CN219953263U - 一种钛合金接头的铝合金钻杆 - Google Patents
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Abstract
一种钛合金接头的铝合金钻杆。本实用新型包括材质为铝合金的管体，管体的两端为外螺纹，管体一端与钛合金材质的公接头连接，另一端与钛合金材质的母接头连接；管体与公接头、母接头螺纹连接后沿管体向两端端部依次有螺纹段、密封段，螺纹段、密封段均为过盈配合；公接头、母接头的端面与管体的螺纹大端端面形成密封端面。其有益效果是，采用铝合金管体、钛合金接头，铝合金与钛合金的弹性模量更接近，降低疲劳破坏风险，增加钻杆在使用过程中的稳定性；钻杆整体比强度提高，钛合金比重低，有效降低钻机负载；钛合金抗腐蚀性能好，钻杆整体抗腐蚀性能提升，更适合高腐蚀井；特殊设计的连接螺纹，有效提高接头与管体的连接强度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种钻杆，尤其是涉及一种钛合金接头的铝合金钻杆，属于石油钻探开发技术领域。
背景技术
随着石油钻探向着更深、更复杂井况发展，深井、超深井、大位移水平井占比越来越多，高腐蚀等恶劣工况不断出现，为了安全高效低成本的开展钻探，对钻杆性能提出了更高要求，普通钢制钻杆已经远远无法满足。
与钢钻杆相比，铝合金钻杆具有比强度高、密度低、弯曲应力小、耐H2S腐蚀等优点，应用于深井、超深井和酸性气井勘探开发具有巨大优势，特别是在深井和海洋钻探中逐渐推广应用，取得良好的经济效益和社会效益。
铝合金钻杆因其自身材料性能的限制，无法单独使用。目前，通常将铝合金材质的管体与钢接头连接组成钻杆柱，由钢接头代替铝合金钻杆承担拧卸等操作，减小磨损。铝合金管体与钢接头之间是通过螺纹和固定锥面连接，由于钢接头的弹性模量与铝合金管体的材料弹性模量相差较大，铝合金钻杆由于反复受到拉、扭、弯、压等交变载荷，在连接的固定锥面末端会产生疲劳破坏；钢制接头增加了钻杆整体重量的同时，与本体铝合金管材间易形成电偶腐蚀，降低整体钻杆疲劳寿命；在H2S腐蚀环境中钢制钻杆接头极易发生腐蚀失效，造成铝合金钻杆整体抗腐蚀性能下降，降低整体钻杆抗腐蚀疲劳寿命等一系列问题，致使铝合金钻杆在超深井钻井中不能满足降低钻机负荷、提高钻杆耐腐蚀性能的需求，以及安全稳定的生产要求。
实用新型内容
为了克服现有铝合金钻杆存在的上述不足，本实用新型提供一种钛合金接头的铝合金钻杆。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钛合金接头的铝合金钻杆，包括材质为铝合金的管体，管体的两端为外螺纹，所述管体一端与钛合金材质的公接头连接，另一端与钛合金材质的母接头连接；所述管体与公接头、母接头螺纹连接后沿管体向两端端部依次有螺纹段、密封段，所述螺纹段、密封段径向均为过盈配合；公接头、母接头的端面与管体的螺纹大端端面形成密封端面。
所述管体与公接头、母接头的连接螺纹为圆锥梯形螺纹，圆锥梯形螺纹的锥度为1∶32～1∶16；密封段的斜角α为3～5°。
所述管体与公接头、母接头的连接螺纹的齿高H为1.5～2.0mm，齿顶宽W为1.8～2.0mm，齿侧角θ为15°。
所述管体与公接头、母接头的连接螺纹的内螺纹齿高HB与外螺纹齿高Hb的差值为0.15～0.35mm。
所述管体与公接头、母接头的连接螺纹的内螺纹齿顶宽WB与外螺纹齿顶宽Wb的差值为0.06～0.12mm。
所述密封段的径向过盈量为0.05～0.15mm。
所述公接头、母接头与管体连接的端部外圆周设置有过渡圆锥面。
所述过渡圆锥面与钻杆轴线的夹角为15～21°。
所述密封端面与管体的轴线垂直。
一种钛合金接头的铝合金钻杆，包括材质为铝合金的管体Ⅰ，管体Ⅰ的两端为外螺纹，其特征是：所述管体Ⅰ一端与钛合金材质的公接头Ⅰ连接，另一端与钛合金材质的母接头Ⅰ连接，管体Ⅰ的两端与母接头Ⅰ、公接头Ⅰ采用标准API螺纹或TT型螺纹连接。
本实用新型的有益效果是，采用铝合金管体、钛合金接头，铝合金与钛合金的弹性模量更接近，降低疲劳破坏风险，增加钻杆在使用过程中的稳定性；钻杆整体比强度提高，有效减少钻机施工负载；钛合金抗腐蚀性能好，钻杆整体抗腐蚀性能提升，更适合工况日益复杂的高腐蚀井；特殊设计的连接螺纹，有效提高接头与管体的连接强度。
附图说明
图1是本实用新型钛合金接头的铝合金钻杆的结构示意图。
图2是图1中局部M放大图。
图3是母接头的连接螺纹齿形图。
图4是管体的连接螺纹齿形图。
图中：1.管体，2.公接头，3.母接头，4.螺纹段，5.密封段，6.密封端面，7.连接螺纹，8.过渡圆锥面，9.轴线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本实用新型不限于所列出的具体实施方式，只要符合本实用新型的精神，都应该包括于本实用新型的保护范围内。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“垂直”、“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”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，仅是为了便于描述或简化描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“密封”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，可以是直接连接，也可以是间接连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。密封可以是油封密封，也可以是盘根密封或其他形式的密封。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。
参见附图1-4。本实用新型一种钛合金接头的铝合金钻杆，包括管体1、公接头2、母接头3，管体1为铝合金材质，管体1的两端为外螺纹；所述铝合金的管体1一端与钛合金材质的公接头2连接，另一端与钛合金材质的母接头3连接。
参见附图2。所述管体1与公接头2、母接头3螺纹连接后沿管体1向两端端部依次有螺纹段4、密封段5，所述螺纹段4、密封段5径向均为过盈配合；公接头2、母接头3的端面与管体1的螺纹大端端面形成密封端面6；螺纹段4与密封段5之间可以设置一个过渡段，过渡段内管体1与公接头2、母接头3的径向之间有间隙。
所述管体1与公接头2、母接头3的连接螺纹7为圆锥梯形螺纹，圆锥梯形螺纹的锥度为1∶32～1∶16。
参见附图3、4。所述管体1与公接头2、母接头3的连接螺纹7的齿高H为1.5～2.0mm，齿顶宽W为1.8～2.0mm，齿侧角θ为15°。
进一步，所述管体1与公接头2、母接头3的连接螺纹7的内螺纹齿高HB与外螺纹齿高Hb的差值为0.15～0.35mm。
进一步，所述管体1与公接头2、母接头3的连接螺纹7的内螺纹齿顶宽WB与外螺纹齿顶宽Wb的差值为0.06～0.12mm。
所述密封段5的斜角α为3～5°，斜角α为密封段5与轴线9的夹角。所述密封段5的径向过盈量为0.05～0.15mm，密封段5的径向过盈配合起到对井筒内壁流体的密封作用。优选的，密封段5的径向过盈量为0.10mm。
所述公接头2、母接头3与管体1之间的密封端面6与管体1的轴线垂直，公接头2、母接头3与管体1螺纹旋紧之后形成对顶，起到螺纹上紧过程中承载扭矩、提高抗扭性能的作用。
所述公接头2、母接头3与管体1连接的端部外圆周设置有过渡圆锥面8。
进一步，所述过渡圆锥面8与钻杆轴线9的夹角为15～21°，避免在钻井过程中循环泥浆或空气遇阻而产生涡流的情况。优选的，过渡圆锥面8与钻杆轴线9的夹角为17～19°。
本实用新型的又一实施例，一种钛合金接头的铝合金钻杆，包括材质为铝合金的管体Ⅰ，管体Ⅰ的两端为外螺纹，所述管体Ⅰ一端与钛合金材质的公接头Ⅰ连接，另一端与钛合金材质的母接头Ⅰ连接，管体Ⅰ的两端与母接头Ⅰ、公接头Ⅰ采用标准API螺纹连接，也可以采用TT型螺纹连接。
本实用新型钛合金接头的铝合金钻杆，公接头、母接头与管体采用热组装或冷组装的组装工艺，钛合金的公接头、母接头的螺纹表面做喷砂处理。
本实用新型一种钛合金接头的铝合金钻杆，用钛合金材质接头代替钢制接头，钛合金材料弹性模量比钢低，与铝合金接近，避免管体与接头的弹性模量相差较大，连接螺纹易产生疲劳破坏的风险，增加了铝合金钻杆在使用过程中的安全稳定性；钛合金材料具有比强度高、质量轻等优点，钛合金材质接头比钢制接头重量可以降低60％，从而降低铝合金钻杆整体重量，降低钻机负荷；钛合金材料拥有更好的耐腐蚀性能，钛合金接头配合铝合金管体，大幅提升整根钻杆抗腐蚀性能，更适用于高腐蚀等恶劣工况；特殊设计的连接螺纹，有效提高接头与管体的连接强度。
应该注意的是上述实施例是示例而非限制本实用新型，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离本专利的权利要求范围。
Claims (10)
1.一种钛合金接头的铝合金钻杆，包括材质为铝合金的管体，管体的两端为外螺纹，其特征是：
所述管体一端与钛合金材质的公接头连接，另一端与钛合金材质的母接头连接；
所述管体与公接头、母接头螺纹连接后沿管体向两端端部依次有螺纹段、密封段，所述螺纹段、密封段径向均为过盈配合；公接头、母接头的端面与管体的螺纹大端端面形成密封端面。
2.根据权利要求1所述钛合金接头的铝合金钻杆，其特征是：所述管体与公接头、母接头的连接螺纹为圆锥梯形螺纹，圆锥梯形螺纹的锥度为1∶32～1∶16；密封段的斜角α为3～5°。
3.根据权利要求2所述钛合金接头的铝合金钻杆，其特征是：所述管体与公接头、母接头的连接螺纹的齿高H为1.5～2.0mm，齿顶宽W为1.8～2.0mm，齿侧角θ为15°。
4.根据权利要求3所述钛合金接头的铝合金钻杆，其特征是：所述管体与公接头、母接头的连接螺纹的内螺纹齿高HB与外螺纹齿高Hb的差值为0.15～0.35mm。
5.根据权利要求4所述钛合金接头的铝合金钻杆，其特征是：所述管体与公接头、母接头的连接螺纹的内螺纹齿顶宽WB与外螺纹齿顶宽Wb的差值为0.06～0.12mm。
6.根据权利要求2所述钛合金接头的铝合金钻杆，其特征是：所述密封段的径向过盈量为0.05～0.15mm。
7.根据权利要求1所述钛合金接头的铝合金钻杆，其特征是：所述公接头、母接头与管体连接的端部外圆周设置有过渡圆锥面。
8.根据权利要求7所述钛合金接头的铝合金钻杆，其特征是：所述过渡圆锥面与钻杆轴线的夹角为15～21°。
9.根据权利要求1所述钛合金接头的铝合金钻杆，其特征是：所述密封端面与管体的轴线垂直。
10.一种钛合金接头的铝合金钻杆，包括材质为铝合金的管体Ⅰ，管体Ⅰ的两端为外螺纹，其特征是：所述管体Ⅰ一端与钛合金材质的公接头Ⅰ连接，另一端与钛合金材质的母接头Ⅰ连接，管体Ⅰ的两端与母接头Ⅰ、公接头Ⅰ采用标准API螺纹或TT型螺纹连接。
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