CN217354284U - 一种钻具用变锥度螺纹结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及机械加工技术领域，具体地涉及一种钻具用变锥度螺纹结构，包括设置在公接头上的公接头螺纹和设置在母接头上的母接头螺纹；所述公接头螺纹包括依次设置的公接头副台肩密封面、公接头前段螺纹、公接头中部圆柱、公接头后段螺纹和公接头主台肩密封面；母接头螺纹包括依次设置的母接头副台肩密封面、母接头前段螺纹、母接头中部圆柱、母接头后段螺纹和母接头主台肩密封面；公接头前段螺纹与母接头前段螺纹相互啮合，公接头后段螺纹和母接头后段螺纹相互啮合。本实用新型采用变锥度双段螺纹结构，能够提高螺纹的密封性，特别能够适用于大规格钻具在高压钻井、地层压裂等复杂环境下作业，能够有效防止螺纹扭矩不足时发生脱扣现象。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械加工技术领域，具体地涉及一种钻具用变锥度螺纹结构。
背景技术
油气钻井作业过程中的钻具通常是通过旋转台肩螺纹连接结构实现单根之间的连接，从而实现动力传输，保证钻井过程的顺利完成。目前，钻具螺纹连接结构的尺寸主要依据标准API Spec7-2进行加工。钻具在服役过程中承受复杂的拉伸、扭矩、弯矩及振动载荷，螺纹连接部位极易发生刺穿、断裂及粘结等失效事故。近年来，随着深层油气资源的勘探开发和强化钻井技术的推广应用，钻具的服役工况条件更加苛刻，双台肩、大水眼等一些非标螺纹被逐步开发出来。但是大多螺纹都只是解决了单一方面的问题，比如有的双台肩螺纹可以提高扭矩，减小接头外径，但是上扣容易碰伤；有的螺纹可以增大接头内径，但是扭矩得不到保证。尤其是对于一些大规格(管体外径在139.7mm以上)的钻具螺纹，需要提高扭矩、弯矩以及疲劳性能的同时，不能降低螺纹的连接强度，而且不能采用太复杂的多个零部件的螺纹连接，不便于井队操作人员现场作业。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺点，提出设计一种钻具用变锥度螺纹结构，可以有效提高螺纹连接性能，大大降低管体外径在139.7mm以上的大规格钻具螺纹失效问题。
本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种钻具用变锥度螺纹结构，包括设置在公接头上的公接头螺纹和设置在母接头上的母接头螺纹；所述公接头螺纹包括依次设置的公接头副台肩密封面、公接头前段螺纹、公接头中部圆柱、公接头后段螺纹和公接头主台肩密封面；所述母接头螺纹包括依次设置的母接头副台肩密封面、母接头前段螺纹、母接头中部圆柱、母接头后段螺纹和母接头主台肩密封面；所述公接头前段螺纹与母接头前段螺纹相互啮合，公接头后段螺纹和母接头后段螺纹相互啮合。
进一步的，所述公接头前段螺纹和母接头前段螺纹采用同一锥度，该螺纹锥度为1:6，螺纹齿高为3-5mm,螺距为6-8mm；更进一步的，所述螺纹齿高为3.75422mm,螺距为6.35mm。
进一步的，所述公接头后段螺纹和母接头后段螺纹采用同一锥度，该螺纹锥度为1:12，螺纹齿高为3-5mm,螺距为6-8mm；更进一步的，所述螺纹齿高为3.76146mm,螺距为6.35mm。
进一步的，所述公接头前段螺纹的长度比母接头前段螺纹的长度短5-8mm，如5mm、6mm、6.3mm、7.8mm、8mm等；公接头中部圆柱的长度比母接头中部圆柱的长度长15-20mm，如15mm、16mm、17.4mm、18mm、20mm等；公接头后段螺纹的长度比母接头后段螺纹的长度短5-8mm，如5mm、5.5mm、6mm、7.0mm、7.1mm、8mm等。
进一步的，所述公接头螺纹段总长比母接头螺纹段总长短0.1—0.2mm，如0.1mm、0.12mm、0.14mm、0.17mm、0.2mm等。
本实用新型的技术效果：
与现有技术相比，本实用新型设计的钻具用变锥度螺纹结构，具有以下优点：
1、本实用新型采用双段螺纹结构，可以提高螺纹的密封性，特别能够适用于管体外径在139.7mm以上大规格钻具在高压钻井、地层压裂等复杂环境下作业；
2、本实用新型采用变锥度螺纹结构，可以有效防止螺纹扭矩不足时发生脱扣现象；
3、本实用新型螺纹中间圆柱段的设计为螺纹高抗扭提供了应力释放区域，可以有效提高螺纹疲劳性能；
4、本实用新型双段螺纹的设计有利于快速上卸扣，提高作业效率。
附图说明
图1为本实用新型钻具用变锥度螺纹结构的公接头螺纹结构示意图。
图2为本实用新型钻具用变锥度螺纹结构的母接头螺纹结构示意图。
图3为本实用新型1:6锥度螺纹牙型尺寸图。
图4为本实用新型1:12锥度螺纹牙型尺寸图。
图中，公接头前段螺纹1、公接头中部圆柱2、公接头后段螺纹3、公接头主台肩密封面4、公接头副台肩密封面5、母接头前段螺纹6、母接头中部圆柱7、母接头后段螺纹8、母接头主台肩密封面9、母接头副台肩密封面10。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合说明书附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1：
本实施例以管体外径为139.7mm钻杆为例，如图1和2所示，公接头外径D1和母接头外径D2为184.2-203.2mm,公接头内径d1和母接头内径d2为88.9-101.6mm。
本实施例所述钻具用变锥度螺纹结构，包括设置在公接头上的公接头螺纹和设置在母接头上的母接头螺纹；所述公接头螺纹包括依次设置的公接头副台肩密封面5、公接头前段螺纹1、公接头中部圆柱2、公接头后段螺纹3和公接头主台肩密封面4；所述母接头螺纹包括依次设置的母接头副台肩密封面10、母接头前段螺纹6、母接头中部圆柱7、母接头后段螺纹8和母接头主台肩密封面9；所述公接头前段螺纹1与母接头前段螺纹6相互啮合，均采用同一锥度，该螺纹锥度为1:6，螺纹齿高为3.75422mm,螺距为6.35mm(如图3所示)；所述公接头后段螺纹3和母接头后段螺纹8相互啮合，均采用同一锥度，该螺纹锥度为1:12，螺纹齿高为3.76146mm,螺距为6.35mm(如图4所示)。
如图1和2所示，所述公接头前段螺纹1的长度L1比母接头前段螺纹6的长度L6短5-8mm,公接头中部圆柱2的长度L2比母接头中部圆柱7的长度L7长15-20mm,公接头后段螺纹3的长度L3比母接头后段螺纹8的长度L8短5-8mm；所述公接头螺纹段总长L5比母接头螺纹段总长L10短0.1—0.2mm。
示例性的，所述公接头前段螺纹1的长度L1比母接头前段螺纹6的长度L6短5mm,公接头中部圆柱2的长度L2比母接头中部圆柱7的长度L7长18mm,公接头后段螺纹3的长度L3比母接头后段螺纹8的长度L8短5mm；公接头后段螺纹3端部距离公接头主台肩密封面4之间的长度L4比母接头后段螺纹8端部距离母接头主台肩密封面9之间的长度L9短8mm，母接头前段螺纹6端部距离母接头副台肩密封面10之间的长度为0.1mm，使所述公接头螺纹段总长L5(母接头主台肩密封面9距离母接头副台肩密封面10之间的长度)比母接头螺纹段总长L10(公接头主台肩密封面4距离公接头副台肩密封面5之间的长度)短0.1mm。需要说明的是，所述长度L4、长度L9以及母接头前段螺纹6端部距离母接头副台肩密封面10之间的长度可根据实际需求进行设定，只要保证公接头螺纹段总长L5比母接头螺纹段总长L10短0.1—0.2mm即可。
工作原理：所述变锥度螺纹结构在公接头前段螺纹1和母接头前段螺纹6相互啮合，旋转转进的同时，公接头前段螺纹1和母接头前段螺纹6同时也在相互啮合，旋转钻进。所述螺纹连接通过改变齿高的方式，使得两段锥度不同的螺纹具有相同的螺距，从而保证螺纹相互啮合。螺纹上扣达到一定扭矩时，公接头主台肩密封面4和母接头主台肩密封面9接触，可以继续增加扭矩，然后公接头螺纹段总长L5将母接头螺纹段总长L10进行压缩，产生弹性变形，随着扭矩的增加，公接头副台肩密封面5和母接头副台肩密封面10进行接触，此时，螺纹连接的扭矩值达到设计扭矩。公接头中部圆柱2和母接头中部圆柱7在螺纹旋转、拉伸、弯曲等工况下作业时，可以有效的释放螺纹接触应力，降低了螺纹部位应力集中，可以提高螺纹疲劳寿命，能够适用于接头外径D1大于180mm的钻具。本实用新型同单一的1:6锥度螺纹相比较，该变锥度螺纹可以减小接头外径。同单一的1:12锥度螺纹相比较，该变锥度螺纹可以提高抗弯抗扭性能，提高抗疲劳性能。
上述具体实施方式仅是本实用新型的具体个案，本实用新型的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本实用新型权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本实用新型的专利保护范围。
Claims (7)
1.一种钻具用变锥度螺纹结构，包括设置在公接头上的公接头螺纹和设置在母接头上的母接头螺纹；其特征在于：所述公接头螺纹包括依次设置的公接头副台肩密封面（5）、公接头前段螺纹（1）、公接头中部圆柱（2）、公接头后段螺纹（3）和公接头主台肩密封面（4）；所述母接头螺纹包括依次设置的母接头副台肩密封面（10）、母接头前段螺纹（6）、母接头中部圆柱（7）、母接头后段螺纹（8）和母接头主台肩密封面（9）；所述公接头前段螺纹（1）与母接头前段螺纹（6）相互啮合，公接头后段螺纹（3）和母接头后段螺纹（8）相互啮合。
2.根据权利要求1所述的钻具用变锥度螺纹结构，其特征在于：所述公接头前段螺纹（1）和母接头前段螺纹（6）采用同一锥度，该螺纹锥度为1:6，螺纹齿高为3-5mm,螺距为6-8mm。
3.根据权利要求2所述的钻具用变锥度螺纹结构，其特征在于：所述公接头前段螺纹（1）和母接头前段螺纹（6）的螺纹齿高均为3.75422mm,螺距均为6.35mm。
4.根据权利要求1所述的钻具用变锥度螺纹结构，其特征在于：所述公接头后段螺纹（3）和母接头后段螺纹（8）采用同一锥度，该螺纹锥度为1:12，螺纹齿高为3-5mm,螺距为6-8mm。
5.根据权利要求4所述的钻具用变锥度螺纹结构，其特征在于：所述公接头后段螺纹（3）和母接头后段螺纹（8）的螺纹齿高均为3.76146mm,螺距均为6.35mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的钻具用变锥度螺纹结构，其特征在于：所述公接头前段螺纹（1）的长度比母接头前段螺纹（6）的长度短5-8mm；公接头中部圆柱（2）的长度比母接头中部圆柱（7）的长度长15-20mm；公接头后段螺纹（3）的长度比母接头后段螺纹（8）的长度短5-8mm。
7.根据权利要求1所述的钻具用变锥度螺纹结构，其特征在于：所述公接头螺纹段总长比母接头螺纹段总长短0.1—0.2mm。
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