专利名称：一种低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及在油井或气井的钻探过程中使用的钻杆接头，特别是 一种低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头。
背景技术：
在油井或气井的钻探过程中使用的钻杆接头一般多采用美国石油学会
(API)制定的API标准生产制造。美国石油学会(API)在20世纪20年代开 始采用V-0.065牙型螺纹的石油钻杆接头，这种钻杆接头的螺纹是V形螺 纹，其牙底和牙顶都是平的，牙底和牙顶宽都是0.065英寸(l. 651mm)，平 牙底与牙承载面之间的过渡尖角半径只有r=0.38mm，此处应力集中很高， 极易出现疲劳裂纹，钻杆接头寿命很短。在20世纪60年代美国石油学会 将V-0.065牙型螺纹的平牙底改为半径R=0.038英寸(0. 965mm)的圆底， 牙底的应力集中显著减少，钻杆接头疲劳寿命成倍增长，这种螺纹被称为 数字型(NC)螺纹，可以与V-0.065牙型螺纹完全互换，其牙型被纳入API SPEC 7中，称为V-0.038R。但数字型(NC)螺纹在应用中仍然存在一些问 题，特别是在螺纹牙底仍有较大的应力集中，而且应力在螺纹牙底的分布 不均匀，在牙底靠近螺纹牙承载面处应力最大；载荷在钻杆接头各圈螺纹 牙上的分配不均匀，大部分载荷由外螺纹接头螺纹最后啃合区(LET)螺纹 牙承担，其中第一牙承担的载荷最大，第一牙承担的载荷大约为总载荷的 30%，钻杆接头的疲劳裂纹多数是产生在螺纹最后啃合区的螺纹牙根部。而且API钻杆接头的内螺纹接头的后端是一内斜面，对应的外螺纹接头的前 端是一外斜面，只有一个抗扭矩台肩在内螺纹接头的前端面和对应的外螺 纹接头的后端面，接头扭转强度低。按照API标准的设计，上述接头的扭转 强度一般为管体的80%，因此上述接头在使用中遇到过大扭矩时会出现内 螺纹接头胀扣及外螺纹接头螺纹断裂等失效事故。另外目前钻井深度已达 3000~6000M， 一根钻杆8 10M，仅螺纹接头组装就需要300-750次、大约 2 3天，如果每个螺纹接头组装额外增加1分钟，则就需要多出6~12小时， 这样人工费用、设备租金就会增加，导致成本增加。采用多头螺纹，加大 螺距，组装所需的转数越少，组装速度越快，生产效率越高。因此需要开 发有低应力集中、高抗扭矩特性、可实现更高的生产效率的双头螺纹钻杆 接头。
发明内容
本实用新型解决了上述石油生产现有技术中数字型螺纹有较大的应力 集中、接头抗扭矩性能较差，生产效率较低的技术问题，提供一种低应力 高抗扭矩双头螺纹钻杆接头。
为实现上述目的，本实用新型是这样实现的-
一种低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，由 一对低应力高抗扭矩的双 头内螺纹钻杆接头和双头外螺纹钻杆接头组成，其特征在于
所述的双头内螺纹钻杆接头具有两个有相同旋向、相同锥度、相同螺 纹参数但两者的螺纹起始点和终止点均相对呈180°的1#内螺纹和2#内螺
纹，双头内螺纹两端设置主抗扭矩台肩和副抗扭矩台肩，其副抗扭矩台肩
根部圆角《士2mm;所述的双头外螺纹钻杆接头具有两个有相同旋向、相同锥度、相同螺
纹参数但两者的螺纹起始点和终止点均相对呈180°的1#外螺纹和2#外螺 纹，双头外螺纹两端设置主抗扭矩台肩和副抗扭矩台肩，其主抗扭矩台肩 根部圆角《士2mm。
所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征在于所述的对应 旋合的双头内螺纹和双头外螺纹的锥度为1 : 10~1 : 16。
所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征在于所述的双头内 螺纹的1#内螺纹和2#内螺纹的相临原始三角形顶点之间的距离等于螺纹螺 距P的1/2。
所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征在于所述的双头
外螺纹的1#外螺纹和2#外螺纹的相临原始三角形顶点之间的距离等于螺纹 螺距P的1/2。
所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征在于 所述的内螺纹的螺纹牙底形成双牙底圆弧 一是在牙型承载侧，三角
形斜线螺纹牙底圆弧半径为Rrnl; —是在牙型导入侧，靠近螺纹底部方向 与原始三角形中径有一间距bn，该处与螺纹轴线垂直方向呈一夹角an， an 夹角线螺纹牙底圆弧半径为Rrn2;
所述的外螺纹的在螺纹牙底形成双牙底圆弧 一是在牙型承载侧，三 角形斜线螺纹牙底圆弧半径为Rrsl; —是在牙型导入侧，靠近螺纹底部方 向与原始三角形中径有一间距bs，该处与螺纹轴线垂直方向呈一夹角as， as 夹角线螺纹牙底圆弧半径为Rrs2;
其中bn= bs《lmm;
Rrnl= Rrsl《2mm; Rrn2= Rrs2《2mm;
RrnKRrn2。
所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征在于所述的双头 内螺纹钻杆接头设置的主抗扭矩台肩与双头外螺纹钻杆接头设置的主抗扭 矩台肩的端部在拧紧时紧密接触。
所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征在于所述的双头内 螺纹钻杆接头设置的副抗扭矩台肩与双头外螺纹钻杆接头设置的副抗扭矩
台肩的端部在拧紧时有一微小间隙《0.5mm。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是通过采用优化的与API 钻杆接头的螺纹牙型不同的双牙底圆弧螺纹，改变螺纹牙的几何形状和尺 寸，使恰当的螺纹形式和规格与适当的内、外螺纹接头的内、外径配合， 有效地增大螺纹牙柔度并减小内、外螺纹接头柔度之和，使钻杆接头承受 外加载荷时载荷在螺纹各圈间分配趋于均匀，明显降低螺纹牙底的应力集 中，提高螺纹的疲劳寿命，保证钻杆接头在螺纹处的可靠连接；通过将API 钻杆接头的内螺纹接头的后端的内斜面改为内台肩、对应的外螺纹接头的 前端的外斜面改为与其配合的端面，增加一个副抗扭矩台肩，当主抗扭矩 台肩承受外加载荷发生变形时，内台肩面有效接触以此提高接头的抗扭强 度；主抗扭矩台肩和副抗扭矩台肩的根部圆角的优化设计有效地降低台肩 根部的应力集中，提高接头的疲劳寿命；通过采用双头低应力螺纹高抗扭 矩钻杆接头，可以有效节省上卸扣时间，降低了生产成本，同时有效降低接头应力集中，提高了抗扭强度。
图1为本实用新型的双头螺纹牙型结构示意图； 图2为本实用新型的内螺纹接头剖面图； 图3为本实用新型的外螺纹接头外观具体实施方式
结合附图对本实用新型的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头加以说明。
如图1—图3所示，该种低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，它包括一 对低应力高抗扭矩的双头内螺纹钻杆接头和双头外螺纹钻杆接头
双头内螺纹钻杆接头有与API钻杆接头的螺纹牙型不同的1#内螺纹7 和2#内螺纹9， 1#内螺纹7和2#内螺纹9两者的螺纹牙型结构相同，包括 旋向相同、锥度相同为1 : 10~ 1 : 16、螺纹参数相同，它们两者有相同的 双牙底圆弧螺纹牙底，在牙型承载侧有三角形斜线螺纹牙底圆弧半径Rrnl 并且Rml《2mm，在牙型导入侧有靠近螺纹底部方向与原始三角形中径间 距bn并且bn《lmm，该处与螺纹轴线垂直方向呈夹角an并且an《6° ， an 夹角线螺纹牙底圆弧半径Rm2并且Rrn2《2mm，同时Rml《Rrn2;它们 两者的相临原始三角形顶点之间的距离等于单个螺纹螺距P的1/2，它们两者 的螺纹起始点和终止点均相对呈180° ;双头内螺纹钻杆接头的1#内螺纹7 和2#内螺纹9两端设置主抗扭矩台肩1和副抗扭矩台肩15，双头内螺纹钻 杆接头的1#内螺纹7和2#内螺纹9与双头内螺纹钻杆接头的头部镗孔部3 之间有一斜面5;双头内螺纹钻杆接头的根部套筒部11与其根部副抗扭矩台肩15之间有一其副抗扭矩台肩根部圆角13，该圆角《士2mm。
双头外螺纹钻杆接头有与双头内螺纹钻杆接头的1#内螺纹7和2#内螺 纹9对应旋合的1#外螺纹8和2#外螺纹10， 1#外螺纹8和2#外螺纹10两 者的螺纹牙型结构相同，包括旋向相同、锥度相同为1 : 10~1 : 16并且《1# 内螺纹7和2#内螺纹9的锥度、螺纹参数相同，它们两者有相同的双牙底 圆弧螺纹牙底，在牙型承载侧有三角形斜线螺纹牙底圆弧半径Rrsl并且 Rrsl=Rrnl，在牙型导入侧有靠近螺纹底部方向与原始三角形中径间距bs 并且bs:bn，该处与螺纹轴线垂直方向呈夹角as并且as-an, as夹角线螺 纹牙底圆弧半径Rrs2并且Rrs2= Rrn2;它们两者的相临原始三角形顶点之 间的距离等于单个螺纹螺距P的A它们两者的螺纹起始点和终止点均相对 呈180° ;双头外螺纹钻杆接头的1#外螺纹8和2#外螺纹10两端设置主抗 扭矩台肩2和副抗扭矩台肩14，双头外螺纹钻杆接头的1#外螺纹8和2# 外螺纹io与双头外螺纹钻杆接头的前端头部12之间有一斜面6;双头外螺 纹钻杆接头的根部基部4与其根部主抗扭矩台肩2之间有一其主抗扭矩台 肩根部圆角16，该圆角《土2mm。
低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头的双头内螺纹钻杆接头与双头外螺 纹钻杆接头旋入连接拧紧时，双头内螺纹钻杆接头的主抗扭矩台肩1与双 头外螺纹钻杆接头的主抗扭矩台肩2端部紧密接触，而双头内螺纹钻杆接 头的副抗扭矩台肩15与双头外螺纹钻杆接头的副抗扭矩台肩14端部有一 微小间隙，该间隙《0.5mm;双头内螺纹钻杆接头的头部镗孔部3的长度> 双头外螺纹钻杆接头的根部基部4的长度而且双头内螺纹钻杆接头的头部 镗孔部3的直径〉双头外螺纹钻杆接头的根部基部4的直径；双头内螺纹钻 杆接头的根部套筒部11的 度〈双头外螺纹钻杆接头的前端头部12的长度但双头内螺纹钻杆接头的根部套筒部11的直径〉双头外螺纹钻杆接头的前
端头部12的直径，以保证主抗扭矩台肩l、 2和副抗扭矩台肩14、 15在承 受外加载荷发生变形时紧密接触配合，保证钻杆接头的高抗扭矩性能。 实施例
该双头螺纹钻杆接头的外径是0l68mm、内径是082mm，其1#内螺 纹、2#内螺纹、1#外螺纹、2#外螺纹的锥度都是1 : 12， 1#内螺纹、2#内 螺纹、1#外螺纹、2#外螺纹的螺距P都是16. 934 mm， 1#内螺纹、2#内螺 纹、1#外螺纹、2#外螺纹的牙底和牙顶宽都是2. 513mm, 1#内螺纹、2#内螺 纹的牙底圆弧半径Rrnl等于1#外螺纹、2#外螺纹的牙底圆弧半径Rrsl都 是R1.321 mm， 1#内螺纹、2#内螺纹的牙型导入侧靠近螺纹底部方向与原 始三角形中径间距bn等于1#外螺纹、2#外螺纹的牙型导入侧靠近螺纹底部 方向与原始三角形中径间距bs都是0.263 mm， 1#内螺纹、2#内螺纹的与 螺纹轴线垂直方向夹角an等于1#外螺纹、2#外螺纹的与螺纹轴线垂直方向 夹角as都是5° ， 1#内螺纹、2#内螺纹的牙底圆弧半径Rm2等于1#外螺纹、 2弁外螺纹的牙底圆弧半径Rrs2都是R1.524mm， 1#内螺纹、2#内螺纹的螺 纹起始点和终止点都相对呈180° ， 1#外螺纹、2#外螺纹的螺纹起始点和终 止点都相对呈180° ，主抗扭矩台肩和副抗扭矩台肩的根部圆角都是 1.5mm，副抗扭矩台肩端部在拧紧时间隙等于0.2111111。
综上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新 型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与 修饰，都应为本实用新型的技术范畴。
权利要求1、一种低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，由一对低应力高抗扭矩的双头内螺纹钻杆接头和双头外螺纹钻杆接头组成，其特征在于所述的双头内螺纹钻杆接头具有两个有相同旋向、相同锥度、相同螺纹参数但两者的螺纹起始点和终止点均相对呈180°的1#内螺纹和2#内螺纹，双头内螺纹两端设置主抗扭矩台肩和副抗扭矩台肩，其副抗扭矩台肩根部圆角≤±2mm；所述的双头外螺纹钻杆接头具有两个有相同旋向、相同锥度、相同螺纹参数但两者的螺纹起始点和终止点均相对呈180°的1#外螺纹和2#外螺纹，双头外螺纹两端设置主抗扭矩台肩和副抗扭矩台肩，其主抗扭矩台肩根部圆角≤±2mm。
2、 根据权利要求l所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征 在于所述的对应旋合的双头内螺纹和双头外螺纹的锥度为1 : 10~1 : 16。
3、 根据权利要求1所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征 在于所述的双头内螺纹的1#内螺纹和2#内螺纹的相临原始三角形顶点之间 的距离等于螺纹螺距P的1/2。
4、 根据权利要求1所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征 在于所述的双头外螺纹的1#外螺纹和2#外螺纹的相临原始三角形顶点之 间的距离等于螺纹螺距P的1/2。
5、 根据权利要求1所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征 在于所述的内螺纹的螺纹牙底形成双牙底圆弧 一是在牙型承载侧，三角形斜线螺纹牙底圆弧半径为Rrnl; —是在牙型导入侧，靠近螺纹底部方向 与原始三角形中径有一间距bn，该处与螺纹轴线垂直方向呈一夹角an， an 夹角线螺纹牙底圆弧半径为Rrn2;所述的外螺纹的在螺纹牙底形成双牙底圆弧 一是在牙型承载侧，三 角形斜线螺纹牙底圆弧半径为Rrsl; —是在牙型导入侧，靠近螺纹底部方 向与原始三角形中径有一间距bs，该处与螺纹轴线垂直方向呈一夹角as, as 夹角线螺纹牙底圆弧半径为Rrs2;其中-bn= bs《lmm; a萨as《60 ; Rrnl= RrsK2mm; Rrn2=Rrs2《2mm;RrnKRrn2。
6、 根据权利要求1所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征 在于所述的双头内螺纹钻杆接头设置的主抗扭矩台肩与双头外螺纹钻杆 接头设置的主抗扭矩台肩的端部在拧紧时紧密接触。
7、 根据权利要求1所述的低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头，其特征在于所述的双头内螺纹钻杆接头设置的副抗扭矩台肩与双头外螺纹钻杆接头设置的副抗扭矩台肩的端部在拧紧时有一微小间隙《0.5mm。
专利摘要本实用新型涉及在油井或气井的钻探过程中使用的钻杆接头，特别是一种低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头。它由一对低应力高抗扭矩的双头内螺纹钻杆接头和双头外螺纹钻杆接头组成；所述的双头内螺纹钻杆接头具有两个有相同旋向、相同锥度、相同螺纹参数但两者的螺纹起始点和终止点均相对呈180°的1#内螺纹和2#内螺纹；所述的双头外螺纹钻杆接头具有两个有相同旋向、相同锥度、相同螺纹参数但两者的螺纹起始点和终止点均相对呈180°的1#外螺纹和2#外螺纹。该低应力高抗扭矩双头螺纹钻杆接头具有更低的应力集中和更高的扭矩特性，可实现更高的生产效率。
文档编号E21B17/02GK201358732SQ200820155949
公开日2009年12月9日 申请日期2008年11月26日 优先权日2008年11月26日
发明者彦 李, 袁鹏斌 申请人:上海海隆石油管材研究所;东方乾元科技(北京)有限公司