钢接头与铝合金钻杆管体的连接结构的制作方法

本发明涉及油气勘探开发过程中使用的铝合金钻杆，具体而言，涉及一种钢制接头的铝合金钻杆，尤其涉及钢接头与铝合金钻杆管体的连接结构。

技术背景

铝合金钻杆分钢接头铝合金钻杆与全铝合金钻杆两种，在钢接头铝合金钻杆的加工工艺中，钢接头与铝合金钻杆管体常常采用螺纹连接的方式进行连接。由于铝合金钻杆在使用过程中，不仅要承受拉力，同时钻杆内孔也是钻井液的循环通道，因此，螺纹连接不仅要保证连接强度不低于管体的连接强度，而且要求螺纹连接要具有足够的密封性能，以保证钻杆内外空间能承受足够的压力差。同时，铝合金钻杆管体与接头间的螺纹连接比钢接头间的螺纹连接有更高的卸扣扭矩，以确保在钻杆使用过程中，铝合金管体与钢接头间的螺纹连接不发生卸扣。而目前，现有的铝合金管体与钢接头间密封性能差，此外铝合金管体与钢接头还存在连接强度低的问题。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种钢接头与铝合金钻杆管体的连接结构，以解决现有的铝合金管体与钢接头间密封性能差的问题。此外，本发明还要解决铝合金管体与钢接头连接强度低的问题。

为此，本发明提供一种钢接头与铝合金钻杆管体的连接结构，所述钢接头与铝合金钻杆管体的连接结构包括：铝合金管体外螺纹，设置在所述铝合金钻杆管体上；铝合金管体密封端面，设置在所述铝合金钻杆管体上并连接在所述铝合金管体外螺纹的端部；铝合金管体端面台肩，设置在所述铝合金钻杆管体上并连接在所述铝合金管体密封端面的端部，所述铝合金管体密封端面连接在所述铝合金管体外螺纹与所述铝合金管体端面台肩之间；钢接头内螺纹，设置在所述钢接头上并与所述铝合金管体外螺纹螺接；钢接头密封端面，设置在所述钢接头上并连接在所述钢接头内螺纹的端部；钢接头端面台肩，设置在所述钢接头上并连接在所述钢接头密封端面的端部，所述钢接头密封端面连接在所述钢接头内螺纹与所述钢接头端面台肩之间；所述铝合金管体密封端面与所述钢接头密封端面为相互配合的锥形密封面，所述铝合金管体端面台肩与所述钢接头端面台肩形成密封连接。

进一步地，所述铝合金管体密封端面的锥度为1∶8。

进一步地，所述铝合金管体密封端面的长度为8mm。

进一步地所述铝合金管体密封端面与所述钢接头密封端面为过盈配合，所述铝合金管体端面台肩与所述钢接头端面台肩形成过盈配合。

进一步地，所述铝合金管体外螺纹为钩形螺纹。

进一步地，所述钩形螺纹包括：承载接触面和导向面，所述承载接触面与所述铝合金钻杆管体的管体法线的夹角为2至5°，所述导向面与所述管体法线的夹角为8至12°。

进一步地，所述承载接触面与所述铝合金钻杆管体的管体法线的夹角为3°，所述导向面与所述管体法线的夹角为10°

进一步地，所述钢接头与铝合金钻杆管体的连接结构通过如下方式热装：先将所述铝合金管体外螺纹加热到200±10℃，保温30分钟，然后与所述铝合金管体外螺纹装配。

本发明采用了双重密封结构，一是铝合金管体密封端面与所述钢接头密封端面之间的密封结构，二是铝合金管体端面台肩与所述钢接头端面台肩形成的密封结构，通过这两个不同部位和不同角度的密封，使密封面和台肩面产生足够大的接触压力，实现高密封性能。

进而，铝合金管体外螺纹的承载面采用钩形结构设计，该结构设计增加了螺纹连接的应力承转面，改善了应力的承载方向，使螺纹连接具有更高的连接强度，减少了螺纹接头在受拉过程中的弹性伸长量，有助于密封面和台肩面的密封。此外，该螺纹采取大角度的导向面，在上扣过程中更顺畅，不易发生螺纹的错扣和粘扣，使铝合金管体与钢制接头间的配合过程更安全，高效。

附图说明

图1为根据本发明实施例的钢接头与铝合金钻杆管体的连接结构的整体结构示意图；

图2为图1中A处的放大的结构；

图3为图1中B处的放大的结构。

附图标号说明：

1、铝合金管体外螺纹2、钢接头内螺纹3、铝合金管体端面台肩4、钢接头端面台肩5、铝合金管体密封端面6、钢接头密封端面7、承载接触面8、导向面9、承载接触面10、导向面。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，所述钢接头与铝合金钻杆管体的连接结构包括：

铝合金管体外螺纹1，设置在所述铝合金钻杆管体上；铝合金管体密封端面5，设置在所述铝合金钻杆管体上并连接在所述铝合金管体外螺纹1的端部(右端)；铝合金管体端面台肩3，设置在所述铝合金钻杆管体上并连接在所述铝合金管体密封端面5的端部(右端)，所述铝合金管体密封端面5连接在所述铝合金管体外螺纹1与所述铝合金管体端面台肩3之间；钢接头内螺纹2，设置在所述钢接头上并与所述铝合金管体外螺纹1螺接；钢接头密封端面6，设置在所述钢接头上并连接在所述钢接头内螺纹2的端部(右端)；钢接头端面台肩4，设置在所述钢接头上并连接在所述钢接头密封端面6的端部(右端)，所述钢接头密封端面6连接在所述钢接头内螺纹2与所述钢接头端面台肩4之间；所述铝合金管体密封端面5与所述钢接头密封端面6为相互配合的锥形密封面，所述铝合金管体端面台肩3与所述钢接头端面台肩4形成密封连接。

铝合金管体端面台肩3，设置在所述铝合金钻杆管体的端部，为铝合金钻杆管体的端面，与密封端面5的夹角可达60度以上，甚至达到90度；钢接头端面台肩4，设置在所述钢接头的端部，为钢接头的内端台阶，与钢接头密封端面6的夹角可达60度以上，甚至达到90度。本发明采用了双重密封结构，一是铝合金管体密封端面与所述钢接头密封端面之间的密封结构，二是铝合金管体端面台肩与所述钢接头端面台肩形成的密封结构，通过这两个不同部位和不同角度的密封，使密封面和台肩面产生足够大的接触压力，实现高密封性能。尤其是当各端面台肩3与各密封端面的夹角达到90度左右时，形成了密封端面方向和台肩面方向的相互垂直方向上的密封，不仅提高了密封的级数，而且增加了密封的方向。另外，铝合金管体端面台肩3与所述钢接头端面台肩4形成密封连接的同时，还形成了增加铝合金钻杆管体与钢接头之间的连接扭矩的作用，使螺纹卸扣扭矩大大增加，提高了连接能力。

进一步地，所述铝合金管体密封端面的锥度为1∶8。这个锥度，可以在壁厚不变的情况下增加螺纹的长度，增加有效螺纹的啮合牙数，从面提高装配后的螺纹连接的密封性能和连接强度。

进一步地，所述铝合金管体密封端面的长度为8mm。钢接头与铝合金钻杆管体之间的主密封是采用的面与面的接触密封，密封段的长度太短，密封接触面太少，密封效果不好；如果密封段的长度太长，也会影响密封接触面的接触效果，导致密封性能变差。采用8mm的长度与是通过结构优化后得出的结果，该长度与铝合金管体密封端面的锥度为1∶8相配合，实现了密封角度和密封长度两方面的较佳结合。

进一步地所述铝合金管体密封端面与所述钢接头密封端面为过盈配合，所述铝合金管体端面台肩与所述钢接头端面台肩形成过盈配合，使螺纹卸扣扭矩大大增加，而且加强了螺纹接头密封接触面的接触应力，实现螺纹接头的高强度密封。

进一步地，如图2所示，铝合金管体外螺纹1为钩形螺纹，如图3所示，钢接头内螺纹2为钩形螺纹，钢接头内螺纹2与铝合金管体外螺纹1相互配合，钩形螺纹能够提供螺纹配合的承载能力。铝合金管体外螺纹1具有钩形承载接触面7和导向面8，钢接头内螺纹2具有钩形承载接触面9和导向面10。所述承载接触面与所述铝合金钻杆管体的管体法线的夹角α为2至5°，所述导向面与所述管体法线的夹角为8至12°，管体法线与铝合金钻杆管体的轴线垂直。钩形承载接触面7和钩形承载接触面9在啮合后，能有效地增加接触面，改善接触应力方向，增加接头连接处的抗拉强度，抵抗接头的伸长变形量。

较佳地，所述承载接触面7与所述铝合金钻杆管体的管体法线的夹角为3°，所述导向面8与所述管体法线的夹角为10°。导向面的角度一是影响导入的顺畅，二是影响螺纹的齿厚，更重要的是，不同角度导致螺纹面在相同外载下的应力大小不同。这个角度也是通过结构尺寸优化得出的结果。

进一步地，所述钢接头与铝合金钻杆管体的连接结构通过如下方式热装：先将所述铝合金管体外螺纹加热到200±10℃，保温30分钟，然后与所述铝合金管体外螺纹装配。利用钢材料的受热膨胀属性，实现装配过程中的间隙配合或小过盈配合。在钢接头的温度逐渐空冷到常温时，由于钢接头的体积回缩，使螺纹钩形承载面、锥面密封面与扭矩台肩间的配合实现过盈配合，不仅使螺纹卸扣扭矩大大增加，而且有效地加强了螺纹接头的连接与密封性能，实现螺纹接头的高连接性能和密封压力。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。