[發(fā)明專利]快旋式石油鉆桿接頭螺紋強(qiáng)化結(jié)構(gòu)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310152740.2
• 申請(qǐng)日: 2013-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103216197A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬吉山;張希平;梅友松;戴永國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇曙光石油鉆采設(shè)備有限公司
• 主分類號(hào): E21B17/042
• 分類號(hào): E21B17/042
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種螺紋連接強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，具體地講，本發(fā)明涉及一種快旋式石油鉆桿接頭螺紋強(qiáng)化結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)際上通用的石油鉆桿接頭主要按API7-2標(biāo)準(zhǔn)制造。上世紀(jì)20年代，API組織規(guī)定鉆桿接頭的螺紋牙型為V-0.65，此種V型螺紋的牙頂和牙底都是平的，牙頂和牙衣寬都是1.651mm，平牙底和牙承載面的過(guò)渡角半徑r=0.381mm。此種呈尖角過(guò)渡結(jié)構(gòu)存在較大應(yīng)力集中，鉆桿接頭在鉆井過(guò)程中承受扭矩時(shí)，尖角處極易出現(xiàn)疲勞裂紋，甚至發(fā)生斷裂事故。針對(duì)上述現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，API組織在上世紀(jì)60年代又作了一次鉆桿接頭螺紋牙型改進(jìn)設(shè)計(jì)，將牙底和牙承載面的過(guò)渡角改為半徑r=0.965mm的圓角，此項(xiàng)改進(jìn)主要消除尖角，降低應(yīng)力集中，使得鉆桿接頭使用壽命成倍增長(zhǎng)。這種改進(jìn)后的鉆桿接頭螺紋被行業(yè)譽(yù)為數(shù)字型螺紋，因數(shù)字型螺紋仍保持原有牙型，可以與同規(guī)格的V-0.065螺紋配合。隨著鉆探技術(shù)的進(jìn)步，石油鉆井深度已達(dá)數(shù)千米，對(duì)石油鉆桿接頭連接效率、承載能力和抗扭能力都提出更高要求。但是，現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字型螺紋承載能力不均，大部分載荷由外螺紋接頭最后嚙合區(qū)螺紋牙承載，其中第一牙承載大約占總載荷的30%右右，石油鉆桿接頭的疲勞裂紋多數(shù)產(chǎn)生在螺紋最后嚙合區(qū)的螺紋牙根部。按API標(biāo)準(zhǔn)制造的石油鉆桿接頭內(nèi)螺紋的后端是內(nèi)斜面，配套的外螺紋前端是一個(gè)外斜面，螺紋上只有一個(gè)抗扭臺(tái)肩。而內(nèi)螺紋接頭的前端面和外螺紋接頭的后端面抗扭強(qiáng)度低。按照API標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的鉆桿接頭抗扭強(qiáng)度一般為管體的80%，因此，上述石油鉆桿接頭在鉆井過(guò)程中，在大扭矩工況時(shí)會(huì)發(fā)生內(nèi)螺紋脹扣及外螺紋斷裂等失效事故。另外，當(dāng)今石油鉆井深度已達(dá)3000～6000米，甚至更深。一根鉆桿長(zhǎng)8～10米，僅石油鉆桿接頭螺紋連接就需要300～750次，用工約2～3天。若每個(gè)石油鉆桿接頭組裝時(shí)額外增加1分鐘，則又多用工5～12小時(shí)，總的來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)的石油鉆桿接頭用于石油鉆井作業(yè)耗用人工多，設(shè)備占用時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致石油鉆井成本增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的石油鉆桿接頭螺紋結(jié)構(gòu)不合理問(wèn)題，提出一種螺紋結(jié)構(gòu)合理、簡(jiǎn)單，連接可靠，旋緊效率高，抗扭能力強(qiáng)的快旋式石油鉆桿接頭螺紋強(qiáng)化結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)技術(shù)目標(biāo)。

快旋式石油鉆桿接頭螺紋強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，它設(shè)在鉆桿接頭兩端的錐度內(nèi)螺紋和錐度外螺紋中。其改進(jìn)之處在于：所述錐度內(nèi)螺紋和錐度外螺紋規(guī)格相同，均是三頭同旋向的螺紋，在同一橫截面上每頭螺紋之間相距120⁰。錐度內(nèi)螺紋和錐度外螺紋的牙型相同，軸向截面形狀為梯形，左側(cè)斜面為承載側(cè)，右側(cè)曲面為導(dǎo)入側(cè)，牙底呈圓弧形，牙頂兩端分別以半徑r圓弧過(guò)渡到承載側(cè)和導(dǎo)入側(cè)，承載側(cè)和導(dǎo)入側(cè)相對(duì)垂直線的夾角相等。

上述結(jié)構(gòu)中，錐度內(nèi)螺紋的牙底左端以半徑R₁圓弧連接承載側(cè)，右端以半徑R₂圓弧連接導(dǎo)入側(cè)；錐度外螺紋的牙底左端以半徑R₂圓弧連接導(dǎo)入側(cè)，右端以半徑R₁圓弧連接承載側(cè)。錐度內(nèi)螺紋和錐度外螺紋右側(cè)曲面的拐點(diǎn)至牙頂垂直距離bs=2.039mm，拐點(diǎn)與牙底的連接面為斜面，斜面與垂直線相差角度as=5⁰～10⁰。錐度內(nèi)螺紋和錐度外螺紋的錐度為5：48～1：16，承載側(cè)和導(dǎo)入側(cè)相對(duì)垂直線的夾角α=30⁰±0.5⁰。牙底的圓弧R₁=1.02～1.52，R₂=0.714～1.01，牙頂兩端的圓弧半徑r=0.381～0.635。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下積極效果：

1、在相同規(guī)格前提下，三頭螺紋比單頭螺紋的導(dǎo)程大，旋轉(zhuǎn)超半圈就實(shí)現(xiàn)旋緊，此種快旋結(jié)構(gòu)減少輔助工時(shí)，提高了鉆井施工效率；

2、牙底采用圓弧結(jié)構(gòu)，大大減少應(yīng)力集中，此強(qiáng)化結(jié)構(gòu)大大提高螺紋抗扭能力；

3、通過(guò)改變螺紋的幾何形狀和尺寸，使錐度內(nèi)螺紋和錐度外螺紋得到強(qiáng)化，再加上承載的載荷均勻分在各牙上，減少螺紋疲勞裂紋發(fā)生機(jī)率，提高石油鉆桿接頭的使用壽命。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明中錐度內(nèi)螺紋和錐度外螺紋的牙型結(jié)構(gòu)放大示意圖。

圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖1設(shè)有錐度內(nèi)螺紋一端局部示意圖。

圖4是圖1設(shè)有錐度外螺紋一端局部示意圖。

具體實(shí)施方式

下面根據(jù)附圖并結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。