防磨减扭接头的制作方法

专利名称：防磨减扭接头的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型涉及一种钻柱组合中的旋转工具，尤其是在钻井过程中防止钻具、套管磨损并且减小钻具扭矩的防磨减扭接头。
二背景技术：
目前有三种钻井方式，即转盘钻井、顶部驱动钻井和井底动力钻具钻井。井底动力钻具钻井，由于使用螺杆钻具或涡轮钻具，在井底将动力传递给钻头，因此动力钻具以上的钻柱不旋转，不存在钻具与套管之间的旋转磨损以及钻柱扭矩过大的问题，但动力钻具主要在定向井、水平井等的造斜段、稳斜段、水平段使用，受动力钻具输出动力的限制，机械钻速也较慢。基于这种原因，打直井时，多选择转盘钻井，以获得理想的机械钻速。顶部驱动钻井，是立根(28m)钻进，节省2/3接单根的时间；钻杆上卸扣机械化操作；能实现划眼下钻和倒划眼起钻；立根钻水平井、丛式井时容易控制井底马达的造斜方位，由于它具有这些优点，顶部驱动钻井具有广阔的应用前景。所以目前的钻井方式离不开转盘钻井和顶部驱动钻井，而这两种钻井方式，都是将地面动力通过钻柱旋转传递给钻头，从而破碎岩石。这样，在有套管井段，钻具和套管就会产生摩擦，钻具先期磨损，套管壁变薄甚至磨穿，严重情况下套管被挤毁，影响井壁的稳定性，或者使井壁坍塌，如果套管封隔的是高压油气层，会产生油气侵，使钻井液密度降低，引发井涌事故；若套管封隔的是低压油气层，会产生井漏，污染储层。在裸眼井段，钻具直接和岩层摩擦，同样地，不仅磨损钻具，而且也影响井壁稳定性。钻柱旋转，钻柱和套管(或岩层)摩擦的同时，增大了钻具扭矩，尤其是方钻杆承受的反扭矩非常大，方钻杆长期承受过大的反扭矩会发生早期疲劳破坏。
三
发明内容
为了减小钻井过程中钻柱旋转产生的钻具、套管磨损，降低钻具承受的巨大反扭矩，本实用新型提供一种防磨减扭接头，该种工具不仅能防止钻井时钻具与套管(或岩层)之间的磨损，而且能减小钻具扭矩。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种防磨减扭接头，由内螺纹、接头本体、开口锁定螺钉、钢球、外螺纹、耐磨套和直棱筋组成，其特征在于接头本体设为圆柱形，设有中心孔，接头本体上部设有母螺纹，下部设有公螺纹；接头本体中下部直径小于中上部直径，在中下部外周设有两个半圆弧形环形槽，且套有耐磨套，耐磨套外周铣有5个均布的直棱筋，在直棱筋上下设有与半圆弧形环形槽对应的两个圆形带母螺纹的通孔，孔内装有钢球，孔内装有螺钉，螺钉与钢球之间有间隙。防磨减扭接头由接头本体、耐磨套、14mm钢球和M18×27开口槽紧定螺钉构成，各部件分别加工，然后组装。接头本体采用40CrMnMo，178×71毛坯，整体调质处理，布氏硬度达到HB285～320。用车床加工接头本体内径为82mm，在接头本体一端加工NC50内螺纹，NC50内螺纹喇叭口直径为124.61mm，喇叭口长度16mm，螺纹总长度130.18mm，螺纹粗糙度 螺纹紧密距、锥度、螺距、齿高等参数符合API标准。用车床加工接头本体外径，NC50内螺纹端外径为165mm，长度260mm，此部分较大的长度是为了上卸扣时给B型吊钳留有扣合部位，接头本体其余部分长度320mm。在接头本体NC50内螺纹的另一端用车床加工NC50外螺纹，NC50外螺纹总长度114.3mm，大端直径133.35mm，退刀宽度12.7mm，螺纹粗糙度 螺纹紧密距、锥度、螺距、齿高等参数符合API标准。在离NC50外螺纹小端端面114.3～320mm长度范围，用车床将接头本体外径加工至152mm(上偏差-0.05，下偏差-0.01)，粗糙度 离NC50外螺纹小端200mm，用成型刀具在车床上加工半径R为8.5mm的半圆形沟槽，在这道半圆形沟槽以上60mm(上偏差+0.02，下偏差-0.02)处加工半径R为8.5mm的另一道半圆形沟槽，两道半圆形沟槽加工好后，它们的内径均为138mm(上偏差+0.20，下偏差+0.25)。NC50内螺纹、NC50外螺纹与两道半圆形沟槽内径的同圆度不大于0.05mm。接头本体没有作出要求的表面粗糙度 两道半圆形沟槽内表面进行高频淬火，洛氏硬度达到HRC58～63，淬火后精磨表面至 接头本体两端螺纹加工后进行磷化处理。耐磨套采用40CrMnMo，229×80毛坯，整体调质处理，布氏硬度达到HB285～320。用车床加工耐磨套长度为150mm，耐磨套内径为154mm(上偏差+0.05，下偏差0)，内表面粗糙度达到 在耐磨套内表面离两端面均为45mm处用成型刀具在车床上加工半径R为8.5mm的两道半圆形沟槽，两道半圆形沟槽之间的距离为60mm(上偏差+0.02，下偏差-0.02)，两道半圆形沟槽外径为168mm(上偏差+0.05，下偏差0)。用车床加工耐磨套外径为222mm，耐磨套外表面两端加工28×30°倒角，在耐磨套外圆柱面用铣床加工宽度40mm厚度16mm的5个均布的直棱筋，直棱筋两侧面成60°夹角，在其中任意1个直棱筋40mm宽度的中心线上，并且离两端面均为45mm的位置，用钻床钻2个16mm孔，与两道半圆形沟槽形成的半圆柱面相惯，用M18mm头锥和二锥加工2个M18mm深27mm的螺孔。耐磨套内表面和两道半圆形沟槽外径的同圆度不大于0.05mm，两道半圆形沟槽内表面进行高频淬火，洛氏硬度达到HRC58～63，淬火后精磨表面至 耐磨套锐棱倒钝。每只防磨减扭接头还需加工66个14mm的钢球和2个M18×27的开口槽紧定螺钉。所有部件齐全后，将耐磨套从接头本体的NC50外螺纹端装入，当耐磨套和接头本体的两道半圆形沟槽对正后，就形成了两道圆形沟槽，通过开口槽紧定螺钉孔，向每道圆形沟槽内装入33个14mm钢球，装钢球时加适量钙基润滑脂，最后旋入2个开口槽紧定螺钉，防磨减扭接头装配完成。防磨减扭接头上井使用回收后，应进行拆卸、清洗、检查、维护、保养，接头本体和耐磨套之间的径向间隙超过1.5mm时，防磨减扭接头停止使用。拆卸防磨减扭接头时，用改锥旋出开口槽紧定螺钉，转动防磨套，钢球便从圆形沟槽中出来，所有钢球取出后，就可以将耐磨套从接头本体上取下。
钻柱组合中连接防磨减扭接头后，在井斜角、方位角变化大、井眼缩径以及钻柱绕井眼轴线公转的情况下，耐磨套首先与井壁接触，当钻具旋转时，耐磨套与井壁相对静止，这样，钻具和井壁之间的相对转动就转移到了接头本体和耐磨套上，钻具和井壁(套管或岩层)之间不产生摩擦，由于接头本体和耐磨套之间的转动是通过钢球滚动实现的，滚动摩擦系数较小，从而大大降低了钻具的摩擦扭矩。防磨减扭接头工作过程中，井眼环形空间中的钻井液起冷却和润滑作用。
本实用新型的有益效果是，在钻柱组合中连接防磨减扭接头，可以减小钻具承受的扭矩，防止钻具和套管(或岩层)之间磨损，保护井壁的稳定性，为油气田长期稳定开采奠定基础。防磨减扭接头在胜利油田使用后，经过测试，钻具磨损明显减小，钻柱旋转时承受的扭矩大大降低，套管试压合格，而且在油气井开采过程中，井壁稳定，这说明套管没有受到磨损破坏。
四

图1是本实用新型装配图的半剖视图。
图2是本实用新型接头本体的半剖视图。
图3是本实用新型耐磨套的半剖视图。
图4是耐磨套的D向图。
图中1.NC50内螺纹，2.接头本体，3.开口槽紧定螺钉，4.14mm钢球，5.NC50外螺纹，6.耐磨套，7.直棱筋。
五具体实施方式
如图1所示，一种防磨减扭接头，由内螺纹1、接头本体2、开口锁定螺钉3、钢球4、外螺纹5、耐磨套6和直棱筋7组成，其特征在于接头本体设为圆柱形，设有中心孔，接头本体上部设有母螺纹，下部设有公螺纹；接头本体中下部直径小于中上部直径，在中下部外周设有两个半圆弧形环形槽，且套有耐磨套，耐磨套外周铣有5个均布的直棱筋，在直棱筋上下设有与半圆弧形环形槽对应的两个圆形带母螺纹的通孔，孔内装有钢球，孔内装有螺钉，螺钉与钢球之间有间隙。接头本体2采用40CrMnMo，178×71毛坯，整体调质处理，布氏硬度达到HB285～320。用车床加工接头本体2内径为82mm，在接头本体2一端加工NC50内螺纹1，NC50内螺纹1喇叭口直径为124.61mm，喇叭口长度16mm，螺纹总长度130.18mm。螺纹粗糙度 螺纹紧密距、锥度、螺距、齿高等参数符合API标准。用车床加工接头本体2外径，NC50内螺纹1端外径为165mm，长度260mm，接头本体2其余部分长度320mm。在接头本体2NC50内螺纹1的另一端用车床加工NC50外螺纹5，NC50外螺纹5总长度114.3mm，大端直径133.35mm，退刀宽度12.7mm，螺纹粗糙度 螺纹紧密距、锥度、螺距、齿高等参数符合API标准。在离NC50外螺纹5小端端面114.3～320mm长度范围，用车床将接头本体2外径加工至152mm(上偏差-0.05，下偏差-0.01)，粗糙度 离NC50外螺纹5小端200mm，用成型刀具在车床上加工半径R为8.5mm的半圆形沟槽，在这道半圆形沟槽以上60mm(上偏差+0.02，下偏差-0.02)加工半径R为8.5mm的另一道半圆形沟槽，两道半圆形沟槽加工好后，它们的内径均为138mm(上偏差+0.20，下偏差+0.25)。NC50内螺纹1、NC50外螺纹5与两道半圆形沟槽内径的同圆度不大于0.05mm。接头本体2没有作出要求的表面粗糙度 两道半圆形沟槽内表面进行高频淬火，洛氏硬度达到HRC58～63，淬火后精磨表面至 接头本体2两端的NC50内螺纹1和NC50外螺纹5加工后进行磷化处理。耐磨套6采用40CrMnMo，229×080毛坯，整体调质处理，布氏硬度达到HB285～320。用车床加工耐磨套6长度为150mm，耐磨套6内径为154mm(上偏差+0.05，下偏差0)，内表面粗糙度达到 在耐磨套6内表面离两端面均为45mm处用成型刀具在车床上加工半径R为8.5mm的两道半圆形沟槽，两道半圆形沟槽之间的距离为60mm(上偏差+0.02，下偏差-0.02)，两道半圆形沟槽外径为168mm(上偏差+0.05，下偏差0)。用车床加工耐磨套6外径为222mm，耐磨套6外圆柱面两端加工28×30°倒角，在耐磨套6外圆柱面用铣床加工宽度40mm厚度16mm的5个均布的直棱筋7，直棱筋7两侧面成60°夹角，在其中任意1个直棱筋7，40mm宽度的中心线上，并且离两端面均为45mm的位置，用钻床钻2个16mm孔，与两道半圆形沟槽形成的半圆柱面相惯，用M18mm头锥和二锥加工2个M18mm深27mm的螺孔。耐磨套6内表面和两道半圆形沟槽外径的同圆度不大于0.05mm，两道半圆形沟槽内表面进行高频淬火，洛氏硬度达到HRC58～63，淬火后精磨表面至 耐磨套6锐棱倒钝。每只防磨减扭接头还需加工66个14mm的钢球4和2个M18×27的开口槽紧定螺钉3。所有部件齐全后，将耐磨套6从接头本体2的NC50外螺纹5端装入，当耐磨套6和接头本体2的两道半圆形沟槽对正后，就形成了两道圆形沟槽，通过开口槽紧定螺钉3的螺孔，向每道圆形沟槽内装入33个14mm钢球4，装14mm钢球4时加适量钙基润滑脂，最后旋入2个开口槽紧定螺钉3，防磨减扭接头装配完成。
权利要求1.一种防磨减扭接头，由内螺纹、接头本体、开口锁定螺钉、钢球、外螺纹、耐磨套和直棱筋组成，其特征在于接头本体设为圆柱形，设有中心孔，接头本体上部设有母螺纹，下部设有公螺纹；接头本体中下部直径小于中上部直径，在中下部外周设有两个半圆弧形环形槽，且套有护套，护套外周铣有5个均布的直棱筋，在直棱筋上下设有与半圆弧形环形槽对应的两个圆形带母螺纹的通孔，孔内装有钢球，孔内装有螺钉，螺钉与钢球之间有间隙。
专利摘要一种防磨减扭接头，由内螺纹、接头本体、开口锁定螺钉、钢球、外螺纹、耐磨套和直棱筋组成，其特征在于接头本体设为圆柱形，设有中心孔，接头本体上部设有母螺纹，下部设有公螺纹；接头本体中下部直径小于中上部直径，在中下部外周设有两个半圆弧形环形槽，且套有护套，护套外周铣有5个均布的直棱筋，在直棱筋上下设有与半圆弧形环形槽对应的两个圆形带母螺纹的通孔，孔内装有钢球，孔内装有螺钉，螺钉与钢球之间有间隙。本实用新型减小了与套管的磨擦力和钻具的扭矩力。
文档编号E21B17/02GK2864072SQ20052010548
公开日2007年1月31日 申请日期2005年8月16日 优先权日2005年8月16日
发明者张玉英, 王永宏, 郭凌云 申请人:张玉英, 王永宏, 郭凌云