一种抗疲劳超高抗扭钻杆接头的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种抗疲劳超高抗扭钻杆接头中的外螺纹接头具有外台肩和内端面；在外台肩和内端面之间具有依次衔接的基部段、外螺纹段和前端部段；且内螺纹接头具有外端面和内台肩；在内台肩和外端面之间具有依次衔接的后端部段、内螺纹段和镗孔段；内端面和内台肩之间具有0-0.5mm的间隙；外螺纹段的外螺纹的螺距为：小于每英寸4牙，大于等于每英寸3牙；当外螺纹的中径≤5英寸时，螺纹牙底半径为0.050-0.060英寸，齿高为0.120-0.130英寸，当外螺纹中径＞5英寸时，螺纹牙底半径为0.045-0.050英寸，齿高为0.140-0.150英寸；内螺纹段的内螺纹具有与外螺纹相同的螺距、螺纹牙底半径和齿高。
【专利说明】一种抗疲劳超高抗扭钻杆接头
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种接头，尤其涉及一种钻杆接头。
【背景技术】
[0002]通常用于石油钻探的钻杆是按照API标准生产制造的，其结构是在钻杆管体两端各对焊一个外螺纹钻杆接头和一个内螺纹钻杆接头。
[0003]图1显示了现有的API标准钻杆接头的结构。如图1所示，该钻杆接头包括外螺纹接头21和与之进行螺纹连接的内螺纹接头22。外螺纹接头21具有径向向外的外台肩23、径向向内的内端面25以及依次设置于外台肩23和内端面25之间的在轴向方向上延伸的基部段29和外螺纹段27，同时，内螺纹接头22则具有径向向外的外端面24、径向向内的内斜面26以及依次设置于外端面24和内斜面之间的在轴向方向上延伸的镗孔段20和内螺纹段28。外螺纹接头21的外台肩23到内端面25的长度为LI，而内螺纹接头22的外端面24到内斜面26的长度为L2。
[0004]上述接头承受的扭矩来自外台肩23和外端面24之间以及外螺纹27和内螺纹28之间的摩擦力矩。由于L2大于LI，因此，内螺纹接头22的一小部分内螺纹段28并未与外螺纹接头21的外螺纹段27进行螺纹连接，这样的API标准钻杆接头的抗扭强度并不能满足高难度钻井的钻探要求。
[0005]按照API标准设计的钻杆，其接头的扭转强度一般为钻杆管体的80%，为此，上述API标准钻杆的接头在使用中遇到过大扭矩时会出现内螺纹接头涨扣及外螺纹接头螺纹断裂等失效情况。
[0006]近年来国内外油田的开发逐渐转向高开发成熟度油气田中的剩余资源开采，同时，随着低渗、超薄、超深、海洋、高腐蚀性、稠油、超稠油等油气藏的开发，钻探技术已向着深井、超深井、定向井、大位移井、短半径井、水平井、闻温闻压井、深水井以及闻腐蚀性井等工况条件差的油气井发展，钻杆的服役条件日趋恶劣，现有的API标准的钻杆中的高抗扭接头的抗扭强度已不能满足日趋严苛的钻井作业的要求。
[0007]与此同时，水平井的大幅增加对接头螺纹的疲劳寿命提出了更高的要求。采用API标准中的V-038R与V-050牙型的钻杆在井眼弯曲段旋转时，接头螺纹的牙底易产生疲劳裂纹，裂纹扩展后，容易发生接头螺纹断裂失效事故。
[0008]图2显示了经改进后的钻杆接头的螺纹牙型与API标准中的钻杆接头的螺纹牙型之间的区别。
[0009]为了解决钻杆接头的螺纹牙底容易产生裂纹而导致钻杆接头螺纹断裂失效这一缺陷，如图2所示，经过改进后的钻杆接头A的螺纹牙底半径为0.042英寸且齿高为0.14英寸，这种钻杆接头的螺纹牙底半径大于API标准钻杆接头B的螺纹牙底半径(0.038英寸)，为此，其抗扭能力强，抵御受力疲劳性能相对较好。然而，无论这种钻杆接头A的螺纹中径大小取值如何，其均采用齿高为0.14英寸的螺纹牙型。较之于API标准钻杆接头B的齿高(0.121844英寸)，改进后的钻杆接头A的齿高较高，在螺纹中径相同的条件下，改进后的钻杆接头A的螺纹牙底壁厚较薄，由此导致钻杆接头A的螺纹连接强度低于会API标准钻杆接头B，这样，就正好等于抵消了钻杆接头A的螺纹牙底半径变大所带来的益处。
实用新型内容
[0010]本实用新型的目的在于提供一种抗疲劳超高抗扭钻杆接头，较之于API标准钻杆接头，其抗扭强度提高了 70% ;同时，该钻杆接头的螺纹牙底半径较大，齿高尺寸适中，兼具有良好的抗扭性能和优良的抗疲劳性能，特别适用于深井、超深井、定向井、水平井、大斜度井等闻难度井的钻探环境。
[0011]为了实现上述目的，本实用新型提出了一种抗疲劳超高抗扭钻杆接头，其包括外螺纹接头和内螺纹接头，此外，
[0012]该外螺纹接头具有径向向外的外台肩和径向向内的内端面；沿外螺纹接头的轴向方向，该外台肩和内端面之间具有依次衔接的基部段、外螺纹段和前端部段；
[0013]该内螺纹接头具有径向向外的外端面和径向向内的内台肩；沿内螺纹接头的轴向方向，该内台肩和外端面之间具有依次衔接的后端部段、内螺纹段和镗孔段；
[0014]其中，当外螺纹接头和内螺纹接头拧紧时，外螺纹段和内螺纹段啮合，外台肩和外端面接触，内端面和内台肩之间具有0-0.5mm的间隙；
[0015]其中，该外螺纹段的外螺纹的螺距为:小于每英寸4牙，大于等于每英寸3牙；当外螺纹的中径< 5英寸时，其螺纹牙底半径为0.050-0.060英寸，齿高为0.120-0.130英寸，当外螺纹中径> 5英寸时，其螺纹牙底半径为0.045-0.050英寸，齿高为0.140-0.150英寸；内螺纹段的内螺纹具有与外螺纹相同的螺距、螺纹牙底半径和齿高。
[0016]较之于API标准钻杆接头，本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头中的内端面和内台肩之间的间隙最大不超过0.5_，这样，当超扭矩上扣或井下扭矩过大时，外螺纹接头的内端面与内螺纹接头的内台肩的间隙可以逐渐减小直至消失，使钻杆接头部分形成了一个刚性体，提高了钻杆接头的抗扭强度和抗弯能力，使钻杆接头的抗扭强度高于API标准钻杆接头。
[0017]另外，本实用新型的技术方案对于钻杆接头中的外螺纹段的外螺纹的螺距、螺纹牙底半径和齿高进行了设定，同时，内螺纹段的内螺纹具有与外螺纹相同的螺距、螺纹牙底半径和齿高。需要说明的是，虽然外螺纹的螺距、螺纹牙底半径和齿高均为数值范围，然而，由于钻杆接头的外螺纹接头和内螺纹接头是通过外螺纹和内螺纹来实现两者的螺纹连接的，因此，在所设定的数值范围内，内螺纹的螺距、螺纹牙底半径和齿高与外螺纹的螺距、螺纹牙底半径和齿高是一一对应的。
[0018]此外，现有的钻杆接头无论其螺纹中径大小，其齿高均采用0.14英寸的螺纹牙型，不同于现有的钻杆接头，本实用新型的技术方案分别针对钻杆接头的外螺纹的中径小于等于5英寸时和外螺纹的中径大于5英寸时的两种情况，对于螺纹牙底半径和齿高进行了不同的限定，并且根据螺纹牙底半径的大小来调整螺纹齿高尺寸，以避免螺纹牙底壁厚的减小，从而保证牙底半径增大所带来的益处，进而提高钻杆抵御疲劳裂纹的能力，提升钻杆接头的抗疲劳性能。
[0019]进一步地，在本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头中，上述螺纹段的外螺纹的螺距为每英寸3.5牙。
[0020]更进一步地，在本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头中，当外螺纹的中径(5英寸时，其螺纹牙底半径为0.050英寸，齿高为0.125英寸，当外螺纹中径> 5英寸时，其螺纹牙底半径为0.045英寸，齿高为0.14英寸。
[0021]进一步地，在本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头中，上述外螺纹段从与前端部段相邻的第一个外螺纹延伸到与基部段相邻的最后一个外螺纹的锥度不大于1:12。
[0022]由于钻杆接头中的外螺纹接头和内螺纹接头是通过外螺纹和内螺纹来实现两者的连接的，因此，内、外螺纹段应该是相互匹配的，也就是说，在外螺纹接头上的外螺纹的锥度与在内螺纹接头上的内螺纹的锥度是相同的。鉴于此，内螺纹段从与镗孔段相邻的第一个内螺纹延伸到与后端部段相邻的最后一个外螺纹的锥度也不大于1:12，并且在所设定的数值范围内，外螺纹段的锥度和内螺纹段的锥度是对应匹配的。
[0023]更进一步地，在本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头中，上述外螺纹段从与前端部段相邻的第一个外螺纹延伸到与基部段相邻的最后一个外螺纹的锥度为1:16。
[0024]较之于API标准的高抗扭接头所采取的锥度为1:6，本实用新型的钻杆接头的锥度较为平缓，为此，外螺纹接头的内端面与内螺纹接头的内台肩的接触面积必然大于高抗扭接头的相同部位的接触面积，从而其所产生的摩擦力矩必然大于高抗扭接头相同部位所产生的摩擦力矩，进而进一步地提高了钻杆接头的抗扭强度。
[0025]更进一步地，在本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头中，上述前端部段的外径大于外螺纹沿锥度方向延伸至内端面处的螺纹根部的外径，但小于与前端部段相邻的第一个外螺纹的螺纹根部的外径。
[0026]进一步地,在本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头中，从上述外台肩到内端面之间的长度大于API标准钻杆外螺纹接头的外台肩到内端面的长度，但小于API标准钻杆内螺纹接头的外端面到内斜面的长度。
[0027]进一步地,本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头中，当上述外螺纹接头和内螺纹接头连接时，前端部段与后端部段之间具有径向方向上的间隙，这样，有效地避免了扭矩过大时内、外螺纹接头涨扣而导致螺纹断裂。
[0028]更进一步地，本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头中，上述径向方向上的间隙至少为0.5mm。
[0029]本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头通过内端面和内台肩之间的间隙设置以及外螺纹段的外螺纹的螺距、螺纹牙底半径和齿高的设计，使得该钻杆接头兼具有良好的抗疲劳性能和抗扭矩能力，其抗扭强度高于API标准钻杆接头，与API标准钻杆接头相比较，其抗扭强度提高了 70%左右。
[0030]另外，本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头在外螺纹的前端部段和内螺纹的后端部段之间设置有间隙，降低了钻杆接头发生涨扣、粘扣的风险，提高了钻杆接头的防粘扣性能。
[0031 ] 此外，本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头能够适用于深井、超深井、定向井、水平井、大斜度井等高难度井的钻探工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为现有的钻杆接头的结构示意图。
[0033]图2为经改进后的钻杆接头的螺纹牙型与API标准钻杆接头的螺纹牙型的比较示意图。
[0034]图3为本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头在一种实施方式下的结构示意图。
[0035]图4为本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头的牙型在一种实施方式下与API标准钻杆接头的V-050牙型的比较示意图。
[0036]图5为本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头的牙型在另一种实施方式下与API标准钻杆接头的V-038R牙型的比较示意图。
【具体实施方式】
[0037]下面将结合说明书附图和具体的实施例对本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头做进一步的解释和说明，然而，该解释和说明并不对本实用新型的技术方案构成不当限定。
[0038]图3显示了本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头在一种实施方式下的结构。
[0039]如图3所示，在该种实施方式下的抗疲劳超高抗扭钻杆接头包括外螺纹接头3和内螺纹接头4 ;在外螺纹接头3上具有径向向外的外台肩31和径向向内的内端面32，沿着外螺纹接头的轴向方向，在外台肩31和内端面32之间具有依次衔接的基部段33、外螺纹段34和前端部段35，在内螺纹接头4上具有径向向外的外端面41和径向向内的内台肩42，沿着内螺纹接头的轴向方向，在内台肩42和外端面41之间具有依次衔接的后端部段43、内螺纹段44和镗孔段45，当外螺纹接头3和内螺纹接头4拧紧时，外螺纹段34和内螺纹段44啮合，外台肩31和外端面41接触，内端面32和内台肩42之间无间隙，前端部段35的外径大于外螺纹沿锥度方向延伸至内端面32处的螺纹根部的外径，但小于与前端部段35相邻的第一个外螺纹的螺纹根部的外径。外螺纹段34的外螺纹的螺距为每英寸3.5牙，其外螺纹的中径< 5英寸，其螺纹牙底半径为0.050英寸，其齿高为0.125英寸，并且内螺纹段44的内螺纹具有与外螺纹34相同的螺距、螺纹牙底半径和齿高，同时，外螺纹段34从与前端部段35相邻的第一个外螺纹延伸到与基部段33相邻的最后一个外螺纹的锥度为1:16。
[0040]另外，当外螺纹接头3和内螺纹接头4连接时，在前端部段35与后端部段43之间具有径向方向上的间隙a，该间隙a大于等于0.5mm。
[0041]此外，在内端面和内台肩之间可以具有一定的间隙，该间隙可以是大于O且小于等于0.5mm的数值。
[0042]较之于图1所示的API标准钻杆接头,在图3所示的抗疲劳超高抗扭钻杆接头中，从外台肩31到内端面32之间的长度L3大于API标准钻杆外螺纹接头的外台肩23到内端面25的长度LI，但小于API标准钻杆内螺纹接头的外端面24到内斜面26的长度L2，并且从外端面41到内台肩42之间的长度L4也大于API标准钻杆外螺纹接头的外台肩23到内端面25的长度LI，但小于API标准钻杆内螺纹接头的外端面24到内斜面26的长度L2。在本实用新型的技术方案中，Omm ( L4-L3 ( 0.5mm,即内端面32和内台肩42之间的间隙取值范围为0-0.5_，具体到本实施方式而言，该间隙取值为0_，也就是说，内端面32和内台肩42之间无间隙。
[0043]在另一种实施方式下，该抗疲劳超高抗扭钻杆接头的结构与上述实施方式下的抗疲劳超高抗扭钻杆接头的结构相同，不同之处在于，其外螺纹中径> 5英寸，其螺纹牙底半径为0.045英寸，齿高则为0.140英寸。
[0044]图4和图5分别显示了本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头的牙型在不同实施方式下与API标准钻杆接头的牙型的区别。
[0045]在图4中，本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头的牙型标记为5，API标准钻杆接头的V-038R牙型标记为6。如图4所示，当螺纹中径< 5英寸时，抗疲劳超高抗扭钻杆接头的牙型5的螺纹牙底半径为0.050英寸，其螺纹齿高为0.125英寸，而API标准钻杆接头的V-038R牙型6的螺纹牙底半径则为0.038英寸，其螺纹齿高为0.121844英寸。
[0046]在图5中，本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头的牙型标记为7，API标准钻杆接头的V-050牙型标记为8。如图5所示，当螺纹中径> 5英寸时,抗疲劳超高抗扭钻杆接头的牙型7的螺纹牙底半径为0.045英寸，其螺纹齿高为0.14英寸，而API标准钻杆接头的V-050牙型8的螺纹牙底半径为0.025英寸，其螺纹齿高为0.147804英寸。
[0047]从图4和图5可以看出，本实用新型所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头的牙型的螺纹牙底半径均大于API标准钻杆接头的牙型的螺纹牙底半径，因此，其疲劳寿命大幅度地提闻；并且本实用新型所述的抗疲劳超闻抗扭钻杆接头的牙型的螺纹齿闻都与API标准钻杆接头的牙型的螺纹齿高基本相同，也就是说，本实用新型的钻杆接头的螺纹连接强度也能够与API标准钻杆接头的螺纹连接强度相媲美，并没有抵消螺纹牙底半径的增大所带来的益处。
[0048]需要说明的是，内、外螺纹段的内螺纹的螺距、螺纹牙底半径和齿高均是相同的。
[0049]由上文可知，较之于API标准钻杆接头，本实用新型的抗疲劳超高抗扭钻杆接头(A1-A2)的抗扭强度有了大幅度地提升，其中，Al的钻杆接头的抗扭强度比BI的钻杆接头的抗扭强度提高了 102.7%，而A2的钻杆接头的抗扭强度比B2的钻杆接头的抗扭强度提高了 105.8%，因此本实用新型的抗疲劳超高抗扭钻杆接头具有良好的抗扭强度。
[0050]本实用新型的抗疲劳超高抗扭钻杆接头的螺纹牙底半径大于API标准钻杆接头的螺纹牙底半径，并且其螺纹齿高大小适中，能够达到提高抗扭性能和提升抗疲劳性能的双重目的，为此，尤其适用于深井、超深井、定向井、水平井、大斜度井等高难度井的钻探工作。
[0051]要注意的是，以上列举的仅为本实用新型的具体实施例，显然本实用新型不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种抗疲劳超高抗扭钻杆接头，其包括外螺纹接头和内螺纹接头，其特征在于: 所述外螺纹接头具有径向向外的外台肩和径向向内的内端面；沿外螺纹接头的轴向方向，所述外台肩和内端面之间具有依次衔接的基部段、外螺纹段和前端部段； 所述内螺纹接头具有径向向外的外端面和径向向内的内台肩；沿内螺纹接头的轴向方向，所述内台肩和外端面之间具有依次衔接的后端部段、内螺纹段和镗孔段； 其中，当所述外螺纹接头和内螺纹接头拧紧时，所述外螺纹段和内螺纹段啮合，所述外台肩和外端面接触，所述内端面和内台肩之间具有0-0.5mm的间隙； 其中，所述外螺纹段的外螺纹的螺距为:小于每英寸4牙，大于等于每英寸3牙；当外螺纹的中径< 5英寸时，其螺纹牙底半径为0.050-0.060英寸，齿高为0.120-0.130英寸，当外螺纹中径> 5英寸时，其螺纹牙底半径为0.045-0.050英寸，齿高为0.140-0.150英寸；所述内螺纹段的内螺纹具有与外螺纹相同的螺距、螺纹牙底半径和齿高。
2.如权利要求1所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头，其特征在于，所述外螺纹段的外螺纹的螺距为每英寸3.5牙。
3.如权利要求1或2所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头，其特征在于，当外螺纹的中径(5英寸时，其螺纹牙底半径为0.050英寸，齿高为0.125英寸，当外螺纹中径> 5英寸时，其螺纹牙底半径为0.045英寸，齿高为0.14英寸。
4.如权利要求1所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头，其特征在于，所述外螺纹段从与前端部段相邻的第一个外螺纹延伸到与所述基部段相邻的最后一个外螺纹的锥度不大于1:12。
5.如权利要求4所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头，其特征在于，所述锥度为1:16。
6.如权利要求4所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头，其特征在于，所述前端部段的外径大于所述外螺纹沿锥度方向延伸至内端面处的螺纹根部的外径，但小于与所述前端部段相邻的第一个外螺纹的螺纹根部的外径。
7.如权利要求1所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头，其特征在于，从所述外台肩到内端面之间的长度大于API标准钻杆外螺纹接头的外台肩到内端面的长度，但小于API标准钻杆内螺纹接头的外端面到内斜面的长度。
8.如权利要求1所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头，其特征在于，当所述外螺纹接头和内螺纹接头连接时，所述前端部段与后端部段之间具有径向方向上的间隙。
9.如权利要求8所述的抗疲劳超高抗扭钻杆接头，其特征在于，所述径向方向上的间隙至少为0.5mm。
【文档编号】E21B17/042GK204186304SQ201420560392
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】赵鹏, 刘绍锋, 元麟 申请人:宝山钢铁股份有限公司