CN201358732Y - 一种低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及在油井或气井的钻探过程中使用的钻杆接头，特别是一种低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头。它由一对低应力高抗扭矩的双头内螺纹钻杆接头和双头外螺纹钻杆接头组成；所述的双头内螺纹钻杆接头具有两个有相同旋向、相同锥度、相同螺纹参数但两者的螺纹起始点和终止点均相对呈180°的1#内螺纹和2#内螺纹；所述的双头外螺纹钻杆接头具有两个有相同旋向、相同锥度、相同螺纹参数但两者的螺纹起始点和终止点均相对呈180°的1#外螺纹和2#外螺纹。该低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头具有更低的应力集中和更高的扭矩特性，可实现更高的生产效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及在油井或气井的钻探过程中使用的钻杆接头，特别是一种低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头。
背景技术
在油井或气井的钻探过程中使用的钻杆接头一般多采用美国石油学会(API)制定的API标准生产制造。美国石油学会(API)在20世纪20年代开始采用V-0.065牙型螺纹的石油钻杆接头，这种钻杆接头的螺纹是V形螺纹，其牙底和牙顶都是平的，牙底和牙顶宽都是0.065英寸(1.651mm)，平牙底与牙承载面之间的过渡尖角半径只有r＝0.38mm，此处应力集中很高，极易出现疲劳裂纹，钻杆接头寿命很短。在20世纪60年代美国石油学会将V-0.065牙型螺纹的平牙底改为半径R＝0.038英寸(0.965mm)的圆底，牙底的应力集中显著减少，钻杆接头疲劳寿命成倍增长，这种螺纹被称为数字型(NC)螺纹，可以与V-0.065牙型螺纹完全互换，其牙型被纳入APISPEC 7中，称为V-0.038R。但数字型(NC)螺纹在应用中仍然存在一些问题，特别是在螺纹牙底仍有较大的应力集中，而且应力在螺纹牙底的分布不均匀，在牙底靠近螺纹牙承载面处应力最大；载荷在钻杆接头各圈螺纹牙上的分配不均匀，大部分载荷由外螺纹接头螺纹最后啃合区(LET)螺纹牙承担，其中第一牙承担的载荷最大，第一牙承担的载荷大约为总载荷的30％，钻杆接头的疲劳裂纹多数是产生在螺纹最后啃合区的螺纹牙根部。而且API钻杆接头的内螺纹接头的后端是一内斜面，对应的外螺纹接头的前端是一外斜面，只有一个抗扭矩台肩在内螺纹接头的前端面和对应的外螺纹接头的后端面，接头扭转强度低。按照API标准的设计，上述接头的扭转强度一般为管体的80％，因此上述接头在使用中遇到过大扭矩时会出现内螺纹接头胀扣及外螺纹接头螺纹断裂等失效事故。另外目前钻井深度已达3000～6000M，一根钻杆8～10M，仅螺纹接头组装就需要300～750次、大约2～3天，如果每个螺纹接头组装额外增加1分钟，则就需要多出6～12小时，这样人工费用、设备租金就会增加，导致成本增加。采用多头螺纹，加大螺距，组装所需的转数越少，组装速度越快，生产效率越高。因此需要开发有低应力集中、高抗扭矩特性、可实现更高的生产效率的双头螺纹钻杆接头。
发明内容
本实用新型解决了上述石油生产现有技术中数字型螺纹有较大的应力集中、接头抗扭矩性能较差，生产效率较低的技术问题，提供一种低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头。
为实现上述目的，本实用新型是这样实现的：
一种低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，由一对低应力高抗扭矩的双头内螺纹钻杆接头和双头外螺纹钻杆接头组成，其特征在于：
所述的双头内螺纹钻杆接头具有两个有相同旋向、相同锥度、相同螺纹参数但两者的螺纹起始点和终止点均相对呈180°的1#内螺纹和2#内螺纹，双头内螺纹两端设置主抗扭矩台肩和副抗扭矩台肩，其副抗扭矩台肩根部圆角≤±2mm；
所述的双头外螺纹钻杆接头具有两个有相同旋向、相同锥度、相同螺纹参数但两者的螺纹起始点和终止点均相对呈180°的1#外螺纹和2#外螺纹，双头外螺纹两端设置主抗扭矩台肩和副抗扭矩台肩，其主抗扭矩台肩根部圆角≤±2mm。
所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征在于：所述的对应旋合的双头内螺纹和双头外螺纹的锥度为1∶10～1∶16。
所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征在于所述的双头内螺纹的1#内螺纹和2#内螺纹的相临原始三角形顶点之间的距离等于螺纹螺距P的1/2。
所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征在于：所述的双头外螺纹的1#外螺纹和2#外螺纹的相临原始三角形顶点之间的距离等于螺纹螺距P的1/2。
所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征在于：
所述的内螺纹的螺纹牙底形成双牙底圆弧：一是在牙型承载侧，三角形斜线螺纹牙底圆弧半径为Rrn1；一是在牙型导入侧，靠近螺纹底部方向与原始三角形中径有一间距bn，该处与螺纹轴线垂直方向呈一夹角an，an夹角线螺纹牙底圆弧半径为Rrn2；
所述的外螺纹的在螺纹牙底形成双牙底圆弧：一是在牙型承载侧，三角形斜线螺纹牙底圆弧半径为Rrs1；一是在牙型导入侧，靠近螺纹底部方向与原始三角形中径有一间距bs，该处与螺纹轴线垂直方向呈一夹角as，as夹角线螺纹牙底圆弧半径为Rrs2；
其中：
bn＝bs≤1mm；
an＝as≤6°；
Rrn1＝Rrs1≤2mm；
Rrn2＝Rrs2≤2mm；
Rrn1≤Rrn2。
所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征在于：所述的双头内螺纹钻杆接头设置的主抗扭矩台肩与双头外螺纹钻杆接头设置的主抗扭矩台肩的端部在拧紧时紧密接触。
所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征在于所述的双头内螺纹钻杆接头设置的副抗扭矩台肩与双头外螺纹钻杆接头设置的副抗扭矩台肩的端部在拧紧时有一微小间隙≤0.5mm。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过采用优化的与API钻杆接头的螺纹牙型不同的双牙底圆弧螺纹，改变螺纹牙的几何形状和尺寸，使恰当的螺纹形式和规格与适当的内、外螺纹接头的内、外径配合，有效地增大螺纹牙柔度并减小内、外螺纹接头柔度之和，使钻杆接头承受外加载荷时载荷在螺纹各圈间分配趋于均匀，明显降低螺纹牙底的应力集中，提高螺纹的疲劳寿命，保证钻杆接头在螺纹处的可靠连接；通过将API钻杆接头的内螺纹接头的后端的内斜面改为内台肩、对应的外螺纹接头的前端的外斜面改为与其配合的端面，增加一个副抗扭矩台肩，当主抗扭矩台肩承受外加载荷发生变形时，内台肩面有效接触以此提高接头的抗扭强度；主抗扭矩台肩和副抗扭矩台肩的根部圆角的优化设计有效地降低台肩根部的应力集中，提高接头的疲劳寿命；通过采用双头低应力螺纹高抗扭矩钻杆接头，可以有效节省上卸扣时间，降低了生产成本，同时有效降低接头应力集中，提高了抗扭强度。
附图说明
图1为本实用新型的双头螺纹牙型结构示意图；
图2为本实用新型的内螺纹接头剖面图；
图3为本实用新型的外螺纹接头外观图；
具体实施方式
结合附图对本实用新型的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头加以说明。
如图1-图3所示，该种低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，它包括一对低应力高抗扭矩的双头内螺纹钻杆接头和双头外螺纹钻杆接头：
双头内螺纹钻杆接头有与API钻杆接头的螺纹牙型不同的1#内螺纹7和2#内螺纹9，1#内螺纹7和2#内螺纹9两者的螺纹牙型结构相同，包括旋向相同、锥度相同为1∶10～1∶16、螺纹参数相同，它们两者有相同的双牙底圆弧螺纹牙底，在牙型承载侧有三角形斜线螺纹牙底圆弧半径Rrn1并且Rrn1≤2mm，在牙型导入侧有靠近螺纹底部方向与原始三角形中径间距bn并且bn≤1mm，该处与螺纹轴线垂直方向呈夹角an并且an≤6°，an夹角线螺纹牙底圆弧半径Rrn2并且Rrn2≤2mm，同时Rrn1≤Rrn2；它们两者的相临原始三角形顶点之间的距离等于单个螺纹螺距P的1/2，它们两者的螺纹起始点和终止点均相对呈180°；双头内螺纹钻杆接头的1#内螺纹7和2#内螺纹9两端设置主抗扭矩台肩1和副抗扭矩台肩15，双头内螺纹钻杆接头的1#内螺纹7和2#内螺纹9与双头内螺纹钻杆接头的头部镗孔部3之间有一斜面5；双头内螺纹钻杆接头的根部套筒部11与其根部副抗扭矩台肩15之间有一其副抗扭矩台肩根部圆角13，该圆角≤±2mm。
双头外螺纹钻杆接头有与双头内螺纹钻杆接头的1#内螺纹7和2#内螺纹9对应旋合的1#外螺纹8和2#外螺纹10，1#外螺纹8和2#外螺纹10两者的螺纹牙型结构相同，包括旋向相同、锥度相同为1∶10～1∶16并且≤1#内螺纹7和2#内螺纹9的锥度、螺纹参数相同，它们两者有相同的双牙底圆弧螺纹牙底，在牙型承载侧有三角形斜线螺纹牙底圆弧半径Rrs1并且Rrs1＝Rrn1，在牙型导入侧有靠近螺纹底部方向与原始三角形中径间距bs并且bs＝bn，该处与螺纹轴线垂直方向呈夹角as并且as＝an，as夹角线螺纹牙底圆弧半径Rrs2并且Rrs2＝Rrn2；它们两者的相临原始三角形顶点之间的距离等于单个螺纹螺距P的1/2，它们两者的螺纹起始点和终止点均相对呈180°；双头外螺纹钻杆接头的1#外螺纹8和2#外螺纹10两端设置主抗扭矩台肩2和副抗扭矩台肩14，双头外螺纹钻杆接头的1#外螺纹8和2#外螺纹10与双头外螺纹钻杆接头的前端头部12之间有一斜面6；双头外螺纹钻杆接头的根部基部4与其根部主抗扭矩台肩2之间有一其主抗扭矩台肩根部圆角16，该圆角≤±2mm。
低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头的双头内螺纹钻杆接头与双头外螺纹钻杆接头旋入连接拧紧时，双头内螺纹钻杆接头的主抗扭矩台肩1与双头外螺纹钻杆接头的主抗扭矩台肩2端部紧密接触，而双头内螺纹钻杆接头的副抗扭矩台肩15与双头外螺纹钻杆接头的副抗扭矩台肩14端部有一微小间隙，该间隙≤0.5mm；双头内螺纹钻杆接头的头部镗孔部3的长度＞双头外螺纹钻杆接头的根部基部4的长度而且双头内螺纹钻杆接头的头部镗孔部3的直径＞双头外螺纹钻杆接头的根部基部4的直径；双头内螺纹钻杆接头的根部套筒部11的长度＜双头外螺纹钻杆接头的前端头部12的长度但双头内螺纹钻杆接头的根部套筒部11的直径＞双头外螺纹钻杆接头的前端头部12的直径，以保证主抗扭矩台肩1、2和副抗扭矩台肩14、15在承受外加载荷发生变形时紧密接触配合，保证钻杆接头的高抗扭矩性能。
实施例：
该双头螺纹钻杆接头的外径是
内径是
其1#内螺纹、2#内螺纹、1#外螺纹、2#外螺纹的锥度都是1∶12，1#内螺纹、2#内螺纹、1#外螺纹、2#外螺纹的螺距P都是16.934mm，1#内螺纹、2#内螺纹、1#外螺纹、2#外螺纹的牙底和牙顶宽都是2.513mm，1#内螺纹、2#内螺纹的牙底圆弧半径Rrn1等于1#外螺纹、2#外螺纹的牙底圆弧半径Rrs1都是R1.321mm，1#内螺纹、2#内螺纹的牙型导入侧靠近螺纹底部方向与原始三角形中径间距bn等于1#外螺纹、2#外螺纹的牙型导入侧靠近螺纹底部方向与原始三角形中径间距bs都是0.263mm，1#内螺纹、2#内螺纹的与螺纹轴线垂直方向夹角an等于1#外螺纹、2#外螺纹的与螺纹轴线垂直方向夹角as都是5°，1#内螺纹、2#内螺纹的牙底圆弧半径Rrn2等于1#外螺纹、2#外螺纹的牙底圆弧半径Rrs2都是R1.524mm，1#内螺纹、2#内螺纹的螺纹起始点和终止点都相对呈180°，1#外螺纹、2#外螺纹的螺纹起始点和终止点都相对呈180°，主抗扭矩台肩和副抗扭矩台肩的根部圆角都是1.5mm，副抗扭矩台肩端部在拧紧时间隙等于0.2mm。
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 (7)
1、一种低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，由一对低应力高抗扭矩的双头内螺纹钻杆接头和双头外螺纹钻杆接头组成，其特征在于：
所述的双头内螺纹钻杆接头具有两个有相同旋向、相同锥度、相同螺纹参数但两者的螺纹起始点和终止点均相对呈180°的1#内螺纹和2#内螺纹，双头内螺纹两端设置主抗扭矩台肩和副抗扭矩台肩，其副抗扭矩台肩根部圆角≤±2mm；
所述的双头外螺纹钻杆接头具有两个有相同旋向、相同锥度、相同螺纹参数但两者的螺纹起始点和终止点均相对呈180°的1#外螺纹和2#外螺纹，双头外螺纹两端设置主抗扭矩台肩和副抗扭矩台肩，其主抗扭矩台肩根部圆角≤±2mm。
2、根据权利要求1所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征在于：所述的对应旋合的双头内螺纹和双头外螺纹的锥度为1∶10～1∶16。
3、根据权利要求1所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征在于所述的双头内螺纹的1#内螺纹和2#内螺纹的相临原始三角形顶点之间的距离等于螺纹螺距P的1/2。
4、根据权利要求1所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征在于：所述的双头外螺纹的1#外螺纹和2#外螺纹的相临原始三角形顶点之间的距离等于螺纹螺距P的1/2。
5、根据权利要求1所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征在于：
所述的内螺纹的螺纹牙底形成双牙底圆弧：一是在牙型承载侧，三角形斜线螺纹牙底圆弧半径为Rrn1；一是在牙型导入侧，靠近螺纹底部方向与原始三角形中径有一间距bn，该处与螺纹轴线垂直方向呈一夹角an，an夹角线螺纹牙底圆弧半径为Rrn2；
所述的外螺纹的在螺纹牙底形成双牙底圆弧：一是在牙型承载侧，三角形斜线螺纹牙底圆弧半径为Rrs1；一是在牙型导入侧，靠近螺纹底部方向与原始三角形中径有一间距bs，该处与螺纹轴线垂直方向呈一夹角as，as夹角线螺纹牙底圆弧半径为Rrs2；
其中：
bn＝bs≤1mm；
an＝as≤6°；
Rrn1＝Rrs1≤2mm；
Rrn2＝Rrs2≤2mm；
Rrn1≤Rrn2。
6、根据权利要求1所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征在于：所述的双头内螺纹钻杆接头设置的主抗扭矩台肩与双头外螺纹钻杆接头设置的主抗扭矩台肩的端部在拧紧时紧密接触。
7、根据权利要求1所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征在于所述的双头内螺纹钻杆接头设置的副抗扭矩台肩与双头外螺纹钻杆接头设置的副抗扭矩台肩的端部在拧紧时有一微小间隙≤0.5mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20091209 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |