专利名称：双肩部工具接头的制作方法
技术领域：
本发明涉及在钻油井或气井的钻管上使用的双肩部工具接头，更具体地，涉及用于钻管的双肩部工具接头，该双肩部工具接头可实现更高的扭矩特性，且不会降低操作效率。
背景技术：
现有技术中，用于钻大位移井和水平井的钻管借助于工具接头连接。工具接头的详细情况在标准API(American Petroleum Institute)Spec.7中提供。在该标准中，工具接头的外直径形成为大于管体的外直径，并且工具接头的内直径形成为小于管体的内直径，从而传递钻井时所需要的高扭矩。此外，推荐工具接头的扭矩特性大于管体扭矩特性的80％。
然而，当管体为高强度级别时，该标准中提供的情形常常难以满足。因此，在传统的用于钻管的工具接头中，其缺点在于钻进效率由于受到钻进条件的限制而降低，其缺点还在于螺纹受损。
为了解决上述问题，在日本专利3057857(图1)中提出了一种用于钻管且具有高扭矩特性的双肩部工具接头。
图1示出了日本专利3057857中的用于钻管的双肩部工具接头。图2示出了用于钻管的传统的双肩部工具接头的放大截面图。
工具接头101包括具有内螺纹部123的阴接头端102、和具有外螺纹部133的阳接头端103。
阴接头端102包括在其端部具有预定锥度的阴接头端接触套筒(access sleeve)122、具有与阴接头端接触套筒122相同的预定锥度的内螺纹部123、具有与内螺纹部123相同的预定锥度的阴接头端端部套筒124、从阴接头端端部套筒124的端部延伸并垂直于管轴线150的内肩部125、沿着管轴线150提供中空的管内周部141、和形成阴接头端102的外周表面的阴接头端外周部126。阴接头端外周部126这样构造其直径沿着管轴线150从管外周部140经过阴接头端侧锥形肩部127而逐渐增加。
阳接头端103包括在端部具有预定锥度的阳接头端头部132、具有与阳接头端头部132相同的预定锥度的外螺纹部133、具有与外螺纹部133相同的预定锥度的阳接头端基部134、从阳接头端基部134的基端部延伸并垂直于管轴线150的外肩部135、以及构成阳接头端103的外周表面的阳接头端外周部136。阳接头端外周部136这样构造其直径沿着管轴线150从管外周部140经过阳接头端侧锥形肩部137而逐渐增加。在图1和图2中，简化了外螺纹部133和内螺纹部123的螺纹，从而清晰地示出其锥度。
阳接头端头部长度132a形成为短的，例如约10mm，以便与符合API标准的螺纹可互换。此外，由阳接头端基部134的外周表面和阴接头端接触套筒122的内周表面形成的阳接头端基部间隙139形成宽2.1mm～2.5mm，以便与符合API标准的螺纹是可互换的。由阳接头端头部132的外周表面和阴接头端端部套筒124的内周表面形成的阳接头端头部间隙138形成为宽2.1mm～2.5mm。
阴接头端102和阳接头端103设置有斜面121a和135a，这两个斜面分别形成于阴接头端接触套筒端部121处和外肩部135的外周表面处。这里，外螺纹部133和内螺纹部123的锥度为2/12。
根据上述结构的传统的工具接头101的阴接头端102和阳接头端103如下所述地彼此连接到一起。首先，阴接头端102和阳接头端103彼此相对，且阳接头端103的端部插入到阴接头端102的孔中。阴接头端102和阳接头端103中的两个或一个转动并手动地夹紧，直到外肩部135配合到阴接头端接触套筒端部121。在手动夹紧时，内肩部125和阳接头端头部端部131之间的间隙形成为宽0mm～0.5mm。接着，阳接头端103和阴接头端102由夹具以预定的夹紧强度夹紧。
根据传统的工具接头101，由于形成有外肩部135和内肩部125，可实现外肩部135及内肩部125分别与阴接头端接触套筒端部121及阳接头端头部端部131的相应的配合面之间的平面接触。此外，由于内肩部125和阳接头端头部端部131之间的间隙形成为在手动夹紧时宽0mm～0.5mm，所以可获得高扭矩，并且外螺纹部133和内螺纹部123内的拉伸应力得以降低。
发明内容
(本发明要解决的问题)然而，传统的双肩部工具接头的特性并不总是足以满足近年来更高的扭矩特性需求。即，由于阳接头端头部长度132a短，当阳接头端头部132随着螺纹夹紧而受压时，阳接头端头部132的压缩偏移甚至在小夹紧角的情况下超过其弹性极限，从而使得阳接头端头部132局部塑性变形。因而，不能提供足够的夹紧角，使得传统的双肩部工具接头的结构并不总是足以满足更高的扭矩特性的需求。
近年来，经常进行长达10km的大位移井和水平井的钻进。在传统的双肩部工具接头中，下面的特征是需要的1)更高的扭矩特性，以抵抗与钻井的孔壁的显著增大的摩擦，2)更大的内直径，以防止在钻进过程中钻液的压力降低，以及3)外直径可与管体的外周部的外直径相同，以提高钻屑的回收效率。这里，为了实现高扭矩特性，阳接头端103和阴接头端102之间的配合面可通过增加外直径以及减小内直径而增加。
然而，如上所述，若内直径减小，钻进时钻液的压力降低将会恶化。此外，若外直径增加，钻屑的回收效率将会下降。更进一步，若降低外螺纹部133和内螺纹部123的锥度以增大阳接头端103和阴接头端102之间的配合面积，操作效率将会下降，因为这种类型的工具接头的螺纹操作需要更长的时间。
因此，本发明的目的是提供一种双肩部工具接头，其中与传统设备相比其可提供更高的扭矩特性且不会降低操作效率。
(解决上述问题的方法)为了实现上述目的，根据本发明的一个特征，双肩部工具接头包括阳接头端，该阳接头端包括具有预定外直径的阳接头端外周部、具有预定内直径的管内周部、具有垂直于管轴线的配合面的外肩部、具有平行于管轴线的外周表面的阳接头端基部、相对于管轴线具有预定锥度的外螺纹部、以及具有平行于管轴线的外周表面及垂直于管轴线的配合面的阳接头端头部；以及阴接头端，该阴接头端包括具有预定外直径的阴接头端外周部、具有预定内直径的管内周部、具有适于与外肩部的配合面相配合的配合面及对应于阳接头端基部的外周表面并且形成为平行于管轴线的内周表面的阴接头端接触套筒、通过螺纹接合到所述外螺纹部的内螺纹部、具有对应于阳接头端头部的外周表面并且形成为平行于管轴线的内周表面的阴接头端端部套筒、和具有适于与阳接头端头部的配合面相配合并且形成为垂直于管轴线的配合面的内肩部。
在本发明中，优选地，当阴接头端外周部或阳接头端外周部的外直径为114.3mm～190.5mm并且阴接头端或阳接头端的管内周部的内直径为50.0mm～114.3mm时，阳接头端头部的外周表面和阴接头端端部套筒的内周表面之间的间隙宽0.5mm～1.6mm。
在本发明中，优选地，当阴接头端外周部或阳接头端外周部的外直径为114.3mm～190.5mm并且阴接头端或阳接头端的管内周部的内直径为50.0mm～114.3mm时，阳接头端基部的外周表面和阴接头端接触套筒的内周表面之间的间隙宽0.5mm～1.6mm。
在本发明中，优选地，当阴接头端外周部或阳接头端外周部的外直径为114.3mm～190.5mm并且阴接头端或阳接头端的管内周部的内直径为50.0mm～114.3mm时，阳接头端头部的长度为12.7mm～38.1mm。
根据本发明的另一特征，双肩部工具接头包括阳接头端，该阳接头端包括具有预定外直径的阳接头端外周部、具有预定内直径的管内周部、具有垂直于管轴线的配合面的外肩部、具有外周表面的阳接头端基部、相对于管轴线具有预定锥度的外螺纹部、和具有锥度小于外螺纹部锥度的外周表面及垂直于管轴线的配合面的阳接头端头部；以及阴接头端，该阴接头端包括具有预定外直径的阴接头端外周部、具有预定内直径的管内周部、具有适于与外肩部的配合面相配合的配合面及对应于阳接头端基部的外周表面的内周表面的阴接头端接触套筒、通过螺纹接合到外螺纹部的内螺纹部、具有对应于阳接头端头部的外周表面并形成为平行于管轴线的内周表面的阴接头端端部套筒、和具有适于与阳接头端头部的配合面相配合并形成为垂直于管轴线的配合面的内肩部。
(本发明的作用)根据本发明的双肩部工具接头，阳接头端基部的外周表面和阴接头端接触套筒的内周表面形成为平行于管轴线，并且阳接头端头部的内周表面和阴接头端端部套筒的外周表面形成为平行于管轴线，使得与传统的双肩部工具接头相比，阴接头端接触套筒端部和阳接头端的外肩部之间的配合面以及阳接头端头部端部和阴接头端的内肩部之间的配合面增大，从而分散了集中在外肩部和内肩部上的应力。因此，工具接头的扭矩抵抗特性得以改善并且钻进效率也得以改善。这里，“平行”的含义包括大致平行的状态，即锥度小的情形。
根据本发明的双肩部工具接头，阳接头端头部的外周表面和阴接头端端部套筒的内周表面之间的间隙形成为宽0.5mm～1.6mm，从而可以改善操作性并且可以增大阳接头端头部端部和内肩部之间的配合面。
根据本发明的双肩部工具接头，阳接头端基部的外周表面和阴接头端接触套筒的内周表面之间的间隙形成为宽0.5mm～1.6mm，从而可以改善操作性并且可以增大阴接头端接触套筒端部和外肩部之间的配合面。
根据本发明的双肩部工具接头，当阴接头端或阳接头端的外周部的外直径为114.3mm～190.5mm并且阴接头端或阳接头端的内周部的内直径为50.0mm～114.3mm时，阳接头端头部的长度为12.7mm～38.1mm，从而可以期望会增大随着螺纹的行进而施加到阳接头端头部的扭矩的弹性极限值，并且可延长设备的使用寿命。
下面将结合附图解释根据本发明的优选实施方式，其中图1是沿传统的双肩部工具接头的轴线的截面图；图2是传统的双肩部工具接头的放大截面图；图3是示出本发明优选实施方式中的双肩部工具接头的整体结构的简图；图4是本发明优选实施方式中的双肩部工具接头沿图3中的管轴线的截面图；图5是本发明优选实施方式中的双肩部工具接头的放大截面图；图6A是沿图4中A-A线的横截面图，示出了优选实施方式中的双肩部工具接头的外肩部和阴接头端接触套筒端部之间的配合面；图6B是沿图1中A′-A′线的横截面图，示出了传统的双肩部工具接头的外肩部和阴接头端接触套筒端部之间的配合面；图7A是沿着图4中B-B线的横截面图，示出了优选实施方式中的双肩部工具接头的内肩部和阳接头端头部端部之间的配合面；图7B是沿着图1中B′-B′线的横截面图，示出了传统的双肩部工具接头的内肩部和阳接头端头部端部之间的配合面；图8示出了在夹紧测试中实施例1、2和对比实施例的屈服强度的曲线图；图9A示出了由有限元方法(FEM)分析提供的本发明优选实施方式中的双肩部工具接头的主要部分中的应力分布的简图；图9B示出了由FEM分析提供的对比实施例中的双肩部工具接头的主要部分中的应力分布的简图。
具体实施例方式
(工具接头的整体结构)图3示出了根据本发明优选实施方式的双肩部工具接头的整体结构。双肩部工具接头1是用于借助螺纹部将阴接头端2和阳接头端3接合起来的管接头工具，其中，阴接头端2形成于钻管4的一端并设置有内螺纹部23，阳接头端3形成于另一钻管4的一端并设置有外螺纹部33。钻管4构造成借助包括阴接头端2和阳接头端3的工具接头1顺序地连接到另一钻管4。
(工具接头的结构)图4是根据本发明优选实施方式的双肩部工具接头沿图3中的管轴线的截面图。
图5是示出了根据本发明优选实施方式的双肩部工具接头的细节结构的放大截面视图。
工具接头1包括具有内螺纹部23的阴接头端2和具有外螺纹部33的阳接头端33。
阴接头端2包括具有平行于管轴线50的内周表面的阴接头端接触套筒22、邻接阴接头端接触套筒22而形成并具有2/12的锥度的内螺纹部23、具有平行于管轴线50的内周表面的阴接头端端部套筒24、形成为垂直于管轴线50的内肩部25、沿着管轴线50提供中空的管内周部41、和构成阴接头端2的外周表面的阴接头端外周部26。阴接头端外周部26如此形成其外直径从管外周部40经过阴接头端侧锥形肩部27而逐渐增大。在图4和5中，简化了外螺纹部33和内螺纹部23的螺纹，以便清晰地示出其锥度。
优选地，阴接头端接触套筒22和阴接头端端部套筒24可各自具有平行于管轴线50的内周表面，但是本发明不限制于此。阴接头端接触套筒22和阴接头端端部套筒24可具有锥度小于内螺纹部23或外螺纹部33的锥度的内周表面。特别是，阴接头端接触套筒22和阴接头端端部套筒24的内周表面相对于管轴线50的锥度优选地不大于1/12。
在本发明中，“平行”的含义包括大致平行的状态，即锥度小的情形。类似地，“垂直于管轴线”的含义包括大致垂直于管轴线的状态。
阳接头端3包括具有形成为平行于管轴线50的外周表面的阳接头端头部32、邻接阳接头端头部32而形成并具有2/12的锥度的外螺纹部33、具有从阳接头端外周部36延伸并形成为平行于管轴线50的外周表面的阳接头端基部34、形成为垂直于管轴线50的外肩部35、和构成阳接头端3的外周表面的阳接头端外周部36。阳接头端外周部36如此形成其外直径从管外周部40经过阳接头端侧锥形肩部37而逐渐增大。
优选地，阳接头端头部32和阳接头端基部34可各自具有形成为平行于管轴线50的外周表面，但是本发明不限制于此。阳接头端头部32和阳接头端基部34可具有锥度小于内螺纹部23或外螺纹部33的锥度的外周表面。特别是，阳接头端头部32和阳接头端基部34的外周表面相对于管轴线50的锥度优选地不大于1/12。
本发明中，“平行”的含义包括大致平行的状态，即锥度小的情形。类似地，“垂直于管轴线”的含义包括大致垂直于管轴线的状态。
本发明中，重要的是使阳接头端头部32的外周表面和阴接头端端部套筒24的内周表面形成为平行于管轴线50。考虑到制造的简化与方便，阳接头端基部34的外周表面和阴接头端接触套筒22的内周表面可不平行于管轴线50，并且可形成为具有与传统设备相似的锥度。
当阴接头端或阳接头端的外直径为114.mm～190.5mm并且阴接头端或阳接头端的内直径为50mm～114.3mm时，阳接头端头部32的长度32a优选地为11mm～49mm。考虑到操作方便性和制造难度，更优选地，阳接头端头部长度32a为12.7mm～38.1mm。
阳接头端头部32的外周表面和阴接头端端部套筒24的内周表面之间的间隙38(阳接头端头部间隙38)构造成宽0.5～1.6mm。这是因为当阳接头端头部间隙38的宽度小于0.5mm时，操作性变差，并且因为当阳接头端头部间隙38的宽度大于1.6mm时，阳接头端头部端部31和阴接头端2的内肩部25之间的配合面不能增大。
阳接头端基部34的外周表面和阴接头端接触套筒22的内周表面之间的间隙39(阳接头端基部间隙39)构造成宽0.5mm～1.6mm。这是因为当阳接头端基部间隙39的宽度小于0.5mm时，操作性变差，以及因为当阳接头端基部间隙39的宽度大于1.6mm时，阴接头端接触套筒21和阳接头端3的外肩部35之间的配合面不能增大。
对于阴接头端2和阳接头端3的材料没有特别的限制，只要其达到根据API Spec.7的标准的足够强度即可。
(工具接头的连接)通过使用本发明优选实施方式中的工具接头而连接钻管将如下进行。首先，阴接头端2和阳接头端3彼此相对，并且阳接头端3的端部插入到阴接头端2的孔中。阴接头端2和阳接头端3的两个或其中任一个转动而夹紧，直到外肩部35和阴接头端接触套筒端部21彼此配合，此外内肩部25和阳接头端头部端部31彼此配合。
(优选实施方式的作用)根据本发明的优选实施方式，阴接头端接触套筒22的内周表面和阳接头端基部34的外周表面形成为平行于管轴线50，并且阴接头端端部套筒24的内周表面和阳接头端头部32的外周表面形成为平行于管轴线50，从而，与传统的工具接头相比，可以增大阳接头端头部32和阴接头端接触套筒22的厚度。因此，与传统的工具接头相比，可以增大阴接头端接触套筒端部21和外肩部35之间的配合面以及阳接头端头部端部31和内肩部25之间的配合面——在传统的工具接头中阴接头端接触套筒的内周表面和阳接头端基部的外周表面以及阴接头端端部套筒的内周表面和阳接头端头部的外周表面具有与外或内螺纹部相同的锥度。根据该结构，可改善扭矩阻抗性，并且工具接头的使用寿命得以延长。
此外，通过增加阳接头端头部长度32a，与传统的工具接头中的短阳接头端(10mm长)相比，可以减小由于阳接头端头部随着螺纹的行进而移动产生的扭矩，从而实现更多的螺纹连接。根据该结构，可改善扭矩阻抗性，并且工具接头的使用寿命得以延长。
然而，若阳接头端头部长度32a大于或等于50m，阳接头端头部32的刚度将变差，将需要更大的夹紧角，并且将增加内外螺纹部23和33及内肩部25的磨损。因而，设备的使用寿命将会缩短。
图6A是沿图4中的A-A线的横截面图，示出了本发明优选实施方式中的双肩部工具接头的外肩部和阴接头端接触套筒端部之间的配合面，而图6B是沿着图1中的A′-A′线的横截面图，示出了传统的双肩部工具接头的外肩部和阴接头端接触套筒端部之间的配合面。
图6A中，“a”表示外肩部35与阴接头端接触套筒端部21配合的配合面的宽度。
另一方面，图6B中，“b”表示外肩部135与阴接头端接触套筒端部121配合的配合面的宽度。
从图6A和6B中清晰可见，形成了对比关系a＞b，即本发明中的宽度a大于传统的工具接头中的宽度b。换言之，由于阴接头端接触套筒22形成为从内螺纹部23的阴接头端接触套筒侧端延伸并平行于管轴线50，所以本发明的配合面的宽度不同于传统的工具接头的配合面的宽度——在传统的工具接头中与内螺纹部123具有相同锥度的阴接头端接触套筒端部121配合到外肩部135。
因而，本发明的外肩部与阴接头端接触套筒端部之间的配合面大于传统的工具接头的配合面。
图7A是沿图4中的B-B线的横截面图，示出了本发明优选实施方式中的双肩部工具接头的内肩部和阳接头端头部端部之间的配合面，而图7B是沿图1中的B′-B′线的横截面图，示出了传统的双肩部工具接头的内肩部和阳接头端头部端部之间的配合面。
在图7A中，“a′”表示内肩部25与阳接头端头部端部31配合的配合面的宽度。
另一方面，在图7B中，“b′”表示内肩部125与阳接头端头部端部131配合的配合面的宽度。
从图7A和7B中清晰可见，形成对比关系a′＞b′，即本发明中的宽度a′大于传统的工具接头中的宽度b′。换言之，由于阳接头端头部32形成为从外螺纹部33的阳接头端头部侧端延伸并平行于管轴线50，所以本发明的配合面的宽度不同于传统的工具接头中的配合面的宽度——在传统的工具接头中与外螺纹部133具有相同锥度的阳接头端头部端部131配合到内肩部125。
因而，本发明的内肩部与阳接头端头部端部之间的配合面大于传统的工具接头的相应配合面。
(实施例1)下面将解释本发明的实施例1。
在实施例1中，阳接头端和阴接头端由根据AISI(美国钢铁协会)标准的SAE 4137H基材料(具有确实的可硬化度的结构用钢材)制成。SAE 4137H基材料的代表成份按重量计算是C 0.37％、Si 0.2％、Mn1.0％、Cr 1.0％、和Mo 0.2％。该材料的强度根据API Spec.7而确定。使用外直径为177.8mm内直径为108.0mm的阳接头端和阴接头端。阳接头端和阴接头端互相螺接并手工夹紧。该手工夹紧角确定为用于基准的手动夹紧位置。接着，当阳接头端和阴接头端借助夹紧工具以预定扭矩夹紧时，标绘夹紧角和扭矩以获得扭曲屈服强度。此时，阳接头端头部平行于管线轴地从外螺纹部的端部突出，并且阳接头端头部没有锥度。阳接头端头部长度为21mm。
测试结果在图8和表1中示出。由该结果可以理解，实施例1中的工具接头的扭曲屈服在108,480N·m处开始(夹紧角为43°)。
(实施例2)下面将解释本发明的实施例2。
除了阳接头端头部长度为11mm外，实施例2构造成与实施例1相同，以获得扭曲屈服强度。
测试结果在图8和表1中示出。由该结果可以理解，实施例2中的工具接头的扭曲屈服在101,700N·m处开始(夹紧角为29°)。
(对比实施例)除了阳接头端头部锥度为2/12并且阳接头端头部长度为11mm外，对比实施例构造成与本发明的实施例1和实施例2相同，以获得扭曲屈服强度。
测试结果在图8和表1中示出。由该结果可以理解，对比实施例中的工具接头的扭曲屈服在82,716N·m处开始(夹紧角为24°)。
在实施例1和实施例2中，已经证实，与对比实施例中的相比，外肩部和阴接头端接触套筒端部之间的配合面以及内肩部和阳接头端头部端部之间的配合面的总和增加约10％，如表1所示。
如图8和表1中清晰示出，与对比实施例中的扭曲屈服强度相比，实施例1中的工具接头的扭曲屈服强度增加约31％，从而证实改善了扭曲阻抗性。由该结果可以理解，通过增加外肩部和阴接头端接触套筒端部之间的配合面以及内肩部和阳接头端头部端部之间的配合面的总和，并通过增加阳接头端头部长度，实施例1中的工具接头具有更高的扭矩特性。
此外，实施例1中的工具接头的扭曲屈服强度是管体扭曲屈服强度(123,800N·m)的87.6％。该值高于管体扭曲屈服强度的80％，这是API标准中的推荐值。
这里，在实施例1中外螺纹部和内螺纹部的锥度是2/12，与对比实施例中的相同。因而，实施例1中的螺纹操作性类似于对比实施例中的螺纹操作性。
此外，如图8和表1中清晰示出，与对比实施例中的扭曲屈服强度相比，实施例2中的工具接头的扭曲屈服强度增加约23％，从而证实改善了扭曲阻抗性。由该结果可以理解，通过增加外肩部和阴接头端接触套筒端部之间的配合面以及内肩部和阳接头端头部端部之间的配合面的总和，实施例2中的工具接头具有更高的扭矩特性。
此外，实施例2中的工具接头的扭曲屈服强度是管体扭曲屈服强度(123,800N·m)的82.1％。该值高于管体扭曲屈服强度的80％，这是API标准中的推荐值。
这里，实施例2中外螺纹部和内螺纹部的锥度是2/12，与对比实施例中的相同。因而，实施例2中的螺纹操作性类似于对比实施例中的螺纹操作性。
(由FEM分析确认扭矩特性)图9A示出了由有限元方法(FEM)分析提供的本发明优选实施方式中的双肩部工具接头的主要部分中的应力分布简图，而图9B示出了由FEM分析提供的对比实施例中的双肩部工具接头的主要部分中的应力分布的简图。下面将通过比较其最大应力区域(网格区域)而解释本发明的实施例1和对比实施例中的应力分布的差别，其在所述区域中产生91.8kgf/m2～133kgf/m2的应力。这里，阳接头端3、103的屈服应力和阴接头端2、102的屈服应力是91.4kgf/m2。
在图9B中，示出了对比实施例中的阳接头端103的应力分布。在内肩部125处产生的压应力与在阳接头端103的外螺纹部133和内螺纹部123的接合面的内肩部侧端处产生的直径减小应力互相结合。阳接头端头部132的截面示出在阳接头端头部132的所有区域产生大于屈服应力的应力。此外，在从阴接头端接触套筒122延伸到外螺纹部133和内螺纹部123的接合面的外肩部侧端的区域内产生大于屈服应力的应力。
另一方面，在图9A中，示出了实施例1中的阳接头端头部长度32为21mm的阳接头端3的应力分布。即使施加与对比实施例中相同的扭矩，在与阳接头端头部端部31配合的内肩部25处产生的压应力不会干涉到在阳接头端3的外螺纹部33和内螺纹部23的接合面的内肩部侧端处产生的直径减小应力。阳接头端头部32的截面示出在阳接头端头部32的所有区域内不会产生导致屈服的应力，即导致屈服的应力部分地受到抑制。此外，导致屈服的应力不在从阴接头端接触套筒22延伸到外螺纹部33和内螺纹部23的接合面的外肩部侧端的所有区域内产生，即导致屈服的应力部分地受到抑制。
图9A和9B中示出了产生从82.6gf/m2～91.8kgf/m2应力的区域以及产生从73.4gf/m2～82.6kgf/m2应力的区域，以作参考。另一方面，从图中省去了在诸如内螺纹部23、123或外螺纹部33、133的其它区域内产生的应力分布。
如上所述，与对比实施例相比，实施例1的工具接头可设置有更大的转动角度，并且可在其上施加更高的扭矩。
工业实用性根据本发明的双肩部工具接头可用作用于钻油井和气井的钻管的工具接头，更具体地，适于在用于钻延伸达10km的大位移井或水平井的钻管中使用。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种双肩部工具接头，包括阳接头端，该阳接头端包括阳接头端外周部，其具有预定的外直径；管内周部，其具有预定的内直径；外肩部，其具有垂直于管轴线的配合面；阳接头端基部，其具有平行于所述管轴线的外周表面；外螺纹部，其相对于所述管轴线具有预定锥度；和阳接头端头部，其具有在所述阳接头端头部的整个长度上平行于所述管轴线的外周表面及垂直于所述管轴线的配合面，所述外周表面包括梢部；以及阴接头端，该阴接头端包括阴接头端外周部，其具有预定的外直径；管内周部，其具有预定的内直径；阴接头端接触套筒，其具有适于与所述外肩部的所述配合面相配合的配合面，及与所述阳接头端基部的所述外周表面相对应并平行于所述管轴线的内周表面；内螺纹部，其通过螺纹接合到外螺纹部；阴接头端端部套筒，其具有与所述阳接头端头部的所述外周表面相对应并平行于所述管轴线的内周表面；和内肩部，其具有适于与所述阳接头端头部的所述配合面相配合并垂直于所述管轴线的配合面。
2.如权利要求1所述的双肩部工具接头，其中当所述阴接头端外周部或所述阳接头端外周部的外直径为114.3mm～190.5mm并且所述阴接头端或阳接头端的所述管内周部的内直径为50.0mm～114.3mm时，所述阳接头端头部的所述外周表面和所述阴接头端端部套筒的所述内周表面之间的间隙宽0.5mm～1.6mm。
3.如权利要求1所述的双肩部工具接头，其中
当所述阴接头端外周部或所述阳接头端外周部的外直径为114.3mm～190.5mm并且所述阴接头端或阳接头端的所述管内周部的内直径为50.0mm～114.3mm时，所述阳接头端基部的所述外周表面和所述阴接头端接触套筒的所述内周表面之间的间隙宽0.5mm～1.6mm。
4.如权利要求1所述的双肩部工具接头，其中当所述阴接头端外周部或所述阳接头端外周部的外直径为114.3mm～190.5mm并且所述阴接头端或阳接头端的管内周部的内直径为50.0mm～114.3mm时，所述阳接头端头部的长度为12.7mm～38.1mm。
5.如权利要求1所述的双肩部工具接头，其中当所述阴接头端外周部或所述阳接头端外周部的外直径为114.3mm～190.5mm并且所述阴接头端或阳接头端的所述管内周部的内直径为50.0mm～114.3mm时，所述阳接头端头部的所述外周表面和所述阴接头端端部套筒的所述内周表面之间的间隙宽0.5mm～1.6mm，并且所述阳接头端头部的长度为12.7mm～38.1mm。
6.如权利要求1所述的双肩部工具接头，其中所述阳接头端头部的所述外周表面和所述阴接头端端部套筒的所述内周表面之间的间隙基本上等于所述阳接头端基部的所述外周表面和所述阴接头端接触套筒的所述内周表面之间的间隙。
7.一种双肩部工具接头，包括阳接头端，该阳接头端包括阳接头端外周部，其具有预定的外直径；管内周部，其具有预定的内直径；外肩部，其具有垂直于管轴线的配合面；阳接头端基部，其具有外周表面；外螺纹部，其相对于所述管轴线具有预定的锥度；和阳接头端头部，在所述阳接头端头部的整个长度上平行于所述管轴线的外周表面及垂直于所述管轴线的配合面，所述外周表面包括梢部；以及阴接头端，该阴接头端包括阴接头端外周部，其具有预定的外直径；管内周部，其具有预定的内直径；阴接头端接触套筒，其具有适于与所述外肩部的所述配合面相配合的配合面，及与所述阳接头端基部的所述外周表面相对应的内周表面，所述内周表面的锥度小于所述内螺纹部分的锥度；内螺纹部，其通过螺纹接合到外螺纹部；阴接头端端部套筒，其具有与所述阳接头端头部的所述外周表面相对应并平行于所述管轴线的内周表面；和内肩部，其具有适于与所述阳接头端头部的所述配合面相配合并垂直于管轴线的配合面。
权利要求
1.一种双肩部工具接头，包括阳接头端，该阳接头端包括阳接头端外周部，其具有预定的外直径；管内周部，其具有预定的内直径；外肩部，其具有垂直于管轴线的配合面；阳接头端基部，其具有平行于所述管轴线的外周表面；外螺纹部，其相对于所述管轴线具有预定锥度；和阳接头端头部，其具有平行于所述管轴线的外周表面及垂直于所述管轴线的配合面；以及阴接头端，该阴接头端包括阴接头端外周部，其具有预定的外直径；管内周部，其具有预定的内直径；阴接头端接触套筒，其具有适于与所述外肩部的所述配合面相配合的配合面，及与所述阳接头端基部的所述外周表面相对应并平行于所述管轴线的内周表面；内螺纹部，其通过螺纹接合到外螺纹部；阴接头端端部套筒，其具有与所述阳接头端头部的所述外周表面相对应并平行于所述管轴线的内周表面；和内肩部，其具有适于与所述阳接头端头部的所述配合面相配合并垂直于所述管轴线的配合面。
2.如权利要求1所述的双肩部工具接头，其中当所述阴接头端外周部或所述阳接头端外周部的外直径为114.3mm～190.5mm并且所述阴接头端或阳接头端的所述管内周部的内直径为50.0mm～114.3mm时，所述阳接头端头部的所述外周表面和所述阴接头端端部套筒的所述内周表面之间的间隙宽0.5mm～1.6mm。
3.如权利要求1所述的双肩部工具接头，其中当所述阴接头端外周部或所述阳接头端外周部的外直径为114.3mm～190.5mm并且所述阴接头端或阳接头端的所述管内周部的内直径为50.0mm～114.3mm时，所述阳接头端基部的所述外周表面和所述阴接头端接触套筒的所述内周表面之间的间隙宽0.5mm～1.6mm。
4.如权利要求1所述的双肩部工具接头，其中当所述阴接头端外周部或所述阳接头端外周部的外直径为114.3mm～190.5mm并且所述阴接头端或阳接头端的管内周部的内直径为50.0mm～114.3mm时，所述阳接头端头部的长度为12.7mm～38.1mm。
5.一种双肩部工具接头，包括阳接头端，该阳接头端包括阳接头端外周部，其具有预定的外直径；管内周部，其具有预定的内直径；外肩部，其具有垂直于管轴线的配合面；阳接头端基部，其具有外周表面；外螺纹部，其相对于所述管轴线具有预定的锥度；和阳接头端头部，其具有锥度小于所述外螺纹部的所述锥度的外周表面及垂直于所述管轴线的配合面；以及阴接头端，该阴接头端包括阴接头端外周部，其具有预定的外直径；管内周部，其具有预定的内直径；阴接头端接触套筒，其具有适于与所述外肩部的所述配合面相配合的配合面及与所述阳接头端基部的所述外周表面相对应的内周表面；内螺纹部，其通过螺纹接合到外螺纹部；阴接头端端部套筒，其具有与所述阳接头端头部的所述外周表面相对应并平行于所述管轴线的内周表面；和内肩部，其具有适于与所述阳接头端头部的所述配合面相配合并垂直于管轴线的配合面。
全文摘要
在用于钻油井或气井的钻管上使用的工具接头1。阳接头端3设置有外肩部35、具有平行于管轴线50的外周表面的阳接头端基部34、相对于管轴线50具有预定锥度的外螺纹部33、和具有平行于管轴线50的外周表面的阳接头端头部32。阴接头端2设置有具有平行于管轴线50的内周表面的阴接头端接触套筒22、通过螺纹接合到外螺纹部33的内螺纹部23、具有对应于阳接头端头部32的所述外周表面的内周表面的阴接头端端部套筒24、和内肩部25。通过增加外肩部35和阴接头端接触套筒端部21之间的配合面以及内肩部25和阳接头端头部端部31之间的配合面的总和，实现更高的扭矩特性，且不降低操作性。
文档编号E21B17/02GK1934386SQ20058000908
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月30日 优先权日2004年3月31日
发明者松岛顺, 佐仓弘持, 桑野岳志 申请人:Nkk钢管株式会社