改進(jìn)的雙臺(tái)肩鉆桿接頭的制作方法
【專利摘要】改進(jìn)的雙臺(tái)肩鉆桿接頭，陽(yáng)螺紋接頭包括在外臺(tái)肩和外螺紋之間軸向延伸的基部以及前端部分；陰螺紋接頭具有徑向向內(nèi)的內(nèi)臺(tái)肩與內(nèi)螺紋以及擴(kuò)孔部分；外臺(tái)肩與基部之間設(shè)有基準(zhǔn)臺(tái)階，基準(zhǔn)臺(tái)階的軸心線與外螺紋軸心線重合；在與基準(zhǔn)臺(tái)階交匯處的外臺(tái)肩上挖設(shè)第一應(yīng)力分散槽，該圓弧狀槽的一端與基準(zhǔn)臺(tái)階平面相切；基準(zhǔn)臺(tái)階與基部的連接部為第二應(yīng)力分散槽，該圓弧狀槽的一端與基部相切。應(yīng)力分散槽結(jié)構(gòu)使螺紋接頭所受應(yīng)力分散范圍擴(kuò)大，減少失效斷裂；基準(zhǔn)臺(tái)階作為修扣時(shí)參照基準(zhǔn)，使尋找原有螺紋的中心軸線變得既準(zhǔn)確又迅速；擴(kuò)孔部分的錐面設(shè)計(jì)，能避免鼻端尖角碰撞，使其適合復(fù)雜的鉆井環(huán)境。
【專利說(shuō)明】
改進(jìn)的雙臺(tái)肩鉆桿接頭
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及油田用管式螺紋連接裝置，具體地說(shuō)，是一種改進(jìn)的雙臺(tái)肩鉆桿接頭。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆桿接頭是鉆柱的基本組成部分，主要用于傳遞扭矩、輸送鉆井液，以及在鉆井過(guò)程中不斷連接鉆桿，以達(dá)到不斷加深井眼的目的。隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油天然氣的需求不斷增長(zhǎng)，大型石油天然氣開(kāi)發(fā)項(xiàng)目卻都集中在深井、深海井、高腐蝕性井等領(lǐng)域，開(kāi)采難度明顯加大。由美國(guó)石油協(xié)會(huì)(API)推薦的井內(nèi)鉆柱構(gòu)件和井下工具系列已不能滿足日益苛刻的鉆井作業(yè)要求，近年不斷地出現(xiàn)新鉆井技術(shù)，美國(guó)的格蘭特普萊迪科公司(GrantPrideco)的雙臺(tái)肩鉆桿接頭是其中的佼佼者，其在中國(guó)申請(qǐng)的專利是ZL98806866.4 “油田用管式螺紋連接裝置及形成螺紋連接的方法”。隨著石油鉆井環(huán)境越來(lái)越苛刻，鉆桿接頭承受更大的扭矩和拉伸，螺紋、密封面更易磨損，由此產(chǎn)生以下問(wèn)題:其一，處于工作狀態(tài)的螺紋接頭因應(yīng)力集中于局部，容易疲勞而產(chǎn)生裂紋;其二，在進(jìn)行修扣恢復(fù)原有性能時(shí)，原有的螺紋和密封面被破壞，難以找準(zhǔn)原來(lái)的基準(zhǔn)軸線，需要使用特制的工具來(lái)找到原有螺紋的中心線，這樣會(huì)增加客戶修扣的時(shí)間；其三，螺紋鼻端通常采用直面設(shè)計(jì)，對(duì)于1:16常用錐度的螺紋接頭，很容易在對(duì)扣及上扣過(guò)程中導(dǎo)致公接頭鼻端尖角與母接頭螺紋相碰，損壞螺紋而導(dǎo)致粘扣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003 ]針對(duì)上述雙臺(tái)肩鉆桿接頭存在的缺陷，本發(fā)明提出以下的改進(jìn)方案:
[0004]—種改進(jìn)的雙臺(tái)肩鉆桿接頭，包括:
[0005]一個(gè)管式陽(yáng)螺紋接頭，所述管式陽(yáng)螺紋接頭具有在一個(gè)徑向向外的外臺(tái)肩和一個(gè)徑向向內(nèi)的陽(yáng)螺紋接頭表面之間軸向延伸的外螺紋，所述陽(yáng)螺紋接頭包括一個(gè)在所述外臺(tái)肩和外螺紋之間軸向延伸的基部以及一個(gè)在所述陽(yáng)螺紋接頭表面和外螺紋之間軸向延伸的前端部分；
[0006]一個(gè)用于與所述陽(yáng)螺紋接頭進(jìn)行螺紋連接的管式陰螺紋接頭，所述管式陰螺紋接頭具有在一個(gè)徑向向內(nèi)的內(nèi)臺(tái)肩與一個(gè)徑向向外的陰螺紋接頭表面之間軸向延伸的內(nèi)螺紋，所述管式陰螺紋接頭在所述內(nèi)螺紋和陰螺紋接頭表面之間包括一個(gè)擴(kuò)孔部分；
[0007]當(dāng)所述陽(yáng)螺紋接頭和所述陰螺紋接頭連接時(shí)，使所述陰螺紋接頭表面和外臺(tái)肩處于平面接合的配合狀態(tài)下，以便在所述陽(yáng)螺紋接頭表面和內(nèi)臺(tái)肩以平面接合的方式配合之前使一個(gè)預(yù)加載應(yīng)力作用在所述陽(yáng)螺紋接頭和陰螺紋接頭二者之上的與最后一個(gè)陽(yáng)螺紋徑向鄰接的區(qū)域中；
[0008]在所述陽(yáng)螺紋接頭的外臺(tái)肩與基部之間設(shè)有一基準(zhǔn)臺(tái)階，該基準(zhǔn)臺(tái)階的軸心線與外螺紋軸心線重合，該基準(zhǔn)臺(tái)階的直徑略大于基部直徑；
[0009]在與該基準(zhǔn)臺(tái)階的交匯處所述陽(yáng)螺紋接頭的外臺(tái)肩上挖設(shè)一個(gè)第一應(yīng)力分散槽，該第一應(yīng)力分散槽為徑向橫截面呈圓弧狀的槽，該圓弧狀的第一應(yīng)力分散槽的一端與基準(zhǔn)臺(tái)階平面相切，另一端連接到外臺(tái)肩；
[0010]在所述基準(zhǔn)臺(tái)階與所述基部的連接部為一個(gè)第二應(yīng)力分散槽，該第二應(yīng)力分散槽為徑向橫截面呈圓弧狀的槽，該圓弧狀的第二應(yīng)力分散槽的一端與基部平面相切，另一端連接到基準(zhǔn)臺(tái)階。
[0011]進(jìn)一步，所述陽(yáng)螺紋接頭的前端部分具有與外螺紋相同的錐度，所述陰螺紋接頭的擴(kuò)孔部分具有與內(nèi)螺紋相同的錐度。
[0012]該錐度最好取1:16。
[00?3]進(jìn)一步，所述各應(yīng)力分散槽的徑向橫截面圓弧半徑為0.6-1.0mm，優(yōu)選取0.8mm。
[0014]經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，上述各項(xiàng)改進(jìn)能夠獲得有益效果:與外臺(tái)肩與基部交匯處原有的直角結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的應(yīng)力分散槽結(jié)構(gòu)使工作狀態(tài)的螺紋接頭所受應(yīng)力分散范圍擴(kuò)大，減少失效斷裂;基準(zhǔn)臺(tái)階設(shè)于所受應(yīng)力作用最弱部位，在工作狀態(tài)下一般不會(huì)受損，用作為修扣時(shí)的參照基準(zhǔn)，使得尋找原有螺紋的中心軸線變得既準(zhǔn)確又迅速；陽(yáng)螺紋接頭的前端部分及陰螺紋接頭的擴(kuò)孔部分由直面設(shè)計(jì)改為錐面設(shè)計(jì)，能有效地避免鼻端尖角碰撞，使其適合復(fù)雜的鉆井環(huán)境，尤其是海洋鉆井。總之，本發(fā)明從整體上提高了原有雙臺(tái)肩鉆桿接頭的性能。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明雙臺(tái)肩鉆桿接頭的陽(yáng)螺紋接頭一端的剖面圖。
[0016]圖2為本發(fā)明雙臺(tái)肩鉆桿接頭的陰螺紋接頭一端的剖面圖。
[0017]圖3為圖1中A部放大圖。
[0018]圖4為本發(fā)明的VME應(yīng)力分布狀況圖。
[0019]圖5為現(xiàn)有技術(shù)的VME應(yīng)力分布狀況圖。
[0020]圖中標(biāo)記含義:管式陽(yáng)螺紋接頭10，最后一個(gè)陽(yáng)螺紋11，外臺(tái)肩12，基準(zhǔn)臺(tái)階13，陽(yáng)螺紋接頭表面14，第一應(yīng)力分散槽15，外螺紋16，第二應(yīng)力分散槽17，前端部分18，基部19;管式陰螺紋接頭20，內(nèi)臺(tái)肩22，陰螺紋接頭表面24，內(nèi)螺紋26，擴(kuò)孔部分28。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)描述。
[0022]參見(jiàn)圖1、2、3所示改進(jìn)的雙臺(tái)肩鉆桿接頭，一端為管式陽(yáng)螺紋接頭10，另一端為管式陰螺紋接頭20，上一根雙臺(tái)肩鉆桿接頭的管式陽(yáng)螺紋接頭10與下一根雙臺(tái)肩鉆桿接頭的管式陰螺紋接頭20配合連接。
[0023]所述管式陽(yáng)螺紋接頭10具有在一個(gè)徑向向外的外臺(tái)肩12和一個(gè)徑向向內(nèi)的陽(yáng)螺紋接頭表面14之間軸向延伸的外螺紋16，所述陽(yáng)螺紋接頭10還包括一個(gè)在所述外臺(tái)肩12和外螺紋16之間軸向延伸的基部19以及一個(gè)在所述陽(yáng)螺紋接頭表面14和外螺紋16之間軸向延伸的前端部分18。
[0024]所述管式陰螺紋接頭20用于與所述陽(yáng)螺紋接頭10進(jìn)行螺紋連接。所述管式陰螺紋接頭20具有在一個(gè)徑向向內(nèi)的內(nèi)臺(tái)肩22與一個(gè)徑向向外的陰螺紋接頭表面24之間軸向延伸的內(nèi)螺紋26，所述管式陰螺紋接頭20在所述內(nèi)螺紋26和陰螺紋接頭表面24之間包括一個(gè)擴(kuò)孔部分28。
[0025]當(dāng)所述陽(yáng)螺紋接頭10和所述陰螺紋接頭20連接時(shí)，使所述陰螺紋接頭表面24和外臺(tái)肩12處于平面接合的配合狀態(tài)下，以便在所述陽(yáng)螺紋接頭表面14和內(nèi)臺(tái)肩22以平面接合的方式配合之前使一個(gè)預(yù)加載應(yīng)力作用在所述陽(yáng)螺紋接頭10和陰螺紋接頭20 二者之上的與最后一個(gè)陽(yáng)螺紋11徑向鄰接的區(qū)域中。
[0026]本實(shí)施例在所述陽(yáng)螺紋接頭1的外臺(tái)肩12與基部19之間設(shè)有一基準(zhǔn)臺(tái)階13，該基準(zhǔn)臺(tái)階13的軸心線與外螺紋16軸心線重合，該基準(zhǔn)臺(tái)階13的直徑略大于基部19的直徑而形成一個(gè)可測(cè)量基準(zhǔn)軸心線的圓柱面。在與該基準(zhǔn)臺(tái)階13的交匯處的所述陽(yáng)螺紋接頭的外臺(tái)肩12上挖設(shè)一個(gè)第一應(yīng)力分散槽15，該第一應(yīng)力分散槽15為徑向橫截面呈圓弧狀的槽，該圓弧狀的第一應(yīng)力分散槽15的一端與基準(zhǔn)臺(tái)階13平面相切，另一端連接到外臺(tái)肩12。在所述基準(zhǔn)臺(tái)階13與所述基部19的連接部為一個(gè)第二應(yīng)力分散槽17，該第二應(yīng)力分散槽17為徑向橫截面呈圓弧狀的槽，該圓弧狀的第二應(yīng)力分散槽17的一端設(shè)置為與基部19平面相切，另一端連接到基準(zhǔn)臺(tái)階13。所述第一應(yīng)力分散槽15、第二應(yīng)力分散槽17的徑向橫截面圓弧半徑為0.6-1.0mm，最佳取值為0.8mm。
[0027]如圖4所示，應(yīng)力槽結(jié)構(gòu)使螺紋接頭的應(yīng)力處于分散狀態(tài)，能減少失效斷裂的幾率。本實(shí)施例的基準(zhǔn)臺(tái)階是為了方便用戶修扣，之所以選擇設(shè)在基部19鄰靠外臺(tái)肩12的部位，是因?yàn)樵摬课患词乖诼菁y損壞的情況下也不會(huì)產(chǎn)生變形或者損壞，是理想的基準(zhǔn)駐點(diǎn)，但不是唯一的基準(zhǔn)駐點(diǎn)。
[0028]為避免鼻端尖角碰撞，所述陽(yáng)螺紋接頭10的前端部分18具有與外螺紋16相同的錐度，所述陰螺紋接頭20的擴(kuò)孔部分28也具有與內(nèi)螺紋26相同的錐度，該錐度最好都取1:16。
[0029]為了驗(yàn)證本發(fā)明的技術(shù)效果，將本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)(中國(guó)專利ZL98806866.4的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu))需要分析的結(jié)構(gòu)導(dǎo)入AutoCAD，然后用有限元分析方法生成分析模型，利用基本的有限元素分析程序進(jìn)行分析，獲得的圖4、圖5所示的在扭矩為52500ft-lb情況下的應(yīng)力分布狀況，其中圖4為本發(fā)明的VME應(yīng)力分布狀況圖，圖5為現(xiàn)有技術(shù)的VME應(yīng)力分布狀況圖。
[0030]從圖中可以看出，當(dāng)陽(yáng)螺紋接頭和陰螺紋接頭連接時(shí)，與本發(fā)明的改進(jìn)結(jié)構(gòu)相比，現(xiàn)有技術(shù)的直角結(jié)構(gòu)的應(yīng)力明顯存在集中現(xiàn)象，如圖5所示，在交變應(yīng)力作用下，這種應(yīng)力集中現(xiàn)象會(huì)造成接頭提前失效斷裂。而通過(guò)本發(fā)明的改進(jìn)，有效的擴(kuò)大了螺紋接頭所受應(yīng)力的分散范圍，從整體上提高了雙臺(tái)肩鉆桿接頭的性能。
[0031]以上，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明。但是，本發(fā)明不限定于上述實(shí)施方式。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種改進(jìn)的雙臺(tái)肩鉆桿接頭，包括: 一個(gè)管式陽(yáng)螺紋接頭，所述管式陽(yáng)螺紋接頭具有在一個(gè)徑向向外的外臺(tái)肩和一個(gè)徑向向內(nèi)的陽(yáng)螺紋接頭表面之間軸向延伸的外螺紋，所述陽(yáng)螺紋接頭包括一個(gè)在所述外臺(tái)肩和外螺紋之間軸向延伸的基部以及一個(gè)在所述陽(yáng)螺紋接頭表面和外螺紋之間軸向延伸的前端部分； 一個(gè)用于與所述陽(yáng)螺紋接頭進(jìn)行螺紋連接的管式陰螺紋接頭，所述管式陰螺紋接頭具有在一個(gè)徑向向內(nèi)的內(nèi)臺(tái)肩與一個(gè)徑向向外的陰螺紋接頭表面之間軸向延伸的內(nèi)螺紋，所述管式陰螺紋接頭在所述內(nèi)螺紋和陰螺紋接頭表面之間包括一個(gè)擴(kuò)孔部分； 當(dāng)所述陽(yáng)螺紋接頭和所述陰螺紋接頭連接時(shí)，使所述陰螺紋接頭表面和外臺(tái)肩處于平面接合的配合狀態(tài)下，以便在所述陽(yáng)螺紋接頭表面和內(nèi)臺(tái)肩以平面接合的方式配合之前使一個(gè)預(yù)加載應(yīng)力作用在所述陽(yáng)螺紋接頭和陰螺紋接頭二者之上的與最后一個(gè)陽(yáng)螺紋徑向鄰接的區(qū)域中； 其特征在于: 在所述陽(yáng)螺紋接頭的外臺(tái)肩與基部之間設(shè)有一基準(zhǔn)臺(tái)階，該基準(zhǔn)臺(tái)階的軸心線與外螺紋軸心線重合，該基準(zhǔn)臺(tái)階的直徑略大于基部直徑； 在與該基準(zhǔn)臺(tái)階的交匯處所述陽(yáng)螺紋接頭的外臺(tái)肩上挖設(shè)一個(gè)第一應(yīng)力分散槽，該第一應(yīng)力分散槽為徑向橫截面呈圓弧狀的槽，該圓弧狀的第一應(yīng)力分散槽的一端與基準(zhǔn)臺(tái)階平面相切，另一端連接到外臺(tái)肩； 在所述基準(zhǔn)臺(tái)階與所述基部的連接部為一個(gè)第二應(yīng)力分散槽，該第二應(yīng)力分散槽為徑向橫截面呈圓弧狀的槽，該圓弧狀的第二應(yīng)力分散槽的一端與基部平面相切，另一端連接到基準(zhǔn)臺(tái)階。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙臺(tái)肩鉆桿接頭，其特征在于:所述陽(yáng)螺紋接頭的前端部分具有與外螺紋相同的錐度，所述陰螺紋接頭的擴(kuò)孔部分具有與內(nèi)螺紋相同的錐度。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙臺(tái)肩鉆桿接頭，其特征在于:所述錐度均為1:16。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的雙臺(tái)肩鉆桿接頭，其特征在于:各所述應(yīng)力分散槽的徑向橫截面圓弧半徑為0.6-1.0mm。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙臺(tái)肩鉆桿接頭，其特征在于:各所述應(yīng)力分散槽的徑向橫截面圓弧半徑為0.8mm。
【文檔編號(hào)】E21B17/042GK105952391SQ201610485652
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月24日
【發(fā)明人】李玉華, 派屈克墨菲, 鄭衛(wèi)良
【申請(qǐng)人】江陰德瑪斯特鉆具有限公司