CN218816265U - 一种钛合金钻杆 - Google Patents

Abstract

一种钛合金钻杆，包括钻杆管体，钻杆管体两端分别连接的母接头和公接头；该母接头由内向外依次包括母接头焊径区域、母接头吊卡区域、母接头大钳区域和内螺纹区域；该公接头由内向外依次包括公接头焊径区域、公接头吊卡区域、公接头大钳区域和外螺纹区域；该钻杆管体、母接头和公接头均采用钛合金材料制成；该内螺纹区域由内螺纹外端面、带锥度的内螺纹段和内螺纹内端面组成，该带锥度的内螺纹段加工有带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹；该外螺纹区域由外螺纹外端面、带锥度的外螺纹段和外螺纹内端面组成，该带锥度的外螺纹段加工有带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹；解决钻杆承受较大复合载荷时，螺纹抗粘扣能力差、修复率高，接头疲劳性能低等技术问题。

Description

一种钛合金钻杆

技术领域

本实用新型涉及油井管螺纹连接的石油钻杆接头技术领域，尤其涉及一种钛合金钻杆。

背景技术

一根根的石油钻杆通过接头连接起来，形成长达数千米的钻柱。钻柱工作条件十分恶劣，受力情况非常复杂，接头是其中最为薄弱的环节。现有的钛合金钻杆是参照API5DP和Spec 7-2进行设计和交货.

常用钢钻杆、接头及螺纹的结构请参阅图1-3。如图所示：它包括钻杆管体1，钻杆管体1两端分别连接的母接头2和公接头3。该母接头2由内向外依次包括母接头焊径区域21、母接头吊卡区域22、母接头大钳区域23和内螺纹区域24。该内螺纹区域24由内螺纹外端面241和带锥度的内螺纹段242组成。该公接头3由内向外依次包括公接头焊径区域31、公接头吊卡区域32、公接头大钳区域33和外螺纹区域34。该外螺纹区域34由外螺纹外端面341和带锥度的外螺纹段342组成。

如图3所示，带锥度的内螺纹段242和带锥度的外螺纹段342上均加工有带锥度的三角形粗牙螺纹201、301，该带锥度的三角形粗牙螺纹201、301上的螺纹牙形均包括导向面RS、承载面RL、牙顶RT、圆弧形牙底RR。相邻螺纹牙的导向面RS、承载面RL之间形成牙型角RA。

这种结构的钻杆接头，按照推荐上扣扭矩旋紧，在该预紧力作用下，内螺纹区域24向外胀大，螺纹牙间发生小位移。同时，内螺纹外端面241、外螺纹外端面341之间产生过盈，使公螺纹危险截面处（公螺纹危险截面为离外螺纹外端面341的19.05mm处的带锥度的外螺纹段342的圆弧形牙底RR位置的截面积）承受了60%屈服拉伸载荷，约496Mpa（以钻杆接头材料屈服强度为827 Mpa为例）。

与常规钢钻杆相比，采用与上述图1-3所示结构的钛合金钻杆（称之为：标准钛合金钻杆接头）柔性大、质量轻、耐疲劳、耐腐蚀，常应用于深井、超深井、高腐蚀、超短半径侧钻等狗腿度较大的特殊工艺油气井中。如狗腿度在45°-55°/30米之间，标准钛合金钻杆接头在连续旋转五万次后，出现大批螺纹粘扣，螺纹抗粘扣性能差、修复率很高。另外，由于内螺纹外端面241、外螺纹外端面341的存在，螺纹啮合后在公螺纹危险截面处产生预拉伸载荷，通常为材料屈服强度的60%，约496Mpa（以钻杆接头材料屈服强度为827 Mpa为例），加之应力集中效应，公螺纹大端啮合的前三牙螺纹牙底局部应力甚至会超过材料屈服强度，导致危险截面交变平均应力水平较高，因此该类型钻杆接头的疲劳性能低。这些都制约了钛合金材料高疲劳性能的发挥。

实用新型内容

本实用新型专利的目的在于提供一种钛合金钻杆，主要解决上述钻杆在承受较大复合载荷作用时，螺纹抗粘扣能力差、修复率高，接头疲劳性能低等技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型专利所采用的技术方案是：

一种钛合金钻杆，它包括钻杆管体，钻杆管体两端分别连接的母接头和公接头；该母接头由内向外依次包括母接头焊径区域、母接头吊卡区域、母接头大钳区域和内螺纹区域；该公接头由内向外依次包括公接头焊径区域、公接头吊卡区域、公接头大钳区域和外螺纹区域；该钻杆管体、母接头和公接头均采用钛合金材料制成；其特征在于：

该内螺纹区域由内螺纹外端面、带锥度的内螺纹段和内螺纹内端面组成，该带锥度的内螺纹段加工有带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹；

该外螺纹区域由外螺纹外端面、带锥度的外螺纹段和外螺纹内端面组成，该带锥度的外螺纹段加工有带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹。

所述的一种钛合金钻杆，其特征在于：该内螺纹外端面为直角，该内螺纹内端面为负角，该负角角度为5-10°；该外螺纹外端面为直角，该外螺纹内端面为负角，该负角角度为5-10°。

所述的一种钛合金钻杆，其特征在于：该带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹和带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹均具有沿轴线排列的多个螺纹牙；每个螺纹牙都具有导向面、承载面、齿顶，相邻螺纹牙之间有齿底；导向面与螺纹轴线的垂线之间形成导向面牙侧角，承载面与螺纹轴线的垂线之间形成承载面牙侧角，导向面在垂直于螺纹轴线方向上的距离为导向面高度，承载面在垂直于螺纹轴线方向上的距离为承载面高度，相邻导向面之间形成导向面螺距，相邻承载面之间形成承载面螺距，导向面与齿顶的交点形成齿顶轮廓线，导向面与齿底的交点形成齿底轮廓线。

所述的一种钛合金钻杆，其特征在于：该带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹和带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹的锥度范围为1：8~1：36。

所述的一种钛合金钻杆，其特征在于：该带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹和带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹的导向面牙侧角的角度为-10°~5°，承载面牙侧角的角度为-3°~-10°。

所述的一种钛合金钻杆，其特征在于：该带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹和带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹的导向面高度为2.2mm~3.5mm，承载面高度为2.15mm~3.45mm，导向面高度大于承载面高度；导向面螺距为8.5~16mm，承载面螺距为8.55~16.5mm，导向面螺距比承载面螺距小0.05~0.5mm。

所述的一种钛合金钻杆，其特征在于：该内螺纹区域的内螺纹外端面到内螺纹内端面的距离比外螺纹区域的外螺纹外端面到外螺纹内端面的距离小0.12-1.2mm。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型钛合金钻杆，带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹与外螺纹的螺纹牙吸收绝大部分扭矩，（以常规API NC38接头为例，本实用新型比现有技术在轴向少前进0.3mm）相互滑移接触路径小，能很快完成上扣过程，螺纹之间磨损小。

2、本实用新型钛合金钻杆，带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹与外螺纹的承载面牙侧角为负角，内、外螺纹牙之间互为爪手，在上扣后，内螺纹承载面承受一个向内的力，减小螺纹在承受载荷时的相对位移，增加螺纹的抗粘扣性能，减小螺纹修复率。

3、本实用新型钛合金钻杆，上扣后，带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹与外螺纹的螺纹牙啮合接触、内螺纹内端面与外螺纹内端面啮合接触，产生过盈，起到密封作用。内螺纹外端面与外螺纹外端面不接触，降低了公螺纹危险截面处的应力约496Mpa（以钻杆接头材料屈服强度为827 Mpa为例），平均应力降低能大幅度提高接头螺纹的疲劳寿命，因此该连接方式具有高的疲劳性能。

4、本实用新型钛合金钻杆，适用于高压天然气井、深井、超深井、大位移水平井、大斜度井、超短半径侧钻等狗腿度较大的特殊油气井中。

附图说明

图1是现有技术中常用钻杆连接方式剖面图。

图2是现有技术中常用钻杆接头螺纹旋合剖面图。

图3是现有技术中常用钻杆接头螺纹齿形剖面图。

图4是本实用新型实施例1中一种钛合金钻杆连接方式剖面图。

图5是本实用新型实施例1中一种钛合金钻杆接头螺纹旋合剖面图。

图6是本实用新型实施例1中一种钛合金钻杆接头螺纹齿形剖面图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型专利。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型专利而不用于限制本实用新型专利的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型专利讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型专利作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图4-图6所示，本实施例公开了一种钛合金钻杆，它包括钻杆管体1，钻杆管体1两端分别连接的母接头2和公接头3；该母接头2由内向外依次包括母接头焊径区域21、母接头吊卡区域22、母接头大钳区域23和内螺纹区域24；该公接头3由内向外依次包括公接头焊径区域31、公接头吊卡区域32、公接头大钳区域33和外螺纹区域34；该钻杆管体1、母接头2和公接头3均采用钛合金材料制成。

该内螺纹区域24由内螺纹外端面241、带锥度的内螺纹段242和内螺纹内端面243组成，该带锥度的内螺纹段242加工有带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹B；

该外螺纹区域34由外螺纹外端面341、带锥度的外螺纹段342和外螺纹内端面343组成，该带锥度的外螺纹段342加工有带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹P。

本实用新型中，该内螺纹外端面241为直角，该内螺纹内端面243为负角A1，该负角A1角度为5-10°；该外螺纹外端面341为直角，该外螺纹内端面343为负角B1，该负角B1角度为5-10°。内螺纹外端面241、外螺纹外端面341设置成直角便于现场监测测量使用后螺纹参数的变化，内螺纹内端面243、外螺纹内端面343设置成负角有利于缓和外螺纹内端面的缩颈程度。

本实用新型中，该带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹B和带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹P均具有沿轴线排列的多个螺纹牙；每个螺纹牙都具有导向面FS、承载面FL、齿顶T，相邻螺纹牙之间有齿底R；导向面FS与螺纹轴线的垂线之间形成导向面牙侧角AS，承载面FL与螺纹轴线的垂线之间形成承载面牙侧角AL，导向面FS在垂直于螺纹轴线方向上的距离为导向面高度HS，承载面FL在垂直于螺纹轴线方向上的距离为承载面高度HL，相邻导向面FS之间形成导向面螺距PS，相邻承载面FL之间形成承载面螺距PL，导向面FS与齿顶T的交点形成齿顶轮廓线LT，导向面FS与齿底R的交点形成齿底轮廓线LR。

本实用新型中，该带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹B和带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹P的锥度范围为1：8~1：36。常规API钻杆接头螺纹为锥螺纹，锥螺纹上扣快，并且有轴向补偿作用。当带锥度的粗牙楔形燕尾螺纹锥度选择在1：8~1：36范围时，有利于设计出内螺纹、外螺纹均具有较高强度的相互匹配的内、外螺纹。

本实用新型中，该带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹B和带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹P的导向面牙侧角AS的角度为-10°~5°，承载面牙侧角AL的角度为-3°~-10°。该带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹B和带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹P的承载面牙侧角设置成负角，能增加内螺纹抗胀大作用，减小螺纹牙之间的移动，提高螺纹牙抗粘扣性能。导向面牙侧角的设计，应根据承载面牙侧角，不应导致螺纹牙顶和牙根部截面差别过大。

本实用新型中，该带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹B和带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹P的导向面高度HS为2.2mm~3.5mm，承载面高度HL为2.15mm~3.45mm，导向面高度HS大于承载面高度HL；导向面螺距PS为8.5~16mm，承载面螺距PL为8.55~16.5mm，导向面螺距PS比承载面螺距PL小0.05~0.5mm。该带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹B和带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹P需要达到设计的高扭矩承载能力、抗剪切能力等，每英寸牙数、与之匹配的导向面、承载面高度和导向面、承载面螺距的设计选择应在上述范围。

本实用新型中，该内螺纹区域24的内螺纹外端面241到内螺纹内端面243的距离LB比外螺纹区域34的外螺纹外端面341到外螺纹内端面343的距离LP小0.12-1.2mm。为了保证在使用过程中，内螺纹外端面241与外螺纹外端面341不接触，且留有一定间隙便于现场监测测量使用后螺纹参数的变化。

以上所述仅为本实用新型专利的优选实施例，并非因此限制本实用新型专利的专利范围，凡是利用本实用新型专利说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型专利的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种钛合金钻杆，它包括钻杆管体（1），钻杆管体（1）两端分别连接的母接头（2）和公接头（3）；该母接头（2）由内向外依次包括母接头焊径区域（21）、母接头吊卡区域（22）、母接头大钳区域（23）和内螺纹区域（24）；该公接头（3）由内向外依次包括公接头焊径区域（31）、公接头吊卡区域（32）、公接头大钳区域（33）和外螺纹区域（34）；该钻杆管体（1）、母接头（2）和公接头（3）均采用钛合金材料制成；其特征在于：

该内螺纹区域（24）由内螺纹外端面（241）、带锥度的内螺纹段（242）和内螺纹内端面（243）组成，该带锥度的内螺纹段（242）加工有带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹（B）；

该外螺纹区域（34）由外螺纹外端面（341）、带锥度的外螺纹段（342）和外螺纹内端面（343）组成，该带锥度的外螺纹段（342）加工有带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹（P）。

2.如权利要求1所述的一种钛合金钻杆，其特征在于：该内螺纹外端面（241）为直角，该内螺纹内端面（243）为负角（A1），该负角（A1）角度为5-10°；该外螺纹外端面（341）为直角，该外螺纹内端面（343）为负角（B1），该负角（B1）角度为5-10°。

3.如权利要求1或2所述的一种钛合金钻杆，其特征在于：该带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹（B）和带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹（P）均具有沿轴线排列的多个螺纹牙；每个螺纹牙都具有导向面（FS）、承载面（FL）、齿顶（T），相邻螺纹牙之间有齿底（R）；导向面（FS）与螺纹轴线的垂线之间形成导向面牙侧角（AS），承载面（FL）与螺纹轴线的垂线之间形成承载面牙侧角（AL），导向面（FS）在垂直于螺纹轴线方向上的距离为导向面高度（HS），承载面（FL）在垂直于螺纹轴线方向上的距离为承载面高度（HL），相邻导向面（FS）之间形成导向面螺距（PS），相邻承载面（FL）之间形成承载面螺距（PL），导向面（FS）与齿顶（T）的交点形成齿顶轮廓线（LT），导向面（FS）与齿底（R）的交点形成齿底轮廓线（LR）。

4.如权利要求3所述的一种钛合金钻杆，其特征在于：该带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹（B）和带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹（P）的锥度范围为1：8~1：36。

5.如权利要求3所述的一种钛合金钻杆，其特征在于：该带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹（B）和带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹（P）的导向面牙侧角（AS）的角度为-10°~5°，承载面牙侧角（AL）的角度为-3°~-10°。

6.如权利要求3所述的一种钛合金钻杆，其特征在于：该带锥度的粗牙楔形燕尾内螺纹（B）和带锥度的粗牙楔形燕尾外螺纹（P）的导向面高度（HS）为2.2mm~3.5mm，承载面高度（HL）为2.15mm~3.45mm，导向面高度（HS）大于承载面高度（HL）；导向面螺距（PS）为8.5~16mm，承载面螺距（PL）为8.55~16.5mm，导向面螺距（PS）比承载面螺距（PL）小0.05~0.5mm。

7.如权利要求1所述的一种钛合金钻杆，其特征在于：该内螺纹区域（24）的内螺纹外端面（241）到内螺纹内端面（243）的距离（LB）比外螺纹区域（34）的外螺纹外端面（341）到外螺纹内端面（343）的距离（LP）小0.12-1.2mm。

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