[發明專利]一種高性能特殊螺紋鉆具接頭

有效

• 申請號: 201410659699.2
• 申請日: 2014-11-19
• 公開（公告）號: CN104499956A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 狄勤豐;陳鋒;李寧;王文昌;王明杰;平俊超
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: E21B17/042
• 分類號: E21B17/042
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發明涉及石油勘探開發領域中的鉆井技術，特別是一種高性能特殊螺紋鉆具接頭。

背景技術

在越來越具挑戰性的鉆井作業中，苛刻的地質環境和工作條件使得鉆柱處于十分復雜的應力狀態中，這對鉆具接頭的連接強度、抗扭性能提出了新的要求。鉆具接頭在使用中容易發生粘扣、脹扣、滑脫、斷裂等現象，給油田帶來巨大的經濟損失，影響勘探開發進度。現有鉆具接頭在復雜載荷條件下各螺紋牙上的受力呈現出兩端螺紋牙承載大、中間段螺紋牙承載小的特點，這種載荷分布的不合理，使得中間段螺紋牙的潛力不能充分發揮，而兩端的螺紋牙卻過早失效，進而導致接頭不能適應越來越苛刻的鉆井條件。因此優化鉆具接頭受力是提高鉆柱連接質量、確保鉆井安全的關鍵。在此基礎上開發具有高抗扭、抗彎和抗疲勞性能的新型鉆具接頭成為關鍵。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種高性能特殊螺紋鉆具接頭，該鉆具接頭在復雜載荷作用下具有相對均勻的應力分布，能夠適應苛刻的井況。該鉆具接頭具有較高的抗扭性能、抗彎性能和耐疲勞性能，同時，其具有很好的鉆井液輸送效率和能力。

為了達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種高性能特殊螺紋鉆具接頭，包括公扣和母扣，所述公扣靠近主臺肩的前三個螺紋牙具有特殊的螺紋牙型；所述母扣具有特定尺寸的鏜孔深度；所述母扣的小端與鉆桿內孔過渡處為直角主臺肩，同時在所述公扣端部增設一定長度的鼻端，形成副臺肩；在所述副臺肩處留有與上扣扭矩相適應的間隙；所述公扣與母扣具有相同的內徑，保證鉆具接頭內徑平滑過渡。

所述特殊的螺紋牙型為：該螺紋牙具有特殊的承載面牙型角，其公扣承載面與母扣標準數字扣螺紋牙承載面所成角度α為3°～10°。

所述鏜孔深度為1″～2¹/₄″。

所述副臺肩間隙為0.1mm～0.5mm。

所述公扣的鼻端長度為5/8″～1¹/₂″。

本發明與現有技術相比較，具有以下突出的優點：

本發明提供一種高性能特殊螺紋鉆具接頭，該鉆具接頭具有相對均勻的應力分布，能夠適應苛刻的井況。同時，該鉆具接頭具有較高的抗扭性能、抗彎性能和耐疲勞性能。此外，較大的、平滑的接頭內徑使得該鉆具接頭具有很好的鉆井液輸送效率和能力。

附圖說明

圖1是本發明鉆具接頭結構示意圖。

圖2是特殊螺紋牙型示意圖。

圖3是復雜載荷工況條件下本特殊螺紋鉆具接頭von?Mises應力分布云圖。

圖4普通雙臺肩鉆具接頭與本特殊螺紋鉆具接頭各螺紋牙承載特征的對比。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明專利進一步說明。

如圖1所示，一種高性能特殊螺紋鉆具接頭，包括公扣和母扣，所述公扣靠近主臺肩的前三個螺紋牙具有特殊的螺紋牙型；所述母扣具有特定尺寸的鏜孔深度；所述母扣的小端與鉆桿內孔過渡處為直角主臺肩，同時在所述公扣端部增設一定長度的鼻端，形成副臺肩；在所述副臺肩處留有與上扣扭矩相適應的間隙；所述公扣與母扣具有相同的內徑，保證鉆具接頭內徑平滑過渡。

所述特殊螺紋牙型如圖2所示，該螺紋牙具有特殊的承載面牙型角，其公扣承載面與母扣標準數字扣螺紋牙承載面所成角度α為3°～10°。由于前三個螺紋牙承載面側留有一定的間隙，外載作用下，后端螺紋牙將首先承載，變形到一定程度之后前三個螺紋牙才逐漸開始承載，從而達到降低前三牙螺紋承載水平的目的；由于切削方式為越靠近齒頂間隙越大，承載面上的載荷分布將如附圖2所示，即承載面上的作用力中心將下移，這縮短了力臂的長度，可以降低螺紋牙根部所受的彎矩大小。上述特征使得公扣近主臺肩前三個螺紋牙根部的應力水平大幅降低。

所述鏜孔深度為1″～2¹/₄″。

所述副臺肩間隙為0.1mm～0.5mm。

所述公扣的鼻端長度為5/8″～1¹/₂″。

在復雜載荷作用下(拉、彎、扭聯合作用)，本實施例所述鉆具接頭von?Mises應力分布云圖如附圖3所示。復雜載荷條件下該鉆具接頭應力分布相對均勻，其具有較大的高水平承載區域，可以避免因局部應力集中引起的接頭失效。

上扣扭矩和3000kN軸向拉力條件下本實施例所述特殊螺紋鉆具接頭與普通雙臺肩鉆具接頭各螺紋牙承載比例如附圖4所示。可見普通雙臺肩鉆具接頭各螺紋牙的承載特點為兩端螺紋牙承載大，中間段螺紋牙承載小，承載很不均勻。本實施例所述特殊螺紋雙臺肩鉆具接頭有效提高了中間幾個螺紋牙的承載水平，同時降低了其他螺紋牙的承載水平，特別是前端三個螺紋牙。