一种多台肩钻杆接头的制作方法

本实用新型涉及一种钻井用装置，特别是多台肩钻杆接头。

背景技术：

钻杆是作为钻探过程连通地表到井底的纽带，起到泥浆输送、扭矩传递及密封垫的作用。钻杆受力状态复杂，钻杆失效成为井下主要事故之一，尤其是钻杆接头，更是钻杆失效的主要部件。近年来随着特深科学钻探及深海科学钻探的兴起，高温、高压、高应力、无隔水管等极限工况对钻杆性能提出了更高的要求，常规钻杆已不能满足严苛工况条件的要求，接头母扣涨扣、台肩密封失效、螺纹错扣及根部断裂等事故频发，特别是在高压与大弯矩(无隔水管)工况下工作的钻杆，其接头密封性能成为制约钻杆性能提高的瓶颈。此外，接头的抗扭、抗弯等力学性能的提高也是亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种密封效果好、抗扭及抗弯力学性能高的多台肩钻杆接头。

本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的：

一种多台肩钻杆接头，包括锥管螺纹连接的公接头和母接头，公接头锥管螺纹外侧设有外管段，外管段与公接头锥管螺纹段之间构成环形沟槽，母接头设有插入段，插入段匹配插入公接头的环形沟槽内，公接头的外管段端头为公接头主台肩，公接头环形沟槽底面为公接头主副台肩，公接头锥管螺纹小端为公接头副台肩；母接头的插入段底面为母接头主台肩，母接头锥管螺纹大端为母接头主副台肩，母接头锥管螺纹小端底面为母接头副台肩；接头连接状态，公接头主台肩与母接头主台肩紧密贴合构成主密封面，公接头主副台肩与母接头主副台肩紧密贴合构成主副密封面，公接头副台肩与母接头副台肩紧密贴合构成副密封面。

上述多台肩钻杆接头，公接头与钻杆杆体为一体结构，环形沟槽由公接头锥管螺纹段的中部到公接头锥管螺纹段的底部，母接头与钻杆杆体为一体结构，插入段由母接头锥管螺纹大端至母接头锥管螺纹段的中部。

上述多台肩钻杆接头，环形构成的轴向长度为l1，插入段的轴向长度为l2，l1＞l2，s1＝l1-l2，公接头主副台肩至公接头小端的轴向长度为l3，母接头副台肩至母接头大端的轴向长度为l4，l3＞l4，s2＝l3-l4，s1＜s2。

上述多台肩钻杆接头，公接头主台肩和母接头主台肩上分别上设有可相互旋合的螺旋线凸起沟槽，公接头主台肩螺旋线凸起沟槽与母接头主台肩螺旋线凸起沟槽(2-5)相互啮合构成过盈配合连接。

上述多台肩钻杆接头，公接头环形沟槽的内壁与母接头插入段的外壁紧密贴合。

上述多台肩钻杆接头，公接头螺旋线凸起沟槽和公接头螺旋线凸起沟槽的起始相位角相同，公母接头主台肩螺旋线凸起沟槽的终止相位角相比母接头主台肩螺旋线凸起沟槽的终止相位角延伸θ角，θ＝30°～45°。

本实用新型针对提高钻杆接头高压与大弯矩工况下的密封性和抗扭抗弯性，突破传统钻杆接头的设计思路，另辟蹊径，设计了一种具有三个台肩密封面的钻杆接头。上述三阶台肩密封面设计，结合轴向密封面，可以明显提高接头的密封性，从而提高极限工况下钻杆耐高压密封的能力，并缓解常规结构的螺纹应力集中问题；本实用新型通过主台肩密封面螺旋齿啮合连接的设计，提供径向预紧力，实现螺纹应力相对均匀分布，提高钻杆抵抗大弯曲变形及扭转变形能力；此外通过钻杆杆体与接头整体的结构，减少了钻杆柱受力薄弱点。本实用新型的设计可以普遍用于金属钻杆，特别是对于弹性模量相对较小的钛合金钻杆，可大大降螺纹涨扣、错扣、密封失效、及根部断裂等不良现象的发生概率。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是公接头的结构示意图；

图3是图1中a处的局部放大视图；

图4是母接头的结构示意图；

图5是图4中b处的局部放大视图；

图6是公接头主台肩螺旋线凸起沟槽分布示意图；

图7是母接头主台肩螺旋线凸起沟槽分布示意图。

图中各标号为：1、公接头；1-1、环形沟槽，1-2、公接头主台肩，1-3、公接头主副台肩，1-4、公接头副台肩，1-5、公接头主台肩螺旋线凸起沟槽，2、母接头，2-1、插入段，2-2、母接头主台肩，2-3、母接头主副台肩，2-4、母接头副台肩，2-5、公接头主台肩螺旋线凸起沟槽，3、钻杆杆体，4、主密封面，5、主副密封面，6、副密封面，7、轴向密封段。

具体实施方式

参看图1、图2和图4，本实用新型包括锥管螺纹连接的公接头1和母接头2，公接头与其连接的钻杆杆体3为一体结构，母接头与其连接的钻杆杆体3为一体结构，这样可以减少钻柱的薄弱点，提高了钻柱的整体安全性。公接头锥管螺纹段的外侧设有外管段，外管段与公接头锥管螺纹段之间构成环形沟槽1-1。环形沟槽由公接头锥管螺纹段的中部到公接头锥管螺纹段的底部。母接头设有插入段2-1，插入段由母接头锥管螺纹大端至母接头锥管螺纹段的中部，插入段匹配插入公接头的环形沟槽内。公接头的外管段端头为公接头主台肩1-2，公接头环形沟槽底面为公接头主副台肩1-3，公接头锥管螺纹小端为公接头副台肩1-4。母接头的插入段底面为母接头主台肩2-2，母接头锥管螺纹大端为母接头主副台肩2-3，母接头锥管螺纹小端底面为母接头副台肩2-4。公接头和母接头分别设置的三个台肩，在接头连接状态，公接头主台肩与母接头主台肩紧密贴合构成主密封面4，公接头主副台肩与母接头主副台肩紧密贴合构成主副密封面5，公接头副台肩与母接头副台肩紧密贴合构成副密封面6。这种独特设计的三台阶密封结构，通过三个台肩面密封，密封性能大大提高，以满足高压工况下密封要求。将主台肩接触位置移动到螺纹中部对应位置，同时延长公接头主台肩轴向长度，在公、母接头螺纹相互旋入之前，公、母接头台肩轴面实现相互配合插入，保证了公母螺纹的同轴度，使螺纹旋入更顺利，避免了旋入过程中螺纹间因未对中而导致的错扣、咬扣破坏。同时，通过多台肩设计，缓解了螺纹应力分布集中问题，使螺纹应力分布更均匀，抵抗扭转与弯曲的能力更强。在公螺纹旋入母螺纹过程中，三台肩的接触顺序依主台肩、主副台肩、副台肩接触进行。在拧紧公、母接头到过程，主台肩先接触；接着继续旋紧公、母接头，在主副台肩接触之前，由于主台肩限位，螺纹应力沿轴向呈现中间大两头小的分布规律；随着继续旋入，主副台肩接触，在副台肩接触之前，由于主副台肩限位而导致的螺纹应力沿轴向呈左大右小的分布规律；最后，副台肩接触后继续旋入一定角度，由于副台肩限位而导致的螺纹应力沿轴向呈右大左小的分布规律。三部分螺纹应力叠加后可缓解常规结构的螺纹应力集中问题。环形沟槽的轴向长度为l1，插入段的轴向长度为l2，l1＞l2，公接头主副台肩至公接头副台肩的轴向长度为l3，母接头副台肩至母接头主副台肩的轴向长度为l4，l3＞l4，s1＝l1-l2，s2＝l3-l4，s1＜s2，从而保证主台肩、主副台肩、副台肩的接触顺序。

参看图1，公接头环形沟槽的内壁与母接头插入段的外壁紧密贴合形成密封面，这样，在三台肩密封的基础上增加了一段轴向密封段7以保证连接的紧凑性。轴向密封段一方面提高接头的密封性能，且间隙越小，路径越长，密封通道阻力越大；另一方面在接头受到弯矩工况下，增加了抵抗弯曲的能力，减小了对螺纹的影响。

参看图2-图5，公接头主台肩和母接头主台肩上分别上设有可相互旋合的螺旋线凸起沟槽，公接头主台肩螺旋线凸起沟槽1-5与母接头主台肩螺旋线凸起沟槽2-5相互啮合构成过盈配合连接。在主台肩面上设置三角形齿的螺旋线凸起沟槽，在公接头主台肩与母接头主台肩主台肩面接触时，螺旋线凸起沟槽相互旋合，产生向中心收拢的力，即对锥管螺纹连接提供了一定的径向预紧力，增加主台肩抗扭及抗弯能力，提高了钻杆应对大弯矩变形与大扭矩输出工况的能力。

参看图6、图7，为了保证预紧继续旋入过程中不发生干涉，公接头螺旋线凸起沟槽和公接头螺旋线凸起沟槽的起始相位角相同，公母接头主台肩螺旋线凸起沟槽的终止相位角相比母接头主台肩螺旋线凸起沟槽的终止相位角延伸θ角，θ＝30°～45°。