CN202611612U - 高抗扭强度双台肩钻杆螺纹连接结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高抗扭强度双台肩钻杆螺纹连接结构，其包括钻杆外螺纹接头及钻杆内螺纹接头，钻杆外螺纹接头包括外螺纹，钻杆内螺纹接头包括内螺纹，内螺纹与外螺纹均采用API螺纹；钻杆内螺纹接头的一端端部设有内主扭矩台肩，所述内主扭矩台肩通过第二内螺纹过渡段与内螺纹的一端相连，内螺纹的另一端通过第一内螺纹过渡段与内副扭矩台肩相连；钻杆外螺纹接头的一端端部设有外副扭矩台肩，所述外副扭矩台肩通过第二外螺纹过渡段与外螺纹的一端相连，外螺纹的另一端通过第一外螺纹过渡段与外主扭矩台肩相连；第一外螺纹过渡段的长度为38.1mm~50.8mm。本实用新型结构紧凑，提高了钻杆接头的连接强度与抗扭强度，安全可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种螺纹连接结构，尤其是一种高抗扭强度双台肩钻杆螺纹连接结构，属于石油工业钻井螺纹连接的技术领域。
背景技术
近几年，随着我国石油工业的发展，油、气钻井环境日益苛刻，特别是深井、超深井、海洋油气井的开发，对钻杆的连接性能和抗扭性能提出了更高的要求，尽管已经开发出可与API标准接头互换连接的双台肩接头，但是在实际钻井使用中，该种结构的不足之处是连接强度和抗扭强度提高有限，在超深井、大位移水平井、海洋钻井中等苛刻工况下，连接强度和抗扭强度还不够，甚至发生失效事故，迫切需要连接强度和抗扭强度更高的双台肩钻杆接头，促使双台肩钻杆接头的开发与升级。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高抗扭强度双台肩钻杆螺纹连接结构，其结构紧凑，提高了钻杆接头的连接强度与抗扭强度，安全可靠。
按照本实用新型提供的技术方案，所述高抗扭强度双台肩钻杆螺纹连接结构，包括钻杆外螺纹接头及钻杆内螺纹接头，所述钻杆外螺纹接头包括外螺纹，钻杆内螺纹接头包括内螺纹，钻杆外螺纹接头与钻杆内螺纹接头通过外螺纹、内螺纹对应配合后紧固连接；所述内螺纹与外螺纹均采用API螺纹；钻杆内螺纹接头的一端端部设有内主扭矩台肩，所述内主扭矩台肩通过第二内螺纹过渡段与内螺纹的一端相连，内螺纹的另一端通过第一内螺纹过渡段与内副扭矩台肩相连；钻杆外螺纹接头的一端端部设有外副扭矩台肩，所述外副扭矩台肩通过第二外螺纹过渡段与外螺纹的一端相连，外螺纹的另一端通过第一外螺纹过渡段与外主扭矩台肩相连；第一外螺纹过渡段的长度为38.1mm~50.8mm （API标准接头长度为15.875mm）；钻杆外螺纹接头与钻杆内螺纹接头连接拧紧后，外主扭矩台肩与内主扭矩台肩接触，外副扭矩台肩与内副扭矩台肩相接触。
所述第一内螺纹过渡段与内副扭矩台肩的结合部设有内副扭矩台肩应力减轻槽。所述第一外螺纹过渡段与外主扭矩台肩的结合部设有外主扭矩台肩应力减轻槽。所述第一内螺纹过渡段、第二内螺纹过渡段呈圆柱状或圆锥状。所述第一外螺纹过渡段与第二外螺纹过渡段呈圆柱状或圆锥状。所述内副扭矩台肩应力减轻槽呈圆弧状。所述外主扭矩台肩应力减轻槽呈圆弧状。
本实用新型的优点：钻杆外螺纹接头同时具有外主扭矩台肩、外副扭矩台肩，且钻杆内螺纹接头也同时具有内主扭矩台肩、内副扭矩台肩，通过主扭矩台肩、副扭矩台肩的配合共同承担扭矩载荷，提高了钻杆接头的抗扭强度，第一外螺纹过渡段、第二内螺纹过渡段的长度增加后能缓和扭矩台肩处的应力集中，进一步提高接头的连接强度和抗扭强度；比普通API钻杆接头抗扭强度提高30%-70%；由于扭矩强度的提高，在上扣－拉伸复合载荷作用下，其连接强度也得到了提高。通过设置内副扭矩台肩应力减轻槽、外主扭矩台肩应力减轻槽有助于分散应力集中，使接头应力分布均匀，提高接头寿命。连接螺纹采用API标准的常规结构；由于连接强度和抗扭强度的提高，现场使用过程中，对接头的内径、外径的有更多的选择；连接螺纹采用API标准的常规结构，加工、检验便于操作。
附图说明
图1为现有API普通配置钻杆上扣-拉伸复合载荷示意图。
图2为现有与API标准接头互换的双台肩接头（较高抗扭强度）钻杆上扣-拉伸复合载荷示意图。
图3为本实用新型上扣-拉伸复合载荷图。
图4为本实用新型的结构示意图。
图5为本实用新型钻杆内螺纹接头的结构示意图。
图6是本实用新型钻杆外螺纹接头的结构示意图。
图7是本实用新型内副扭矩台肩应力减轻槽的结构放大图。
图8是本实用新型外主扭矩台肩应力减轻槽的结构放大图。
图9是现有API接头连接的结构示意图。
图10是API内螺纹接头的结构示意图。
图11是API外螺纹接头的结构示意图。
图12是API内螺纹接头与本申请钻杆外螺纹接头连接配合的结构示意图。
图13是API外螺纹接头与本申请钻杆内螺纹接头连接配合的结构示意图。
附图标记说明：1-钻杆外螺纹接头、2-钻杆内螺纹接头、3-内副扭矩台肩、4-内副扭矩台肩应力减轻槽、5-第一内螺纹过渡段、6-内螺纹、7-第二内螺纹过渡段、8-内主扭矩台肩、9-外主扭矩台肩、10-外主扭矩台肩应力减轻槽、11-第一外螺纹过渡段、12-外螺纹、13-第二外螺纹过渡段、14-外副扭矩台肩、15-API外螺纹接头、16-API内螺纹接头、17-API内螺纹第一过渡段、18-API内螺纹、19-API内螺纹第二过渡段、20-API内螺纹主扭矩台肩、21-API外螺纹主扭矩台肩、22-API外螺纹第一过渡段、23-API外螺纹及24-API外螺纹副扭矩台肩。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图9、图10和图11所示：为现有API螺纹接头连接配合的结构示意图。现有API螺纹连接配合结构包括API外螺纹接头15及API内螺纹接头16，API外螺纹接头15包括API外螺纹23，API内螺纹接头16包括API内螺纹18，API外螺纹接头15与API内螺纹接头16通过API外螺纹23、API内螺纹18对应啮合后连接成一体。API外螺纹接头15的一端端部设置API外螺纹副扭矩台肩24，API外螺纹副扭矩台肩24与API外螺纹23的一端相连，API外螺纹23的另一端通过API外螺纹第一过渡段22与API外螺纹主扭矩台肩21相连。API内螺纹接头16的一端端部设置API内螺纹主扭矩台肩20，API内螺纹主扭矩台肩20通过API内螺纹第二过渡段19与API内螺纹18的一端相连，API内螺纹18的另一端与API内螺纹第二过渡段17相连。API外螺纹接头15与API内螺纹接头16连接拧紧后，API内螺纹主扭矩台肩20与API外螺纹副扭矩台肩24相接触。
如图4、图5、图6、图7和图8所示： 本实用新型包括钻杆外螺纹接头1及钻杆内螺纹接头2，所述钻杆外螺纹接头1包括外螺纹12，钻杆内螺纹接头2包括内螺纹6，钻杆外螺纹接头1与钻杆内螺纹接头2通过外螺纹12、内螺纹6对应配合后紧固连接；所述内螺纹6与外螺纹12均采用API螺纹；钻杆内螺纹接头2的一端端部设有内主扭矩台肩8，所述内主扭矩台肩8通过第二内螺纹过渡段7与内螺纹6的一端相连，内螺纹6的另一端通过第一内螺纹过渡段5与内副扭矩台肩3相连；钻杆外螺纹接头1的一端端部设有外副扭矩台肩14，所述外副扭矩台肩14通过第二外螺纹过渡段13与外螺纹12的一端相连，外螺纹12的另一端通过第一外螺纹过渡段11与外主扭矩台肩9相连；第一外螺纹过渡段11的长度为34.925mm~50.8mm；钻杆外螺纹接头1与钻杆内螺纹接头2连接拧紧后，外主扭矩台肩9与内主扭矩台肩8接触，外副扭矩台肩14与内副扭矩台肩3相接触。第一外螺纹过渡段11的长度大于现有API外螺纹第一过渡段22的长度，当第一外螺纹过渡段11的长度增加后，第二内螺纹过渡段7的长度也要对应加长，第二内螺纹过渡段7的长度与第一外螺纹过渡段11的长度匹配即可；第一外螺纹过渡段11、第二内螺纹过渡段7的长度增加后能缓和扭矩台肩处的应力集中，进一步提高接头的连接强度和抗扭强度。
所述第一内螺纹过渡段5与内副扭矩台肩3的结合部设有内副扭矩台肩应力减轻槽4。所述内副扭矩台肩应力减轻槽4呈圆弧状。
所述第一外螺纹过渡段11与外主扭矩台肩9的结合部设有外主扭矩台肩应力减轻槽10。所述外主扭矩台肩应力减轻槽10呈圆弧状。
所述第一内螺纹过渡段5、第二内螺纹过渡段7呈圆柱状或圆锥状。所述第一外螺纹过渡段11与第二外螺纹过渡段13呈圆柱状或圆锥状。
与现有API外螺纹接头15、API内螺纹接头16相比，本实用新型将API内螺纹接头16的API内螺纹第二过渡段17设计成第一内螺纹过渡段5及与第一内螺纹过渡段5一端端部相连的内副扭矩台肩3，在第一内螺纹过渡段5与内副扭矩台肩3的结合部设有内副扭矩台肩应力减轻槽4。同时，将API外螺纹接头15对应设置API外螺纹副扭矩台肩24的一端增加第二外螺纹过渡段13，以形成外副扭矩台肩14通过第二外螺纹过渡段13与外螺纹12相连的结构，并在API外螺纹第二过渡段22与API外螺纹主扭矩台肩21间的结合部设置外主扭矩台肩应力减轻槽10；以形成本实用新型的外主扭矩台肩9、外主扭矩台肩应力减轻槽10、第一外螺纹过渡段11的配合结构。
由于本实用新型钻杆外螺纹接头1的外螺纹12、钻杆内螺纹接头2的内螺纹6均采用API螺纹，因此钻杆外螺纹接头1能与API内螺纹接头16配合连接使用；钻杆内螺纹接头2能与API外螺纹接头15配合连接使用，以提高连接配合使用的效果。如图12所示：为本实用新型钻杆外螺纹接头1与API内螺纹接头16对应连接配合使用的状态图；如图12所示：为本实用新型钻杆内螺纹接头2与API外螺纹接头15对应连接配合使用的状态图。
本实用新型钻杆外螺纹接头1同时具有外主扭矩台肩9、外副扭矩台肩14，且钻杆内螺纹接头2也同时具有内主扭矩台肩8、内副扭矩台肩3，通过主扭矩台肩、副扭矩台肩的配合共同承担扭矩载荷，提高了钻杆接头的抗扭强度，第一外螺纹过渡段11、第二内螺纹过渡段7的长度增加后能缓和扭矩台肩处的应力集中，进一步提高接头的连接强度和抗扭强度；比普通API钻杆接头抗扭强度提高30%-70%；由于扭矩强度的提高，在上扣－拉伸复合载荷作用下，其连接强度也得到了提高。
通过设置内副扭矩台肩应力减轻槽4、外主扭矩台肩应力减轻槽10有助于分散应力集中，使接头应力分布均匀，提高接头寿命。
连接螺纹采用API标准的常规结构，由于连接强度和抗扭强度的提高，现场使用过程中，对接头的内径、外径的有更多的选择；连接螺纹采用API标准的常规结构，加工、检验便于操作。
下面通过选型比较来说明本实用新型的效果：
| 钻杆 | 钢级 | 接头外径 | 接头内径 | |
| API普通型 | Φ127×9.19 | G105 | Φ168.3 | Φ82.55 |
| 现有较高抗扭强度型 | Φ127×9.19 | G105 | Φ168.3 | Φ82.55 |
| 本实用新型 | Φ127×9.19 | G105 | Φ168.3 | Φ82.55 |
（1）、接头扭矩强度比较
| 项目 | API标准接头 | 现有较高抗扭强度型 | 本实用新型 |
| 拉伸屈服强度lb | 1269000 | 1269000 | 1269000 |
| 抗扭强度ft-lb | 51700 | 72200 | 78000 |
| 抗扭强度提高率 | 39％ | 51％ |
（2）、接头连接强度比较
图1、图2和图3分别是现有API普通配置钻杆上扣-拉伸复合载荷示意图、与API标准接头互换的双台肩接头钻杆上扣-拉伸复合载荷图、本实用新型上扣-拉伸复合载荷图。图1图2与图3比较说明，由于抗扭强度提高，在上扣－拉伸复合载荷情况下，本实用新型整体承载能力与连接强度好于API标准接头。
Claims (7)
1.一种高抗扭强度双台肩钻杆螺纹连接结构，包括钻杆外螺纹接头（1）及钻杆内螺纹接头（2），所述钻杆外螺纹接头（1）包括外螺纹（12），钻杆内螺纹接头（2）包括内螺纹（6），钻杆外螺纹接头（1）与钻杆内螺纹接头（2）通过外螺纹（12）、内螺纹（6）对应配合后紧固连接；其特征是：所述内螺纹（6）与外螺纹（12）均采用API螺纹；钻杆内螺纹接头（2）的一端端部设有内主扭矩台肩（8），所述内主扭矩台肩（8）通过第二内螺纹过渡段（7）与内螺纹（6）的一端相连，内螺纹（6）的另一端通过第一内螺纹过渡段（5）与内副扭矩台肩（3）相连；钻杆外螺纹接头（1）的一端端部设有外副扭矩台肩（14），所述外副扭矩台肩（14）通过第二外螺纹过渡段（13）与外螺纹（12）的一端相连，外螺纹（12）的另一端通过第一外螺纹过渡段（11）与外主扭矩台肩（9）相连；第一外螺纹过渡段（11）的长度为38.1mm~50.8mm；钻杆外螺纹接头（1）与钻杆内螺纹接头（2）连接拧紧后，外主扭矩台肩（9）与内主扭矩台肩（8）接触，外副扭矩台肩（14）与内副扭矩台肩（3）相接触。
2.根据权利要求1所述的高抗扭强度双台肩钻杆螺纹连接结构，其特征是：所述第一内螺纹过渡段（5）与内副扭矩台肩（3）的结合部设有内副扭矩台肩应力减轻槽（4）。
3.根据权利要求1所述的高抗扭强度双台肩钻杆螺纹连接结构，其特征是：所述第一外螺纹过渡段（11）与外主扭矩台肩（9）的结合部设有外主扭矩台肩应力减轻槽（10）。
4.根据权利要求1所述的高抗扭强度双台肩钻杆螺纹连接结构，其特征是：所述第一内螺纹过渡段（5）、第二内螺纹过渡段（7）呈圆柱状或圆锥状。
5.根据权利要求1所述的高抗扭强度双台肩钻杆螺纹连接结构，其特征是：所述第一外螺纹过渡段（11）与第二外螺纹过渡段（13）呈圆柱状或圆锥状。
6.根据权利要求2所述的高抗扭强度双台肩钻杆螺纹连接结构，其特征是：所述内副扭矩台肩应力减轻槽（4）呈圆弧状。
7.根据权利要求3所述的高抗扭强度双台肩钻杆螺纹连接结构，其特征是：所述外主扭矩台肩应力减轻槽（10）呈圆弧状。
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