改进的双台肩钻杆接头的制作方法
【专利摘要】改进的双台肩钻杆接头，阳螺纹接头包括在外台肩和外螺纹之间轴向延伸的基部以及前端部分；阴螺纹接头具有径向向内的内台肩与内螺纹以及扩孔部分；外台肩与基部之间设有基准台阶，基准台阶的轴心线与外螺纹轴心线重合；在与基准台阶交汇处的外台肩上挖设第一应力分散槽，该圆弧状槽的一端与基准台阶平面相切；基准台阶与基部的连接部为第二应力分散槽，该圆弧状槽的一端与基部相切。应力分散槽结构使螺纹接头所受应力分散范围扩大，减少失效断裂；基准台阶作为修扣时参照基准，使寻找原有螺纹的中心轴线变得既准确又迅速；扩孔部分的锥面设计，能避免鼻端尖角碰撞，使其适合复杂的钻井环境。
【专利说明】
改进的双台肩钻杆接头
技术领域
[0001]本发明涉及油田用管式螺纹连接装置，具体地说，是一种改进的双台肩钻杆接头。
【背景技术】
[0002]钻杆接头是钻柱的基本组成部分，主要用于传递扭矩、输送钻井液，以及在钻井过程中不断连接钻杆，以达到不断加深井眼的目的。随着世界经济的发展，石油天然气的需求不断增长，大型石油天然气开发项目却都集中在深井、深海井、高腐蚀性井等领域，开采难度明显加大。由美国石油协会(API)推荐的井内钻柱构件和井下工具系列已不能满足日益苛刻的钻井作业要求，近年不断地出现新钻井技术，美国的格兰特普莱迪科公司(GrantPrideco)的双台肩钻杆接头是其中的佼佼者，其在中国申请的专利是ZL98806866.4 “油田用管式螺纹连接装置及形成螺纹连接的方法”。随着石油钻井环境越来越苛刻，钻杆接头承受更大的扭矩和拉伸，螺纹、密封面更易磨损，由此产生以下问题:其一，处于工作状态的螺纹接头因应力集中于局部，容易疲劳而产生裂纹;其二，在进行修扣恢复原有性能时，原有的螺纹和密封面被破坏，难以找准原来的基准轴线，需要使用特制的工具来找到原有螺纹的中心线，这样会增加客户修扣的时间；其三，螺纹鼻端通常采用直面设计，对于1:16常用锥度的螺纹接头，很容易在对扣及上扣过程中导致公接头鼻端尖角与母接头螺纹相碰，损坏螺纹而导致粘扣。
【发明内容】
[0003 ]针对上述双台肩钻杆接头存在的缺陷，本发明提出以下的改进方案:
[0004]—种改进的双台肩钻杆接头，包括:
[0005]一个管式阳螺纹接头，所述管式阳螺纹接头具有在一个径向向外的外台肩和一个径向向内的阳螺纹接头表面之间轴向延伸的外螺纹，所述阳螺纹接头包括一个在所述外台肩和外螺纹之间轴向延伸的基部以及一个在所述阳螺纹接头表面和外螺纹之间轴向延伸的前端部分；
[0006]一个用于与所述阳螺纹接头进行螺纹连接的管式阴螺纹接头，所述管式阴螺纹接头具有在一个径向向内的内台肩与一个径向向外的阴螺纹接头表面之间轴向延伸的内螺纹，所述管式阴螺纹接头在所述内螺纹和阴螺纹接头表面之间包括一个扩孔部分；
[0007]当所述阳螺纹接头和所述阴螺纹接头连接时，使所述阴螺纹接头表面和外台肩处于平面接合的配合状态下，以便在所述阳螺纹接头表面和内台肩以平面接合的方式配合之前使一个预加载应力作用在所述阳螺纹接头和阴螺纹接头二者之上的与最后一个阳螺纹径向邻接的区域中；
[0008]在所述阳螺纹接头的外台肩与基部之间设有一基准台阶，该基准台阶的轴心线与外螺纹轴心线重合，该基准台阶的直径略大于基部直径；
[0009]在与该基准台阶的交汇处所述阳螺纹接头的外台肩上挖设一个第一应力分散槽，该第一应力分散槽为径向横截面呈圆弧状的槽，该圆弧状的第一应力分散槽的一端与基准台阶平面相切，另一端连接到外台肩；
[0010]在所述基准台阶与所述基部的连接部为一个第二应力分散槽，该第二应力分散槽为径向横截面呈圆弧状的槽，该圆弧状的第二应力分散槽的一端与基部平面相切，另一端连接到基准台阶。
[0011]进一步，所述阳螺纹接头的前端部分具有与外螺纹相同的锥度，所述阴螺纹接头的扩孔部分具有与内螺纹相同的锥度。
[0012]该锥度最好取1:16。
[00?3]进一步，所述各应力分散槽的径向横截面圆弧半径为0.6-1.0mm，优选取0.8mm。
[0014]经实验证明，上述各项改进能够获得有益效果:与外台肩与基部交汇处原有的直角结构相比，本发明的应力分散槽结构使工作状态的螺纹接头所受应力分散范围扩大，减少失效断裂;基准台阶设于所受应力作用最弱部位，在工作状态下一般不会受损，用作为修扣时的参照基准，使得寻找原有螺纹的中心轴线变得既准确又迅速；阳螺纹接头的前端部分及阴螺纹接头的扩孔部分由直面设计改为锥面设计，能有效地避免鼻端尖角碰撞，使其适合复杂的钻井环境，尤其是海洋钻井。总之，本发明从整体上提高了原有双台肩钻杆接头的性能。
【附图说明】
[0015]图1为本发明双台肩钻杆接头的阳螺纹接头一端的剖面图。
[0016]图2为本发明双台肩钻杆接头的阴螺纹接头一端的剖面图。
[0017]图3为图1中A部放大图。
[0018]图4为本发明的VME应力分布状况图。
[0019]图5为现有技术的VME应力分布状况图。
[0020]图中标记含义:管式阳螺纹接头10，最后一个阳螺纹11，外台肩12，基准台阶13，阳螺纹接头表面14，第一应力分散槽15，外螺纹16，第二应力分散槽17，前端部分18，基部19;管式阴螺纹接头20，内台肩22，阴螺纹接头表面24，内螺纹26，扩孔部分28。
【具体实施方式】
[0021]下面结合实施例及其附图对本发明的技术方案作详细描述。
[0022]参见图1、2、3所示改进的双台肩钻杆接头，一端为管式阳螺纹接头10，另一端为管式阴螺纹接头20，上一根双台肩钻杆接头的管式阳螺纹接头10与下一根双台肩钻杆接头的管式阴螺纹接头20配合连接。
[0023]所述管式阳螺纹接头10具有在一个径向向外的外台肩12和一个径向向内的阳螺纹接头表面14之间轴向延伸的外螺纹16，所述阳螺纹接头10还包括一个在所述外台肩12和外螺纹16之间轴向延伸的基部19以及一个在所述阳螺纹接头表面14和外螺纹16之间轴向延伸的前端部分18。
[0024]所述管式阴螺纹接头20用于与所述阳螺纹接头10进行螺纹连接。所述管式阴螺纹接头20具有在一个径向向内的内台肩22与一个径向向外的阴螺纹接头表面24之间轴向延伸的内螺纹26，所述管式阴螺纹接头20在所述内螺纹26和阴螺纹接头表面24之间包括一个扩孔部分28。
[0025]当所述阳螺纹接头10和所述阴螺纹接头20连接时，使所述阴螺纹接头表面24和外台肩12处于平面接合的配合状态下，以便在所述阳螺纹接头表面14和内台肩22以平面接合的方式配合之前使一个预加载应力作用在所述阳螺纹接头10和阴螺纹接头20 二者之上的与最后一个阳螺纹11径向邻接的区域中。
[0026]本实施例在所述阳螺纹接头1的外台肩12与基部19之间设有一基准台阶13，该基准台阶13的轴心线与外螺纹16轴心线重合，该基准台阶13的直径略大于基部19的直径而形成一个可测量基准轴心线的圆柱面。在与该基准台阶13的交汇处的所述阳螺纹接头的外台肩12上挖设一个第一应力分散槽15，该第一应力分散槽15为径向横截面呈圆弧状的槽，该圆弧状的第一应力分散槽15的一端与基准台阶13平面相切，另一端连接到外台肩12。在所述基准台阶13与所述基部19的连接部为一个第二应力分散槽17，该第二应力分散槽17为径向横截面呈圆弧状的槽，该圆弧状的第二应力分散槽17的一端设置为与基部19平面相切，另一端连接到基准台阶13。所述第一应力分散槽15、第二应力分散槽17的径向横截面圆弧半径为0.6-1.0mm，最佳取值为0.8mm。
[0027]如图4所示，应力槽结构使螺纹接头的应力处于分散状态，能减少失效断裂的几率。本实施例的基准台阶是为了方便用户修扣，之所以选择设在基部19邻靠外台肩12的部位，是因为该部位即使在螺纹损坏的情况下也不会产生变形或者损坏，是理想的基准驻点，但不是唯一的基准驻点。
[0028]为避免鼻端尖角碰撞，所述阳螺纹接头10的前端部分18具有与外螺纹16相同的锥度，所述阴螺纹接头20的扩孔部分28也具有与内螺纹26相同的锥度，该锥度最好都取1:16。
[0029]为了验证本发明的技术效果，将本发明与现有技术(中国专利ZL98806866.4的对应结构)需要分析的结构导入AutoCAD，然后用有限元分析方法生成分析模型，利用基本的有限元素分析程序进行分析，获得的图4、图5所示的在扭矩为52500ft-lb情况下的应力分布状况，其中图4为本发明的VME应力分布状况图，图5为现有技术的VME应力分布状况图。
[0030]从图中可以看出，当阳螺纹接头和阴螺纹接头连接时，与本发明的改进结构相比，现有技术的直角结构的应力明显存在集中现象，如图5所示，在交变应力作用下，这种应力集中现象会造成接头提前失效断裂。而通过本发明的改进，有效的扩大了螺纹接头所受应力的分散范围，从整体上提高了双台肩钻杆接头的性能。
[0031]以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种改进的双台肩钻杆接头，包括: 一个管式阳螺纹接头，所述管式阳螺纹接头具有在一个径向向外的外台肩和一个径向向内的阳螺纹接头表面之间轴向延伸的外螺纹，所述阳螺纹接头包括一个在所述外台肩和外螺纹之间轴向延伸的基部以及一个在所述阳螺纹接头表面和外螺纹之间轴向延伸的前端部分； 一个用于与所述阳螺纹接头进行螺纹连接的管式阴螺纹接头，所述管式阴螺纹接头具有在一个径向向内的内台肩与一个径向向外的阴螺纹接头表面之间轴向延伸的内螺纹，所述管式阴螺纹接头在所述内螺纹和阴螺纹接头表面之间包括一个扩孔部分； 当所述阳螺纹接头和所述阴螺纹接头连接时，使所述阴螺纹接头表面和外台肩处于平面接合的配合状态下，以便在所述阳螺纹接头表面和内台肩以平面接合的方式配合之前使一个预加载应力作用在所述阳螺纹接头和阴螺纹接头二者之上的与最后一个阳螺纹径向邻接的区域中； 其特征在于: 在所述阳螺纹接头的外台肩与基部之间设有一基准台阶，该基准台阶的轴心线与外螺纹轴心线重合，该基准台阶的直径略大于基部直径； 在与该基准台阶的交汇处所述阳螺纹接头的外台肩上挖设一个第一应力分散槽，该第一应力分散槽为径向横截面呈圆弧状的槽，该圆弧状的第一应力分散槽的一端与基准台阶平面相切，另一端连接到外台肩； 在所述基准台阶与所述基部的连接部为一个第二应力分散槽，该第二应力分散槽为径向横截面呈圆弧状的槽，该圆弧状的第二应力分散槽的一端与基部平面相切，另一端连接到基准台阶。2.根据权利要求1所述的双台肩钻杆接头，其特征在于:所述阳螺纹接头的前端部分具有与外螺纹相同的锥度，所述阴螺纹接头的扩孔部分具有与内螺纹相同的锥度。3.根据权利要求2所述的双台肩钻杆接头，其特征在于:所述锥度均为1:16。4.根据权利要求1或2或3所述的双台肩钻杆接头，其特征在于:各所述应力分散槽的径向横截面圆弧半径为0.6-1.0mm。5.根据权利要求4所述的双台肩钻杆接头，其特征在于:各所述应力分散槽的径向横截面圆弧半径为0.8mm。
【文档编号】E21B17/042GK105952391SQ201610485652
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】李玉华, 派屈克墨菲, 郑卫良
【申请人】江阴德玛斯特钻具有限公司