专利名称：一种双台肩钻杆接头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钻杆接头，特别是一种双台肩钻杆接头，属于石油钻杆接头
连接技术领域。
背景技术：
钻杆是钻探石油和天然气所必须的工具，几百根钻杆通过连接螺纹连接起来，组 成长达几千米的钻柱。钻柱需要承受很大的扭矩和很高的内部压力，其接头部位是整个钻 柱中最薄弱的环节。目前油田上广泛使用的钻杆接头是API接头，见附图2。这种接头是按 照API标准生产制造的，其结构是在钻杆管体的两端各对焊一个母接头1和一个公接头7。 在母接头上设置有内螺纹4和端面台肩6，在公接头上设置外螺纹ll和直角台肩9。接头 在使用时，内螺纹4和外螺纹11互相啮合，端面台肩6与直角台肩9则发生过盈配合，承担 上扣扭矩并起密封作用。这种接头的缺点是，端面台肩与直角台肩过盈配合后产生很大的 反作用力，该反作用力作用在各个啮合螺纹上，反作用力在各个螺纹上的分布是很不均匀 的，主要由靠近台肩的几牙啮合螺纹来承担，远离台肩的啮合螺纹受力却很小，造成台肩处 的螺纹应力集中严重，接头很容易在此处损坏。为了减小此处的应力集中，只有减小端面台 肩与直角台肩配合的过盈量，从而造成接头的抗扭能力不足。 为了弥补API接头的缺陷，出现了各种各样的双台肩钻杆接头。经对现有技术文 献的检索发现，中国专利公开号为CN 2725501Y，
公开日为2005年9月14日，实用新型专 利名称为"双台肩钻杆接头"，该专利对上述API螺纹接头进行了改进，增加了一个扭矩台 肩。本实用新型的最大特点是，增加一个扭矩台肩以后，接头仍可以和API接头互换。要做 到互换，螺纹的锥度、形状、中径尺寸等都必须与API接头一样，外台肩的厚度、长度也必须 与API接头一样。因此，该实用新型对接头抗扭性能的提高、应力集中程度的改善等都是有 限的。
发明内容本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种具有更高抗扭性能的双台肩钻杆接 头。本实用新型不但具有更高的抗扭性能、更低的应力集中程度，而且具有更大的接头内 径，使流体流过钻杆时流动阻力更小。 按照本实用新型提供的技术方案，所述双台肩钻杆接头，包括母接头和公接头，其 特征是在母接头从前到后依次设置端面主台肩、主台肩圆柱孔、内螺纹、副台肩圆柱孔和 副台肩；相应地，在公接头上从前到后依次设置主台肩、主台肩圆柱面、外螺纹、副台肩圆柱 面和端面副台肩；接头正常拧紧后，内螺纹与外螺纹相互啮合，保证了接头的连接强度，端 面主台肩和主台肩接触，端面副台肩与副台肩接触，产生过盈，分担上扣扭矩。 主台肩和端面副台肩之间的轴向距离为Lp端面主台肩和副台肩之间的轴向距离 为！^，其中L厂l^ = 0. 05 0. 15mm。主台肩圆柱孔的长度为12，副台肩圆柱面的长度为^ ; 其中，12 = 35 45mm山=20 25mm。在主台肩的根部与主台肩圆柱面的结合部设置应
3力释放槽，应力释放槽的断面为半圆形，半圆形的圆心在主台肩面的端面上，半圆形的半径 R为0. 8 2. 4mm。 与现有技术相比，本实用新型有显著进步，具体表现在1、具有两个扭矩台肩，接 头拧紧时，主台肩首先接触，产生弹性变形，然后副台肩接触，两个台肩共同承担上扣扭矩， 这样，副台肩承担的扭矩即为该新型接头抗扭能力提高的部分；2、延长了母接头主台肩圆 柱孔的长度，同时延长了接头副台肩圆柱面的长度，这样，台肩上的反力经过较长的缓冲， 才传递到螺纹，因此该接头的抗扭能力又进一步改善；3、在公接头的主台肩根部设置了应 力释放槽，使接头的应力集中下降。经过上述措施，该实用新型接头的抗扭能力达到普通接 头的1.4 1.6倍。
图1本实用新型连接示意图。 图2是传统的API接头示意图。 图中1、母接头，2、副台肩，3、副台肩圆柱孔，4、内螺纹，5、主台肩圆柱孔，6、主台 肩，7、公接头，8、应力释放槽，9、主台肩，10、主台肩圆柱面，11、外螺纹，12、副台肩圆柱面， 13、副台肩。
具体实施方式所述双台肩钻杆接头，包括母接头1和公接头7，在母接头1上从前到后依次设置 端面主台肩6、主台肩圆柱孔5、内螺纹4、副台肩圆柱孔3和副台肩2 ;相应地，在公接头7 上从前到后依次设置主台肩9、主台肩圆柱面10、外螺纹11、副台肩圆柱面12和端面副台肩 13 ;接头正常拧紧后，内螺纹4与外螺纹11相互啮合，保证了接头的连接强度，端面主台肩 6和主台肩9接触，端面副台肩13与副台肩)接触，产生过盈，分担上扣扭矩。 主台肩9和端面副台肩13之间的轴向距离为L"端面主台肩6和副台肩2之间的 轴向距离为1^，其中L厂l^ = 0.05 0. 15mm。主台肩圆柱孔5的长度为12，副台肩圆柱面 12的长度为L ;其中，12 = 35 45mm山=20 25mm。在主台肩9的根部与主台肩圆柱 面10的结合部设置应力释放槽8，应力释放槽8的断面为半圆形，半圆形的圆心在主台肩面 9的端面上，半圆形的半径R为0. 8 2. 4mm。 其中内螺纹和外螺纹的锥度、齿高、螺距等与API接头的螺纹完全相同，这样不会 增加加工难度，且容易检测。接头正常拧紧后，内、外螺纹相互啮合，可以提供与API接头相 同的连接强度。接头拧紧时，母接头上的端面主台肩6与公接头上的主台肩9首先接触，产 生过盈配合，当过盈量达到O. 05 0. 15mm时，母接头上的副台肩2与公接头上的端面副台 肩13开始接触，产生过盈配合。这样，上扣扭矩由主台肩和副台肩共同承担，主台肩承受的 扭矩相当于普通API接头的扭矩，副台肩承受的扭矩就是提高的抗扭能力。 为了保证该实用新型的主台肩能首先接触，设计时，内、外螺纹的总长度取不同的 数值，其中公接头主台肩9和端面副台肩13之间的轴向距离为k，母接头端面主台肩6和 副台肩2之间的轴向距离为L2， L厂l^ = 0. 05 0. 15mm。这样，主台肩首先接触，发生弹性 变形，当变形量达到0. 05 0. 15mm时，副台肩开始接触，这样，扭矩可以合理地分担在两个 台肩上。
4[0015] 为了进一步提高台肩的抗扭能力，延长母接头主台肩圆柱孔的长度，同时延长接 头副台肩圆柱面的长度。具体数值为母接头主台肩圆柱孔的长度为12，公接头副台肩圆柱 面的长度为L。其中，12 = 35 45mm山=20 25mm。这样，台肩上的反力经过较长的缓 冲，才传递到螺纹，母接头主台肩圆柱孔和公接头副台肩圆柱面可以吸收一部分弹性变形， 因此该接头比普通的API接头(见附图2)抗扭能力又进一步改善。 对普通API接头来说，在公接头的主台肩根部，拧紧后会产生很大的应力集中，该 应力集中区的应力一旦超出材料的屈服极限，将产生永久形变形，影响接头的使用寿命。为 了解决这一问题，本实用新型在公接头(7)的主台肩(9)根部设置应力释放槽，应力释放槽 为半圆形，圆心在主台肩面上，其半径R为0. 8 2. 4mm。 经过以上措施，该新型接头的抗扭能力可达到普通接头的1.4 1.6倍。 本实用新型的第一个实施例是用于X95钢级的O73.03X9. 19mm钻杆，母接头和 公接头的外径是104. 78mm，内径50. 8mm。其中公接头主台肩和副台肩之间的轴向距离 =98.81mm，母接头主台肩和副台肩之间的轴向距离L2 = 98. 91mm。母接头主台肩圆柱孔 的长度为12 = 35mm，公接头副台肩圆柱面的长度为^ = 25mm。在公接头的主台肩根部设 置应力释放槽，应力释放槽为半圆形，圆心在主台肩面上，其半径1 = 1.2mm。对于该规格 的普通API接头来说，接头的抗扭强度是17890N-m，对于新型接头来说，接头的抗扭强度是 25040N-m，比API接头提高了 40%。 本实用新型的第二个实施是用于S135钢级的①127X 19. 5mm钻杆，母接头和公 接头的外径是168. 28mm，内径69. 85mm。其中公接头主台肩和副台肩之间的轴向距离= 124. 79mm，母接头主台肩和副台肩之间的轴向距离1^ = 124. 89mm。母接头主台肩圆柱孔 的长度为12 = 40mm，公接头副台肩圆柱面的长度为^ = 25mm。在公接头的主台肩根部设 置应力释放槽，应力释放槽为半圆形，圆心在主台肩面上，其半径1 = 2.0mm。对于该规格 的普通API接头来说，接头的抗扭强度是85960N-m，对于新型接头来说，接头的抗扭强度是 118600N-m，比API接头提高了 38%。
权利要求一种双台肩钻杆接头，包括母接头(1)和公接头(7)，其特征是在母接头(1)从前到后依次设置端面主台肩(6)、主台肩圆柱孔(5)、内螺纹(4)、副台肩圆柱孔(3)和副台肩(2)；相应地，在公接头(7)上从前到后依次设置主台肩(9)、主台肩圆柱面(10)、外螺纹(11)、副台肩圆柱面(12)和端面副台肩(13)；接头正常拧紧后，内螺纹(4)与外螺纹(11)相互啮合，保证了接头的连接强度，端面主台肩(6)和主台肩(9)接触，端面副台肩(13)与副台肩(2)接触，产生过盈，分担上扣扭矩。
2. 如权利要求l所述的双台肩钻杆接头，其特征在于主台肩(9)和端面副台肩(13) 之间的轴向距离为Lp端面主台肩(6)和副台肩(2)之间的轴向距离为1^，其中L厂1^二 0. 05 0. 15mm。
3. 如权利要求1所述的双台肩钻杆接头，其特征在于主台肩圆柱孔(5)的长度为12， 副台肩圆柱面(12)的长度为L ;其中，12 = 35 45mm山=20 25mm。
4. 如权利要求l所述的双台肩钻杆接头，其特征在于在主台肩(9)的根部与主台肩 圆柱面(10)的结合部设置应力释放槽(8)，应力释放槽(8)的断面为半圆形，半圆形的圆心 在主台肩面(9)的端面上，半圆形的半径R为0.8 2.4mm。
专利摘要本实用新型涉及一种钻杆接头，特别是一种双台肩钻杆接头，属于石油钻杆接头连接技术领域。按照本实用新型提供的技术方案，所述双台肩钻杆接头，包括母接头和公接头，其特征是在母接头从前到后依次设置端面主台肩、主台肩圆柱孔、内螺纹、副台肩圆柱孔和副台肩；相应地，在公接头上从前到后依次设置主台肩、主台肩圆柱面、外螺纹、副台肩圆柱面和端面副台肩；接头正常拧紧后，内螺纹与外螺纹相互啮合，保证了接头的连接强度，端面主台肩和主台肩接触，端面副台肩与副台肩接触，产生过盈，分担上扣扭矩。与普通双台肩接头相比，延长了母接头主台肩圆柱孔和公接头副台肩圆柱面的长度，使两个台肩的抗扭能力进一步提高。
文档编号E21B17/042GK201513136SQ20092023629
公开日2010年6月23日 申请日期2009年9月27日 优先权日2009年9月27日
发明者张毅, 高连新 申请人:无锡西姆莱斯石油专用管制造有限公司