一种新型钻具内螺纹应力分散槽结构的制作方法

本实用新型涉及钻井工具技术领域，尤其涉及一种新型钻具内螺纹应力分散槽结构。

背景技术：

在石油钻井过程中，钻铤的主要作用是给钻头施加足够的钻压，以破碎井底岩石，实现钻进，同时减轻钻头的振动、摆动和跳动等，使钻头平稳工作。钻柱承受拉伸、弯曲、扭转、内压、外压等多种载荷，工作条件恶劣，因此下部钻具组合经常出现钻具失效事故。而钻铤损坏基本上都发生在钻铤螺纹联接处，当不带应力分散槽的内外螺纹连接时，内外螺纹疲劳区容易出现有伤缺陷、疲劳断裂。内螺纹水眼端部没有园滑过度，不能减少涡流，从而产生水利学上的“空穴波及现象”导致螺纹线裂纹和孔刺漏。当带应力分散槽的内外螺纹连接，螺纹每次需要修复时，需要去掉部分长度，钻挺短于8m将报废。

技术实现要素：

实用新型的目的为解决背景存在的缺点，提出了不带应力减轻槽的外螺纹，让外螺纹强度偏高，内螺纹强度偏低的一种新型钻具内螺纹应力分散槽结构，包括外表面、内表面与前端部分，所述外表面与内表面为一体结构，所述外表面呈圆柱形结构，所述内表面沿前端部分依次包括第一内表面、第二内表面与第三内表面与第四内表面，所述内表面的第一内表面设有内螺纹，所述第一内表面与外表面的垂直距离沿远离前端部分的方向呈逐渐增大的趋势，所述第二内表面平行于外表面，所述第三内表面、第四内表面与外表面的垂直距离沿远离前端部分的方向呈逐渐增大的趋势，所述第四内表面与第三内表面的夹角呈钝角，所述前端部分垂直于所述外表面，所述第一内表面、第二内表面、第三内表面与第四内表面依次连接组成应力分散槽，所述应力分散槽呈U型结构。

对本实用新型的进一步描述，所述外表面开有凹槽，或者所述外表面呈一层阶梯型结构，或者所述外表面呈无凹槽的水平结构。

对本实用新型的进一步描述，所述前端部分与外表面的连接处呈光滑的圆弧状。

对本实用新型的进一步描述，所述第一内表面的长度大于第二内表面、第三内表面与第四内表面。

对本实用新型的进一步描述，所述第四内表面距外表面的垂直距离大于第三内表面、第二内表面、第一内表面距外表面的垂直距离。

采用上述技术方案，具有如下有益效果：

本实用新型让外螺纹强度偏高，内螺纹强度偏低，此时内螺纹弯曲应力发生在内螺纹应力区，因为有应力分散槽的存在，钻具螺纹易疲劳区断裂破坏时间大大延长，增强了使用寿命，在外螺纹和内螺纹上不相互啮合的螺纹处加工应力分散槽，能够改善钻铤连接部位的性能，可以对比的疲劳损坏弯曲周期分别是 393000次(带API应力分散槽)和240000次(不带应力分散槽)，使用内外螺纹应力分散槽结构，螺纹连接的抗疲劳强度会显著提高。

附图说明

图1为本实用新型的截面结构示意图1；

图2为本实用新型的截面结构示意图2；

图3为本实用新型的截面结构示意图3；

图4为本实用新型的应力分散槽外径最佳值表；

1-应力分散槽；2-外表面；31-凹槽；4-内螺纹；5-前端部分；6-第四内表面；7-第一内表面；8-第二内表面；9-第三内表面；32-阶梯型结构；33-水平结构。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

实施例1：如图1所示的一种新型钻具内螺纹应力分散槽结构，包括外表面2、内表面与前端部分5，所述外表面2与内表面为一体结构，所述外表面2呈圆柱形结构，所述内表面沿前端部分5依次包括第一内表面7、第二内表面8与第三内表面9与第四内表面6，所述内表面的第一内表面7设有内螺纹4，所述第一内表面7与外表面2的垂直距离沿远离前端部分5的方向呈逐渐增大的趋势，所述第二内表面8平行于外表面2，所述第三内表面9、第四内表面6与外表面2的垂直距离沿远离前端部分5的方向呈逐渐增大的趋势，所述第四内表面6与第三内表面9的夹角呈钝角，所述前端部分5垂直于所述外表面2，所述第一内表面7、第二内表面8、第三内表面9与第四内表面6依次连接组成应力分散槽1，所述应力分散槽 1呈U型结构，所述外表面2开有凹槽31，所述前端部分5与外表面2的连接处呈光滑的圆弧状，所述第一内表面7的长度大于第二内表面8、第三内表面9与第四内表面6，所述第四内表面6距外表面2的垂直距离大于第三内表面9、第二内表面8、第一内表面7距外表面2的垂直距离。

实施例2：如图2所示的一种新型钻具内螺纹应力分散槽结构，包括外表面2、内表面与前端部分5，所述外表面2与内表面为一体结构，所述外表面2呈圆柱形结构，所述内表面沿前端部分5依次包括第一内表面7、第二内表面8与第三内表面9与第四内表面6，所述内表面的第一内表面7设有内螺纹4，所述第一内表面7与外表面2的垂直距离沿远离前端部分5的方向呈逐渐增大的趋势，所述第二内表面8平行于外表面2，所述第三内表面9、第四内表面6与外表面2的垂直距离沿远离前端部分5的方向呈逐渐增大的趋势，所述第四内表面6与第三内表面9的夹角呈钝角，所述前端部分5垂直于所述外表面2，所述第一内表面7、第二内表面8、第三内表面9与第四内表面6依次连接组成应力分散槽1，所述应力分散槽 1呈U型结构，所述外表面2呈一层阶梯型结构32，所述前端部分5与外表面2的连接处呈光滑的圆弧状，所述第一内表面7的长度大于第二内表面8、第三内表面9与第四内表面6，所述第四内表面6距外表面2 的垂直距离大于第三内表面9、第二内表面8、第一内表面7距外表面2的垂直距离。

实施例3：如图3所示的一种新型钻具内螺纹应力分散槽结构，包括外表面2、内表面与前端部分5，所述外表面2与内表面为一体结构，所述外表面2呈圆柱形结构，所述内表面沿前端部分5依次包括第一内表面7、第二内表面8与第三内表面9与第四内表面6，所述内表面的第一内表面7设有内螺纹4，所述第一内表面7与外表面2的垂直距离沿远离前端部分5的方向呈逐渐增大的趋势，所述第二内表面8平行于外表面2，所述第三内表面9、第四内表面6与外表面2的垂直距离沿远离前端部分5的方向呈逐渐增大的趋势，所述第四内表面6与第三内表面9的夹角呈钝角，所述前端部分5垂直于所述外表面2，所述第一内表面7、第二内表面8、第三内表面9与第四内表面6依次连接组成应力分散槽1，所述应力分散槽 1呈U型结构，所述外表面2呈无凹槽31的水平结构33，所述前端部分5与外表面2的连接处呈光滑的圆弧状，所述第一内表面7的长度大于第二内表面8、第三内表面9与第四内表面6，所述第四内表面6 距外表面2的垂直距离大于第三内表面9、第二内表面8、第一内表面7距外表面2的垂直距离。

根据钻铤弯曲强度比计算公式，钻铤内外螺纹连接时，弯曲强度比的大小决定了钻铤内外螺纹的弯曲断裂取向，当弯曲强度比大于2.5时，则内螺纹4强度偏大，则弯曲将发生在外螺纹接头根部产生大的应力集中，使外螺纹疲劳破坏。反之，当弯曲强度比小于2.5时，则外螺纹强度偏大，则弯曲将发生在内螺纹4接头根部与外螺纹小端附近产生大的应力集中，使内螺纹4疲劳破坏。钻具经过一段时间的使用后，钻具外径必定会磨小，而且比钻铤水眼磨损的要快的多，其他尺寸基本不变，所以钻铤外径的大小，决定了弯曲强度比的大小。

相互连接同一型号的内外螺纹之间在不断互换，井下钻具内外螺纹连接之间的弯曲强度比值不可能相同，因为钻具外径、内径、外螺纹长度及倒角、内螺纹4开口长度及倒角、钻具内外径与螺纹的同轴度都决定了相连接的内外螺纹之间的弯曲强度比实际值。内螺纹4应力分散槽1结构设计理念，选择实际使用中的钻具最大内径值在弯曲强度比小于2.5:1配合时的最佳外径值，目的是保证外螺纹强度偏大，同时保证内螺纹4应力分散槽1结构的强度在API RP 7G推荐范围内。

当钻具外径小于和等于图4外径时，采用图3进行内外螺纹连接。

当钻具外径大于图4外径时，采用图2和图3进行内外螺纹连接。

本实用新型让外螺纹强度偏高，内螺纹4强度偏低，此时内螺纹4弯曲应力发生在内螺纹4应力区，因为有应力分散槽1的存在，钻具螺纹易疲劳区断裂破坏时间大大延长。

以上描述了本实用新型的基本原理和主要特征，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。