[發明專利]一種高抗扭耐高壓密封鉆桿接頭

有效

• 申請號: 202010059549.3
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111058779B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 尹浩;梁健;李鑫淼;孫建華;李寬;劉秀美
• 申請（專利權）人: 中國地質科學院勘探技術研究所
• 主分類號: E21B17/042
• 分類號: E21B17/042
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務所有限公司 13108
• 代理人: 周曉萍

一種高抗扭耐高壓密封鉆桿接頭，包括公接頭和母接頭，二者由螺紋段連接，接頭設有主臺肩密封面、副臺肩密封面和圓柱密封面。本發明對傳統接頭結構進行改進，其主要特點如下：1、主臺肩三角齒嚙合面設計，提高了接頭抗漲扣的能力和在彎曲情況下的耐密封能力；2、副臺肩凹凸環形面設計可增加副臺肩抗彎能力，減小應力集中，進一步提高密封效果；3、過盈配合的圓柱密封面，可保證連接的緊湊性，在接頭受到彎矩工況下，增加了抵抗彎曲的能力，減小了對螺紋的影響；4針對接頭螺紋段應力分布特點及鈦合金彈性模量低的特點，采用三段式螺紋不等螺距的設計，有效改善螺紋受力分布，均衡螺紋應力平衡，提高螺紋的抗扭能力，延長了螺紋使用壽命。

技術領域

本發明涉及一種鉆井用裝置，特別是一種高抗扭耐高壓密封鉆桿接頭。

背景技術

在鉆探施工過程中，鉆桿作為聯通地表到井底的介質，起到泥漿輸送、扭矩傳遞、鉆壓施加的作用，鉆桿受力復雜，尤其是鉆桿接頭。在上扣扭矩作用下或服役工作扭矩作用下，鉆桿接頭各圈螺紋受到的軸向拉伸力非常不均勻，根部受力較大，往往導致螺紋根部過早失效。對于彈性模量小的鈦合金鉆桿接頭上述問題更為突出，鈦合金鉆桿接頭在相同載荷下相對鋼制鉆桿接頭彈性變形更大，面對特深鉆井(一般井深＞9000米)惡劣工況時，更易發生脫扣、滑扣或漲扣，臺肩更容易變形導致臺肩密封失效。此外，對于小錐度螺紋鉆桿接頭，常規的旋入結構導致上卸扣旋轉圈數多，降低了工作效率。有人提出一種變螺距的鉆桿接頭，這種接頭的連接螺紋采用了兩段式，各段的螺距不同，上述結構可以改變卸扣旋轉圈數多及常規API單臺肩接頭螺紋的受力分布不均，但是對于雙臺肩鉆桿接頭，這種結構在降低主臺肩處螺紋應力的同時導致副臺肩處的螺紋應力升高，而無法解決雙臺肩接頭連接部位螺紋應力兩頭大中間小的問題，此外兩段螺紋連接間較長的過渡段未設置螺紋，這會給兩側螺紋部位增加更大的受力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種密封性能好、應力分布均衡的高抗扭耐高壓密封鉆桿接頭。

本發明所述問題是以下述技術方案實現的：

一種高抗扭耐高壓密封鉆桿接頭，包括公接頭和母接頭，公接頭插入母接頭內，二者由螺紋段連接，所述接頭設有主臺肩密封面、副臺肩密封面和圓柱密封面，其中：

主臺肩密封面由相互接合的公接頭主臺肩和母接頭密封端面構成，公接頭主臺肩上分布數圈公接頭嚙合齒，母接頭密封端面分布數圈母接頭嚙合齒，母接頭嚙合齒對應公接頭嚙合齒的齒溝，母接頭嚙合齒的牙寬大于公接頭嚙合齒的齒溝，公接頭嚙合齒與母接頭嚙合齒過盈配合連接；

所述副臺肩密封面由相互接合的公接頭密封端面和母接頭副臺肩構成，公接頭密封端面上設有環形凹槽，母接頭副臺肩上對應環形凹槽設有環形凸起，環形凸起與環形凹槽過盈配合；

所述圓柱密封面由公接頭小頭設置的圓柱密封段和母接頭小端設置圓柱密封孔構成，圓柱密封段與圓柱密封孔過盈配合。

上述高抗扭耐高壓密封鉆桿接頭，所述螺紋段由三段不同螺距的螺紋構成，以螺紋段的大直徑起計第一段螺紋的螺距為P1，中間段螺紋的螺距為P2，第三段螺紋(2-3)的螺距為P3，三者螺距值P2＞P3＞P1；三者螺距值的數值關系為：P1＝P2-Cone×P2/n/b、P3＝P2-0.5Cone×P2/n/b，式中n為接頭旋緊圈數，n＝2h/Cone/P2，h為螺紋牙高，b為材料系數，即b＝E/103。

上述高抗扭耐高壓密封鉆桿接頭，螺紋段的總長度為L，第一段螺紋的長度L/4，中間段螺紋的長度為L/2，第三段螺紋的長度分別為L/4，三段螺紋具有相同的錐度，且各段螺紋小端起始端具有相同的相位角。

上述高抗扭耐高壓密封鉆桿接頭，圓柱密封面的軸向長度a不小于中間段螺紋的2倍螺距。

上述高抗扭耐高壓密封鉆桿接頭，第一段螺紋小端大徑為中間段螺紋大端大徑與中間段螺紋2倍螺紋牙高之和；中間段螺紋小端大徑值為第三段螺紋大端大徑與第三段2倍螺紋牙高之和。