一种铝合金钻杆管体与钢接头的连接结构的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种铝合金钻杆管体与钢接头的连接结构，包括位于铝合金管体端的第一接头(1)和钢质的第二接头(6)；第一接头(1)含有从外向内设置的第一外螺纹段(4)和第二外螺纹段(2)，第一外螺纹段(4)的大径小于第二外螺纹段(2)的大径；第二接头(6)含有能够与第一外螺纹段(4)和第二外螺纹段(2)依次对应配合的第一内螺纹段(9)和第二内螺纹段(7)，第二外螺纹段(2)的中径大于第二内螺纹段(7)的中径。该连接结构能够使铝合金第一接头与钢接头在常温下通过上扣的方法进行装配，不需要对接头加热或对第一接头冷却的专门设备，操作简单，可大大提高装配效率，减少装配成本。
【专利说明】一种铝合金钻杆管体与钢接头的连接结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及螺纹连接领域，特别是一种适合于铝合金钻杆的铝合金管体与钢接头间的连接结构。
【背景技术】
[0002]铝合金钻杆具有自重轻，质量强度比高，以及抗疲劳等优势和特点，随着超深井、超长水平井和超长大位移井等特殊工艺井的应用以及井下动力钻具的普及，越来越多的得到应用，据有关资料数据统计，近年来，在俄罗斯的油气资源勘探开发中，70 %的井均采用了铝合金钻杆。
[0003]目前，铝合金钻杆的结构有两种，一种是全铝合金钻杆，整根钻杆均由铝合金材料制造，一种是带钢接头的铝合金钻杆，即第二接头部分为铝合金材质，而接头采用碳钢材质，铝合金第二接头与钢接头通过螺纹方法的连接。其连接方法主要采用热装方式，即在第二接头与接头连接时，先前钢接头加热，使钢接头受热膨胀，然后将加热后的钢接头与铝合金第二接头的螺纹相连，待钢接头冷却后，利用钢材的热胀冷缩效应，使接头与第二接头间的螺纹连接形成过盈配合，铝合金第二接头与钢接头间的卸扣扭矩远大于上扣扭矩，从而使铝合金钻杆在服役过程中不会在第二接头与接头的连接部位出现倒扣或松扣。此外，也有先冷却铝合金钻杆第二接头，使冷却后的第二接头与钢接头进行连接，其原理与加热钢接头后与铝合金第二接头相连的原理相同，均是利用材料的热胀冷缩来实现钢接头与第二接头在连接后的过盈配合，从而获得更高的卸扣扭矩、铝合金第二接头与钢接头间的连接强度和密封强度。
[0004]无论是冷装配还是热装配，均需要专门的设备来对接头或第二接头进行加热或冷却，并且在装配过程中，钢接头或铝合金第二接头均需要在高温或低温状态，因此，装配过程的效率不高。
【发明内容】
[0005]为了解决现有钻杆铝合金管体接头与钢接头螺纹连接在施工作业过程中容易发生松扣或卸扣风险的问题。本发明提供了一种铝合金钻杆管体与钢接头的连接结构，该铝合金钻杆管体与钢接头的连接结构能够使铝合金第二接头与钢接头在常温下通过上扣的方法进行装配，不需要对接头加热或对第二接头冷却的专门设备，操作简单，可大大提高装配效率，减少装配成本。
[0006]本发明为解决其技术问题采用的技术方案是:一种铝合金钻杆管体与钢接头的连接结构，包括位于铝合金管体端的第一接头和钢质第二接头；第一接头含有从外向内设置的第一外螺纹段和第二外螺纹段，第一外螺纹段的大径小于第二外螺纹段的大径；筒形的第二接头含有能够与第一外螺纹段和第二外螺纹段依次对应配合的第一内螺纹段和第二内螺纹段，第二外螺纹段的中径大于第二内螺纹段的中径。
[0007]第二外螺纹段的中径比第二内螺纹段的中径大0.08mm?0.18mm。
[0008]第二外螺纹段和第二内螺纹段上的螺纹均为圆螺纹。
[0009]第二外螺纹段和第二内螺纹段均为圆锥螺纹段。
[0010]第一外螺纹段和第一内螺纹段均为圆锥螺纹段。
[0011 ] 第一内螺纹段的一端通过内过渡段与第二内螺纹段连接，第一外螺纹段的一端通过外过渡段与第二外螺纹段连接，内过渡段的位置与外过渡段的位置相对应。
[0012]内过渡段包括与第一内螺纹段连接的筒形过渡段和与第二内螺纹段连接的锥形过渡段，外过渡段的结构和尺寸与内过渡段相匹配。
[0013]第一内螺纹段的另一端设有第二密封端面，第一外螺纹段外设有与第二密封端面相匹配的第一密封端面。
[0014]第一接头的铝合金材质强度小于第二接头的碳钢强度。
[0015]当第一接头和第二接头连接时，第一接头的第二外螺纹段和第二接头的第二内螺纹段的螺纹发生干涉，第一接头的第二外螺纹段的螺纹牙发生塑性变形，使啮合螺纹发生粘结而粘扣。第一接头的第一外螺纹段和第二接头的第一内螺纹段的螺纹正常啮合。
[0016]当第一接头和第二接头对应连接后，第一接头和第二接头之间的卸扣扭矩为上扣扭矩的1.5倍?2倍。
[0017]本发明的有益效果是:通过结构上的主副螺纹设计，使钢接头上的主螺纹实现接头与第二接头间正常啮合，获得第二接头与接头间预期的连接强度和密封性能，而副螺纹通过过盈配合，使螺纹产生预期的粘扣，获得更高的卸扣扭矩。同时，该钢接头铝合金钻杆管体与接头的连接结构能够使铝合金第二接头与钢接头在常温下通过上扣的方法进行装配，不需要对接头加热或对第二接头冷却的专门设备，操作简单，可大大提高装配效率，减少装配成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面结合附图对本发明所述的铝合金钻杆管体与钢接头的连接结构作进一步详细的描述。
[0019]图1是第一接头的剖视图。
[0020]图2是第二接头的剖视图。
[0021]其中1.第一接头，2.第二外螺纹段，3.外过渡段，4.第一外螺纹段，5.第一密封端面，6.第二接头，7.第二内螺纹段，8.内过渡段，9.第一内螺纹段，10.第二密封端面。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明所述的钢接头铝合金钻杆管体与接头的连接结构作进一步详细的说明。一种铝合金钻杆管体与钢接头的连接结构，包括位于铝合金管体端的第一接头I和钢质第二接头6 ;第一接头I含有从外向内(图1中从右向左)设置的第一外螺纹段4和第二外螺纹段2，第一外螺纹段4的大径小于第二外螺纹段2的大径；筒形的第二接头6含有能够与第一外螺纹段4和第二外螺纹段2依次对应配合的第一内螺纹段9和第二内螺纹段7，第二外螺纹段2的中径大于第二内螺纹段7的中径，如图1和图2所示。
[0023]第一接头I和第二接头6在机械加工时，第二外螺纹段2和第二内螺纹段7仅中径不同，而其他参数相同。具体的，第二外螺纹段2的中径比第二内螺纹段7的中径大0.08mm?0.18mm。所以第二外螺纹段2和第二内螺纹段7能够相互配合连接在一起。第一外螺纹段4和第一内螺纹段9相匹配，第一外螺纹段4和第一内螺纹段9也能够相互配合连接在一起。
[0024]在装配时，第一外螺纹段4和第一内螺纹段9正常啮合，实现管体(第一接头I)与接头(第二接头6)的预期连接强度。由于第二外螺纹段2的中径大于第二内螺纹段7的中径，第二外螺纹段2和第二内螺纹段7在螺纹连接时为发生干涉，使第二外螺纹段2的螺纹牙发生塑性变形，导致第二外螺纹段2和第二内螺纹段7连接时发生粘结。即第二外螺纹段2的螺纹牙发生塑性变形后，破坏了该第二外螺纹段2的完整性结构，使螺纹发生粘扣为目的的过盈配合，即一次装配后，该第二外螺纹段2将损坏，卸扣后不能再进行二次装配，也就是第一接头I只能一次性装配或使用。本实施例中，第二外螺纹段2的中径比第二内螺纹段7的中径大0.08mm?0.18mm，进一步优选第二外螺纹段2的中径比第二内螺纹段7的中径大0.12mm。
[0025]第二外螺纹段2和第二内螺纹段7上的螺纹均为每英寸8牙的管线圆螺纹。第一外螺纹段4和第一内螺纹段9上的螺纹与第二外螺纹段2和第二内螺纹段7上的螺纹不同，第一外螺纹段4和第一内螺纹段9上的螺纹为现有的符合铝合金钻杆标准中的每英寸5牙的TT螺纹。
[0026]第一内螺纹段9的一端通过内过渡段8与第二内螺纹段7连接，第一外螺纹段4的一端通过外过渡段3与第二外螺纹段2连接，内过渡段8的位置与外过渡段3的位置相对应，如图1和图2所示。
[0027]第一内螺纹段9的另一端设有第二密封端面10，第一外螺纹段4外设有与第二密封端面10相匹配的第一密封端面5，如图1和图2所示。当第一接头I和第二接头6连接时，第一接头I的第一密封端面5和第二接头6的第二密封端面10配合从而实现密封功能。
[0028]第一接头I为圆柱形或圆筒形的管接头，第二接头6为钢制，第一接头I为铝合金材质。第一接头I的材料强度远小于第二接头6的材料强度。如第一接头的铝合金材质强度小于第二接头的碳钢强度的二分之一。
[0029]在装配时，第一外螺纹段4和第一内螺纹段9正常啮合，实现管体与接头的预期连接强度。同时，第一密封端面5与第二密封端面10相互挤压，在端面产生接触压力，实现管体与接头连接的密封功能。由于第二外螺纹段2的中径大于第二内螺纹段7的中径，两者在螺纹连接时发生干涉。由于铝合金管体(第一接头I)的材料强度远低于钢接头(第二接头6)的材料强度，管体(第一接头I)的圆螺纹齿形发生塑性变形，接触齿面间摩擦磨阻增大，使接触齿面因摩擦产生的局部高温而发生粘结。即在第一接头I和第二接头6在装配连接时，第一接头I的第二外螺纹段2的中径部位和第二接头6的第二内螺纹段7的中径部位的螺纹发生干涉，第二外螺纹段2的中径部位的螺纹发生塑性变形，从而使啮合的螺纹发生粘结而粘扣。
[0030]经过实验证明，含有此结构的铝钻杆(第一接头I)和钢接头(第二接头2)的卸扣扭矩为上卸扭矩的1.5倍?2倍，从而既有效地保证了铝合金管体与钢接头间的连接性能和密封性能，又解决了铝合金管体与钢接头在使用过程中存在的卸扣风险。
[0031]以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
【权利要求】
1.一种铝合金钻杆管体与钢接头的连接结构，其特征在于，该连接结构包括位于铝合金管体端的第一接头(I)和钢质第二接头(6); 第一接头(I)含有从外向内设置的第一外螺纹段(4)和第二外螺纹段(2)，第一外螺纹段(4)的大径小于第二外螺纹段(2)的大径； 筒形的第二接头(6)含有能够与第一外螺纹段(4)和第二外螺纹段(2)依次对应配合的第一内螺纹段(9)和第二内螺纹段(7)，第二外螺纹段(2)的中径大于第二内螺纹段(7)的中径。
2.根据权利要求1所述的连接结构，其特征在于:第二外螺纹段(2)的中径比第二内螺纹段⑵的中径大0.08mm?0.18mm。
3.根据权利要求1所述的连接结构，其特征在于:第二外螺纹段(2)和第二内螺纹段(7)上的螺纹均为圆螺纹。
4.根据权利要求1所述的连接结构，其特征在于:第二外螺纹段(2)和第二内螺纹段(7)均为圆锥螺纹段。
5.根据权利要求1所述的连接结构，其特征在于:第一外螺纹段(4)和第一内螺纹段(9)均为圆锥螺纹段。
6.根据权利要求1所述的连接结构，其特征在于:第一内螺纹段(9)的一端通过内过渡段(8)与第二内螺纹段(7)连接，第一外螺纹段(4)的一端通过外过渡段(3)与第二外螺纹段(2)连接，内过渡段(8)的位置与外过渡段(3)的位置相对应。
7.根据权利要求6所述的连接结构，其特征在于:内过渡段(8)包括与第一内螺纹段(9)连接的筒形过渡段和与第二内螺纹段(7)连接的锥形过渡段，外过渡段(3)的结构和尺寸与内过渡段⑶相匹配。
8.根据权利要求6所述的连接结构，其特征在于:第一内螺纹段(9)的另一端设有第二密封端面(10)，第一外螺纹段(4)外设有与第二密封端面(10)相匹配的第一密封端面(5)。
9.根据权利要求1所述的连接结构，其特征在于:第一接头(I)为圆柱形或圆筒形，第一接头(I)的铝合金材质强度小于第二接头(6)的碳钢强度。
10.根据权利要求1所述的连接结构，其特征在于:当第一接头(I)和第二接头(6)连接时，第一接头(I)的第二外螺纹段(2)和第二接头(6)的第二内螺纹段(7)的螺纹发生干涉，第二外螺纹段(2)的螺纹牙发生塑性变形，使啮合的螺纹发生粘结而粘扣。
11.根据权利要求1所述的连接结构，其特征在于:第一接头(I)的第一外螺纹段(4)和第二接头(6)的第一内螺纹段(9)的螺纹正常啮合。
12.根据权利要求1所述的连接结构，其特征在于:当第一接头(I)和第二接头(6)连接后，第一接头⑴和第二接头(6)之间的卸扣扭矩为上卸扭矩的1.5倍?2倍。
【文档编号】E21B17/042GK104481422SQ201410645836
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】刘永刚, 李孝军, 冯春, 李方坡 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油天然气集团公司管材研究所