專利名稱：一種低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及在油井或氣井的鉆探過程中使用的鉆桿接頭，特別是 一種低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭。
背景技術(shù)：
在油井或氣井的鉆探過程中使用的鉆桿接頭一般多采用美國石油學(xué)會
(API)制定的API標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)制造。美國石油學(xué)會(API)在20世紀(jì)20年代開 始采用V-0.065牙型螺紋的石油鉆桿接頭，這種鉆桿接頭的螺紋是V形螺 紋，其牙底和牙頂都是平的，牙底和牙頂寬都是0.065英寸(l. 651mm)，平 牙底與牙承載面之間的過渡尖角半徑只有r=0.38mm，此處應(yīng)力集中很高， 極易出現(xiàn)疲勞裂紋，鉆桿接頭壽命很短。在20世紀(jì)60年代美國石油學(xué)會 將V-0.065牙型螺紋的平牙底改為半徑R=0.038英寸(0. 965mm)的圓底， 牙底的應(yīng)力集中顯著減少，鉆桿接頭疲勞壽命成倍增長，這種螺紋被稱為 數(shù)字型(NC)螺紋，可以與V-0.065牙型螺紋完全互換，其牙型被納入API SPEC 7中，稱為V-0.038R。但數(shù)字型(NC)螺紋在應(yīng)用中仍然存在一些問 題，特別是在螺紋牙底仍有較大的應(yīng)力集中，而且應(yīng)力在螺紋牙底的分布 不均勻，在牙底靠近螺紋牙承載面處應(yīng)力最大；載荷在鉆桿接頭各圈螺紋 牙上的分配不均勻，大部分載荷由外螺紋接頭螺紋最后啃合區(qū)(LET)螺紋 牙承擔(dān)，其中第一牙承擔(dān)的載荷最大，第一牙承擔(dān)的載荷大約為總載荷的 30%，鉆桿接頭的疲勞裂紋多數(shù)是產(chǎn)生在螺紋最后啃合區(qū)的螺紋牙根部。而且API鉆桿接頭的內(nèi)螺紋接頭的后端是一內(nèi)斜面，對應(yīng)的外螺紋接頭的前 端是一外斜面，只有一個(gè)抗扭矩臺肩在內(nèi)螺紋接頭的前端面和對應(yīng)的外螺 紋接頭的后端面，接頭扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度低。按照API標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，上述接頭的扭轉(zhuǎn) 強(qiáng)度一般為管體的80%，因此上述接頭在使用中遇到過大扭矩時(shí)會出現(xiàn)內(nèi) 螺紋接頭脹扣及外螺紋接頭螺紋斷裂等失效事故。另外目前鉆井深度已達(dá) 3000~6000M， 一根鉆桿8 10M，僅螺紋接頭組裝就需要300-750次、大約 2 3天，如果每個(gè)螺紋接頭組裝額外增加1分鐘，則就需要多出6~12小時(shí)， 這樣人工費(fèi)用、設(shè)備租金就會增加，導(dǎo)致成本增加。采用多頭螺紋，加大 螺距，組裝所需的轉(zhuǎn)數(shù)越少，組裝速度越快，生產(chǎn)效率越高。因此需要開 發(fā)有低應(yīng)力集中、高抗扭矩特性、可實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)效率的雙頭螺紋鉆桿 接頭。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型解決了上述石油生產(chǎn)現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)字型螺紋有較大的應(yīng)力 集中、接頭抗扭矩性能較差，生產(chǎn)效率較低的技術(shù)問題，提供一種低應(yīng)力 高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的-
一種低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭，由 一對低應(yīng)力高抗扭矩的雙 頭內(nèi)螺紋鉆桿接頭和雙頭外螺紋鉆桿接頭組成，其特征在于
所述的雙頭內(nèi)螺紋鉆桿接頭具有兩個(gè)有相同旋向、相同錐度、相同螺 紋參數(shù)但兩者的螺紋起始點(diǎn)和終止點(diǎn)均相對呈180°的1#內(nèi)螺紋和2#內(nèi)螺
紋，雙頭內(nèi)螺紋兩端設(shè)置主抗扭矩臺肩和副抗扭矩臺肩，其副抗扭矩臺肩
根部圓角《士2mm;所述的雙頭外螺紋鉆桿接頭具有兩個(gè)有相同旋向、相同錐度、相同螺
紋參數(shù)但兩者的螺紋起始點(diǎn)和終止點(diǎn)均相對呈180°的1#外螺紋和2#外螺 紋，雙頭外螺紋兩端設(shè)置主抗扭矩臺肩和副抗扭矩臺肩，其主抗扭矩臺肩 根部圓角《士2mm。
所述的低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭，其特征在于所述的對應(yīng) 旋合的雙頭內(nèi)螺紋和雙頭外螺紋的錐度為1 : 10~1 : 16。
所述的低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭，其特征在于所述的雙頭內(nèi) 螺紋的1#內(nèi)螺紋和2#內(nèi)螺紋的相臨原始三角形頂點(diǎn)之間的距離等于螺紋螺 距P的1/2。
所述的低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭，其特征在于所述的雙頭
外螺紋的1#外螺紋和2#外螺紋的相臨原始三角形頂點(diǎn)之間的距離等于螺紋 螺距P的1/2。
所述的低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭，其特征在于 所述的內(nèi)螺紋的螺紋牙底形成雙牙底圓弧 一是在牙型承載側(cè)，三角
形斜線螺紋牙底圓弧半徑為Rrnl; —是在牙型導(dǎo)入側(cè)，靠近螺紋底部方向 與原始三角形中徑有一間距bn，該處與螺紋軸線垂直方向呈一夾角an， an 夾角線螺紋牙底圓弧半徑為Rrn2;
所述的外螺紋的在螺紋牙底形成雙牙底圓弧 一是在牙型承載側(cè)，三 角形斜線螺紋牙底圓弧半徑為Rrsl; —是在牙型導(dǎo)入側(cè)，靠近螺紋底部方 向與原始三角形中徑有一間距bs，該處與螺紋軸線垂直方向呈一夾角as， as 夾角線螺紋牙底圓弧半徑為Rrs2;
其中bn= bs《lmm;
Rrnl= Rrsl《2mm; Rrn2= Rrs2《2mm;
RrnKRrn2。
所述的低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭，其特征在于所述的雙頭 內(nèi)螺紋鉆桿接頭設(shè)置的主抗扭矩臺肩與雙頭外螺紋鉆桿接頭設(shè)置的主抗扭 矩臺肩的端部在擰緊時(shí)緊密接觸。
所述的低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭，其特征在于所述的雙頭內(nèi) 螺紋鉆桿接頭設(shè)置的副抗扭矩臺肩與雙頭外螺紋鉆桿接頭設(shè)置的副抗扭矩
臺肩的端部在擰緊時(shí)有一微小間隙《0.5mm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是通過采用優(yōu)化的與API 鉆桿接頭的螺紋牙型不同的雙牙底圓弧螺紋，改變螺紋牙的幾何形狀和尺 寸，使恰當(dāng)?shù)穆菁y形式和規(guī)格與適當(dāng)?shù)膬?nèi)、外螺紋接頭的內(nèi)、外徑配合， 有效地增大螺紋牙柔度并減小內(nèi)、外螺紋接頭柔度之和，使鉆桿接頭承受 外加載荷時(shí)載荷在螺紋各圈間分配趨于均勻，明顯降低螺紋牙底的應(yīng)力集 中，提高螺紋的疲勞壽命，保證鉆桿接頭在螺紋處的可靠連接；通過將API 鉆桿接頭的內(nèi)螺紋接頭的后端的內(nèi)斜面改為內(nèi)臺肩、對應(yīng)的外螺紋接頭的 前端的外斜面改為與其配合的端面，增加一個(gè)副抗扭矩臺肩，當(dāng)主抗扭矩 臺肩承受外加載荷發(fā)生變形時(shí)，內(nèi)臺肩面有效接觸以此提高接頭的抗扭強(qiáng) 度；主抗扭矩臺肩和副抗扭矩臺肩的根部圓角的優(yōu)化設(shè)計(jì)有效地降低臺肩 根部的應(yīng)力集中，提高接頭的疲勞壽命；通過采用雙頭低應(yīng)力螺紋高抗扭 矩鉆桿接頭，可以有效節(jié)省上卸扣時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)有效降低接頭應(yīng)力集中，提高了抗扭強(qiáng)度。

圖1為本實(shí)用新型的雙頭螺紋牙型結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型的內(nèi)螺紋接頭剖面圖； 圖3為本實(shí)用新型的外螺紋接頭外觀具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭加以說明。
如圖1—圖3所示，該種低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭，它包括一 對低應(yīng)力高抗扭矩的雙頭內(nèi)螺紋鉆桿接頭和雙頭外螺紋鉆桿接頭
雙頭內(nèi)螺紋鉆桿接頭有與API鉆桿接頭的螺紋牙型不同的1#內(nèi)螺紋7 和2#內(nèi)螺紋9， 1#內(nèi)螺紋7和2#內(nèi)螺紋9兩者的螺紋牙型結(jié)構(gòu)相同，包括 旋向相同、錐度相同為1 : 10~ 1 : 16、螺紋參數(shù)相同，它們兩者有相同的 雙牙底圓弧螺紋牙底，在牙型承載側(cè)有三角形斜線螺紋牙底圓弧半徑Rrnl 并且Rml《2mm，在牙型導(dǎo)入側(cè)有靠近螺紋底部方向與原始三角形中徑間 距bn并且bn《lmm，該處與螺紋軸線垂直方向呈夾角an并且an《6° ， an 夾角線螺紋牙底圓弧半徑Rm2并且Rrn2《2mm，同時(shí)Rml《Rrn2;它們 兩者的相臨原始三角形頂點(diǎn)之間的距離等于單個(gè)螺紋螺距P的1/2，它們兩者 的螺紋起始點(diǎn)和終止點(diǎn)均相對呈180° ;雙頭內(nèi)螺紋鉆桿接頭的1#內(nèi)螺紋7 和2#內(nèi)螺紋9兩端設(shè)置主抗扭矩臺肩1和副抗扭矩臺肩15，雙頭內(nèi)螺紋鉆 桿接頭的1#內(nèi)螺紋7和2#內(nèi)螺紋9與雙頭內(nèi)螺紋鉆桿接頭的頭部鏜孔部3 之間有一斜面5;雙頭內(nèi)螺紋鉆桿接頭的根部套筒部11與其根部副抗扭矩臺肩15之間有一其副抗扭矩臺肩根部圓角13，該圓角《士2mm。
雙頭外螺紋鉆桿接頭有與雙頭內(nèi)螺紋鉆桿接頭的1#內(nèi)螺紋7和2#內(nèi)螺 紋9對應(yīng)旋合的1#外螺紋8和2#外螺紋10， 1#外螺紋8和2#外螺紋10兩 者的螺紋牙型結(jié)構(gòu)相同，包括旋向相同、錐度相同為1 : 10~1 : 16并且《1# 內(nèi)螺紋7和2#內(nèi)螺紋9的錐度、螺紋參數(shù)相同，它們兩者有相同的雙牙底 圓弧螺紋牙底，在牙型承載側(cè)有三角形斜線螺紋牙底圓弧半徑Rrsl并且 Rrsl=Rrnl，在牙型導(dǎo)入側(cè)有靠近螺紋底部方向與原始三角形中徑間距bs 并且bs:bn，該處與螺紋軸線垂直方向呈夾角as并且as-an, as夾角線螺 紋牙底圓弧半徑Rrs2并且Rrs2= Rrn2;它們兩者的相臨原始三角形頂點(diǎn)之 間的距離等于單個(gè)螺紋螺距P的A它們兩者的螺紋起始點(diǎn)和終止點(diǎn)均相對 呈180° ;雙頭外螺紋鉆桿接頭的1#外螺紋8和2#外螺紋10兩端設(shè)置主抗 扭矩臺肩2和副抗扭矩臺肩14，雙頭外螺紋鉆桿接頭的1#外螺紋8和2# 外螺紋io與雙頭外螺紋鉆桿接頭的前端頭部12之間有一斜面6;雙頭外螺 紋鉆桿接頭的根部基部4與其根部主抗扭矩臺肩2之間有一其主抗扭矩臺 肩根部圓角16，該圓角《土2mm。
低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭的雙頭內(nèi)螺紋鉆桿接頭與雙頭外螺 紋鉆桿接頭旋入連接擰緊時(shí)，雙頭內(nèi)螺紋鉆桿接頭的主抗扭矩臺肩1與雙 頭外螺紋鉆桿接頭的主抗扭矩臺肩2端部緊密接觸，而雙頭內(nèi)螺紋鉆桿接 頭的副抗扭矩臺肩15與雙頭外螺紋鉆桿接頭的副抗扭矩臺肩14端部有一 微小間隙，該間隙《0.5mm;雙頭內(nèi)螺紋鉆桿接頭的頭部鏜孔部3的長度> 雙頭外螺紋鉆桿接頭的根部基部4的長度而且雙頭內(nèi)螺紋鉆桿接頭的頭部 鏜孔部3的直徑〉雙頭外螺紋鉆桿接頭的根部基部4的直徑；雙頭內(nèi)螺紋鉆 桿接頭的根部套筒部11的 度〈雙頭外螺紋鉆桿接頭的前端頭部12的長度但雙頭內(nèi)螺紋鉆桿接頭的根部套筒部11的直徑〉雙頭外螺紋鉆桿接頭的前
端頭部12的直徑，以保證主抗扭矩臺肩l、 2和副抗扭矩臺肩14、 15在承 受外加載荷發(fā)生變形時(shí)緊密接觸配合，保證鉆桿接頭的高抗扭矩性能。 實(shí)施例
該雙頭螺紋鉆桿接頭的外徑是0l68mm、內(nèi)徑是082mm，其1#內(nèi)螺 紋、2#內(nèi)螺紋、1#外螺紋、2#外螺紋的錐度都是1 : 12， 1#內(nèi)螺紋、2#內(nèi) 螺紋、1#外螺紋、2#外螺紋的螺距P都是16. 934 mm， 1#內(nèi)螺紋、2#內(nèi)螺 紋、1#外螺紋、2#外螺紋的牙底和牙頂寬都是2. 513mm, 1#內(nèi)螺紋、2#內(nèi)螺 紋的牙底圓弧半徑Rrnl等于1#外螺紋、2#外螺紋的牙底圓弧半徑Rrsl都 是R1.321 mm， 1#內(nèi)螺紋、2#內(nèi)螺紋的牙型導(dǎo)入側(cè)靠近螺紋底部方向與原 始三角形中徑間距bn等于1#外螺紋、2#外螺紋的牙型導(dǎo)入側(cè)靠近螺紋底部 方向與原始三角形中徑間距bs都是0.263 mm， 1#內(nèi)螺紋、2#內(nèi)螺紋的與 螺紋軸線垂直方向夾角an等于1#外螺紋、2#外螺紋的與螺紋軸線垂直方向 夾角as都是5° ， 1#內(nèi)螺紋、2#內(nèi)螺紋的牙底圓弧半徑Rm2等于1#外螺紋、 2弁外螺紋的牙底圓弧半徑Rrs2都是R1.524mm， 1#內(nèi)螺紋、2#內(nèi)螺紋的螺 紋起始點(diǎn)和終止點(diǎn)都相對呈180° ， 1#外螺紋、2#外螺紋的螺紋起始點(diǎn)和終 止點(diǎn)都相對呈180° ，主抗扭矩臺肩和副抗扭矩臺肩的根部圓角都是 1.5mm，副抗扭矩臺肩端部在擰緊時(shí)間隙等于0.2111111。
綜上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用來限定本實(shí)用新 型的實(shí)施范圍。即凡依本實(shí)用新型申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與 修飾，都應(yīng)為本實(shí)用新型的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求1、一種低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭，由一對低應(yīng)力高抗扭矩的雙頭內(nèi)螺紋鉆桿接頭和雙頭外螺紋鉆桿接頭組成，其特征在于所述的雙頭內(nèi)螺紋鉆桿接頭具有兩個(gè)有相同旋向、相同錐度、相同螺紋參數(shù)但兩者的螺紋起始點(diǎn)和終止點(diǎn)均相對呈180°的1#內(nèi)螺紋和2#內(nèi)螺紋，雙頭內(nèi)螺紋兩端設(shè)置主抗扭矩臺肩和副抗扭矩臺肩，其副抗扭矩臺肩根部圓角≤±2mm；所述的雙頭外螺紋鉆桿接頭具有兩個(gè)有相同旋向、相同錐度、相同螺紋參數(shù)但兩者的螺紋起始點(diǎn)和終止點(diǎn)均相對呈180°的1#外螺紋和2#外螺紋，雙頭外螺紋兩端設(shè)置主抗扭矩臺肩和副抗扭矩臺肩，其主抗扭矩臺肩根部圓角≤±2mm。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭，其特征 在于所述的對應(yīng)旋合的雙頭內(nèi)螺紋和雙頭外螺紋的錐度為1 : 10~1 : 16。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭，其特征 在于所述的雙頭內(nèi)螺紋的1#內(nèi)螺紋和2#內(nèi)螺紋的相臨原始三角形頂點(diǎn)之間 的距離等于螺紋螺距P的1/2。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭，其特征 在于所述的雙頭外螺紋的1#外螺紋和2#外螺紋的相臨原始三角形頂點(diǎn)之 間的距離等于螺紋螺距P的1/2。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭，其特征 在于所述的內(nèi)螺紋的螺紋牙底形成雙牙底圓弧 一是在牙型承載側(cè)，三角形斜線螺紋牙底圓弧半徑為Rrnl; —是在牙型導(dǎo)入側(cè)，靠近螺紋底部方向 與原始三角形中徑有一間距bn，該處與螺紋軸線垂直方向呈一夾角an， an 夾角線螺紋牙底圓弧半徑為Rrn2;所述的外螺紋的在螺紋牙底形成雙牙底圓弧 一是在牙型承載側(cè)，三 角形斜線螺紋牙底圓弧半徑為Rrsl; —是在牙型導(dǎo)入側(cè)，靠近螺紋底部方 向與原始三角形中徑有一間距bs，該處與螺紋軸線垂直方向呈一夾角as, as 夾角線螺紋牙底圓弧半徑為Rrs2;其中-bn= bs《lmm; a薩as《60 ; Rrnl= RrsK2mm; Rrn2=Rrs2《2mm;RrnKRrn2。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭，其特征 在于所述的雙頭內(nèi)螺紋鉆桿接頭設(shè)置的主抗扭矩臺肩與雙頭外螺紋鉆桿 接頭設(shè)置的主抗扭矩臺肩的端部在擰緊時(shí)緊密接觸。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭，其特征在于所述的雙頭內(nèi)螺紋鉆桿接頭設(shè)置的副抗扭矩臺肩與雙頭外螺紋鉆桿接頭設(shè)置的副抗扭矩臺肩的端部在擰緊時(shí)有一微小間隙《0.5mm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及在油井或氣井的鉆探過程中使用的鉆桿接頭，特別是一種低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭。它由一對低應(yīng)力高抗扭矩的雙頭內(nèi)螺紋鉆桿接頭和雙頭外螺紋鉆桿接頭組成；所述的雙頭內(nèi)螺紋鉆桿接頭具有兩個(gè)有相同旋向、相同錐度、相同螺紋參數(shù)但兩者的螺紋起始點(diǎn)和終止點(diǎn)均相對呈180°的1#內(nèi)螺紋和2#內(nèi)螺紋；所述的雙頭外螺紋鉆桿接頭具有兩個(gè)有相同旋向、相同錐度、相同螺紋參數(shù)但兩者的螺紋起始點(diǎn)和終止點(diǎn)均相對呈180°的1#外螺紋和2#外螺紋。該低應(yīng)力高抗扭矩雙頭螺紋鉆桿接頭具有更低的應(yīng)力集中和更高的扭矩特性，可實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)效率。
文檔編號E21B17/02GK201358732SQ200820155949
公開日2009年12月9日 申請日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者彥 李, 袁鵬斌 申請人:上海海隆石油管材研究所;東方乾元科技(北京)有限公司