CN218971136U - 一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构 - Google Patents

Abstract

一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，包括钛合金钻杆管体、钢质内螺纹接头和钢质外螺纹接头；钛合金钻杆管体包括两端加厚区域和钛合金外螺纹区域，钛合金外螺纹区域由密封面、楔形燕尾外螺纹段和端面组成；钢质内螺纹接头两端有与钻杆管体连接的第一钢质内螺纹区域、与钢质外螺纹接头的钢质外螺纹区域连接的第二钢质内螺纹区域；第一钢质内螺纹区域由密封面、楔形燕尾内螺纹段和端面组成；外螺纹接头两端有与钛合金钻杆管体连接的第三钢质内螺纹区域、与内螺纹接头的第二钢质内螺纹区域连接的钢质外螺纹区域；第三钢质内螺纹区域由密封面、楔形燕尾内螺纹段和端面组成。解决现有产品大钳区域不耐磨损，连接螺纹易粘扣、修复率高的问题。

Description

一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构

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，具体为一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构。

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进行设计和交货的，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。

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、狗腿度较大的特殊工艺油气井中。钛合金钻杆可以达到与钢钻杆相同的屈服强度，但钛合金弹性模量约是钢的1/2，因此钛合金材质抵抗变形能力较差。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。

钛合金材质较差的抵抗变形能力，使得钛合金钻杆接头大钳区域抗夹伤、耐摩擦磨损性能也较钢质材料差。在上、卸扣过程中，钛合金接头大钳区域因扭矩大钳的夹持会发生非常严重的变形及咬痕，目前钛合金钻杆表面焊接耐磨带技术仍然未取得实质性突破，下井的钛合金钻杆表面无防磨耐磨层，在钻进过程中，直径较大的钛合金钻杆接头大钳区域更容易发生摩擦磨损，这些咬痕及变形磨损均会对钛合金钻杆的使用埋下隐患，不利于钛合金材料高疲劳寿命的发挥，使钛合金钻杆提前降级使用，降低钛合金钻杆使用寿命，给油田造成不必要的经济损失。

实用新型内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，解决了现有钛合金钻杆钛合金接头大钳区域不耐磨损，连接螺纹易粘扣、修复率高的问题。

（二）技术方案

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：它包括钛合金钻杆管体、钛合金钻杆管体两端的钢质内螺纹接头和钢质外螺纹接头；

所述钛合金钻杆管体包括管体两端的加厚区域和钛合金外螺纹区域，其中钛合金外螺纹区域从内到外依次由密封面、楔形燕尾外螺纹段和端面组成；

所述钢质内螺纹接头的两端分别具有与所述钛合金钻杆管体的钛合金外螺纹区域连接的第一钢质内螺纹区域、与所述钢质外螺纹接头的钢质外螺纹区域连接的第二钢质内螺纹区域；所述第一钢质内螺纹区域从外到内依次由密封面、楔形燕尾内螺纹段和端面组成；

所述钢质外螺纹接头的两端分别具有与所述钛合金钻杆管体的钛合金外螺纹区域连接的第三钢质内螺纹区域、与所述钢质内螺纹接头的第二钢质内螺纹区域连接的钢质外螺纹区域；所述第三钢质内螺纹区域从外到内依次由密封面、楔形燕尾内螺纹段和端面组成。

所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述第一钢质内螺纹区域的密封面为锥形密封面，锥度为1：64~1：24，所述第一钢质内螺纹区域的端面为直角；所述第三钢质内螺纹区域的密封面为锥形密封面，锥度为1：64~1：24，所述第三钢质内螺纹区域的端面为直角；所述钛合金外螺纹区域的密封面为锥形密封面，锥度为1：64~1：24，所述钛合金外螺纹区域的端面为直角。

所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述第一钢质内螺纹区域的密封面与所述钛合金外螺纹区域的密封面之间为过盈配合；所述钛合金外螺纹区域的楔形燕尾外螺纹段和所述第一钢质内螺纹区域的楔形燕尾内螺纹段之间为过盈连接，直径方向上过盈量范围为0.01-0.15mm;所述第三钢质内螺纹区域的密封面与所述钛合金外螺纹区域的密封面之间为过盈配合；所述钛合金外螺纹区域的楔形燕尾外螺纹段和所述第三钢质内螺纹区域的楔形燕尾内螺纹段之间为过盈连接，直径方向上过盈量范围为0.01-0.15mm。

所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述楔形燕尾内螺纹段的楔形燕尾内螺纹牙形和所述楔形燕尾外螺纹段的楔形燕尾外螺纹牙形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。

所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述楔形燕尾内螺纹段的楔形燕尾内螺纹牙形和所述楔形燕尾外螺纹段的楔形燕尾外螺纹牙形的锥度范围为1：12~1：42。

所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述楔形燕尾内螺纹牙形和所述楔形燕尾外螺纹牙形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°。

所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述楔形燕尾内螺纹牙形和所述楔形燕尾外螺纹牙形的导向面高度介于1.65mm~2.65mm，承载面高度介于1.6mm~2.6mm，导向面高度大于承载面高度，导向面螺距介于6.2~12mm，承载面螺距介于6.21~12.5mm，导向面螺距比承载面螺距小0.01~0.5mm。

（三）有益效果

与现有技术相比，本申请的技术方案具备以下有益效果：

1、本实用新型两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其钛合金钻杆管体两端通过钢质螺纹接头(如: 钢质内螺纹接头和钢质外螺纹接头）相连接，增强了钛合金钻杆接头大钳区域材质的抗摩擦磨损性能，减轻了在上、卸扣过程中，钛合金钻杆接头大钳区域变形及咬痕，在钻进中保护钛合金钻杆接头大钳区域不易被磨损。目前钢质接头表面焊接耐磨带技术非常成熟，采用钢质接头，还可以在钢质接头大钳区域焊接耐磨带，更进一步减轻钛合金钻杆接头大钳区域的磨损情况。焊接在钢质接头大钳区域的耐磨带磨损后，可进行多次焊接，这大大延长了钛合金钻杆的使用寿命，节约了成本。

2、本实用新型两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，钛合金钻杆管体的管端采用楔形燕尾外螺纹段，与钛合金钻杆管体的管端连接的钢质内螺纹接头和钢质外螺纹接头上采用楔形燕尾内螺纹段,楔形燕尾内螺纹段与楔形燕尾外螺纹段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，加之钛合金钻杆接头大钳区域材质为钢质，提高了其抗摩擦磨损性能，两者结合大幅提高螺纹的抗粘扣性能，减小螺纹修复率。

3、本实用新型两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，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为本实用新型现有技术中常用钻杆连接方式剖面图；

图2为本实用新型现有技术中常用钻杆接头螺纹旋合剖面图；

图3为本实用新型现有技术中常用钻杆接头螺纹齿形剖面图；

图4为本实用新型结构剖面图；

图5为本实用新型结构螺纹旋合图；

图6为本实用新型结构齿形剖面图。

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

如图4-6所示，本实施例公开了一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，它包括钛合金钻杆管体1、钛合金钻杆管体1两端的钢质内螺纹接头2和钢质外螺纹接头3。所述钛合金钻杆管体1包括管体两端的加厚区域10和钛合金外螺纹区域11，其中钛合金外螺纹区域11从内到外依次由密封面110、楔形燕尾外螺纹段111和端面112组成。所述钢质内螺纹接头2的两端分别具有与所述钛合金钻杆管体1的钛合金外螺纹区域11连接的第一钢质内螺纹区域21、与所述钢质外螺纹接头3的钢质外螺纹区域32连接的第二钢质内螺纹区域22；所述第一钢质内螺纹区域21从外到内依次由密封面210、楔形燕尾内螺纹段211和端面212组成。所述钢质外螺纹接头3的两端分别具有与所述钛合金钻杆管体1的钛合金外螺纹区域11连接的第三钢质内螺纹区域31、与所述钢质内螺纹接头2的第二钢质内螺纹区域22连接的钢质外螺纹区域32；所述第三钢质内螺纹区域31从外到内依次由密封面310、楔形燕尾内螺纹段311和端面312组成。

本实用新型中，所述第一钢质内螺纹区域21的密封面210为锥形密封面，锥度为1：64~1：24，所述第一钢质内螺纹区域21的端面212为直角；所述第三钢质内螺纹区域31的密封面310为锥形密封面，锥度为1：64~1：24，所述第三钢质内螺纹区域31的端面312为直角；所述钛合金外螺纹区域11的密封面110为锥形密封面，锥度为1：64~1：24，所述钛合金外螺纹区域11的端面112为直角。

该与钛合金连接的钢质内螺纹、钛合金外螺纹设计有锥形密封面，锥形密封面增加连接稳定性，由于相互匹配的连接件壁厚均较薄，锥形密封面锥度宜缓，选择1：64~1：24较为合适。直角端面在装配时机械止动，控制装配位置。

本实用新型中，所述第一钢质内螺纹区域21的密封面210与所述钛合金外螺纹区域11的密封面110之间为过盈配合；所述钛合金外螺纹区域11的楔形燕尾外螺纹段111和所述第一钢质内螺纹区域21的楔形燕尾内螺纹段211之间为过盈连接，直径方向上过盈量范围为0.01-0.15mm;所述第三钢质内螺纹区域31的密封面310与所述钛合金外螺纹区域11的密封面110之间为过盈配合；所述钛合金外螺纹区域11的楔形燕尾外螺纹段111和所述第三钢质内螺纹区域31的楔形燕尾内螺纹段311之间为过盈连接，直径方向上过盈量范围为0.01-0.15mm。

考虑到该与钛合金连接的钢质内螺纹区域、钛合金外螺纹区域需要传递扭矩、轴向载荷和弯矩等，该与钛合金连接的钢质内螺纹、钛合金外螺纹的锥形密封面、内外螺纹连接设计成过盈配合。根据连接材料强度、几何尺寸和需要传递载荷值的大小计算校核过盈量选择在0.01-0.15mm可满足设计要求。

本实用新型中，所述楔形燕尾内螺纹段的楔形燕尾内螺纹牙形B和所述楔形燕尾外螺纹段的楔形燕尾外螺纹牙形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。

其中：所述楔形燕尾内螺纹段的楔形燕尾内螺纹牙形B和所述楔形燕尾外螺纹段的楔形燕尾外螺纹牙形P的锥度范围为1：12~1：42。

常规API螺纹锥度一般在1：4~1：8之间，考虑到楔形燕尾螺纹为与钛合金连接的钢质内螺纹区域、钛合金外螺纹区域中，轴向载荷、扭矩和弯矩等载荷的主要承担部分，且相互匹配的连接件壁厚均较薄，因此其锥度宜缓，方可设计出满足设计要求的结构。

其中：所述楔形燕尾内螺纹牙形B和所述楔形燕尾外螺纹牙形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°。

该楔形燕尾内螺纹牙形B和楔形燕尾外螺纹牙形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。

其中：所述楔形燕尾内螺纹牙形B和所述楔形燕尾外螺纹牙形P的导向面高度HS介于1.65mm~2.65mm，承载面高度HL介于1.6mm~2.6mm，导向面高度HS大于承载面高度HL，导向面螺距PS介于6.2~12mm，承载面螺距PL介于6.21~12.5mm，导向面螺距PS比承载面螺距PL小0.01~0.5mm。

该楔形燕尾内螺纹牙形B和楔形燕尾外螺纹牙形P需要达到设计的扭矩承载能力、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。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：它包括钛合金钻杆管体（1）、钛合金钻杆管体（1）两端的钢质内螺纹接头（2）和钢质外螺纹接头（3）；

所述钛合金钻杆管体（1）包括管体两端的加厚区域（10）和钛合金外螺纹区域（11），其中钛合金外螺纹区域（11）从内到外依次由密封面（110）、楔形燕尾外螺纹段（111）和端面（112）组成；

所述钢质内螺纹接头（2）的两端分别具有与所述钛合金钻杆管体（1）的钛合金外螺纹区域（11）连接的第一钢质内螺纹区域（21）、与所述钢质外螺纹接头（3）的钢质外螺纹区域（32）连接的第二钢质内螺纹区域（22）；所述第一钢质内螺纹区域（21）从外到内依次由密封面（210）、楔形燕尾内螺纹段（211）和端面（212）组成；

所述钢质外螺纹接头（3）的两端分别具有与所述钛合金钻杆管体（1）的钛合金外螺纹区域（11）连接的第三钢质内螺纹区域（31）、与所述钢质内螺纹接头（2）的第二钢质内螺纹区域（22）连接的钢质外螺纹区域（32）；所述第三钢质内螺纹区域（31）从外到内依次由密封面（310）、楔形燕尾内螺纹段（311）和端面（312）组成。

2.根据权利要求1所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述第一钢质内螺纹区域（21）的密封面（210）为锥形密封面，锥度为1：64~1：24，所述第一钢质内螺纹区域（21）的端面（212）为直角；所述第三钢质内螺纹区域（31）的密封面（310）为锥形密封面，锥度为1：64~1：24，所述第三钢质内螺纹区域（31）的端面（312）为直角；所述钛合金外螺纹区域（11）的密封面（110）为锥形密封面，锥度为1：64~1：24，所述钛合金外螺纹区域（11）的端面（112）为直角。

3.根据权利要求1所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述第一钢质内螺纹区域（21）的密封面（210）与所述钛合金外螺纹区域（11）的密封面（110）之间为过盈配合；所述钛合金外螺纹区域（11）的楔形燕尾外螺纹段（111）和所述第一钢质内螺纹区域（21）的楔形燕尾内螺纹段（211）之间为过盈连接，直径方向上过盈量范围为0.01-0.15mm;所述第三钢质内螺纹区域（31）的密封面（310）与所述钛合金外螺纹区域（11）的密封面（110）之间为过盈配合；所述钛合金外螺纹区域（11）的楔形燕尾外螺纹段（111）和所述第三钢质内螺纹区域（31）的楔形燕尾内螺纹段（311）之间为过盈连接，直径方向上过盈量范围为0.01-0.15mm。

4.根据权利要求1所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述楔形燕尾内螺纹段的楔形燕尾内螺纹牙形（B）和所述楔形燕尾外螺纹段的楔形燕尾外螺纹牙形（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）。

5.根据权利要求4所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述楔形燕尾内螺纹段的楔形燕尾内螺纹牙形（B）和所述楔形燕尾外螺纹段的楔形燕尾外螺纹牙形（P）的锥度范围为1：12~1：42。

6.根据权利要求4或5所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述楔形燕尾内螺纹牙形（B）和所述楔形燕尾外螺纹牙形（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°。

7.根据权利要求4或5所述的一种两端带钢接头的钛合金钻杆连接结构，其特征在于：所述楔形燕尾内螺纹牙形（B）和所述楔形燕尾外螺纹牙形（P）的导向面高度（HS）介于1.65mm~2.65mm，承载面高度（HL）介于1.6mm~2.6mm，导向面高度（HS）大于承载面高度（HL），导向面螺距（PS）介于6.2~12mm，承载面螺距（PL）介于6.21~12.5mm，导向面螺距（PS）比承载面螺距（PL）小0.01~0.5mm。

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