专利名称:一种超高抗扭金属气密封钻杆接头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种石油钻探用钻杆，特别涉及一种超高抗扭金属气密封钻杆接头。
背景技术：
用于石油钻探的钻杆是按API (美国石油学会American Petroleumlnstitute，简 称API)标准生产制造的。其结构是在钻杆管体两端各对焊一个外螺纹钻杆接头和一个内 螺纹钻杆接头。
图1是API标准钻杆接头的示意图。该钻杆接头由外螺纹接头21和与之进行螺 纹连接的内螺纹接头22组成。外螺纹接头21具有一个径向向外的外台肩23和一个径向 向内的内端面25之间轴向延伸的外螺纹27以及在外台肩23和外螺纹27之间轴向延伸的 基部29。内螺纹接头22具有一个径向向外的外端面24与一个径向向内的内斜面26之间 轴向延伸的内螺纹28以及在内螺纹28和外端面24之间轴向延伸的镗孔部分30。外螺纹 接头21的外台肩23到内端面25的长度为Ll，内螺纹接头22的外端面24到内斜面26的 长度为L2。
上述接头承受的扭矩来自外台肩23和外端面24之间以及外螺纹27和内螺纹28 之间的摩擦力矩。
按照API标准的设计，上述接头的扭转强度一般为管体的80X，因此上述接头在
使用中遇到过大扭矩时会出现内螺纹接头胀扣及外螺纹接头螺纹断裂等失效事故。
为了解决接头扭转强度低的问题， 一般采取将内螺纹接头22的内斜面26改为内
台肩，使外螺纹接头21的外端面25与之相接触，形成额外的摩擦力矩，以此提高接头的抗
扭强度。
根据这种思路，美国专利，专利公开号4548431，专利名称"Tool jointwith internal/external make-up shoulders";专禾U公开号5449336，专禾U名称"Stretching machine，，；专禾U公开号5492375，专禾U名称"Drill pipewith improved connectors，，；专禾U 公开号5908212，专利名称"Ultra hightorque double shoulder tool joint"和中国专 利，专利申请号92114303. 6，专利名称"高扭矩接箍；专利申请号98806866. 4，专利名称"极 高扭矩的双台肩钻具接头"分别提出了各自的方案。采用这些方案制造的接头虽能提供较 高的抗扭强度，但不能提供良好的气密封能力。
美国专利，专利公开号4595219，专利名称"Gas tightly sealed jointfield tubular goods"提供了另外一种解决途径。如图2所示，采用该方案制造的接头具有较好 的气密封能力，但由于该钻杆接头采用聚四氟乙烯密封圈方式进行密封，密封能力有限，不 具备在高压气井中进行钻杆测试的能力，而且该接头的抗扭强度仅等同于API标准接头。 中国专利，专利申请号200520039378. 9，专利名称"一种双台肩金属气密封钻杆接 头"，如图3所示，提供了一种高抗扭金属气密封钻杆接头，采用该方案制造的接头具有良好 的气密封能力，其抗扭强度比API标准接头高出40%左右。但近年的钻井实践表明，随着钻井技术已向着深井超深井、定向井、大位移井、水平井发展，钻杆的服役条件日趋恶劣，抗扭 强度比API标准接头高出40%的双台肩金属气密封钻杆接头已不能满足钻井作业的要求。 随着钻井技术的发展，油田用户迫切需要一种既具有极高的抗扭强度，又具有良 好的气密封能力的钻杆接头，以满足复杂高压气井钻井作业中钻杆测试的需要。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种超高抗扭金属气密封钻杆接头，其抗扭强度高于双
台肩金属气密封钻杆接头，同时具有良好的气密封能力，以满足复杂高压气井钻井作业中 钻杆测试的需要。
本实用新型的目的是这样实现的一种超高抗扭金属气密封钻杆接头，由外螺纹 接头和与之进行螺纹连接的内螺纹接头组成，其中
所述外螺纹接头包括一外台肩、一内端面和一位于内端面和外螺纹之间的密封 面；
从所述外台肩到内端面之间的长度大于API标准钻杆外螺纹接头外台肩到内端
面的长度，但小于API标准钻杆内螺纹接头的外端面到内斜面的长度。
优选地，所述外螺纹接头上的密封面为锥面金属密封面。
所述内螺纹接头包括一内台肩、一外端面和一位于内台肩和内螺纹之间的密封 面；
从所述外端面到内台肩之间的长度大于API标准钻杆外螺纹接头外台肩到内端
面的长度，但小于API标准钻杆内螺纹接头的外端面到内斜面的长度。
优选地，所述内螺纹接头上的密封面为球面金属密封面。
优选地，锥面金属密封面和球面金属密封面，两个密封面为过盈密封配合。
优选地，所述外螺纹的锥度范围为1/12 1/20。
优选地，所述内螺纹的锥度范围为1/12 1/20。
当所述外螺纹接头与所述内螺纹接头手动拧紧时，所述的过盈密封配合在直径方 向的最大过盈量为0. 05 0. 30mm。
优选地，所述外螺纹接头的内端面与所述内螺纹接头的内台肩具有0 0. 5mm的 间隙。
本实用新型由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积 极效果
本实用新型对API标准钻杆接头的结构进行了改进。改进后的接头抗扭强度不但 高于API标准钻杆接头，而且高于一般的高抗扭接头，其抗扭强度与API标准接头相比提高 70%左右，同时具有良好的气密封能力，可以满足高压气井钻井作业中钻杆测试的需要。
以下结合附图和具体实施例来对本实用新型作进一步说明。
图1为API标准钻杆接头。
图2为美国专利4595219的钻杆接头。
图3为中国专利200520039378. 9的钻杆接头。[0030] 图4为本实用新型的超高抗扭金属气密封钻杆接头
图中
1-外螺纹接头2-内螺纹接头3-外台肩4-外端面
5-内端面
6-内台肩
7-外螺纹 8-内螺纹
9-基部 10-镗孔部分11-锥面金属密封面12-球面金属密封面
具体实施方式
如图4所示。本实用新型外螺纹接头1包括一外台肩3、一内端面5、一外螺纹7、 一外台肩3和外螺纹7之间的基部9、一内端面5和外螺纹7之间的锥面金属密封面11。
外螺纹7的锥度范围为1/12 1/20。
外台肩3到内端面5之间的长度L3大于图1中API标准钻杆外螺纹接头21的外 台肩23到内端面25的长度Ll，但小于API标准钻杆内螺纹接头22的外端面24到内斜面 26的长度L2。
内螺纹接头2包括一外端面4与一内台肩6、一内螺纹8、一外表面4和内螺纹8 之间的镗孔部分10、一内台肩6和内螺纹8之间的球面金属密封面12。
内螺纹8锥度范围为1/12 1/20。
外端面4到内台肩6之间的长度L4大于图1中API标准钻杆外螺纹接头21外台 肩23到内端面25的长度Ll，但小于API标准钻杆内螺纹接头22的外端面24到内斜面26 的长度L2。
当外螺纹接头1与内螺纹接头2手动拧紧时，外螺纹接头1的内端面5与内螺纹 接头2的内台肩6具有0 0. 5mm的间隙，即0《L4-L3《0. 5mm。
当超扭矩上扣或井下扭矩过大时，外螺纹接头1的内端面5与内螺纹接头2的内 台肩6的间隙减小直至消失，使接头部分形成了一个刚性体，提高了接头的抗扭强度和抗 弯能力，使接头的抗扭强度高于API标准钻杆接头。
由于外螺纹接头1与内螺纹接头2之间存在锥面金属密封面11对球面金属密封 面12的金属过盈配合密封，并且金属过盈密封直径方向的最大过盈量为0. 05 0. 30mm，因 此具有良好的气密封能力，能够满足高压气井钻井作业中钻杆测试的需要。 选用51/2FH钻杆接头，其外径为184. 15mm，内径为88. 9mm，锥度为1 : 16，接头 屈服强度为827MPa，手动拧紧时，外螺纹接头的内端面与内螺纹接头的内台肩具有0. 15mm 的间隙。经有限元分析得，API标准钻杆接头抗扭强度为98. 3kNm，高抗扭接头抗扭强度为 140. lkNm，本实用新型接头抗扭强度为169. 6kNm，与API标准接头相比提高72.5%。由于 在外螺纹接头与内螺纹接头之间存在金属对金属过盈密封，因此钻杆接头具有良好的气密 封能力。
本实用新型接头的锥度范围为1/12 1/20，而双台肩金属气密封钻杆接头与API 标准接头的锥度均为l : 6。对于图3与图4，可以明显看出，由于本实用新型接头的锥度 比双台肩金属气密封钻杆接头的锥度平缓，因此外螺纹接头1的内端面5与内螺纹接头2 的内台肩6的接触面积必然大于双台肩金属气密封钻杆接头相同部位的接触面积，最终造 成其产生的摩擦力矩必然大于双台肩金属气密封钻杆接头相同部位产生的摩擦力矩，即本 实用新型的抗扭强度高于双台肩金属气密封钻杆接头。[0046] 综上所述，本实用新型的抗扭强度不但高于API标准钻杆接头，而且高于一般的 高抗扭接头，其抗扭强度与API标准接头相比提高70%左右，同时具有良好的气密封能力， 因此特别适用于深井、超深井、定向井、水平井、大斜度井等高难度高压气井的钻杆测试施 工，因而具备良好的推广及应用前景。
本技术领域：
中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新 型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述 实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求
书范围内。
权利要求
一种超高抗扭金属气密封钻杆接头，包括一外螺纹接头和与之进行螺纹连接的一内螺纹接头；所述外螺纹接头包括一外台肩、一内端面和一位于内端面和外螺纹之间的密封面；所述内螺纹接头包括一内台肩、一外端面和一位于内台肩和内螺纹之间的密封面，上述两个密封面实现钻杆接头的密封；其特征在于所述外螺纹的锥度范围为1/12～1/20；所述内螺纹的锥度范围为1/12～1/20。
2. 如权利要求
1所述的超高抗扭金属气密封钻杆接头，其特征在于从所述外台肩到 内端面之间的长度大于API标准钻杆外螺纹接头外台肩到内端面的长度，但小于API标准 钻杆内螺纹接头的外端面到内斜面的长度。
3. 如权利要求
1所述的超高抗扭金属气密封钻杆接头，其特征在于从所述外端面到 内台肩之间的长度大于API标准钻杆外螺纹接头外台肩到内端面的长度，但小于API标准 钻杆内螺纹接头的外端面到内斜面的长度。
4. 如权利要求
1-3任意一项所述的超高抗扭金属气密封钻杆接头，其特征在于所述 外螺纹接头上的密封面为锥面金属密封面；所述内螺纹接头上的密封面为球面金属密封 面，两个密封面为过盈密封配合。
5. 如权利要求
4所述的超高抗扭金属气密封钻杆接头，其特征在于所述的过盈密封 配合在直径方向的最大过盈量为0. 05 0. 30mm。
6. 如权利要求
5所述的超高抗扭金属气密封钻杆接头，其特征在于所述外螺纹接头 的内端面与所述内螺纹接头的内台肩具有0 0. 5mm的间隙。
专利摘要
本实用新型公开了一种超高抗扭金属气密封钻杆接头，由外螺纹接头和与之进行螺纹连接的内螺纹接头组成，外螺纹的锥度范围为1/12～1/20；内螺纹的锥度范围为1/12～1/20。本实用新型的钻杆接头抗扭强度不但高于API标准钻杆接头，而且高于一般的双台肩金属气密封钻杆接头，其抗扭强度与API标准接头相比提高70％左右，同时具有良好的气密封能力，可以满足高压气井钻井作业中钻杆测试的需要，因此具备良好的推广及应用前景。
文档编号E21B17/042GKCN201474625SQ200920208129
公开日2010年5月19日 申请日期2009年8月20日
发明者赵鹏, 陈功明 申请人:宝山钢铁股份有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan