纹的台肩相互作用，产生很大的反作用力，该反作用力由钻杆螺纹来承担。研究表明，API钻杆螺纹的各牙并非均匀地承担着接头传递的载荷，靠近台肩的数牙螺纹承担了绝大部分载荷，而远离台肩的旋合螺纹承担的载荷十分有限，这就大大恶化了整个接头的应力分布，使钻杆接头的抗扭能力大幅下降。

经文献检索发现，中国专利公开号为CN2734974Y，公开日为2005年10月19日，实用新型专利名称为“高抗扭钻杆接头”，申请人为：宝山钢铁股份有限公司。该专利公开了一种能够增强钻杆抗扭能力的钻杆接头，这种接头由外螺纹接头和与之进行螺纹连接的内螺纹接头组成，其改进之处是外螺纹接头的根部台肩面和螺纹端面分别与内螺纹接头内螺纹的螺纹端面和根部台肩面紧密配合，形成双台肩结构。由这两个台肩共同分担接头承担的扭矩，而不是由一个台肩单独承担。这样，API钻杆的应力集中区域位于内螺纹端面与外螺纹的台肩相互作用处，而这种新型接头的应力集中区域则由一个分散成两个，从而使应力集中程度下降。通过这种方法，可以提高接头的抗扭强度，但其缺点和不足之处是：对加工精度要求很高，要保证两个台肩面同时接触，有较大的难度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有较高抗扭强度的石油钻杆接头，主要解决现有结构在靠近台肩的数牙螺纹承担了绝大部分载荷，而远离台肩的旋合螺纹承担的载荷十分有限，大大恶化了整个接头的应力分布，使钻杆接头的抗扭能力大幅下降的技术问题，它可有效提高接头的抗扭强度，而且根据现有的数控机床技术，容易实现，成本提高很少。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种具有较高抗扭强度的石油钻杆接头，它由内螺纹件和外螺纹件两部分组成，在内螺纹件上加工有锥管内螺纹以及端面台肩，在外螺纹件上加工有锥管外螺纹以及扭矩台肩，其特征在于：该外螺纹是标准的API螺纹，螺距为标准螺距；该内螺纹的螺距分为两段，靠近端面台肩的一段沿轴向向里的长度为L，该段螺纹的螺距是由外向里逐渐变窄。

所述的具有较高抗扭强度的石油钻杆接头，其特征在于：靠近端面台肩的一段内螺纹的螺距为P₁，外螺纹5的螺距为P，P₁-P＝0.05～0.1mm。

所述的具有较高抗扭强度的石油钻杆接头，其特征在于：在L长度范围内，包含3～4牙螺纹，L＝19.1～25.4mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型保持外螺纹螺距不变，通过对内螺纹的数牙螺纹变化螺距的方法，使得载荷在各牙螺纹上的分布更加均匀，应力集中程度明显减小，提高了接头的承载能力，尤其是抗扭能力；

2)本实用新型采用最为成熟的API接头加以改进，根据现有的数控加工技术，可以很容易实现，加工成本提高很少。

附图说明

图1是API标准钻杆接头示意图。

图2是API标准钻杆接头螺纹牙型示意图。

图3是本实用新型的结构示意图。

图4是API标准螺纹啮合后的示意图。

图5是本实用新型螺纹啮合后的示意图。

具体实施方式

本实用新型的目的在于提供一种具有较高抗扭强度的石油钻杆接头接头。如图3、5，它由内螺纹件1和外螺纹件4两部分组成。在内螺纹件1上加工有锥管内螺纹2以及端面台肩3，在外螺纹件4上加工有锥管外螺纹5以及直角扭矩台肩6。内螺纹2通过分段变螺距的方法，使内、外螺纹拧紧后在靠近台肩处产生轴向间隙，且间隙从外到里依次减小。为了达到这种效果，具体做法如下：

外螺纹5是标准的API螺纹，螺距为标准螺距，其值为P，内螺纹2的螺距分为两段，距端面起3～4牙的螺距大于标准螺距P，其值为P₁，其它部分内螺纹的螺距为标准螺距P，P₁与P之间满足如下关系：P₁-P＝0.05～0.1mm。其中具体选择3牙还是4牙，以及P₁的具体取值，根据钻杆的尺寸而定，根据计算，螺距的变化范围即P₁-P的范围不超过0.1mm。

这种做法的原理如图4和图5所示，如果内、外螺纹的螺距完全相同，其啮合后如图4所示，由于台肩产生的轴向力作用，使得靠近台肩的第1～2螺纹的承载面受力很大，此处产生了十分严重的应力集中。普通API套管往往从此处发生断裂、应力腐蚀开裂等失效，尤其是当扭矩较大时，这种问题更加突出，从而限制了这种钻杆的使用范围。考虑到越靠近台肩处螺纹的受力越大，变形也越严重，如果使外螺纹螺距保持不变，设法使内螺纹第一牙螺纹沿轴向向里移动一定的距离没m₁，第二牙螺纹移动m₂，...，使各牙螺纹的变形量相同，即可以改善接头的载荷分布。

如果保持外螺纹的螺距P不变，将内螺纹靠近台肩的第3～4牙螺纹的螺距从P增大到P₁，那么其啮合后的示意图见图5。可见，靠近台肩的第一牙螺纹承载面之间的距离最大，后面的螺纹距离则依次减小。这样就可以有效解决靠近台肩处螺纹的应力集中问题，使各牙螺纹承受的载荷更加均匀，从而提高接头的承载能力，主要是抗扭性能。

以下通过具体实施例进一步介绍本实用新型：

实施例1是用于Φ88.9×9.35mm13.3lb/ft的钻杆，钢级为S135。接头类型NC38，螺纹形式为标准的API V-0.038R，锥度1:6。外螺纹与普通V-0.038R完全相同，螺距P＝6.35mm。内螺纹除螺距参数外，其它参数与V-0.038R螺纹完全相同，内螺纹从端面第一牙螺纹起的3牙螺纹(L＝19.1mm)范围内，螺距P₁＝6.42mm，其余内螺纹的螺距为P＝6.35mm。根据API SPEC7，该规格钻杆若采用普通API接头，其最大允许上扣扭矩是35949N-m，若采用本实用新型接头，最大允许上扣扭矩达到46728N-m，提高抗扭性能1.3倍。

个实施例2是用于Φ127×9.19mm 19.5lb/ft的钻杆，钢级为S135。接头类型NC50，螺纹形式为标准的API V-0.038R，锥度1:6。外螺纹与普通V-0.038R完全相同，螺距P＝6.35mm。内螺纹除螺距参数外，其它参数与V-0.038R螺纹完全相同，内螺纹从端面第一牙螺纹起的4牙螺纹(L＝25.4mm)范围内，螺距P₁＝6.45mm，其余内螺纹的螺距为P＝6.35mm。根据API SPEC 7，该规格钻杆若采用普通API接头，其最大允许上扣扭矩是85966N-m，若采用本实用新型接头，最大允许上扣扭矩达到116905N-m，提高抗扭性能1.36倍。

综上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本实用新型的技术范畴。

Claims

1.一种具有较高抗扭强度的石油钻杆接头，它由内螺纹件(1)和外螺纹件(4)两部分组成，在内螺纹件(1)上加工有锥管内螺纹(2)以及端面台肩(3)，在外螺纹件(4)上加工有锥管外螺纹(5)以及扭矩台肩(6)，其特征在于:该外螺纹(5)是标准的API螺纹，螺距为标准螺距；该内螺纹(2)的螺距分为两段，靠近端面台肩(3)的一段沿轴向向里的长度为L，该段螺纹的螺距是由外向里逐渐变窄。

2.根据权利要求1所述的具有较高抗扭强度的石油钻杆接头，其特征在于:靠近端面台肩(3)的一段内螺纹的螺距为P₁，外螺纹(5)的螺距为P，P₁-P＝0.05～0.1mm。

3.根据权利要求1或2所述的具有较高抗扭强度的石油钻杆接头，其特征在于:在L长度范围内，包含3～4牙螺纹，L＝19.1～25.4mm。