专利名称：具有应力释放区的石油钻具螺纹联接接头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油钻具的螺纹联接接头。
多年来，钻具过早失效问题一直困扰着钻井界，在钻具失效案例中，联接螺纹的失效占很大的比例。其主要原因在于，钻具在井眼中旋转时，承受交变的弯曲应力，由于钻具螺纹联接部位本身比较薄弱，加之其截面形状变化复杂，因而应力往往集中在螺纹联接部位，尤其是螺纹消失端附近出现较高的应力集中，导致螺纹的疲劳失效。为了减少联接螺纹所承受的交变弯曲应力，国外在钻铤的非螺纹部位加工减应力槽，该减应力槽有两种形式，一种是在距联接螺纹公扣的台肩10～20in处加工一个凹槽，槽的轮廓线为直线，两端倒出小圆角；另一种是在母接头内镗出一个较大的孔。经国外试验表明，上述第一种可使联接螺纹的疲劳寿命提高；但是设置该种减应力槽后，会导致钻具在该区域的外径过小，影响钻柱的强度和稳定性，而且槽两端所倒角的圆角半径过小，易在减应力区形成应力集中。
本实用新型的目的在于，提出一种既能有效地减小螺纹承受的交变弯曲应力、又能避免削弱钻柱强度和稳定性的、具有应力释放区的石油钻具螺纹联接接头，以提高钻具寿命。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案钻具螺纹联接接头，主要包括外螺纹(1)、外螺纹端本体(2)、内螺纹端(4)，其特征在于在外螺纹端本体(2)上设置了应力释放区(3)，应力释放区(3)的外轮廓线为二次曲线，二次曲线与外螺纹端本体(2)的母线相割。
由于应力释放区的效果与其几何形状、位置、深度以及宽度密切相关，为了获得最佳效果的应力释放区，运用了有限元力学分析方法研究了在相同井眼条件下不同几何形状、不同开口位置及开口深度与宽度对联接螺纹应力水平的影响，从而得出应力释放区(3)的外轮廓线以采用二次曲线为最佳，二次曲线与外螺纹端本体(2)的母线相割的割线长度(即应力释放区的宽度)应与外螺纹端本体(2)的外径相当，相割段二次曲线距外螺纹端本体(2)外表面的最大距离(即应力释放区的最大深度)应为外螺纹端本体(2)外径与内径差的(0.15～0.25)倍，应力释放区(3)的起点设在距外螺纹(1)台肩(75～85)mm处较佳。
本实用新型的优点是(1)由于在外螺纹端本体上设置了该应力释放区，使应力释放区的刚度相对减小，柔性相对增大，从而有效地减小了钻具联接螺纹承受的交变弯曲应力，提高了钻具的寿命。
(2)由于二次曲线过渡平缓，可避免在应力释放区出现应力集中；且由力学分析可知，设置上述应力释放区不会导致在该区直径过小而影响钻柱强度和稳定性。
(3)在现有机械加工水平下，该应力区的几何形状不会造成机械加工的困难。
如下图1是在钻具螺纹联接接头上设置应力释放区的示意图；图2是在扶正器外螺纹端设置应力释放区的示意图。
以下结合附图说明本实用新型的实施例实施例1在钻具螺纹联接接头上设置应力释放区，参看图1，螺纹联接接头包括外螺纹(1)、外螺纹端本体(2)、内螺纹端(4)，在外螺纹端本体(2)上设置了应力释放区(3)，应力释放区(3)的外轮廓线为椭圆线，椭圆线沿长轴方向与外螺纹端本体(2)的母线相割，椭圆线长轴尺寸与(2)的外径大小相当，椭圆线的短半轴大小为(2)的外径与内径之差的(0.15～0.25)倍，应力释放区的起点在距外螺纹(1)台肩(75～85)mm处。
实施例2在扶正器外螺纹端本体上设置应力释放区。参看图2，扶正器包括外螺纹(5)，外螺纹端本体(6)、扶正器扶正棱(8)、扶正器内螺纹端(9)，在外螺纹端本体(6)上设置了应力释放区(7)，其外轮廓线为圆，该圆与外螺纹端本体(6)的母线相割，割线长度与外螺纹端本体(6)的外径大小相当，相割段圆的表面距外螺纹端本体(6)外表面的最大距离为(6)的外径与内径差的(0.15～0.25)倍，应力释放区的起点在距外螺(5)台肩(75～85)mm处。
上述实施例中所设置的应力释放区的外轮廓线也可为其它的二次曲线。本实用新型所述的应力释放区，可设置在其它石油钻具的螺纹联接接头上。
权利要求1.一种具有应力释放区的石油钻具螺纹联接接头，包括外螺纹(1)、外螺纹端本体(2)、内螺纹端(4)，其特征在于在外螺纹端本体(2)上设置了应力释放区(3)，应力释放区(3)的外轮廓线为二次曲线，二次曲线与外螺纹端本体(2)的母线相割。
2.根据权利要求1所述的一种具有应力释放区的石油钻具螺纹联接接头，其特征在于应力释放区(3)的宽度与外螺纹端本体(2)的外径相当，应力释放区(3)的最大深度为外螺纹端本体(2)外径与内径差的0.15～0.25倍，应力释放区(3)的起点距外螺纹(1)台肩75～85mm。
专利摘要一种具有应力释放区的右油钻具螺纹联接接头,其特点是,在外螺纹端本体上设置了外轮廓线为二次曲线的应力释放区,以减小该区的刚度,增大该区的柔性,从而有效地减小了钻具螺纹承受的交变弯曲应力,提高了钻具寿命。该应力释放区可设置在扶正器、钻铤、钻杆等石油钻具的螺纹联接接头上。
文档编号E21B17/02GK2497037SQ0124731
公开日2002年6月26日 申请日期2001年8月15日 优先权日2001年8月15日
发明者石晓兵, 林元华, 施太和 申请人:西南石油学院