钻具外螺纹应力分散槽及其修复方法与流程

本发明涉及油田钻具技术领域，尤其是涉及一种钻具外螺纹应力分散槽及其修复方法。

背景技术：

石油钻铤在井眼中承受着非常复杂的载荷，特别是钻铤接头，几乎同时承受内压、钻压、轴力、弯曲应力和扭矩力的共同作用，在钻井的过程中因泥浆的循环和钻柱的震动使这些载荷处于动态，钻铤受力更加复杂，由于钻铤本体的刚性大，而螺纹部分相对薄弱，因此在钻铤螺纹处常有失效发生，钻铤断裂事故的不断增加给油田和井队增加了施工成本，影响了井队生产任务的正常进行。

由于在钻井中所用加钻压的钻铤，其连接螺纹因受交变应力的影响，容易产生疲劳而断裂：api标准螺纹模型下钻铤接头受力最大部位在内螺纹啮合处的最后一扣螺纹根部，与实物中易断裂位置相对应，因此认为钻铤是由于受力复杂使螺纹在该处造成应力集中所产生的疲劳断裂。因此美国石油学会(简称api)发明设置了钻具螺纹应力分散槽，在钻铤的内、外螺纹消失处加工应力分散槽以减轻易断部位的应力集中。虽然带应力分散槽的钻具在螺纹部位发生断裂事故有所减少，但仍然存在。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：api标准外螺纹应力分散槽的宽度为25.4±0.8mm。由于应力分散槽部位凹槽深度为12.7mm，钻铤螺纹损坏需要修复时就必须切掉80mm-90mm才能重新加工螺纹。

用上述办法切修，每根钻铤的有效使用长度只能切5次，这样钻铤的使用寿命发挥不了极致，钻铤一根价值几万元，因而，钻铤材料浪费相当大，并且更进一步缩短了钻铤的使用寿命。

由于api钻具外螺纹应力分散槽修复浪费很大，导致油田各有关单位都不愿意去实施，因此，在钻井过程中就难免造成了一些钻铤断裂失效事故。

有的研究者设计用一种let应力分散减轻槽来代替api钻具外螺纹应力分散槽，其修复方法是把应力部位牙高削平2/3来减轻应力，由于还有1/3牙高，其效果不是很满意，仍有断裂事故发生。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供钻具外螺纹应力分散槽及其修复方法，以解决现有技术中存在的现有外螺纹应力分散槽的结构及其修复方法虽然能减轻螺纹处应力集中，但大幅缩减了钻铤使用寿命的技术问题；本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种钻具外螺纹应力分散槽，所述外螺纹应力分散槽设置于钻具接头上的外螺纹最后啮合处；所述外螺纹应力分散槽的起始槽宽为21mm-24mm，且所述外螺纹应力分散槽在修复后的槽宽小于等于31mm。

优选的，所述外螺纹应力分散槽的槽宽为22.5±0.4mm。

优选的，修复后所述外螺纹应力分散槽的槽宽为28.5±0.4mm。

优选的，所述外螺纹应力分散槽与外螺纹的根部之间设置有连接圆弧。

优选的，所述连接圆弧与所述外螺纹应力分散槽的槽底相切。

优选的，所述连接圆弧的圆心角为45±1°。

本发明还提供了一种基于上述钻具外螺纹应力分散槽的修复方法，包括以下步骤：

s1：第一次修复时，对所述外螺纹应力分散槽的侧壁赶修将所述外螺纹应力分散槽扩宽，且赶修扩宽后所述外螺纹应力分散槽的宽度小于等于31mm；

s2：第二次修复时，将所述外螺纹应力分散槽所在的所述钻具接头的端部切弃70-90mm；

s3：之后需要修复时，依次重复步骤s1、步骤s2。

优选的，在步骤s1中，每次对所述外螺纹应力分散槽的赶修量为5mm-7mm。

优选的，在步骤s1中，每次对所述外螺纹应力分散槽的赶修量为6mm。

优选的，在步骤s1中，对所述外螺纹应力分散槽赶修后，所述外螺纹应力分散槽的宽度为28.5±0.4mm。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明提供的钻具外螺纹应力分散槽，相较于现有api的外螺纹应力分散槽宽度减少，因此，可通过赶修扩宽外螺纹应力分散槽以及切弃相结合的方式来修复，能够延长钻铤的使用寿命。且考虑到在外螺纹消失处增加了外螺纹应力分散槽后，啮合的完整扣长度缩短，故该外螺纹应力分散槽在修复后的槽宽不超过31mm，同时保证了外螺纹啮合扣的强度。

2、本发明提供的钻具外螺纹应力分散槽修复方法，通过依次交替采用赶修扩宽外螺纹应力分散槽的宽度、切弃部分外螺纹应力分散槽所在的接头端两种方式，可将外螺纹应力分散槽的修复次数提高至12次左右，相较于之前只能切弃钻铤的方法，能够将钻铤的使用寿命提高一倍。钻铤每口井用50根左右，每个单位每年可以节省近100万元左右的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是钻具外螺纹应力分散槽结构示意图；

图2是钻具外螺纹应力分散槽在修复后的结构示意图。

图中1、外螺纹；2、外螺纹应力分散槽；3、钻具接头。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参照图1、图2所示，图1是钻具外螺纹应力分散槽的结构示意图，图2是钻具外螺纹应力分散槽在修复后的结构示意图。

现有的nc50外螺纹应力分散槽槽宽为25.4±0.8mm，且槽深度为12.7mm，因此在修复损伤螺纹时，只能切弃钻铤外螺纹应力分散槽所在的接头端部，钻铤昂贵，耗费十分之大，且每根钻铤的有效使用长度只能切5次左右。

实施例1

本实施例提供了一种钻具外螺纹应力分散槽2，外螺纹应力分散槽2设置于钻具接头3上的外螺纹1最后啮合处；外螺纹应力分散槽2的起始槽宽为21mm-24mm，且外螺纹应力分散槽2在修复后的槽宽小于等于31mm。

本实施例提供的钻具外螺纹应力分散槽2，相较于现有api的外螺纹应力分散槽宽度减少，因此，可通过赶修扩宽外螺纹应力分散槽以及切弃相结合的方式来修复，能够延长钻铤的使用寿命。

其中，外螺纹应力分散槽2的槽宽应在减少应力集中方面与外螺纹的啮合吃力扣长度方面进行衡量。本实施例一方面，考虑到在外螺纹消失处增加了外螺纹应力分散槽后，啮合的完整扣长度缩短，故该外螺纹应力分散槽在修复后的槽宽不超过31mm，同时保证了外螺纹啮合扣的强度。如以nc50-70的尺寸为例，外螺纹长度l＝114.3mm，在上述长度范围内，台肩面至外螺纹的啮合末点长度95.16mm，其余19.14mm处于自由悬臂状态。

因此宽度过大的外螺纹应力分散槽会使啮合的完整扣长度缩短，部分处于半啮合状态，而且外螺纹有部分扣处于悬空自由状态。这样钻铤在负载在作用下，容易发生截面断裂失效。本实施例的外螺纹应力分散槽在修复后也不超过31mm，能有效减少上述情况的发生。

另一方面，若外螺纹应力分散槽的槽宽较小，则应力分散效果不明显。若应力分散槽的槽宽较大，则无法利用扩宽赶修的方式修复外螺纹应力分散槽，提高钻铤的寿命。本实施例提供的上述外螺纹应力分散槽在初次车修时的起始槽宽为21mm-24mm，既能够保证应力分散的效果，同时也能采用赶修扩宽槽宽的方式修复。

作为优选地实施方式，外螺纹应力分散槽2的起始槽宽为22.5±0.4mm。

上述外螺纹应力分散槽2在使用过后修复时只用6mm的赶修量即可完成修复，避免切修浪费的困扰，修完后其宽度在28.5mm左右，不影响使用性能。且外螺纹1的啮合完整扣长度能够满足强度的要求。

作为可选地实施方式，修复后外螺纹应力分散槽2的槽宽为28.5±0.4mm。

作为可选地实施方式，外螺纹应力分散槽2与外螺纹的根部之间设置有连接圆弧。上述连接圆弧一定程度上同样能够减少应力集中。

作为可选地实施方式，连接圆弧与外螺纹应力分散槽2的槽底相切。优选的，连接圆弧的圆心角为45±1°。

实施例2

本实施例提供了一种钻具外螺纹应力分散槽修复方法，包括以下步骤：

s1：第一次修复时，对外螺纹应力分散槽2的侧壁赶修将外螺纹应力分散槽2扩宽，且赶修扩宽后外螺纹应力分散槽2的宽度小于等于31mm；

s2：第二次修复时，将外螺纹应力分散槽2所在的钻具接头3的端部切弃70-90mm；

s3：之后需要修复时，依次重复步骤s1、步骤s2。

本实施例提供的钻具外螺纹应力分散槽修复方法，通过依次交替采用赶修扩宽外螺纹应力分散槽的宽度、切弃部分外螺纹应力分散槽所在的接头端两种方式，可将外螺纹应力分散槽的修复次数提高至12次左右，相较于之前只能切弃钻铤的方法，能够将钻铤的使用寿命提高一倍。钻铤每口井用50根左右，每个单位每年可以节省近100万元左右的成本。

作为可选地实施方式，在步骤s1中，每次对外螺纹应力分散槽的赶修量为5mm-7mm。上述赶修量能够在起到修复作用的同时不会使得外螺纹应力分散槽的槽宽超过31mm，即不回过多减少螺纹的完整啮合长度。

作为可选地实施方式，在步骤s1中，每次对外螺纹应力分散槽2的赶修量为6mm。

作为可选地实施方式，在步骤s1中，对外螺纹应力分散槽2赶修后，外螺纹应力分散槽2的宽度为28.5±0.4mm。

上述修复方法，从螺纹修复的尺寸和方式着手，在不影响使用效果的前提下，在目前api钻具外螺纹应力分散槽宽度的基础上，首车时适当减少其宽度，起始宽度为22.5±0.4mm，修复时增加外螺纹应力分散槽的宽度，以满足其使用效果，在有效长度的前提下提高钻铤的修复次数和使用寿命。

上述修复方法从2013年开始实施，按本实施例中的钻具外螺纹应力分散槽修复方法，将钻铤可修复的次数提高了一倍，也即，将钻铤的寿命提高了一倍，收到了良好的经济效益和社会效益。

按照塔里木油田钻铤的使用情况，通过估算我们知道在对外螺纹应力分散槽改进之前，钻铤每月平均断裂1.2根，按照这个比例，改进后5个月没有发生断裂，应减少了6根61/4”钻铤断裂事故。如果按照每发生一次钻铤事故将花费20万的打捞成本来计算，5个月节省了120万元，同时增强了61/4”钻铤的质量信誉度，为井队和油田创造了良好的经济效益和社会效益。

在本说明书的描述，具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。