CN203213972U - 快旋式石油钻杆接头螺纹强化结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种快旋式石油钻杆接头螺纹强化结构,它设在钻杆接头两端的锥度内螺纹和锥度外螺纹中。同旋向的三头螺纹实现快旋连接,规格相同的螺纹牙型一致,梯形牙型左侧斜面为承载侧,右侧曲面为导入侧,两侧采用较大半径值的圆弧过渡形成牙底。圆弧连接结构减少应力集中,对螺纹有显著强化作用。牙型的导入侧采用曲面结构,该曲面结构是本实用新型的重要结构特征,曲面是一种台肩式强化结构,提高螺纹抗扭能力。本实用新型针对石油钻杆接头高抗扭要求,优化了螺纹的几何形状和尺寸,一方面使螺纹得到进一步强化,另一方面将承载的载荷均匀分到各牙上,避免锥度内螺纹胀扣及锥度外螺纹发生疲劳裂纹的问题,其结果直接提高钻井效率和安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种螺纹连接强化结构,具体地讲,本实用新型涉及一种快旋式石油钻杆接头螺纹强化结构。
背景技术
长期以来,国际上通用的石油钻杆接头主要按API7-2标准制造。上世纪20年代,API组织规定钻杆接头的螺纹牙型为V-0.65,此种V型螺纹的牙顶和牙底都是平的,牙顶和牙衣宽都是1.651mm,平牙底和牙承载面的过渡角半径r=0.381mm。此种呈尖角过渡结构存在较大应力集中,钻杆接头在钻井过程中承受扭矩时,尖角处极易出现疲劳裂纹,甚至发生断裂事故。针对上述现实问题,API组织在上世纪60年代又作了一次钻杆接头螺纹牙型改进设计,将牙底和牙承载面的过渡角改为半径r=0.965mm的圆角,此项改进主要消除尖角,降低应力集中,使得钻杆接头使用寿命成倍增长。这种改进后的钻杆接头螺纹被行业誉为数字型螺纹,因数字型螺纹仍保持原有牙型,可以与同规格的V-0.065螺纹配合。随着钻探技术的进步,石油钻井深度已达数千米,对石油钻杆接头连接效率、承载能力和抗扭能力都提出更高要求。但是,现有技术的数字型螺纹承载能力不均,大部分载荷由外螺纹接头最后啮合区螺纹牙承载,其中第一牙承载大约占总载荷的30%右右,石油钻杆接头的疲劳裂纹多数产生在螺纹最后啮合区的螺纹牙根部。按API标准制造的石油钻杆接头内螺纹的后端是内斜面,配套的外螺纹前端是一个外斜面,螺纹上只有一个抗扭台肩。而内螺纹接头的前端面和外螺纹接头的后端面抗扭强度低。按照API标准设计的钻杆接头抗扭强度一般为管体的80%,因此,上述石油钻杆接头在钻井过程中,在大扭矩工况时会发生内螺纹胀扣及外螺纹断裂等失效事故。另外,当今石油钻井深度已达3000~6000米,甚至更深。一根钻杆长8~10米,仅石油钻杆接头螺纹连接就需要300~750次,用工约2~3天。若每个石油钻杆接头组装时额外增加1分钟,则又多用工5~12小时,总的来说,现有技术的石油钻杆接头用于石油钻井作业耗用人工多,设备占用时间长,导致石油钻井成本增加。
实用新型内容
本实用新型主要针对现有技术的石油钻杆接头螺纹结构不合理问题,提出一种螺纹结构合理、简单,连接可靠,旋紧效率高,抗扭能力强的快旋式石油钻杆接头螺纹强化结构。
本实用新型通过下述技术方案实现技术目标。
快旋式石油钻杆接头螺纹强化结构,它设在钻杆接头两端的锥度内螺纹和锥度外螺纹中。其改进之处在于:所述锥度内螺纹和锥度外螺纹规格相同,均是三头同旋向的螺纹,在同一横截面上每头螺纹之间相距1200。锥度内螺纹和锥度外螺纹的牙型相同,轴向截面形状为梯形,左侧斜面为承载侧,右侧曲面为导入侧,牙底呈圆弧形,牙顶两端分别以半径r圆弧过渡到承载侧和导入侧,承载侧和导入侧相对垂直线的夹角相等。
上述结构中,锥度内螺纹的牙底左端以半径R1圆弧连接承载侧,右端以半径R2圆弧连接导入侧;锥度外螺纹的牙底左端以半径R2圆弧连接导入侧,右端以半径R1圆弧连接承载侧。锥度内螺纹和锥度外螺纹右侧曲面的拐点至牙顶垂直距离bs=2.039mm,拐点与牙底的连接面为斜面,斜面与垂直线相差角度as=50~100。锥度内螺纹和锥度外螺纹的锥度为5:48~1:16,承载侧和导入侧相对垂直线的夹角α=300±0.50。牙底的圆弧R1=1.02~1.52,R2=0.714~1.01,牙顶两端的圆弧半径r=0.381~0.635。
本实用新型与现有技术相比,具有以下积极效果:
1、在相同规格前提下,三头螺纹比单头螺纹的导程大,旋转超半圈就实现旋紧,此种快旋结构减少辅助工时,提高了钻井施工效率;
2、牙底采用圆弧结构,大大减少应力集中,此强化结构大大提高螺纹抗扭能力;
3、通过改变螺纹的几何形状和尺寸,使锥度内螺纹和锥度外螺纹得到强化,再加上承载的载荷均匀分在各牙上,减少螺纹疲劳裂纹发生机率,提高石油钻杆接头的使用寿命。
附图说明
图1是本实用新型中锥度内螺纹和锥度外螺纹的牙型结构放大示意图。
图2是本实用新型结构示意图。
图3是图1设有锥度内螺纹一端局部示意图。
图4是图1设有锥度外螺纹一端局部示意图。
具体实施方式
下面根据附图并结合实施例,对本实用新型作进一步说明。
实施例1
快旋式石油钻杆接头螺纹强化结构如图1、如图2所示,它设在石油钻杆接头两端的锥度内螺纹1和锥度外螺纹2中。所述锥度内螺纹1和锥度外螺纹2规格相同,本实施例为JST55石油钻杆接头,锥度为1:16,两端分别设有三头同旋向的螺纹,在同一横截面上每头螺纹之间相距1200。在相同规格前提下,三头螺纹比单头或双头螺纹的导程大,本实施例只要旋0.58转就能实现相连接钻杆的旋紧,此种快旋结构简单,制作容易,连接快捷、可靠,显著提高了钻井效率。锥度内螺纹1和锥度外螺纹2的牙型相同,轴向截面形状为梯形,左侧斜面为承载侧,右侧曲面为导入侧,牙底采用圆弧形设计,通过圆弧过渡减少应力集中,有利于提高螺纹抗扭能力。本实施例中锥度内螺纹1的牙底左端以半径R1=1.27mm圆弧过渡连接承载侧,右端以半径R2=0.8636mm圆弧连接导入侧。锥度外螺纹2的牙底左端以半径R2=0.8636mm圆弧过渡连接导入侧,右端以半径R1=1.27mm圆弧连接承载侧。锥度内螺纹1和锥度外螺纹2的牙顶为平面,牙顶两端分别以半径r=0.381mm圆弧过渡到承载侧和导入侧。牙顶、承载侧、导入侧和牙底组成一个完整的梯形牙型,承载侧和导入侧相对垂直线的夹角α相等,本实施例中α=300。锥度内螺纹1和锥度外螺纹2的导入侧采用曲面设计,它是本实用新型中的重要结构特征。导入侧曲面结构是一种台肩式强化结构,提高螺纹抗扭能力,不会发生塑性变形,载荷在各圈螺纹齿面上的接近等载荷分布,螺纹连接的峰值应力大大减小,提高了连接强度及密封性能,本实施例中曲面的拐点至牙顶垂直距离bs=2.039mm,拐点与牙底的连接面为斜面,斜面与垂直线相差角度as=50。本实用新型针对石油钻杆接头高抗扭要求,通过上述技术改进,优化了螺纹的几何形状和尺寸,使锥度内螺纹1和锥度外螺纹2得到强化,再加上承载的载荷均匀分到各牙上,避免部分螺纹牙超负荷承载,应用中不会发生锥度内螺纹1胀扣,以及锥度外螺纹2发生疲劳裂纹的问题,其结果直接提高钻井效率和安全性。
实施例2
本实施例规格为JST39石油钻杆接头,尽管规格小于实施例1,但两者结构完全相同,其中仅结构参数有所调整,具体参数见实施例主要结构参数表。本实施例应用技术效果同实施例1相似,为了节省篇幅,故不复述。
实施例主要结构参数表
名称 | 单位制 | 实施例1 | 实施例2 |
锥度 | mm | 1:16 | 5:48 |
R1 | mm | 1.27 | 1.27 |
R2 | mm | 0.8636 | 0.8636 |
FC | mm | 1.27 | 1.14 |
r | mm | 0.381 | 0.381 |
bs | mm | 2.039 | 1.862 |
as | 0 | 50 | 100 |
α | 0 | 300 | 300 |
Claims (7)
1.一种快旋式石油钻杆接头螺纹强化结构,它设在钻杆接头两端的锥度内螺纹(1)和锥度外螺纹(2)中;其特征在于:所述锥度内螺纹(1)和锥度外螺纹(2)规格相同,均是三头同旋向的螺纹,在同一横截面上每头螺纹之间相距1200;锥度内螺纹(1)和锥度外螺纹(2)的牙型相同,轴向截面形状为梯形,左侧斜面为承载侧,右侧曲面为导入侧,牙底呈圆弧形,牙顶两端分别以半径r圆弧过渡到承载侧和导入侧,承载侧和导入侧相对垂直线的夹角相等。
2.根据权利要求1所述的快旋式石油钻杆接头螺纹强化结构,其特征在于:所述锥度内螺纹(1)的牙底左端以半径R1圆弧连接承载侧,右端以半径R2圆弧连接导入侧;锥度外螺纹(2)的牙底左端以半径R2圆弧连接导入侧,右端以半径R1圆弧连接承载侧。
3.根据权利要求1所述的快旋式石油钻杆接头螺纹强化结构,其特征在于:所述锥度内螺纹(1)和锥度外螺纹(2)右侧曲面的拐点至牙顶垂直距离bs=2.039mm,拐点与牙底的连接面为斜面,斜面与垂直线相差角度as=50~100。
4.根据权利要求1所述的快旋式石油钻杆接头螺纹强化结构,其特征在于:所述锥度内螺纹(1)和锥度外螺纹(2)的锥度为5:48~1:16。
5.根据权利要求1所述的快旋式石油钻杆接头螺纹强化结构,其特征在于:所述锥度内螺纹(1)和锥度外螺纹(2)的承载侧和导入侧相对垂直线的夹角α=300±0.50。
6.根据权利要求1所述的快旋式石油钻杆接头螺纹强化结构,其特征在于:所述圆弧R1=1.02~1.52,R2=0.714~1.01。
7.根据权利要求1所述的快旋式石油钻杆接头螺纹强化结构,其特征在于:所述圆弧r=0.381~0.635mm。
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CN104018788A (zh) * | 2014-06-19 | 2014-09-03 | 上海海隆石油钻具有限公司 | 一种螺纹牙型的钻杆接头 |
EP3141689B1 (de) | 2015-09-11 | 2019-12-04 | Sysbohr GmbH Bohrtechnik für den Spezialtiefbau | Gewindeverbindung und bohrgestänge mit gewindeverbindung |
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