CN211950372U - 一种高强度变径非标钻具转换接头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高强度变径非标钻具转换接头，包括接头本体，接头本体左端开设API标准外螺纹或者API标准内螺纹，接头本体右端的轴向端面作为主密封台肩端面，主密封台肩端面为端柱面密封，所述主密封台肩端面的外边缘开设有负角度台肩，负角度台肩为锥面密封；所述负角度台肩角度为‑11°～‑14°；所述接头本体在特殊偏梯形螺纹末端位置加工有径向收缩的环形的应力释放槽；所述应力释放槽的长度为19.10mm～25.60mm，应力释放槽直径为86.80mm～128.88mm。能实现API标准钻具螺纹与非API标准钻具螺纹之间转换，具有优化资源配置，具有变口径、强度高、作业速度快、可靠性好等优点。

Description

一种高强度变径非标钻具转换接头

技术领域

本实用新型涉及低渗透油藏的新井钻井、后期固井和修井作业配套工具技术领域，具体地说是一种高强度变径非标钻具转换接头。

背景技术

随着深井、超深井、大位移井、高温高压气井等复杂井的剧增，以及低渗透、断块等高难动用储量、复杂油藏的逐渐开发，钻具的工作环境更加恶劣，而钻具接头是钻柱最薄弱的环节，在钻进过程中极易失效。常用的API标准钻具螺纹，在复杂载荷受力情况下，应力的分布具有不均匀性，外螺纹根部受到的载荷最大，向后依次迅速递减。螺纹在井下工作状态下，受到多种载荷作用，其应力分布呈现“两边高、中间低”的局面,大大降低了整个钻具系统的承载强度。因而，出现了非API标准钻具螺纹。同时，为节约资源，现有API标准螺纹钻具不能全部替换掉，应用于应力较低的部位，因此，复杂油藏的开发对钻具接头提出的要求愈来愈高，不同外径、内径、API标准钻具螺纹与非API标准钻具螺纹之间的高强度钻具转换接头成为急需。

申请号：201210125083.8涉及一种特殊偏梯形螺纹油套管连接接头，包括通过螺纹连接的接箍及管体，接箍内壁的轴向中部设置有环状的内台阶柱面，接箍的两端加工有标准偏梯形内螺纹，偏梯形内螺纹靠近内台阶柱面的后端设置有内密封螺纹，管体端部的外壁上加工有标准偏梯形外螺纹，偏梯形外螺纹的前端设置有外密封螺纹，内密封螺纹与外密封螺纹采用承载面牙侧角为负角度的特殊偏梯形螺纹。本发明在接箍及管体的标准偏梯形螺纹的端部增加了承载面牙侧角采用负角度的特殊偏梯形螺纹，形成倒钩式牙型梯型螺纹结构，并且在螺纹的端部增加了抗压缩载荷的承载接触面，大大增加了接头的连接强度和抗压缩载荷能力，同时提高了其抗扭矩性能。

申请号：201810319628.6是一种特殊螺纹扣接头，包括具有金属接触表面的母扣和公扣，金属接触表面包括螺纹部分接触和非螺纹处接触。螺纹部分接触包括母扣内螺纹牙齿顶与公扣外螺纹牙齿底接触，以及内、外螺纹牙的承载面接触。非螺纹处接触包括内、外螺纹密封面接触和内、外螺纹的第一锥面接触，以及内、外螺纹的台阶面接触。当螺纹接头拧紧以后，内外螺纹密封面形成过盈配合，起到密封作用。本发明中，通过改进的螺纹牙结构以及密封面位置与台阶面相隔一定距离，与现有技术相比，本发明集高连接强度，高抗压缩，高抗扭矩，高抗弯曲以及高抗温等高性能于一体，而且方便现场实际操作，减少甲方公司的非正常生产时间。

申请号：201520010738.6提供一种非标准374.65mm偏梯形螺纹套管接头，包括套管外螺纹接头(1)和套管接箍(2)，所述套管外螺纹接头(1)上加工有偏梯形外螺纹，所述套管接箍(2)上加工有匹配的偏梯形内螺纹，所述套管外螺纹接头(1)和所述套管接箍(2)通过所述偏梯形内螺纹与所述偏梯形外螺纹联接；其中，所述套管外螺纹接头(1)的外螺纹大端直径D4为374.65mm，外螺纹中径E7为373.075mm。通过采用本实用新型提供的非标准374.65mm偏梯形螺纹套管接头，能够生产出油田需要的374.65mm非标准套管，满足油田勘探开发的要求。

申请号：201410664517.0公开了一种直连型双台阶螺纹接头，其包括母接头和公接头，此外，在直连型双台阶螺纹接头的轴向方向上，母接头依次具有：第一螺纹段、母接头台肩过渡段、母接头扭矩台肩、母接头密封面和第二螺纹段；在直连型双台阶螺纹接头的轴向方向上，公接头依次具有：第三螺纹段、公接头密封面、公接头扭矩台肩、公接头台肩过渡段和第四螺纹段；其中，第一螺纹段和第二螺纹段为内螺纹段，第三螺纹段和第四螺纹段为外螺纹段，第一螺纹段和第四螺纹段螺纹啮合，第二螺纹段和第三螺纹段螺纹啮合，母接头密封面和公接头密封面过盈密封。本发明的直连型双台阶螺纹接头具有良好的抗压缩和抗扭矩能力，优良的气密封性能以及较高的连接强度。

申请号：201420221141.1申请日：2014-04-30公开了一种大角度导向面的油套管用气密封螺纹接头结构。该接头采用了锥面对球面的金属过盈密封形式。在内螺纹上设计球面密封，在外螺纹上设计锥面密封和圆柱过渡面，扭矩台肩设计成负角度。螺纹牙型采用大角度导向面、小角度承载面，增加了内螺纹齿高，不但保证接头具有高的连接强度，同时还降低了低螺纹过盈量，减小螺纹接头环形应力，提高螺纹抗粘扣能力。接头内密封圆弧面与外密封锥面的设计，使接头上扣后具有合理的接触压力分布和金属过盈变形，保证接头抗粘扣性能的同时大大提高了接头的密封性能。接箍在轴向方向沿接箍端面向中心分别设计有内螺纹3、内圆柱过渡面4、内圆柱面与内球面连接锥面5、内球面密封段6、内球面与接箍扭矩台肩连接锥面7、接箍扭矩台肩8、接箍中心连接段9。上扣旋合后，接箍内圆柱过渡面与管体柱面为间隙配合，内螺纹齿顶与外螺纹齿底、内球面密封段与外锥面密封段以及扭矩台肩处为金属过盈配合。内圆柱面与内球面连接锥面5与中心轴线夹角为2°-25°，球面半径为43mm-152mm。外螺纹与外圆柱面连接锥面15与轴线夹角为65°，管体端面14为-15°。接箍和管体上各个连接段之间均设置有过渡圆弧或球面。产品规格为Φ139.7mm×9.17mm，钢级为P110。管体及接箍外径、壁厚尺寸参照API5CT标准要求。螺纹锥度为1：16，每25.4mm长度上5牙螺纹，内螺纹齿高设计为1.67mm-1.87mm，外螺纹齿高设计为1.575mm，螺纹导向面为30°-45°，承载面为0°，主密封过盈量选择0.05mm-0.3mm。扭矩台肩设计为-15°，密封球面半径为43mm-152mm。该实用新型专利具有连接强度高，上扣方便，密封性能优良，易于加工等优点。

以上公开技术的技术方案以及所要解决的技术问题和产生的有益效果均与本发明不相同，针对本发明更多的技术特征和所要解决的技术问题以及有益效果，以上公开技术文件均不存在技术启示。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高强度变径非标钻具转换接头，能实现API标准钻具螺纹与非API标准钻具螺纹之间转换，一端与API标准钻具螺纹连接，一端与小口径、高强度非标快速钻具接头连接，两端外径不同，应用于不同钻具井况，能克服现有钻具螺纹应力分布不均匀、外径大、连接强度低、作业速度慢等问题，具有优化资源配置，具有变口径、强度高、作业速度快、可靠性好等优点。

为了达成上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种高强度变径非标钻具转换接头，包括接头本体，接头本体左端开设API标准外螺纹或者API标准内螺纹，接头本体右端的轴向端面作为主密封台肩端面，主密封台肩端面为端柱面密封，所述主密封台肩端面的外边缘开设有负角度台肩，负角度台肩为锥面密封；所述负角度台肩角度为-11°～-14°；所述接头本体在特殊偏梯形螺纹末端位置加工有径向收缩的环形的应力释放槽；所述应力释放槽的长度为19.10mm～25.60mm，应力释放槽直径为86.80mm～128.88mm。

进一步地，所述接头本体在应力释放槽末端继续加工有辅助密封台肩端面，辅助密封台肩端面为端柱面密封；所述辅助密封台肩端面上开设轴向的环形的让位槽。

进一步地，所述让位槽径向外端与辅助密封台肩端面采用凹形圆弧过渡；所述让位槽径向内端与应力释放槽轴向末端采用凹形圆弧过渡；所述应力释放槽轴向始端与螺纹末端采用凸性圆弧过渡。

进一步地，所述接头本体外端口内壁开设内倒角。

进一步地，所述接头本体外螺纹右端外径尺寸为118mm，所述接头本体外螺纹左端外径尺寸为127mm。

进一步地，所述特殊偏梯形螺纹采用变锥度设计，两端采用锥度1:14，螺距为每25.4mm3牙，牙顶削平宽度1.65mm；所述特殊偏梯形螺纹中间部分采用锥度为1:9，螺距为每25.4mm5牙，牙顶削平宽度1.48mm。

进一步地，所述特殊偏梯形螺纹的螺纹导向面牙型角9°～12°，螺纹承载面牙型角2°～4°。

进一步地，所述螺纹导向面与牙顶采用圆弧过渡连接，所述螺纹导向面与齿底采用圆弧过渡连接。

进一步地，所述螺纹承载面与牙顶采用圆弧过渡连接，所述螺纹承载面与齿底采用圆弧过渡连接。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1、转换接头外螺纹一端采用非API标准螺纹，采用经过参数设计优化后的特殊偏梯形螺纹，应力分布均匀，消除了应力分布“两边高、中间低”的问题，提高了连接强度以及抗粘扣能力。螺纹设计采用变锥度设计，两端采用锥度1:14，螺距为每25.4mm3牙，牙顶削平宽度1.65mm，螺纹导向面牙型角9°～12°，螺纹承载面牙型角2°～4°；

2、转换接头外螺纹一端的中间部分采用锥度为1:9，螺距为每25.4mm5牙，牙顶削平宽度1.48mm；

3、转换接头外螺纹上设计有应力释放槽。接头承受静态或动态载荷时，密封面上接触压力分布极不均匀，应力主要集中在外螺纹台肩转角处，密封面的大部分区域接触压力几乎为零，这样的应力分布不利于接头的密封。为了缓解应力集中，增大密封面处的接触面积，在外螺纹台肩处开有应力释放槽，可以有效降低应力值，降幅达30.0％～50％，进而有效提高接头的抗疲劳失效能力。应力槽的长度为19.10mm～25.60mm、应力槽直径为86.80mm～128.88mm；

4、转换接头采用变扣设计，内螺纹一端采用API标准螺纹，与常规API标准钻具相连接；另一端为非标特殊螺纹，与具有同样特殊非标螺纹的管线相连接；

5、转换接头承载面采用负角度台肩，承载面角度为-11°～-14°，导向面角度为+3～+12°。

6、转换接头外螺纹端外径尺寸为118～127mm，小于常规API接头尺寸，与具有相同特殊螺纹的钻具相连；

7、转换接头内螺纹端为API标准螺纹，与具有相同螺纹的API标准钻具相连接，内螺纹端的外径为177.8～203.2mm。

转换接头一端采用经过参数设计优化后变锥度设计的特殊偏梯形螺纹，应力分布均匀，消除了应力分布“两边高、中间低”的问题，提高了连接强度以及抗粘扣能力。在内、外螺纹上都设计有应力释放槽，有效降低应力值，降幅达30.0％～50％，这样的压力分布状态可以有效提高接头的抗极端载荷能力。转换接头另一端采用API标准螺纹连接，两端外径不同，在实现资源优化可以使用更复杂的井况，因此，本实用新型具有应力分布均匀、连接强度高、可靠性好、适用范围广等优点。

附图说明

图1为本实用新型的一种高强度变径非标钻具转换接头的结构剖视示意图；

图2为应力释放槽放大示意图；

图3外螺纹放大示意图。

图中：1为接头本体；2为主密封台肩端面；3为辅助密封台肩端面；4为应力释放槽；5为外螺纹；6为负角度台肩；7为内倒角；8为内部导流通道；9为应力槽直径；10为应力释放槽长度；11为让位槽过渡圆弧；12为应力释放槽过渡圆弧；13为牙顶削平宽度；14为齿底过渡圆弧；15为齿顶过渡大圆弧；16为齿顶过渡小圆弧；17为螺纹导向面；18为螺纹承载面；19为让位槽。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

请参阅图1至图3，本实用新型提供一种技术方案：一种高强度变径非标钻具转换接头，包括接头本体1，接头本体两端同时开设螺纹，如图1所示，接头本体1左端可以开设外螺纹或者内螺纹(图上未显示，略去了，不过本领域技术人员是清楚的)，比如开设外径为177.8～203.2mm的API标准内螺纹，就可以与API标准外螺纹管相连接；而接头本体1右端开设外螺纹，为特殊偏梯形螺纹，即外螺纹5，接头本体右端的轴向端面作为主密封台肩端面2，主密封台肩端面为端柱面密封，所述主密封台肩端面的外边缘开设有负角度台肩6，负角度台肩为锥面密封。

进一步地，所述负角度台肩角度为-11°～-14°，导向面角度为+3～+12°。

进一步地，所述接头本体在特殊偏梯形螺纹末端位置加工有径向收缩的环形的应力释放槽4。

进一步地，所述接头本体在应力释放槽末端继续加工有辅助密封台肩端面3，辅助密封台肩端面为端柱面密封。

进一步地，所述应力释放槽的长度为19.10mm～25.60mm，应力释放槽直径为86.80mm～128.88mm。

进一步地，所述辅助密封台肩端面上开设轴向的环形的让位槽19。

进一步地，所述让位槽径向外端与辅助密封台肩端面采用凹形圆弧过渡。

进一步地，所述让位槽径向内端与应力释放槽轴向末端采用凹形圆弧过渡。

进一步地，所述应力释放槽轴向始端与螺纹末端采用凸性圆弧过渡。

进一步地，所述接头本体中心开设轴向贯通的内部导流通道，内部导流通道8外端口内壁开设内倒角7。

进一步地，所述接头本体外螺纹右端外径尺寸为118mm，所述接头本体外螺纹左端外径尺寸为127mm。

进一步地，所述特殊偏梯形螺纹采用变锥度设计，两端采用锥度1:14，螺距为每25.4mm3牙，牙顶削平宽度1.65mm。

进一步地，所述特殊偏梯形螺纹中间部分采用锥度为1:9，螺距为每25.4mm5牙，牙顶削平宽度1.48mm。

进一步地，所述特殊偏梯形螺纹的螺纹导向面17牙型角9°～12°，螺纹承载面18牙型角2°～4°。

进一步地，所述螺纹导向面与牙顶采用圆弧过渡连接，即齿顶过渡大圆弧15，所述螺纹导向面与齿底采用圆弧过渡连接，即齿底过渡圆弧14。

进一步地，所述螺纹承载面与牙顶采用圆弧过渡连接，即齿顶过渡小圆弧16，所述螺纹承载面与齿底采用圆弧过渡连接，即齿底过渡圆弧14。

1、转换接头外螺纹一端采用非API标准螺纹，采用经过参数设计优化后的特殊偏梯形螺纹，应力分布均匀，消除了应力分布“两边高、中间低”的问题，提高了连接强度以及抗粘扣能力。螺纹设计采用变锥度设计，两端采用锥度1:14，螺距为每25.4mm3牙，牙顶削平宽度1.65mm，螺纹导向面牙型角9°～12°，螺纹承载面牙型角2°～4°；

2、转换接头外螺纹一端的中间部分采用锥度为1:9，螺距为每25.4mm5牙，牙顶削平宽度1.48mm；

3、转换接头外螺纹上设计有应力释放槽。接头承受静态或动态载荷时，密封面上接触压力分布极不均匀，应力主要集中在外螺纹台肩转角处，密封面的大部分区域接触压力几乎为零，这样的应力分布不利于接头的密封。为了缓解应力集中，增大密封面处的接触面积，在外螺纹台肩处开有应力释放槽，可以有效降低应力值，降幅达30.0％～50％，进而有效提高接头的抗疲劳失效能力。应力槽的长度为19.10mm～25.60mm、应力槽直径为86.80mm～128.88mm；

4、转换接头采用变扣设计，内螺纹一端采用API标准螺纹，与常规API标准钻具相连接；另一端为非标特殊螺纹，与具有同样特殊非标螺纹的管线相连接；

5、转换接头承载面采用负角度台肩，承载面角度为-11°～-14°，导向面角度为+3～+12°。

6、转换接头外螺纹端外径尺寸为118～127mm，小于常规API接头尺寸，与具有相同特殊螺纹的钻具相连；

7、转换接头内螺纹端为API标准螺纹，与具有相同螺纹的API标准钻具相连接，内螺纹端的外径为177.8～203.2mm。

转换接头一端采用经过参数设计优化后变锥度设计的特殊偏梯形螺纹，应力分布均匀，消除了应力分布“两边高、中间低”的问题，提高了连接强度以及抗粘扣能力。在内、外螺纹上都设计有应力释放槽，有效降低应力值，降幅达30.0％～50％，这样的压力分布状态可以有效提高接头的抗极端载荷能力。转换接头另一端采用API标准螺纹连接，两端外径不同，在实现资源优化可以使用更复杂的井况，因此，本实用新型具有应力分布均匀、连接强度高、可靠性好、适用范围广等优点。

实施例2：

请参阅图1至图3，本实用新型提供一种技术方案：一种高强度变径非标钻具转换接头，包括接头本体1，接头本体两端同时开设螺纹，如图1所示，接头本体1左端可以开设外螺纹或者内螺纹(图上未显示，略去了，不过本领域技术人员是清楚的)，比如开设外径为177.8～203.2mm的API标准内螺纹，就可以与API标准外螺纹管相连接；而接头本体1右端开设外螺纹，为特殊偏梯形螺纹，即外螺纹5，接头本体右端的轴向端面作为主密封台肩端面2，主密封台肩端面为端柱面密封，所述主密封台肩端面的外边缘开设有负角度台肩6，负角度台肩为锥面密封。

进一步地，所述负角度台肩角度为-11°～-14°，导向面角度为+3～+12°。

进一步地，所述接头本体在特殊偏梯形螺纹末端位置加工有径向收缩的环形的应力释放槽4。

进一步地，所述接头本体在应力释放槽末端继续加工有辅助密封台肩端面3，辅助密封台肩端面为端柱面密封。

进一步地，所述应力释放槽的长度为19.10mm～25.60mm，应力释放槽直径为86.80mm～128.88mm。

进一步地，所述辅助密封台肩端面上开设轴向的环形的让位槽19。

进一步地，所述让位槽径向外端与辅助密封台肩端面采用凹形圆弧过渡。

进一步地，所述让位槽径向内端与应力释放槽轴向末端采用凹形圆弧过渡。

进一步地，所述应力释放槽轴向始端与螺纹末端采用凸性圆弧过渡。

虽然以上所有的实施例均使用图1至图3，但作为本领域的技术人员可以很清楚的知道，不用给出单独的图纸来表示，只要实施例中缺少的零部件或者结构特征在图纸中拿掉即可。这对于本领域技术人员来说是清楚的。当然部件越多的实施例，只是最优实施例，部件越少的实施例为基本实施例，但是也能实现基本的发明目的，所以所有这些都在本实用新型的保护范围内。

本申请中凡是没有展开论述的零部件本身、本申请中的各零部件连接方式均属于本技术领域的公知技术，不再赘述。

在本实用新型中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高强度变径非标钻具转换接头，包括接头本体，接头本体左端开设API标准外螺纹或者API标准内螺纹，接头本体右端的轴向端面作为主密封台肩端面，主密封台肩端面为端柱面密封，其特征在于，所述主密封台肩端面的外边缘开设有负角度台肩，负角度台肩为锥面密封；所述负角度台肩角度为-11°～-14°；所述接头本体在特殊偏梯形螺纹末端位置加工有径向收缩的环形的应力释放槽；所述应力释放槽的长度为19.10mm～25.60mm，应力释放槽直径为86.80mm～128.88mm。

2.根据权利要求1所述的一种高强度变径非标钻具转换接头，其特征在于，所述接头本体在应力释放槽末端继续加工有辅助密封台肩端面，辅助密封台肩端面为端柱面密封；所述辅助密封台肩端面上开设轴向的环形的让位槽。

3.根据权利要求2所述的一种高强度变径非标钻具转换接头，其特征在于，所述让位槽径向外端与辅助密封台肩端面采用凹形圆弧过渡；所述让位槽径向内端与应力释放槽轴向末端采用凹形圆弧过渡；所述应力释放槽轴向始端与螺纹末端采用凸性圆弧过渡。

4.根据权利要求3所述的一种高强度变径非标钻具转换接头，其特征在于，所述接头本体外端口内壁开设内倒角。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种高强度变径非标钻具转换接头，其特征在于，所述接头本体外螺纹右端外径尺寸为118mm，所述接头本体外螺纹左端外径尺寸为127mm。

6.根据权利要求5所述的一种高强度变径非标钻具转换接头，其特征在于，所述特殊偏梯形螺纹采用变锥度设计，两端采用锥度1:14，螺距为每25.4mm3牙，牙顶削平宽度1.65mm；所述特殊偏梯形螺纹中间部分采用锥度为1:9，螺距为每25.4mm5牙，牙顶削平宽度1.48mm。

7.根据权利要求6所述的一种高强度变径非标钻具转换接头，其特征在于，所述特殊偏梯形螺纹的螺纹导向面牙型角9°～12°，螺纹承载面牙型角2°～4°。

8.根据权利要求7所述的一种高强度变径非标钻具转换接头，其特征在于，所述螺纹导向面与牙顶采用圆弧过渡连接，所述螺纹导向面与齿底采用圆弧过渡连接。

9.根据权利要求7所述的一种高强度变径非标钻具转换接头，其特征在于，所述螺纹承载面与牙顶采用圆弧过渡连接，所述螺纹承载面与齿底采用圆弧过渡连接。

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