一种复合材料的双台肩螺纹接头的制作方法
【专利摘要】一种复合材料的双台肩螺纹接头，内、外螺纹接头在上扣时，内螺纹的第一扭矩台肩面首先外螺纹接头的第一扭矩台肩面接触；随着外螺纹纹接头的继续旋入，外螺纹接头的第二圆柱段与中空圆柱形金属件端面接触，形成第二扭矩台肩；当扭矩值达到预设值时，完成上扣操作；本发明有效地解决双台肩螺纹接头在上扣时两个扭矩台肩面的良好接触问题和使用过程中的“二次上扣”问题，使双台肩螺纹接头在工作中保持良好的啮合状态，以适用于超深井、超长水平井、大位移井、长距离定向穿越等复杂工况井。
【专利说明】
一种复合材料的双台肩螺纹接头
技术领域
[0001]本发明涉及石油天然气勘探开发领域，具体涉及一种复合材料的双台肩螺纹接头。
【背景技术】
[0002]石油管材是石油天然气勘探与开发中的重要工具。各种钻具，如钻杆、加重钻杆、钻铤、转换接头、油套管等，通过螺纹连接的方式形成整根管柱，以形成钻井液或油气的通道，并在服役过程中承受各种复杂的载荷。以钻柱为例，钻柱不仅是钻井液的循环通道，而且在钻井中传递扭矩，承受拉压，弯曲，扭转以及振动、冲击等多种载荷的复合作用。钻柱在钻井作业中的运动方式除了绕自身轴线自转外，还常常以井眼轴线为轴线进行公转，从而导致钻具接头与井壁或套管发生摩擦磨损，产生反转运动，使钻具螺纹存在松扣的风险。软硬地层交错引发的钻头的憋钻会对钻柱产生瞬时的反扭矩，使钻具螺纹发生松扣。此外，因钻头破碎岩石的不均匀性导致钻柱承受来自地层反作用力的纵向震动冲击载荷，也使钻柱螺纹接头存在松扣的风险。事实上，钻柱在钻井作业过程中的松扣现象时有发生，从而导致钻具螺纹接头发生粘扣失效和摩擦磨损失效。由于螺纹连接的松扣，扭矩台肩面的接触压力降低，从而导致钻具螺纹扭矩台肩面的刺漏失效。此外，由于螺纹连接的松扣，相互啮合的螺纹连接的应力发生变化，出现局部的高应力区域，使螺纹连接发生疲劳失效，导致螺纹接头的刺漏或断裂。上述的这些失效在公开报道的文献资料里有大量的记载。钻具螺纹接头发生松扣的原因主要有以下几方面的因素:(I)钻具螺纹接头承受的如上所述的复杂的载荷工况；(2)在上扣操作中，上扣扭矩低于接头的名义最小上扣矩值;(3)目前钻具螺纹接头的自身结构。目前普遍所用的双台肩的螺纹接头，采用的是粗牙螺纹。在扭矩台肩接触之前，上扣扭矩值很小，当扭矩台肩接触后，扭矩值迅速飙升到设定的上扣扭矩值。也就是说，当震动或瞬时的反扭矩等其他因素导致相互啮合的接头台肩面发生微小的反向位移时，螺纹接头的扭矩值会迅速下降，尤其是已有一定磨损后的螺纹接头。这是导致钻具螺纹松扣的结构因素。此外，由于双台肩钻具螺纹接头两个扭矩台肩间的尺寸配合精度高，在加工制造中对尺寸公差提出了严格的要求。在实际的双台肩钻具螺纹接头使用过程中，时常出现两个扭矩台肩面没有同时处于良好接触状态，螺纹段各螺纹齿底的应力分布偏离了良好啮合状态时的应力分布，局部螺纹齿底处于高应力状态，导致螺纹接头的高应力疲劳失效。
【发明内容】
[0003 ]为解决现有技术的不足，本发明提供一种复合材料的双台肩螺纹接头。
[0004]本发明的技术方案是:一种复合材料的双台肩螺纹接头，包括内螺纹接头和外螺纹接头，所述的内螺纹接头包括接头本体和中空圆柱形金属件，内螺纹接头结构包括第一扭矩台肩面，第一圆柱段，内螺纹段，第二圆柱段和中空圆柱形金属件;外螺纹接头包括第一扭矩台肩面，第一圆柱段，外螺纹段，第二圆柱段和第二扭矩台肩面;所述的内螺纹接头的第二圆柱段的内径大于外螺纹接头第二圆柱段的外径;所述内螺纹接头内的中空圆柱形金属件的端面为内螺纹接头的第二圆柱段与外螺纹接头的第二圆柱段接触形成的承载面；所述的中空圆柱形金属件的金属件材料的屈服强度与接头本体材料的屈服强度比值为
0.80?0.92;所述中空圆柱形金属件材料的伸长率大于13%，屈强比小于0.85，20°C下的冲击吸收能大于54J;所述的中空圆柱形金属件的内径与内螺纹接头的内径相同，外径大于或等于内螺纹接头第二圆柱段的内径，长度为80?120mm ；所述内螺纹接头的内螺纹段与外螺纹接头的外螺纹段锥度范围为1:6?1:16。
[0005]所述的中空圆柱形金属件与内螺纹接头采用热装或冷装的方式进行装配，内螺纹接头与中空圆柱形金属件的紧密配合。
[0006]所述内螺纹接头第一扭矩台肩面与中空圆柱形金属件间的距离比外螺纹第一扭矩台肩面与第二扭矩台肩面的距离长0.06?0.15mm。
[0007]本发明的有益效果是:本发明有效地解决双台肩螺纹接头在上扣时两个扭矩台肩面的良好接触问题和使用过程中的“二次上扣”问题，使双台肩螺纹接头在工作中保持良好的啮合状态，以适用于超深井、超长水平井、大位移井、长距离定向穿越等复杂工况井。
【附图说明】
[0008]图1为本发明的结构示意图。
[0009]其中:I为内螺纹接头、11为第一扭矩台肩面、12为第一圆柱段、13为内螺纹段、14为第二圆柱段、15为中空圆柱形金属件、151为中空圆柱形金属件端面、2为外螺纹接头、21为第一扭矩台肩面、22为第一圆柱段、23为外螺纹段、24为第二圆柱段、25为第二扭矩台肩面。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0011 ] 一种复合材料的双台肩螺纹接头，包括内螺纹接头I和外螺纹接头2，所述的内螺纹接头I包括接头本体和中空圆柱形金属件15，内螺纹接头I结构包括第一扭矩台肩面11，第一圆柱段12，内螺纹段13，第二圆柱段14和中空圆柱形金属件15;外螺纹接头2包括第一扭矩台肩面21，第一圆柱段22，外螺纹段23，第二圆柱段24和第二扭矩台肩面25;所述的内螺纹接头I的第二圆柱段14的内径大于外螺纹接头2第二圆柱段24的外径;所述内螺纹接头I内的中空圆柱形金属件15的端面151为内螺纹接头I的第二圆柱段14与外螺纹接头2的第二圆柱段24接触形成的承载面;所述的中空圆柱形金属件15的金属件材料的屈服强度与接头本体材料的屈服强度比值为0.80?0.92;所述中空圆柱形金属件15材料的伸长率大于13%，屈强比小于0.85，20°C下的冲击吸收能大于54J;所述的中空圆柱形金属件15的内径与内螺纹接头I的内径相同，外径大于或等于内螺纹接头I第二圆柱段14的内径，长度为80?120mm;所述内螺纹接头I的内螺纹段13与外螺纹接头2的外螺纹段23锥度范围为1:6?1:16。
[0012]所述的中空圆柱形金属件15与内螺纹接头I采用热装或冷装的方式进行装配，内螺纹接头I与中空圆柱形金属件15的紧密配合。
[0013]所述内螺纹接头第一扭矩台肩面11与中空圆柱形金属件15间的距离比外螺纹第一扭矩台肩面21与第二扭矩台肩面25的距离长0.06?0.15mm。
[0014]采用以上实施参数，内、外螺纹接头在上扣时，内螺纹的第一扭矩台肩面11首先外螺纹接头的第一扭矩台肩面21接触;随着外螺纹纹接头的继续旋入，外螺纹接头2的第二圆柱段24与中空圆柱形金属件端面151接触，形成第二扭矩台肩25;当扭矩值达到预设值时，完成上扣操作。
[0015]采用以上实施参数，内、外螺纹接头在上扣后，中空圆柱形金属件端面151因弹性变形产生的弹性变形能在螺纹接头上产生预加的轴向压力，使卸扣扭矩增加，提高了螺纹接头的防松性能。
[0016]采用以上实施参数，内、外螺纹接头在上扣后，有效地保证了主、次扭矩台肩面的良好接触，使双扭矩台肩分担扭矩载荷、提高抗扭性能和疲劳寿命的设计理念得到了充分的实现，提高了螺纹接头使用过程中的安全可靠性。
[0017]采用以上实施参数，内、外螺纹接头在上扣后，中空圆柱形金属件端面151与外螺纹第二扭矩台肩面25间存在有效的接触压力，提高了螺纹接头的密封性能。
[0018]采用以上实施参数，经试验，螺纹接头的抗扭强度相对于同规格的API螺纹接头提尚了 40%。
【主权项】
1.一种复合材料的双台肩螺纹接头，包括内螺纹接头和外螺纹接头，其特征在于:所述的内螺纹接头包括接头本体和中空圆柱形金属件，内螺纹接头结构包括第一扭矩台肩面，第一圆柱段，内螺纹段，第二圆柱段和中空圆柱形金属件；外螺纹接头包括第一扭矩台肩面，第一圆柱段，外螺纹段，第二圆柱段和第二扭矩台肩面;所述的内螺纹接头的第二圆柱段的内径大于外螺纹接头第二圆柱段的外径;所述内螺纹接头内的中空圆柱形金属件的端面为内螺纹接头的第二圆柱段与外螺纹接头的第二圆柱段接触形成的承载面;所述的中空圆柱形金属件的金属件材料的屈服强度与接头本体材料的屈服强度比值为0.80?0.92;所述中空圆柱形金属件材料的伸长率大于13%，屈强比小于0.85，20° C下的冲击吸收能大于54J;所述的中空圆柱形金属件的内径与内螺纹接头的内径相同，外径大于或等于内螺纹接头第二圆柱段的内径，长度为80?120mm;所述内螺纹接头的内螺纹段与外螺纹接头的外螺纹段锥度范围为1:6?1:16。2.根据权利要求1所述的一种复合材料的双台肩螺纹接头，其特征在于:所述的中空圆柱形金属件与内螺纹接头采用热装或冷装的方式进行装配，内螺纹接头与中空圆柱形金属件的紧密配合。3.根据权利要求1所述的一种复合材料的双台肩螺纹接头，其特征在于:所述内螺纹接头第一扭矩台肩面与中空圆柱形金属件间的距离比外螺纹第一扭矩台肩面与第二扭矩台肩面的距离长0.06?0.15mm。
【文档编号】E21B17/042GK105888571SQ201610443621
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】刘永刚, 赵向坤
【申请人】东营威玛石油钻具有限公司