專利名稱：石油鉆井井下工具外筒零件的螺紋接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于連接石油鉆井井下工具外筒零件的石油鉆井井下工具外筒零件的螺紋接頭，屬于鉆井管柱組件的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，在石油鉆井中為了提高鉆井效率、減少鉆井事故發(fā)生、實施新的鉆井工藝(如井底驅(qū)動鉆井、定向鉆井)，鉆井管柱(簡稱鉆柱)不再是鉆桿和鉆鋌等的簡單組成了，配置各種用途井下工具的情況越來越多。鉆柱除了承受正常鉆井的拉壓、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力外，還受到猛剎猛提鉆柱產(chǎn)生的沖擊載荷、因旋轉(zhuǎn)而重復(fù)性的彎曲變形、跳動、振顫等產(chǎn)生的交變拉壓應(yīng)力、交變剪切應(yīng)力，以及井壁的摩擦、循環(huán)泥漿的沖蝕、井內(nèi)介質(zhì)的腐蝕及井內(nèi)溫度的影響。鉆柱受劇烈交變載荷和磨損、腐蝕聯(lián)合作用的結(jié)果，導(dǎo)致了鉆柱連接的破壞，這種破壞多發(fā)生在螺紋連接處。而連接螺紋疲勞斷裂的原因是由于外接頭螺紋或者內(nèi)接頭螺紋的最末一圈嚙合螺紋牙根部起源裂紋而引起。井下工具為實現(xiàn)特別的功能，又受到設(shè)計空間的限制，多層疊套狀態(tài)的筒體結(jié)構(gòu)是不可避免的。井下工具往往與鉆鋌或加重鉆桿相連接，相比之下更顯薄弱的外筒零件之間的接頭螺紋，就成了最大彎曲應(yīng)力和最早遭受疲勞破壞的發(fā)生之處。標準的《石油鉆桿接頭螺紋》螺紋錐度是1∶6或者1∶4，必須具有相當(dāng)?shù)墓鼙诤穸炔拍軕?yīng)用。井下工具外筒零件之間的接頭螺紋，就因為筒體壁厚太薄根本不能采用標準的《石油鉆桿接頭螺紋》，通常用的是普通螺紋、或者矮齒化的梯形螺紋。問題是，普通螺紋和梯形螺紋均是圓柱螺紋，相比之下連接強度低于錐螺紋，因為，螺紋牙的受力規(guī)律是從傳力算起的第一圈螺紋牙受力最大，以后逐圈遞減，圓柱螺紋的遞減幅度較之錐螺紋要大，換言之傳力算起的第一圈螺紋牙的變形要大、抗疲勞性要差。還有技術(shù)上不能妥善解決的問題一是采用普通螺紋，存在螺紋牙的高度系數(shù)大，筒體剩余壁厚少導(dǎo)致抗拉強度不足，如果用較小的螺距有滿足抗拉強度的壁厚，但螺紋牙的強度又不夠；二是采用梯形螺紋，適當(dāng)?shù)陌X化可以兼顧螺紋牙和螺紋基體的抗拉強度，但是，螺紋牙根部沒有過渡圓角，極容易應(yīng)力集中產(chǎn)生疲勞破壞。此外，井下工具需要檢修，圓柱螺紋多次裝拆的完好性要比錐螺紋差。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種能承受很高拉、壓、彎、扭載荷，連接強度高，不易損壞，且多次裝拆的完好性好的，適用于石油鉆井井下工具薄壁外筒零件之間連接的石油鉆井井下工具外筒零件的螺紋接頭，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
本實用新型是這樣構(gòu)成的它包括外螺紋井下工具外筒零件(1)和內(nèi)螺紋井下工具外筒零件(2)，外螺紋井下工具外筒零件(1)的外螺紋(3)和內(nèi)螺紋井下工具外筒零件(2)的內(nèi)螺紋(4)的錐度J都為1∶16，并且其外螺紋(3)和內(nèi)螺紋(4)的牙型角α都為60°、螺距P都為5.08mm、牙根圓角半徑R都為0.635mm。
在外螺紋井下工具外筒零件(1)的外螺紋(3)上設(shè)有應(yīng)力減輕槽(5)。
應(yīng)力減輕槽(5)的溝槽寬度D1為18.6±0.8mm，其槽根圓角半徑R1為4mm。
在內(nèi)螺紋井下工具外筒零件(2)的內(nèi)螺紋(4)上設(shè)有二級圓錐過渡形應(yīng)力減輕槽(6)。
二級圓錐過渡形應(yīng)力減輕槽(6)的錐度J1為1∶16，錐角β為20°。
在外螺紋井下工具外筒零件(1)的外螺紋(3)端部設(shè)有圓筒狀延伸段(7)。
由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)采用普通螺紋型式或者變異梯形螺紋型式的接頭相比，本實用新型的連接強度要高出許多。如果以錐螺紋的平均中徑與圓柱螺紋中徑相等來考察內(nèi)、外接頭螺紋，外接頭螺紋或者內(nèi)接頭螺紋的最末一圈嚙合螺紋牙根部處的剩余筒體壁厚，由于錐螺紋比圓柱螺紋的要大，推而論之錐螺紋的疲勞強度高，所以本實用新型的螺紋采用1∶16的錐度，使從傳力算起受力最大的第一圈螺紋牙承受的載荷相對普通螺紋和梯形螺紋要小；本實用新型的螺紋螺距為5.08mm，能形成足夠受力強度的螺紋牙厚度，其牙根圓角半徑為0.635mm，減輕了螺紋的根部應(yīng)力集中。因此，本實用新型采用1∶16的螺紋錐度、5.08mm的螺距、0.635mm的牙根圓角半徑，使得螺紋牙扣所占去的筒體壁厚較為合理。
另外，本實用新型在外螺紋的大端設(shè)置了槽寬為18.6±0.8mm、槽根圓角半徑為4mm的應(yīng)力減輕槽，可使外錐螺紋大端的應(yīng)力分散、消減；而在內(nèi)螺紋的小端設(shè)置了錐度為1∶16、錐角為20°的二級圓錐過渡形應(yīng)力減輕槽，可使內(nèi)螺紋小端最薄壁厚處的彎曲應(yīng)力逐漸分散、消減；并且本實用新型在外螺紋小端部設(shè)置了一個圓筒狀延伸段，延伸插入內(nèi)螺紋小端部孔，用來擴展彎曲應(yīng)力分散長度，以提高螺紋連接部位的抗彎曲能力。
因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有連接強度高、可承受很高的拉、壓、彎、扭載荷、不易損壞且多次裝拆后螺紋的齒面粘扣發(fā)生率低、使用壽命長的優(yōu)點；而且螺紋牙扣所占去的筒體壁厚度小，可在滿足實際工況的需要下盡可能地減小外筒零件的壁厚，在非常有限的設(shè)計空間中讓出實現(xiàn)特別功能的空間。


附圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本實用新型的螺紋結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本實用新型的實施例如附圖所示，在外螺紋井下工具外筒零件(1)的外表面上設(shè)置外螺紋(3)，在內(nèi)螺紋井下工具外筒零件(2)的內(nèi)表面設(shè)置內(nèi)螺紋(4)，并使外螺紋(3)和內(nèi)螺紋(4)的錐度J都為1∶16、牙型角α都為60°、螺距P都為5.08mm且牙根圓角半徑R都為0.635mm。在外螺紋井下工具外筒零件(1)的外螺紋(3)上設(shè)置溝槽形應(yīng)力減輕槽(5)，并使其寬度D1為18.6±0.8mm、槽根圓角半徑R1為4mm，在內(nèi)螺紋井下工具外筒零件(2)的內(nèi)螺紋(4)上設(shè)置二級圓錐過渡形應(yīng)力減輕槽(6)，并使其錐度J1為1∶16、錐角β為20°，最后在外螺紋井下工具外筒零件(1)的外螺紋(3)端部設(shè)置一個圓筒狀延伸段(7)，并將其與內(nèi)螺紋(4)的小端部尺寸相同的孔相配合即可。在設(shè)置外螺紋(3)和內(nèi)螺紋(4)時需先根據(jù)外螺紋井下工具外筒零件(1)和內(nèi)螺紋井下工具外筒零件(2)的外徑和孔徑并結(jié)合工況所需的連接強度、旋合扭矩、抗拉強度等參數(shù)來確定螺紋的基面中徑C。
權(quán)利要求1.一種石油鉆井井下工具外筒零件的螺紋接頭，它包括外螺紋井下工具外筒零件(1)和內(nèi)螺紋井下工具外筒零件(2)，其特征在于外螺紋井下工具外筒零件(1)的外螺紋(3)和內(nèi)螺紋井下工具外筒零件(2)的內(nèi)螺紋(4)的錐度J都為1∶16，并且其外螺紋(3)和內(nèi)螺紋(4)的牙型角α都為60°、螺距P都為5.08mm、牙根圓角半徑R都為0.635mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井井下工具外筒零件的螺紋接頭，其特征在于在外螺紋井下工具外筒零件(1)的外螺紋(3)上設(shè)有應(yīng)力減輕槽(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石油鉆井井下工具外筒零件的螺紋接頭，其特征在于應(yīng)力減輕槽(5)的溝槽寬度D1為18.6±0.8mm，其槽根圓角半徑R1為4mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井井下工具外筒零件的螺紋接頭，其特征在于在內(nèi)螺紋井下工具外筒零件(2)的內(nèi)螺紋(4)上設(shè)有二級圓錐過渡形應(yīng)力減輕槽(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石油鉆井井下工具外筒零件的螺紋接頭，其特征在于二級圓錐過渡形應(yīng)力減輕槽(6)的錐度J1為1∶16，錐角β為20°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井井下工具外筒零件的螺紋接頭，其特征在于在外螺紋井下工具外筒零件(1)的外螺紋(3)端部設(shè)有圓筒狀延伸段(7)。
專利摘要本實用新型公開了一種石油鉆井井下工具外筒零件的螺紋接頭，它包括外螺紋井下工具外筒零件和內(nèi)螺紋井下工具外筒零件，外螺紋井下工具外筒零件的外螺紋和內(nèi)螺紋井下工具外筒零件的內(nèi)螺紋的錐度J都為1∶16，并且其外螺紋和內(nèi)螺紋的牙型角α都為60°、螺距P都為5.08mm、牙根圓角半徑R都為0.635mm。本實用新型具有連接強度高、可承受很高的拉、壓、彎、扭載荷、不易損壞且多次裝拆后螺紋的齒面粘扣發(fā)生率低、使用壽命長等優(yōu)點；而且螺紋牙扣所占去的筒體壁厚度小，可在滿足實際工況的需要下盡可能地減小外筒零件的壁厚，在非常有限的設(shè)計空間中讓出實現(xiàn)特別功能的空間。
文檔編號E21B23/00GK2846715SQ200520006328
公開日2006年12月13日 申請日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者李匯平 申請人:貴州高峰石油機械有限責(zé)任公司