專利名稱：耐用型超高抗扭強(qiáng)度鉆桿接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及在油井或氣井的鉆探過程中使用的鉆桿接頭，特別是一種耐用型超高抗扭強(qiáng)度鉆桿接頭。
背景技術(shù)：
在油井或氣井的鉆探過程中使用的鉆桿接頭，一般多采用美國石油學(xué)會(API)制定的API標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)制造。美國石油學(xué)會(API)在20世紀(jì)初采用V-0. 065牙型螺紋的石油鉆桿接頭，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。這種鉆桿接頭的螺紋牙型是V形的，其牙底和牙頂都是平的， 牙底和牙頂寬都是0. 065英寸(1. 651mm)，平牙底與牙側(cè)的承載面之間的過渡尖角半徑r只有0. 38mm，所以此處應(yīng)力集中很高，極易出現(xiàn)疲勞裂紋，這樣就使得鉆桿接頭的壽命變得很短。在20世紀(jì)中期美國石油學(xué)會將V-0. 065牙型螺紋的平牙底改為半徑R為0. 038英寸 (0. 965mm)的圓底，牙底的應(yīng)力集中顯著減少，鉆桿接頭疲勞壽命成倍增長，這種螺紋被稱為數(shù)字型(NC)螺紋，可以與V-0. 065牙型螺紋完全互換，其牙型被納入API SPEC 7中，稱為V-0. 038R。但數(shù)字型(NC)螺紋在應(yīng)用中仍然存在一些問題，特別是在螺紋牙底仍有較大的應(yīng)力集中。而且API鉆桿接頭的內(nèi)螺紋接頭的后端是一內(nèi)斜面，對應(yīng)的外螺紋接頭的前端是一外斜面，只有一個抗扭矩臺肩在內(nèi)螺紋接頭的前端面和對應(yīng)的外螺紋接頭的后端面，接頭扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度低。按照API標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，上述接頭的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度一般為管體的80%，因此上述API鉆桿接頭在使用中，遇到過大扭矩時會出現(xiàn)內(nèi)螺紋接頭脹大及或外螺紋接頭螺紋斷裂等失效事故。因此需要開發(fā)具有降低應(yīng)力集中、更高抗扭強(qiáng)度特性的耐用型超高抗扭強(qiáng)度鉆桿接頭。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種耐用型超高抗扭強(qiáng)度鉆桿接頭，它主要解決現(xiàn)有的V-0. 065牙型螺紋的石油鉆桿接頭和v-0. 038R牙型螺紋的石油鉆桿接頭螺紋牙底仍有較大的應(yīng)力集中的技術(shù)問題，同時還具有超高的抗扭強(qiáng)度，可以滿足日益復(fù)雜的鉆井作業(yè)需求。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是。一種耐用型超高抗扭強(qiáng)度鉆桿接頭，它包括具有外螺紋外臺肩、外螺紋段和外螺紋外端面的外螺紋接頭，以及具有內(nèi)螺紋內(nèi)端面、內(nèi)螺紋段和內(nèi)螺紋外臺肩的內(nèi)螺紋接頭； 其特征在于所述的外螺紋段的錐度范圍為1 :10到1 :18 ；內(nèi)螺紋段的錐度范圍為1 :10到
1 :18ο所述的耐用型超高抗扭強(qiáng)度鉆桿接頭，其特征在于所述的外螺紋段和內(nèi)螺紋段的中間2/5段上公差大于兩端上公差。所述的耐用型超高抗扭強(qiáng)度鉆桿接頭，其特征在于所述的外螺紋段和內(nèi)螺紋段的外螺紋牙型和內(nèi)螺紋牙型的牙型角為60度，螺紋牙底的圓弧半徑范圍為1.0mm— 1. 27mm, 3. 5 牙 / 英寸。[0008]所述的耐用型超高抗扭強(qiáng)度鉆桿接頭，其特征在于所述的外螺紋外臺肩到外螺紋外端面之間的距離大于API公接頭外螺紋外臺肩到外端面之間的距離10-14mm。所述的耐用型超高抗扭強(qiáng)度鉆桿接頭，其特征在于所述的內(nèi)螺紋外臺肩到內(nèi)螺紋內(nèi)端面之間的距離大于或等于外螺紋外臺肩到外螺紋外端面之間的距離，其差值為 0-0. 3mm。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型鉆桿接頭具有高的抗扭強(qiáng)度，與同尺寸的 API鉆桿接頭相比，抗扭強(qiáng)度提高大約70%。可以在保證使用要求的前提下，優(yōu)化接頭尺寸， 使鉆桿接頭具有大水眼，低環(huán)空壓耗，更有利于鉆井的優(yōu)點(diǎn)。該種鉆桿接頭雙臺肩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使螺紋各牙上的受力分布更加均勻，優(yōu)化的螺紋牙形使牙底的應(yīng)力集中系數(shù)明顯降低， 從而提高了鉆桿接頭的疲勞壽命，使其更加耐用。在油井或氣井的鉆探過程中，鉆采條件的日益苛刻，對鉆采設(shè)備要求也越來越高，本實(shí)用新型鉆桿接頭的上述優(yōu)點(diǎn)，很好的解決了 API鉆桿接頭低的抗扭強(qiáng)度問題，并增強(qiáng)了鉆桿接頭的耐用性，使其具有很好的應(yīng)用空間。

圖1是API鉆桿接頭結(jié)構(gòu)圖；圖中A-外螺紋接頭，B-內(nèi)螺紋接頭，C-外螺紋外臺肩，D-外螺紋外端面，E-內(nèi)螺紋外臺肩，F(xiàn)-外螺紋段，G-內(nèi)螺紋段，H-外螺紋牙型，I-內(nèi)螺紋牙型。圖2是本實(shí)用新型耐用型超高抗扭強(qiáng)度鉆桿接頭結(jié)構(gòu)圖；圖中1-外螺紋接頭， 2-內(nèi)螺紋接頭，3-外螺紋外臺肩，4-外螺紋外端面，5-內(nèi)螺紋內(nèi)端面，6-內(nèi)螺紋外臺肩， 7-外螺紋段，8-內(nèi)螺紋段，9-外螺紋牙型，10-內(nèi)螺紋牙型。圖3是本實(shí)用新型的螺紋牙型與API V-0. 038R螺紋牙型對比圖；圖中實(shí)線為本實(shí)用新型的螺紋牙型，虛線為API V-0. 038R螺紋牙型。
具體實(shí)施方式
請參閱圖2，它是本實(shí)用新型一種耐用型超高抗扭強(qiáng)度鉆桿接頭。如圖所示它包括具有外螺紋外臺肩3、外螺紋段7和外螺紋外端面4的外螺紋接頭1，以及具有內(nèi)螺紋內(nèi)端面5、內(nèi)螺紋段8和內(nèi)螺紋外臺肩6的內(nèi)螺紋接頭2 ；其特征在于所述的外螺紋段7的錐度范圍為1 :10到1 :18 ；內(nèi)螺紋段8的錐度范圍為1 :10到1 :18。采用非API的錐度，不僅有利于采用先進(jìn)的非API螺紋牙型，而且極大的增加了螺紋的危險(xiǎn)截面積，從而提高了石油鉆桿接頭的抗扭強(qiáng)度及抗拉載荷。與API鉆桿接頭相比，抗扭強(qiáng)度提高70%左右，比一般的，可以與API互換的雙臺肩接頭抗扭強(qiáng)度提高20%左右。所述的外螺紋段7和內(nèi)螺紋段8的中間2/5段上公差大于兩端上公差。所述的外螺紋段7和內(nèi)螺紋段8的外螺紋牙型9和內(nèi)螺紋牙型10的牙型角為60度，螺紋牙底的圓弧半徑范圍為1.0mm — 1. 27mm，3.5牙/英寸。圖3是本實(shí)用新型的螺紋牙型與API V-0. 038R 螺紋牙型對比圖，如圖所示本實(shí)用新型比API V-0. 038R螺紋牙型的牙底圓弧半徑大，從而降低了螺紋牙底應(yīng)力集中系數(shù)，有效的延長鉆桿接頭的使用壽命，增強(qiáng)了鉆桿接頭的耐用性。所述的外螺紋外臺肩3到外螺紋外端面4之間的距離大于API公接頭外螺紋外臺肩到外端面之間的距離10-14mm。所述的內(nèi)螺紋外臺肩6到內(nèi)螺紋內(nèi)端面5之間的距離大于或等于外螺紋外臺肩3到外螺紋外端面4之間的距離，其差值為0-0. 3mm。該耐用型超高抗扭強(qiáng)度鉆桿接頭使用時，當(dāng)內(nèi)外鉆桿接頭上扣的時候，外螺紋外臺肩3和內(nèi)螺紋外臺肩6首先接觸，這時，上扣所用扭矩由外螺紋和內(nèi)螺紋的外臺肩來承擔(dān)，外螺紋外端面4和內(nèi)螺紋內(nèi)端面5還沒有接觸，間隙的范圍為0-0. 3mm ；當(dāng)上扣扭矩繼續(xù)增加，外螺紋外臺肩3和內(nèi)螺紋外臺肩6開始過盈，螺紋也開始過盈，這時上扣扭矩由外螺紋外端面4和內(nèi)螺紋內(nèi)端面5、螺紋副來承擔(dān)。隨著上扣扭矩的繼續(xù)增加，外螺紋外端面 4和內(nèi)螺紋內(nèi)端面5開始接觸，并且發(fā)生一定量的過盈變形。當(dāng)達(dá)到上扣扭矩時，整個上扣過程中的扭矩全部由外螺紋外臺肩3和內(nèi)螺紋外臺肩6、螺紋副、外螺紋外端面4和內(nèi)螺紋內(nèi)端面5三個部分吸收。這時，外螺紋的外臺肩和內(nèi)螺紋的外端面過盈量為0. 20-0. 80mm, 外螺紋的外端面和內(nèi)螺紋的內(nèi)臺肩的過盈量為0-0. 3mm。綜上所述，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用來限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍，即凡依本實(shí)用新型申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)為本實(shí)用新型的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求1.一種耐用型超高抗扭強(qiáng)度鉆桿接頭，它包括具有外螺紋外臺肩(3)、外螺紋段(7)和外螺紋外端面(4)的外螺紋接頭(1)，以及具有內(nèi)螺紋內(nèi)端面(5)、內(nèi)螺紋段(8)和內(nèi)螺紋外臺肩(6)的內(nèi)螺紋接頭(2);其特征在于所述的外螺紋段(7)的錐度范圍為1 :10到1 :18 ； 內(nèi)螺紋段(8)的錐度范圍為1 :10到1 :18。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐用型超高抗扭強(qiáng)度鉆桿接頭，其特征在于所述的外螺紋段(7)和內(nèi)螺紋段(8)的中間2/5段上公差大于兩端上公差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐用型超高抗扭強(qiáng)度鉆桿接頭，其特征在于所述的外螺紋段(7)和內(nèi)螺紋段(8)的外螺紋牙型(9)和內(nèi)螺紋牙型(10)的牙型角為60度，螺紋牙底的圓弧半徑范圍為1. Omm — 1. 27mm，3.5牙/英寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐用型超高抗扭強(qiáng)度鉆桿接頭，其特征在于所述的外螺紋外臺肩(3)到外螺紋外端面(4)之間的距離大于API公接頭外螺紋外臺肩到外端面之間的距離10-14mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐用型超高抗扭強(qiáng)度鉆桿接頭，其特征在于所述的內(nèi)螺紋外臺肩(6)到內(nèi)螺紋內(nèi)端面(5)之間的距離大于或等于外螺紋外臺肩(3)到外螺紋外端面(4)之間的距離，其差值為0-0. 3mm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及在油井或氣井的鉆探過程中使用的鉆桿接頭，特別是一種耐用型超高抗扭強(qiáng)度鉆桿接頭。它包括具有外螺紋外臺肩、外螺紋段和外螺紋外端面的外螺紋接頭，以及具有內(nèi)螺紋內(nèi)端面、內(nèi)螺紋段和內(nèi)螺紋外臺肩的內(nèi)螺紋接頭；其特征在于所述的外螺紋段的錐度范圍為1∶10到1∶18；內(nèi)螺紋段的錐度范圍為1∶10到1∶18。它主要解決現(xiàn)有的V-0.065牙型螺紋的石油鉆桿接頭和V-0.038R牙型螺紋的石油鉆桿接頭螺紋牙底仍有較大的應(yīng)力集中的技術(shù)問題，同時還具有超高的抗扭強(qiáng)度，可以滿足日益復(fù)雜的鉆井作業(yè)需求。
文檔編號E21B17/042GK202039785SQ20112006447
公開日2011年11月16日 申請日期2011年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月14日
發(fā)明者劉賢文, 李興文, 陶瑞東, 魏立明, 魯喜寧 申請人:上海海隆石油管材研究所, 上海海隆石油鉆具有限公司, 中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司