[實(shí)用新型]具有全密封結(jié)構(gòu)的鉆桿接頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420405423.7
• 申請(qǐng)日: 2014-07-22
• 公開（公告）號(hào): CN203978319U
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙鈞羨;崔一洲;王所根;丁躍翔;孫奉存;沈笑宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇和信石油機(jī)械有限公司
• 主分類號(hào): E21B17/042
• 分類號(hào): E21B17/042
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 劉忠祥

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種用于石油天然氣勘探與開采的石油鉆桿的螺紋連接裝置，尤其涉及具有相互螺紋連接的外螺紋接頭和內(nèi)螺紋接頭的錐形螺紋的螺紋密封配合的鉆桿連接接頭。

背景技術(shù)

?????目前，國內(nèi)外石油天然氣鉆采行業(yè)普遍采用的單臺(tái)肩鉆桿接頭，如按美國石油學(xué)會(huì)API標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)制造的單臺(tái)肩鉆桿接頭，該類鉆桿接頭包括了能相互螺紋嚙合連接的外螺紋接頭和內(nèi)螺紋接頭。外螺紋接頭是在其本體上設(shè)置有沿徑向布置的直角外臺(tái)肩面，在該接頭本體上從外臺(tái)肩面向其端部依次為錐管螺紋基部、錐管外螺紋和錐管螺紋前端部；與其螺紋嚙合的內(nèi)螺紋接頭本體包括內(nèi)螺紋接頭主端面，在該接頭本體上從內(nèi)螺紋接頭主端面沿軸向從外向內(nèi)依次為內(nèi)螺紋基孔部、錐管內(nèi)螺紋和內(nèi)螺紋端孔。用于相互嚙合的錐管外螺紋和錐孔內(nèi)螺紋具有相同的螺紋節(jié)距，以及相應(yīng)的螺紋牙型及螺紋錐度。接頭連接使用時(shí)，外螺紋接頭的外臺(tái)肩面與內(nèi)螺紋接頭的主端面相互過盈貼合，承擔(dān)和傳遞鉆桿扭矩并起密封作用，這種具有單臺(tái)肩面的鉆頭接頭，其最顯著的特點(diǎn)是只有一個(gè)配合臺(tái)肩面，該臺(tái)肩面不僅與螺紋部分共同承擔(dān)鉆桿扭矩，而且起密封作用。其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單，裝卸使用均較方便，非常適用于一般淺、中深度油氣井的使用要求。但研究表明該類單臺(tái)肩螺紋接頭的螺紋部分將承擔(dān)大部分的扭矩，應(yīng)力及扭矩主要集中在螺紋部分的后3個(gè)螺紋牙上，這3牙螺紋承擔(dān)的應(yīng)力最高可達(dá)總應(yīng)力的50%以上，且沿配合臺(tái)肩至前端螺紋處逐漸降低，至前端螺紋牙幾乎不承擔(dān)應(yīng)力，因此螺紋牙上的應(yīng)力極不均勻，直接影響接頭的抗疲勞強(qiáng)度及使用壽命，使接頭機(jī)械強(qiáng)度不能充分利用。對(duì)于深井或復(fù)雜井中使用時(shí)，由于扭矩過大且過于集中，極容易造成外螺紋的螺紋斷裂或內(nèi)螺紋脹大等失效事故，而且臺(tái)肩面的密封僅依靠單臺(tái)肩面之間的接觸應(yīng)力來完成密封的，在彎曲拉伸截荷情況下，臺(tái)肩處接觸應(yīng)力急劇下降，當(dāng)應(yīng)力降低到一定水平，就會(huì)發(fā)生泄漏，這將嚴(yán)重影響鉆井作業(yè)的安全。

為了提高鉆桿接頭的抗扭矩能力，業(yè)內(nèi)設(shè)計(jì)研發(fā)出雙臺(tái)肩螺紋接頭，如中國專利公開的極高扭矩的雙臺(tái)肩鉆具接頭（專利號(hào)98806866.4），以及美國格蘭特公司的XT、HT等系列雙臺(tái)肩接頭產(chǎn)品。雙臺(tái)肩鉆桿接頭是在單臺(tái)肩面螺紋接頭的基礎(chǔ)上又增加了一個(gè)接觸臺(tái)肩面，它是將單臺(tái)肩螺紋接頭的內(nèi)螺紋端孔改成沿徑向布置的直角型內(nèi)臺(tái)肩面；外螺紋接頭的錐管螺紋前端部改成能與內(nèi)臺(tái)肩面貼合的外螺紋接頭前端面，內(nèi)、外螺紋接頭接合時(shí)，外螺紋接頭的外臺(tái)肩面和內(nèi)螺紋接頭的主端面形成一主接合臺(tái)肩，外螺紋接頭的前端面與內(nèi)螺紋接頭的內(nèi)臺(tái)肩面構(gòu)成一副接合臺(tái)肩。工作時(shí)，主、副接合臺(tái)肩及螺紋部分分擔(dān)了鉆桿扭矩，鉆桿扭矩不再單由主單臺(tái)肩面和螺紋部分承擔(dān)，而副臺(tái)肩面也承擔(dān)鉆桿扭矩；尤其是副臺(tái)肩的加入，使螺紋部分所承受的應(yīng)力和扭矩不再主要集中于后3牙螺紋上，由于副臺(tái)肩面也對(duì)螺紋后段提供應(yīng)力作用，從而使得扭矩和應(yīng)力沿螺紋長方向分布更均勻，同時(shí)螺紋部分又更多地分擔(dān)主副臺(tái)肩所受扭矩和應(yīng)力，使臺(tái)肩處的扭矩和應(yīng)力降低，改善了接頭的整體受力情況。還由于當(dāng)外螺紋接頭的外臺(tái)肩面和其螺紋前端面的距離不等于內(nèi)螺紋接頭主端面和其內(nèi)孔端底面間的距離時(shí)，鉆桿工作時(shí)，內(nèi)、外螺紋接頭上的螺紋段就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)軸向的預(yù)加載應(yīng)力，這個(gè)預(yù)加載應(yīng)力能夠在一定程度上挖掘接頭的強(qiáng)度潛力，并進(jìn)一步均勻螺紋段的受力情況。

雖然上述的雙臺(tái)肩鉆桿接頭，改善了螺紋接頭的受力狀況，有利于在深井中的應(yīng)用，但其密封性能仍取決于垂直軸心線的臺(tái)肩平面上的接觸應(yīng)力，其密封性能受鉆桿載荷狀況尤其是軸向載荷狀況的影響甚大，在深井作業(yè)中，鉆桿內(nèi)的液體壓力巨大，其鉆桿接頭的密封性能極不可靠，很難避免鉆桿液的泄漏。為此，業(yè)內(nèi)又出現(xiàn)了一系列旨在改善雙臺(tái)肩螺紋接頭密封性能的專利技術(shù)，如中國專利“金屬球形密封雙臺(tái)肩石油鉆桿接頭”（專利號(hào)：201020178278.5），它是在外螺紋接頭端增加了環(huán)狀球面密封面，在內(nèi)螺紋接頭內(nèi)孔增加了錐面密封，以球面密封面與錐面密封的相互接觸來實(shí)現(xiàn)密封，但這種密封面的接觸應(yīng)力仍依賴于內(nèi)、外接頭的相互位置和載荷狀況，尤其是密封面變成錐面與環(huán)狀球面的“線接觸面”，密封接觸面小，密封效果仍然極為有限。中國專利“曲面雙臺(tái)肩鉆具接頭”（專利號(hào)：201220608835.1），則是將雙臺(tái)肩接頭的主、副臺(tái)肩接觸面由平面改為曲面，從而增加接觸面積，對(duì)密封性能雖有一定的改善，但其密封性能仍取決于軸向載荷和軸向接觸應(yīng)力。其它密封改進(jìn)結(jié)構(gòu)還有增加卡槽結(jié)構(gòu)采用不同錐度的錐面結(jié)構(gòu)等等。這些密封結(jié)構(gòu)均存在接觸面小，受鉆桿載荷狀況影響大，密封配合面接觸彈性變形和接觸應(yīng)力小等不足，從而不能保證可靠的密封性能，尤其是深井或超深井作業(yè)中密封性能更加不理想。

實(shí)用新型內(nèi)容