CN205778591U - 具有应力减轻结构的气密封钻杆接头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有应力减轻结构的气密封钻杆接头，所述钻杆接头包括采用椎管螺纹连接的内螺纹件和外螺纹件，内外螺纹件形成过盈配合；内螺纹件包括垂直于轴向的第一外台肩面、依次轴向延伸的长直圆柱孔、内螺纹、圆球面及第一内台肩面；外螺纹件包括端部的第二内台肩面、依次轴向延伸的长直圆柱面、外螺纹、圆柱面及第二外台肩面；长直圆柱面和第二内台肩面之间有应力减轻槽，内螺纹件的圆球面与外螺纹件的圆柱面形成圆球面/圆柱面密封。本实用新型具有良好的连接强度和密封性能，可以有效地改善钻杆接头的应力极值和应力分布的情况。抗扭性能十分优越。

Description

具有应力减轻结构的气密封钻杆接头

技术领域

本实用新型涉及一种石油、天然气钻杆接头，特别是一种有效减轻应力的气密封钻杆接头，属于油井管螺纹连接技术领域。

背景技术

传统的钻杆接头一般是按照API标准所规定的结构形式进行生产的，这种接头作业时，接头应力极值较大，应力集中现象十分严重，外加载荷产生的大部分的作用力都由螺纹部分的前几个牙承担，很容易发生失效事故，而且经过实际使用可知这种抗扭性能十分有限，不适用于复杂的油气井开采。

为了改善API标准钻杆在应力减轻和气密封方面存在的不足，研究人员做出了很多设计和尝试。例如专利CN2139622Y，考虑到了刚性密封和弹性密封圈密封这一双重密封起到的可靠地密封作用，却忽略了密封圈是聚四氟乙烯材料，不耐高温，不能用于高温高压井钻探，而且容易损坏，使用寿命短，钻杆接头要反复上卸，每次上卸都得更换密封圈。又例如专利CN2764922Y，双台肩金属气密封钻杆接头抗扭强度高、气密封性能好，但在应力集中方面存在不足，此外，锥面/锥面结构受锥度的加工精度影响大，锥度不匹配就会严重影响密封能力。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种高效减轻应力的气密封钻杆接头，该钻杆接头吸收了传统接头技术成熟、加工简便的优点，采用应力减轻结构和圆球面/圆柱面密封，可以显著降低钻杆接头结构的应力水平和应力集中情况，有效地降低发生疲劳破坏的机率，其抗扭性能得到很大的提高，而且其密封性能良好，有利于实际的应用。

该钻杆接头适合于在高压天然气井、高压及超高压油气井等复杂的钻井条件下使用。

本实用新型是通过一下技术方案实现的：

一种具有应力减轻结构的气密封钻杆接头，所述的钻杆接头包括采用椎管螺纹连接的内螺纹件1和外螺纹件7，其特征在于，所述的内螺纹件1与外螺纹件7形成过盈配合，内螺纹件1包括垂直于轴向的第一外台肩面5、依次轴向延伸的长直圆柱孔4、内螺纹3、圆球面6及第一内台肩面2；所述的外螺纹件7包括端部的第二内台肩面11、依次轴向延伸的长直圆柱面13、外螺纹9、圆柱面12以及第二外台肩面8；所述的长直圆柱面13和第二内台肩面11之间加工有应力减轻槽10，内螺纹件1的圆球面6与外螺纹件7的圆柱面12形成圆球面/圆柱面密封。

所述应力减轻槽10的半径为R₁，R₁为4.5-6mm，槽深为H₁，H₁为0.5-1.5mm。

所述外螺纹件7靠近外台肩面11的前3个牙螺纹分别截去H₂，H₂为1.2mm。

所述圆球面6的半径为R₂，R₂为2-4mm，其圆心位置为A，距离内螺纹件内台肩面2的距离为m，m为10-15mm。

.发明的效果

与现有技术相比，本实用新型显著提高了钻杆接头减轻应力的能力。一方面由于应力集中主要出现在内外螺纹件啮合后的前两个牙和台肩面螺纹过渡处，在此处应力集中现象显著且应力极值大，本实用新型通过在外螺纹台肩过渡处设置一应力减轻槽，可有效减小应力极值；另一方面，由于在钻杆接头的螺纹牙受力中，前三个牙是承担载荷最多的，因此将外螺纹件靠近外台肩面的前3个牙螺纹分别截去1.2mm，将齿高截去后会减小前面三个牙的受力,使后面的螺纹牙可以分担等多受力，减小应力集中现象。此外，内螺纹件上的圆球面和外螺纹件上的圆柱面形成的点密封可以使钻杆气密封性能的提高有显著的效果。

本实用新型具有良好的连接强度和密封性能，可以有效地改善钻杆接头的应力极值和应力分布的情况。抗扭性能十分优越。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

其中，1：内螺纹件；2：第一内台肩面；3：内螺纹；4：长直圆柱孔；5：第一外台肩面；6:圆球面；7:外螺纹件；8：第二外台肩面；9：外螺纹；10：应力减轻槽；11第二内台肩面；12：圆柱面；13：长直圆柱面。

图2为应力减轻槽10的局部放大图。

其中，R₁：应力减轻槽10的半径；H₁：应力减轻槽10的深度。

图3为外螺纹前3牙的局部放大图。

其中，H₂：外螺纹前3牙的截去齿高。

图4为圆球面/圆柱面密封的局部放大图。

其中，6：圆球面；12：圆柱面；m：圆球面6的圆心A距离内螺纹件第一内台肩面的距离。

具体实施方式

下面通过附图和具体实施方式对本实用新型座进一步阐述。

参见附图1～3。所述的钻杆接头包括内螺纹件和外螺纹件。内螺纹件1包括外台肩面5、长直圆柱孔4、内螺纹3、圆球面6及第一内台肩面2；外螺纹件7包括第二内台肩面11、长直圆柱面13、应力减轻槽10、外螺纹9、圆柱面12以及第二外台肩面8。外螺纹件7上长直圆柱面13和第二内台肩面11之间加工有应力减轻槽10，其半径为R₁，R₁为5.0mm，槽深为H₁，H₁为1.2mm。内螺纹件)与外螺纹件7之间配合时，内螺纹件1上圆柱孔4与外螺纹件7上圆柱面13之间间隙为1.5mm，将外螺纹件7靠近外台肩面11的前3个牙螺纹分别截去H₂，H₂为1.2mm。内螺纹件1上加工有圆球面6，其半径为R₂，R₂为3.8mm，其圆心位置为A，距离内螺纹件第一内台肩面2的距离为m，m为13mm，与外螺纹件7上的圆柱面12形成圆球面/圆柱面密封，过盈量为0.2mm。正常上扣时内螺纹件内台肩面2与外螺纹件第二外台肩面8之间的间隙为0.15mm。

通过有限元计算分析可知，本发明在具有良好的应力减轻能力和密封性能，显著提高了接头的抗扭性能。

Claims (3)

1.一种具有应力减轻结构的气密封钻杆接头，所述的钻杆接头包括采用椎管螺纹连接的内螺纹件(1)和外螺纹件(7)，其特征在于，所述的内螺纹件(1)与外螺纹件(7)形成过盈配合，内螺纹件(1)包括垂直于轴向的第一外台肩面(5)、依次轴向延伸的长直圆柱孔(4)、内螺纹(3)、圆球面(6)及第一内台肩面(2)；所述的外螺纹件(7)包括端部的第二内台肩面(11)、依次轴向延伸的长直圆柱面(13)、外螺纹(9)、圆柱面(12)以及第二外台肩面(8)；所述的长直圆柱面(13)和第二内台肩面(11)之间加工有应力减轻槽(10)，内螺纹件(1)的圆球面(6)与外螺纹件7的圆柱面(12)形成圆球面/圆柱面密封；所述外螺纹件(7)靠近外台肩面(11)的前3个牙螺纹分别截去H₂，H₂为1.2mm。

2.如权利要求1所述的具有应力减轻结构的气密封钻杆接头，其特征在于，所述应力减轻槽(10)的半径为R₁，R₁为4.5-6mm，槽深为H₁，H₁为0.5-1.5mm。

3.如权利要求1所述的具有应力减轻结构的气密封钻杆接头，其特征在于，所述圆球面(6)的半径为R₂，R₂为2-4mm，其圆心位置为A，距离内螺纹件内台肩面(2)的距离为m，m为10-15mm。