专利名称：石油钻井井下工具外筒零件的螺纹接头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于连接石油钻井井下工具外筒零件的石油钻井井下工具外筒零件的螺纹接头，属于钻井管柱组件的技术领域。
背景技术：
目前，在石油钻井中为了提高钻井效率、减少钻井事故发生、实施新的钻井工艺(如井底驱动钻井、定向钻井)，钻井管柱(简称钻柱)不再是钻杆和钻铤等的简单组成了，配置各种用途井下工具的情况越来越多。钻柱除了承受正常钻井的拉压、扭转应力外，还受到猛刹猛提钻柱产生的冲击载荷、因旋转而重复性的弯曲变形、跳动、振颤等产生的交变拉压应力、交变剪切应力，以及井壁的摩擦、循环泥浆的冲蚀、井内介质的腐蚀及井内温度的影响。钻柱受剧烈交变载荷和磨损、腐蚀联合作用的结果，导致了钻柱连接的破坏，这种破坏多发生在螺纹连接处。而连接螺纹疲劳断裂的原因是由于外接头螺纹或者内接头螺纹的最末一圈啮合螺纹牙根部起源裂纹而引起。井下工具为实现特别的功能，又受到设计空间的限制，多层叠套状态的筒体结构是不可避免的。井下工具往往与钻铤或加重钻杆相连接，相比之下更显薄弱的外筒零件之间的接头螺纹，就成了最大弯曲应力和最早遭受疲劳破坏的发生之处。标准的《石油钻杆接头螺纹》螺纹锥度是1∶6或者1∶4，必须具有相当的管壁厚度才能应用。井下工具外筒零件之间的接头螺纹，就因为筒体壁厚太薄根本不能采用标准的《石油钻杆接头螺纹》，通常用的是普通螺纹、或者矮齿化的梯形螺纹。问题是，普通螺纹和梯形螺纹均是圆柱螺纹，相比之下连接强度低于锥螺纹，因为，螺纹牙的受力规律是从传力算起的第一圈螺纹牙受力最大，以后逐圈递减，圆柱螺纹的递减幅度较之锥螺纹要大，换言之传力算起的第一圈螺纹牙的变形要大、抗疲劳性要差。还有技术上不能妥善解决的问题一是采用普通螺纹，存在螺纹牙的高度系数大，筒体剩余壁厚少导致抗拉强度不足，如果用较小的螺距有满足抗拉强度的壁厚，但螺纹牙的强度又不够；二是采用梯形螺纹，适当的矮齿化可以兼顾螺纹牙和螺纹基体的抗拉强度，但是，螺纹牙根部没有过渡圆角，极容易应力集中产生疲劳破坏。此外，井下工具需要检修，圆柱螺纹多次装拆的完好性要比锥螺纹差。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种能承受很高拉、压、弯、扭载荷，连接强度高，不易损坏，且多次装拆的完好性好的，适用于石油钻井井下工具薄壁外筒零件之间连接的石油钻井井下工具外筒零件的螺纹接头，以克服现有技术的不足。
本实用新型是这样构成的它包括外螺纹井下工具外筒零件(1)和内螺纹井下工具外筒零件(2)，外螺纹井下工具外筒零件(1)的外螺纹(3)和内螺纹井下工具外筒零件(2)的内螺纹(4)的锥度J都为1∶16，并且其外螺纹(3)和内螺纹(4)的牙型角α都为60°、螺距P都为5.08mm、牙根圆角半径R都为0.635mm。
在外螺纹井下工具外筒零件(1)的外螺纹(3)上设有应力减轻槽(5)。
应力减轻槽(5)的沟槽宽度D1为18.6±0.8mm，其槽根圆角半径R1为4mm。
在内螺纹井下工具外筒零件(2)的内螺纹(4)上设有二级圆锥过渡形应力减轻槽(6)。
二级圆锥过渡形应力减轻槽(6)的锥度J1为1∶16，锥角β为20°。
在外螺纹井下工具外筒零件(1)的外螺纹(3)端部设有圆筒状延伸段(7)。
由于采用了上述技术方案，与现有技术采用普通螺纹型式或者变异梯形螺纹型式的接头相比，本实用新型的连接强度要高出许多。如果以锥螺纹的平均中径与圆柱螺纹中径相等来考察内、外接头螺纹，外接头螺纹或者内接头螺纹的最末一圈啮合螺纹牙根部处的剩余筒体壁厚，由于锥螺纹比圆柱螺纹的要大，推而论之锥螺纹的疲劳强度高，所以本实用新型的螺纹采用1∶16的锥度，使从传力算起受力最大的第一圈螺纹牙承受的载荷相对普通螺纹和梯形螺纹要小；本实用新型的螺纹螺距为5.08mm，能形成足够受力强度的螺纹牙厚度，其牙根圆角半径为0.635mm，减轻了螺纹的根部应力集中。因此，本实用新型采用1∶16的螺纹锥度、5.08mm的螺距、0.635mm的牙根圆角半径，使得螺纹牙扣所占去的筒体壁厚较为合理。
另外，本实用新型在外螺纹的大端设置了槽宽为18.6±0.8mm、槽根圆角半径为4mm的应力减轻槽，可使外锥螺纹大端的应力分散、消减；而在内螺纹的小端设置了锥度为1∶16、锥角为20°的二级圆锥过渡形应力减轻槽，可使内螺纹小端最薄壁厚处的弯曲应力逐渐分散、消减；并且本实用新型在外螺纹小端部设置了一个圆筒状延伸段，延伸插入内螺纹小端部孔，用来扩展弯曲应力分散长度，以提高螺纹连接部位的抗弯曲能力。
因此，与现有技术相比，本实用新型具有连接强度高、可承受很高的拉、压、弯、扭载荷、不易损坏且多次装拆后螺纹的齿面粘扣发生率低、使用寿命长的优点；而且螺纹牙扣所占去的筒体壁厚度小，可在满足实际工况的需要下尽可能地减小外筒零件的壁厚，在非常有限的设计空间中让出实现特别功能的空间。
附图1为本实用新型的结构示意图；附图2为本实用新型的螺纹结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的实施例如附图所示，在外螺纹井下工具外筒零件(1)的外表面上设置外螺纹(3)，在内螺纹井下工具外筒零件(2)的内表面设置内螺纹(4)，并使外螺纹(3)和内螺纹(4)的锥度J都为1∶16、牙型角α都为60°、螺距P都为5.08mm且牙根圆角半径R都为0.635mm。在外螺纹井下工具外筒零件(1)的外螺纹(3)上设置沟槽形应力减轻槽(5)，并使其宽度D1为18.6±0.8mm、槽根圆角半径R1为4mm，在内螺纹井下工具外筒零件(2)的内螺纹(4)上设置二级圆锥过渡形应力减轻槽(6)，并使其锥度J1为1∶16、锥角β为20°，最后在外螺纹井下工具外筒零件(1)的外螺纹(3)端部设置一个圆筒状延伸段(7)，并将其与内螺纹(4)的小端部尺寸相同的孔相配合即可。在设置外螺纹(3)和内螺纹(4)时需先根据外螺纹井下工具外筒零件(1)和内螺纹井下工具外筒零件(2)的外径和孔径并结合工况所需的连接强度、旋合扭矩、抗拉强度等参数来确定螺纹的基面中径C。
权利要求1.一种石油钻井井下工具外筒零件的螺纹接头，它包括外螺纹井下工具外筒零件(1)和内螺纹井下工具外筒零件(2)，其特征在于外螺纹井下工具外筒零件(1)的外螺纹(3)和内螺纹井下工具外筒零件(2)的内螺纹(4)的锥度J都为1∶16，并且其外螺纹(3)和内螺纹(4)的牙型角α都为60°、螺距P都为5.08mm、牙根圆角半径R都为0.635mm。
2.根据权利要求1所述的石油钻井井下工具外筒零件的螺纹接头，其特征在于在外螺纹井下工具外筒零件(1)的外螺纹(3)上设有应力减轻槽(5)。
3.根据权利要求2所述的石油钻井井下工具外筒零件的螺纹接头，其特征在于应力减轻槽(5)的沟槽宽度D1为18.6±0.8mm，其槽根圆角半径R1为4mm。
4.根据权利要求1所述的石油钻井井下工具外筒零件的螺纹接头，其特征在于在内螺纹井下工具外筒零件(2)的内螺纹(4)上设有二级圆锥过渡形应力减轻槽(6)。
5.根据权利要求4所述的石油钻井井下工具外筒零件的螺纹接头，其特征在于二级圆锥过渡形应力减轻槽(6)的锥度J1为1∶16，锥角β为20°。
6.根据权利要求1所述的石油钻井井下工具外筒零件的螺纹接头，其特征在于在外螺纹井下工具外筒零件(1)的外螺纹(3)端部设有圆筒状延伸段(7)。
专利摘要本实用新型公开了一种石油钻井井下工具外筒零件的螺纹接头，它包括外螺纹井下工具外筒零件和内螺纹井下工具外筒零件，外螺纹井下工具外筒零件的外螺纹和内螺纹井下工具外筒零件的内螺纹的锥度J都为1∶16，并且其外螺纹和内螺纹的牙型角α都为60°、螺距P都为5.08mm、牙根圆角半径R都为0.635mm。本实用新型具有连接强度高、可承受很高的拉、压、弯、扭载荷、不易损坏且多次装拆后螺纹的齿面粘扣发生率低、使用寿命长等优点；而且螺纹牙扣所占去的筒体壁厚度小，可在满足实际工况的需要下尽可能地减小外筒零件的壁厚，在非常有限的设计空间中让出实现特别功能的空间。
文档编号E21B23/00GK2846715SQ200520006328
公开日2006年12月13日 申请日期2005年9月30日 优先权日2005年9月30日
发明者李汇平 申请人:贵州高峰石油机械有限责任公司