專(zhuān)利名稱(chēng)：鉆柱連接件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種螺^鉆柱連接件。尤其是，本發(fā)明涉及一種鉆具接 頭和由所述鉆具接頭將鉆桿段和鉆柱的其它元件從地面至糊頭連接起來(lái)而形成 的鉆柱。特別是，本發(fā)明涉及一種用于高扭矩旋轉(zhuǎn)鉆井的具有內(nèi)夕卜裝配臺(tái)肩的 鉆具接頭。
2.
背景技術(shù)：
深井(例如用于開(kāi)發(fā)油氣的深井)由鉆柱旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)鉆頭所鉆成，所 述鉆柱包括底部鉆具組合、 一串鉆桿、方鉆桿或頂驅(qū)裝置、以及與鉆頭相關(guān)的 旋轉(zhuǎn)鉆柱上的相關(guān)設(shè)備。所述鉆柱由單根鉆桿部件構(gòu)成，每一單根鉆桿的長(zhǎng)度 約為30英尺。戶脫鉆桿部件通過(guò)螺紋連銜牛(稱(chēng)作鉆具接頭，通常為1 — 1/2 英尺長(zhǎng))被緊固在一起。所述鉆具接頭必須承受鉆井期間遇到的正常扭矩，并 且還提供防止沿鉆桿向下泵送的鉆井液泄漏出所述接頭的密封件。由于鉆井液 的研磨，鉆具接頭的泄漏會(huì)產(chǎn)生磨損，這將導(dǎo)致提前失效。
常規(guī)的鉆具接頭(有時(shí)被稱(chēng)為API[美國(guó)石油學(xué)會(huì)]鉆具接頭)由陽(yáng)端部件和 陰端部件構(gòu)成。所述陽(yáng)端部件具有外螺紋和外部環(huán)形裝配臺(tái)肩。所述陰端部件 具有內(nèi)螺紋和配合靠在裝配臺(tái)肩上的緣或面。在常規(guī)的鉆具接頭中，陰端部件
內(nèi)沒(méi)有用于與陽(yáng)端部件的端部的鼻部或面接觸的內(nèi)臺(tái)肩。當(dāng)在地面裝配戶;Mx
具接頭部件時(shí)，它們通常會(huì)產(chǎn)生扭矩，該扭矩在有螺紋的截面內(nèi)產(chǎn)生縱向應(yīng)力， 該應(yīng)力約為陽(yáng)端或陰端較弱部分的屈服強(qiáng)度的二分之一。
在鉆水平井或大位移井時(shí)，或鉆柱在井眼中卡鉆時(shí)，鉆^2矩Mi也面裝 配扭矩是可能的。當(dāng)鉆^ffl矩超過(guò)地面裝配扭矩時(shí)會(huì)產(chǎn)生另外的連接裝配扭矩。 所述另外的裝配扭矩在所述連接件中產(chǎn)生較高的應(yīng)力，該應(yīng)力會(huì)超過(guò)陽(yáng)端或陰 端的屈服強(qiáng)度，從而引起井下失效。為了避免失效的可能，地面裝配扭矩應(yīng)當(dāng) 大于鉆^ffl矩。因此，鉆tff占具接頭工業(yè)已經(jīng)研制出了稱(chēng)作"雙臺(tái)肩鉆具接頭" 的鉆具接頭，這種鉆具接頭具有比API鉆具接頭高的扭矩強(qiáng)度特征，其允許較
高的地面裝配扭矩。雙臺(tái)肩鉆具接頭不僅僅具有外裝配臺(tái)肩，還具有內(nèi)裝配臺(tái) 肩和使兩個(gè)臺(tái)肩在高扭矩割牛下進(jìn)行裝配的尺寸。
如US2，532，632專(zhuān)利戶脫，雙臺(tái)肩鉆具接頭不僅僅具有外裝配臺(tái)肩，還具 有內(nèi)裝配臺(tái)肩和使兩個(gè)臺(tái)肩在高扭矩斜牛下進(jìn)行裝配的尺寸。 一種雙臺(tái)肩鉆具 接頭具有大大增加了的抗扭強(qiáng)度極限(與API鉆具接頭相比)，而陽(yáng)端或陰端 的厚度不必增加，而且不必增加鋼材的屈服強(qiáng)度。
現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)通過(guò)調(diào)整具有這種接頭的元件的尺寸來(lái)力求獲得雙臺(tái)肩鉆具 接頭的越來(lái)越好的作業(yè)特征。這些元件具有陰端鏜孔部、陽(yáng)端基部、陽(yáng)端鼻部 和螺紋的相對(duì)長(zhǎng)度；陰端鏜孔部和陽(yáng)端鼻部的相對(duì)截面厚度；鉆具接頭內(nèi)外直 徑的相對(duì)尺寸。
US4,558，431專(zhuān)利中也公開(kāi)了一種雙臺(tái)肩連接件。陰端具有位于其螺紋下 部的內(nèi)臺(tái)肩。陽(yáng)端具有位于其鼻部端部的面，該面與陰端內(nèi)的內(nèi)臺(tái)肩配合。挑 選陽(yáng)端和陰端的尺寸，以便在手工擰緊時(shí)，陰端的面接觸陽(yáng)端的外臺(tái)肩。在陽(yáng) 端鼻部面與陰端的內(nèi)臺(tái)肩之間存在間隙。當(dāng)所述鉆具接頭被完^配到其正常 的裝配扭矩時(shí)，陰端的面以正常的接觸壓力結(jié)合外裝配臺(tái)肩。選擇手工擰緊間 隙，以便在正常裝配扭矩下,陽(yáng)端的面向內(nèi)臺(tái)肩施加較小的壓力或不施加壓力。
，US4,548，431專(zhuān)利規(guī)定了陽(yáng)端基部和陰端鏜 L部的長(zhǎng)度至少為結(jié)合螺
紋長(zhǎng)度的三分之一，并且陽(yáng)端鼻部的長(zhǎng)度至少為結(jié)合螺紋長(zhǎng)度的六分之一。對(duì) 于US4，548,431專(zhuān)利中描述的5"外徑和2-11/16"內(nèi)徑的雙臺(tái)肩鉆具接頭來(lái)說(shuō)，與 同樣外徑和內(nèi)徑的API鉆具接頭具有18,100英尺磅的扭矩相比,雙臺(tái)肩接頭的陽(yáng) 端基部和陰端鏜孔部屈服的扭矩為25,583英尺磅。長(zhǎng)的鏜孔部降低了抗彎曲的 能力，從而允許合理的用于手工擰緊間隙的生產(chǎn)公差。
所述工業(yè)中的其它方面選擇手工擰緊間隙，以便內(nèi)臺(tái)肩基本以設(shè)計(jì)的地面 裝配扭矩進(jìn)行加載。以這種方式進(jìn)行的設(shè)計(jì)，內(nèi)臺(tái)肩允許較大的地面裝配扭矩， 因而能夠被安全地用在需要較大鉆井扭矩的井中。當(dāng)所述鉆具接頭在超出初始 手工擰緊條件而被擰緊時(shí)，陰端鏜孔部和陽(yáng)端的基部彎曲。這一彎曲使得陽(yáng)端 的面關(guān)閉手工擰緊間隙并靠在內(nèi)臺(tái)肩上從而形成結(jié)合。陽(yáng)端的面與內(nèi)臺(tái)肩的加 載出現(xiàn)在陰端鏜孔部和陽(yáng)端的基部?jī)?nèi)出現(xiàn)任何永久變形之前。
擴(kuò)展具有加載地面裝配扭矩的內(nèi)臺(tái)肩的概念，US6,513,804公開(kāi)了另外一 種雙臺(tái)肩鉆具接頭設(shè)計(jì)，在該設(shè)計(jì)中，由于從陽(yáng)端外臺(tái)肩到陽(yáng)端鼻部的長(zhǎng)度大
于從陰端的面到陰端內(nèi)臺(tái)肩的長(zhǎng)度，因此需要首先裝配所述內(nèi)臺(tái)肩。所述陽(yáng)端 鼻部的長(zhǎng)度是陰端鏜孔部的兩倍。在外臺(tái)肩產(chǎn)生外臺(tái)肩不能充分加載以致影響 密封件的風(fēng)險(xiǎn)之前使內(nèi)臺(tái)肩接觸。通過(guò)降低鼻部抗彎性會(huì)諫試圖使特別長(zhǎng)的陽(yáng) 端的鼻部克服這一風(fēng)險(xiǎn)。
US5,492,375專(zhuān)利披露了另一種雙臺(tái)肩鉆具接頭的設(shè)計(jì)，在該設(shè)計(jì)中強(qiáng)調(diào) 了優(yōu)4W臺(tái)肩連接件的抗扭強(qiáng)度。所述優(yōu)化^ii過(guò)確保在高扭矩斜牛下螺紋非 常接近失效但在陽(yáng)端鼻部和陰端鏜孔部或陽(yáng)端基部屈mt前不會(huì)在剪切力下非 常失效而實(shí)現(xiàn)的。US5,492,375中規(guī)定，陽(yáng)端的結(jié)合螺紋段的長(zhǎng)度(其決定了螺 紋的剪切區(qū)域)應(yīng)當(dāng)為A等于或稍大于1.73(Al+An)，其中A^為較小的陽(yáng)端 基部或陰端鏜孔部的橫截面積，Aw為陽(yáng)端鼻部的橫截面積。利用這種技術(shù)的優(yōu) 化使連銜牛的抗扭強(qiáng)度增加很小。
US5，908，212專(zhuān)利公開(kāi)了另一種雙臺(tái)肩鉆具接頭設(shè)計(jì)，其需要(1)陰端鏜 孔部的橫截面積加上陰端鼻部的橫截面積之和至少為陰端橫截面積的70%，
(2)螺紋的錐度小于一英寸每英尺，以及(3)鏜孔部的軸向長(zhǎng)度至少為1.5 英寸。
一種淺螺紋錐度大大增加了內(nèi)臺(tái)肩的強(qiáng)度，從而增加了連接件的抗扭強(qiáng)度。 然而，與常規(guī)的API鉆具接頭相比，具有淺螺紋錐度辦占桿接頭在裝配期間需 要陰端和陽(yáng)端旋轉(zhuǎn)更多圈。裝配這些連接件所需的額外鉆井時(shí)間是非常珍貴和 不理想的。淺螺紋還使連f對(duì)菌入和卸扣更加困難，這是因?yàn)樗鲞B換f牛必須小 心對(duì)準(zhǔn)以避免螺紋過(guò)盈和粘扣。此外，當(dāng)所述連接件在磨損或損壞之后再加工 時(shí)，淺螺紋錐度需要大大損失受限鉆具接頭長(zhǎng)度。
現(xiàn)有技術(shù)的接頭還提供了常規(guī)的螺紋牙形設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)抑制了通常用于 管道接頭、特別是用于雙臺(tái)肩鉆桿接頭的最優(yōu)屈服扭矩特征。
現(xiàn)有技術(shù)的鉆具接頭還以具有牙頂錐度的螺紋牙形為特征，戶;M牙頂錐度
與螺紋的錐度匹配。附圖5示出了現(xiàn)有技術(shù)的螺鄉(xiāng)形，其中牙頂41的錐度與 螺紋的整體錐度(overalltaper) r決相同。螺紋牙形總體上以螺根39、負(fù)載側(cè)面 (load flank) 35、牙頂41、牙頂負(fù)載半徑(crest-load radius) 43、牙頂插入半 徑(crest-stab radius) 45和插入側(cè)面33為特征。當(dāng)插入鉆桿接頭的元件(也即 將陽(yáng)端插入陰端)時(shí)， 一個(gè)元件的牙頂不可避免地會(huì)偶爾靠在其它元件的螺紋 牙頂上。圖6A,6B，6C示出了插接在一起的現(xiàn)有技術(shù)的陽(yáng)端5和陰端5'，并且
圖6B和6C示出了陽(yáng)端5和陰端5'的橫截面。圖6B示出了靠在陰端5'的螺 紋牙頂41'上陽(yáng)端5上的牙頂41。如圖6C所示，在旋轉(zhuǎn)至約二分之一周時(shí)需 要相對(duì)于陰端5'軸向移動(dòng)陽(yáng)端5以使經(jīng)過(guò)的牙頂4141'接觸并使插入側(cè)面33-插入偵靦33'接觸。如果牙頂與牙頂接觸時(shí)出現(xiàn)撞擊，負(fù)載側(cè)面36，36'、插入 側(cè)面33,33'、或者二者都能夠在牙頂41，41'附近出現(xiàn)永久性損壞，尤其是因?yàn)樾?的牙頂?shù)截?fù)載側(cè)面的半徑和小的牙頂至雌入側(cè)面的半徑常常會(huì)出現(xiàn)在常規(guī)的鉆 具接頭中。在插入時(shí)即使沒(méi)有出現(xiàn)損壞，陽(yáng)端鉆具接頭的牙頂41也能楔入陰端
鉆具接頭5'。這種^A作用會(huì)!炒;Mi擊加重。當(dāng)螺紋錐度斷氐時(shí)，戶脫1tA
作用變得更糟。摩擦因子為0.08、螺紋錐度小于27英尺的螺|^=頂41,41'是 自動(dòng)夾緊的。自動(dòng)夾緊意味著鉆具接頭必須被迫分離。使螺紋經(jīng)過(guò)螺紋牙頂?shù)?1tAM終會(huì)導(dǎo)致粘扣和其它損壞。 3.發(fā)明目的
本發(fā)明的主要目的在于提供一種鉆柱連t對(duì)牛，尤其是適用于具有增強(qiáng)屈服 扭矩特征的鉆frf占具接頭的連接件。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種增加了屈服扭矩特征的鉆桿鉆具接頭，該 鉆具接頭同時(shí)具有常規(guī)AH鉆具接頭的裝配圈數(shù)特征。
本發(fā)明的特定目的在于提供一種鉆tfl占具接頭，該鉆ffl占具接頭具有為類(lèi) 似尺寸的常規(guī)連接件的抗扭強(qiáng)度的至少50 %或更高的抗扭強(qiáng)度和與常規(guī)連接件 相同的裝配圈數(shù)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種雙臺(tái)肩f戰(zhàn)ff占具接頭，該鉆具接頭具有改 進(jìn)的螺紋牙形和優(yōu)化的螺紋錐度，以便增強(qiáng)扭矩特征結(jié)果。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種鉆具接頭，該鉆具接頭具有在裝配期間當(dāng) 將陽(yáng)端插入到陰端時(shí)提供增強(qiáng)的插入特征的螺紋設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種鉆具接頭設(shè)計(jì)，在所述設(shè)計(jì)中，陰端鏜孔 部長(zhǎng)度小于或等于陽(yáng)端鼻部長(zhǎng)度以避免陰端彎曲。
本發(fā)明的另一目的在于撒共一種鉆具接頭設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)以主臺(tái)肩和次臺(tái)肩 應(yīng)力在彼此的70%范圍內(nèi)為特征，以將負(fù)載能力優(yōu)化在生產(chǎn)公差范圍之內(nèi)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于鉆具接頭的螺鄉(xiāng)形，其中，在插入 被基本防止時(shí)螺紋從牙頂?shù)窖理?crest-to-crest)楔入。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于鉆具接頭的螺紋牙形，在提供具有更
加狹窄的牙頂?shù)母哟植诘男螤顣r(shí)，所述螺紋牙形允許陽(yáng)端螺紋更加容易地在 陰端螺紋內(nèi)對(duì)中，而不會(huì)降低負(fù)載側(cè)面的接觸面積。
本發(fā)明的另一 目的在于掛共一種螺鄉(xiāng)形，(1 )當(dāng)負(fù)載側(cè)面的接觸面積最 大而螺紋高度最小時(shí)其使螺根內(nèi)的應(yīng)力集中斷氐，(2)其允許雙臺(tái)肩鉆具接頭 的主臺(tái)肩和次臺(tái)肩處具有更大的臨界面積，從而提供增大了的接頭抗扭能力， (3)其降低了卡住連銜牛的可能性。
本發(fā)明的另一特定目的在于提供一種雙臺(tái)肩鉆m占具接頭，該鉆具接頭的 特征在于具有陽(yáng)端鼻部和鏜 L部長(zhǎng)度，以便當(dāng)施加到連接件上的連接俗丑矩增 加時(shí)，主臺(tái)肩和次臺(tái)肩處的應(yīng)力以相似的速寧曾加。
本發(fā)明的另一 目的在于提供一種鉆具接頭，該鉆具接頭具有與所述螺紋相 對(duì)的增強(qiáng)了的壁厚，以便提供更大的連接件強(qiáng)度。
發(fā)明,
本發(fā)明上述的目的及本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)包括在雙臺(tái)肩連接件接頭 上，所述接頭具有陽(yáng)端鼻部橫截面積和螺紋，所述鼻部橫截面積至少為陰端鏜
孔部或陽(yáng)端基部中較小橫截面積的50%，戶;M螺紋的錐度在約1.0到1.2英寸每 英尺之間的范圍內(nèi)，伏選約U25英寸每英尺。 一種{，的錐度是與下限值為 l.O英寸每英尺的折中，低于該下限值，從插入到緊密接合所需的圈數(shù)通常會(huì)超 過(guò)API鉆具接頭所需的圈數(shù)。上限值1,2英寸每英尺為一種限制值，超過(guò)該值，
鉆具接頭的屈B艮扭矩就會(huì)顯著降低至喲低于類(lèi)似尺寸的常規(guī)AH連樹(shù)牛的抗扭 刷躬驢的150%。雌的錐度約為1-1/8英寸每英尺。陽(yáng)端鼻部的橫截面尺寸 為如上戶;M尺寸，陽(yáng)端鼻部的長(zhǎng)度約為1.0到1.5倍的鏜孔部長(zhǎng)度，以便當(dāng)施加 到連接件的扭矩增加時(shí)，主臺(tái)肩和次臺(tái)肩上的應(yīng)力以相似的速率增加。
雙臺(tái)肩鉆桿接頭的內(nèi)外螺紋的牙形的特征在于在長(zhǎng)軸半徑平和短軸半徑 ,之間所測(cè)的螺紋高度/2約為螺紋的基本三角形高度(//)的二分之一。
戶服內(nèi)螺紋和外螺紋的特征還在于插入側(cè)面角在約35度到約42度之間并 且負(fù)載側(cè)面角在約25度到約34度之間。m的插入側(cè)面角約為40度，并且優(yōu) 選的負(fù)載側(cè)面角約為30度。40度的插入側(cè)面角可使連接件在插入之后更為容 易地自身對(duì)中(與常規(guī)的30度的插入側(cè)面角度相比)，，供更粗糙的形狀和 更狹窄的牙頂，而不會(huì)降低插入側(cè)面的接觸面積。1 辦占桿裝置的牙頂-插入
半徑大于常規(guī)的螺紋牙形的所述半徑。
所述螺紋的特征還在于螺根成形為部分橢圓的形狀。此外，所述牙頂具有 牙頂錐度，該牙頂錐度以與螺紋牙頂錐度的傾斜方向相反的方向傾斜。當(dāng)將陽(yáng) 端螺紋和陰端螺紋插在一起時(shí)，所述以與螺鄉(xiāng)頂錐度的傾斜方向相反的方向
傾斜的角牙頂錐度i授頂?shù)窖理?crest-to-crest)的^A不同。
戶，螺紋牙形的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了上述目的的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)?l)在保持最大的負(fù) 載側(cè)面接觸面積和最小的螺紋高度時(shí)降低了螺根的應(yīng)力集中，(2)使得雙臺(tái)肩
鉆具接頭的主、次臺(tái)肩處的臨界面積更大，從而使接頭的抗扭能力增加，以及
(3)斷氐了卡住連樹(shù)牛的可能性。
所述螺紋牙形的特征在于螺距約為0.25英寸或更大。優(yōu)選的螺距約為0.286 英寸。tra的鉆桿接頭的特征還在于陽(yáng)端鼻部的長(zhǎng)度約為U5英寸，鏜孔部的 長(zhǎng)度約為1英寸。選擇陰端鏜孔部的橫截面積、陽(yáng)端鼻部的橫截面積、與陰端 鏜孔部相對(duì)的陽(yáng)螺紋段端段的長(zhǎng)度和連接螺紋的長(zhǎng)度以便在施加扭矩時(shí)連接螺 紋的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陽(yáng)端鼻部或陰端鏜孔部或與陰端鏜孔部相對(duì)的陽(yáng)端橫截面的 強(qiáng)度。
本發(fā)明的鉆具接頭的特征還在于具有為鉆具接頭長(zhǎng)度的函數(shù)的內(nèi)徑，以便 所述鉆具接頭的壁在對(duì)著螺紋的地方厚于其端部，從而提供相螺紋處的連^f牛 提供更到的強(qiáng)度。


這里的附圖闡述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中
圖1為禾調(diào)本發(fā)明的鉆具接頭而使兩根鉆桿端部連接橫截面視圖2為鉆具接頭的放大橫截面視圖，其中示出了本發(fā)明裝配好的陽(yáng)端和陰 端部件，還示出了本發(fā)明錐形的螺紋禾呀形；
圖3為陽(yáng)端螺紋和陰端螺紋的牙形的放大橫截面視圖，其中示出了本發(fā)明 的插入側(cè)面和負(fù)載側(cè)面、螺根和牙頂牙形和錐度；
圖4示出了所述牙形的牙頂部分的放大橫截面視圖，其中示出了以與螺紋 錐度傾斜方向相反的方向傾斜的有螺紋的牙頂。
圖5示出了具有常規(guī)牙頂布置的現(xiàn)有技術(shù)螺紋，其與所述螺紋的錐度以相 同的方向傾斜；
圖6A,6B，6C示出了現(xiàn)有技術(shù)的插入鉆具接頭可能的牙頂^A，其中常規(guī)
的牙頂錐角與戶;M螺紋的牙頂錐度相同；
圖7入7B，7c示出了正在插入的鉆具接頭陽(yáng)端和陰端螺紋，戶;f^i累紋的牙
形具有圖6所示的螺,頂，其傾斜方向與所述螺紋錐度傾斜方向相反；
圖8A和8B示出了圖5所示的螺紋牙形的增加了的插入側(cè)面角和大的牙頂 -插入半徑，其允許比常規(guī)的螺紋牙形更容易地將陽(yáng)端螺紋居中地插入陰端螺 紋；
圖9為顯示了本發(fā)明的雙臺(tái)肩鉆具接頭雌實(shí)施例的可接受的錐度范圍， 其中示出了太大的錐度降低了連接件的屈服扭矩，但是太小的錐度需要過(guò)多的 連銜牛從插入至螺密接合所需的圈數(shù)。
本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述
下面結(jié)合附圖對(duì)戶腿優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，所述附圖包括鉆柱和本發(fā)明的 鉆具接頭的部件的附圖^H己。附圖^i己和部件的對(duì)應(yīng)如下
附圖^i己 說(shuō)明
尸③ 鉆桿外徑
P/D 鉆桿內(nèi)徑
C/丄 連接的鉆桿和鉆具接頭的中線
尸^d 鉆桿加厚內(nèi)徑
77zo/ 接頭焊接端的鉆具接頭內(nèi)徑
77皿 接頭中部的鉆具接頭內(nèi)徑
77③ 鉆具接頭外徑
丄n 鉆具接頭長(zhǎng)度
2 下部鉆桿 2' 上部鉆桿
3 下部纟戰(zhàn)干的加厚部分 3' 上部鉆桿的加厚部分
4 鉆具接頭
6 下部焊接處
6' 上部焊接處10 陽(yáng)端
12 陰端
14 陰》辭堂孔部
16 陽(yáng)端基部
18 夕卜錐形陽(yáng)端螺紋
20 內(nèi)錐形陰端螺紋
22 陽(yáng)端鼻部
24 陰端內(nèi)臺(tái)肩
26 陽(yáng)端的面或環(huán)形邊緣
28 陰端外臺(tái)肩或陰端的面或環(huán)形邊會(huì)彖
30 陽(yáng)端外臺(tái)肩
32 螺紋的螺距線
34 螺紋的插入側(cè)面
36 螺紋的承壓或負(fù)載側(cè)面
統(tǒng) 插入角
詠 承壓或負(fù)載角
Lw 陽(yáng)端鼻部長(zhǎng)度
丄zc 陰端鏜孔部長(zhǎng)度
丄m 接合的螺紋長(zhǎng)度
PS 主臺(tái)肩和密封件
M 次臺(tái)肩
GSW 陰端鏜孔部的橫截面
陽(yáng)端基部橫截面 CSW 陽(yáng)端鼻部橫截面
40 螺根
42 螺l^頂
44 從負(fù)載側(cè)面到牙頂?shù)?^度開(kāi)m
46 M^頂?shù)讲迦雮?cè)面的逾度幵鄰
48 螺紋形狀的基本三角形
基本三角形的高度& 螺紋高度
平 長(zhǎng)軸半徑(1/2)
， 螺距半徑0/2)
平 短軸雜(1/2)
E 螺根形的橢圓
五M 橢圓短軸直徑 橢圓長(zhǎng)軸直徑
4 螺紋錐度
rc 牙頂錐度
具有鉆具接頭的鉆桿的描述
圖1示出了通過(guò)本發(fā)明的鉆具接頭4而連接在一起的上部和下部鉆桿2,2'。 鉆桿2，2'具有加粗部分3,3'，該部分在鉆桿端部的焊接部6， 6'到鉆具接頭4的端 部處具有較厚的壁厚。加厚部分3,3'的外徑由/^表示，而對(duì)于其30'的幾乎全 部長(zhǎng)度上的管內(nèi)徑由尸/D表示。加粗部分的管3,3'的端部?jī)?nèi)徑由尸/7氾表示，該內(nèi) 徑大體與鉆具接頭焊接端的內(nèi)徑JLfc相匹配。而鉆具接頭的外徑rj⑧在鉆具接 頭的長(zhǎng)度Ay上基本上是疸定的，鉆具接頭的內(nèi)徑從接頭焊接端的77皿縮小到 與陽(yáng)端10和陰端12的螺紋相鄰的部分的77，根據(jù)本發(fā)明，7^2可為1/8英 寸(或更小)，該尺寸小于內(nèi)徑77皿，從而為鉆具接頭4的螺紋段提供更厚的 壁厚。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，雖然太小的鉆具接頭內(nèi)徑可在鉆井操作期間降低允許的流體 流量，但是當(dāng)向使戶，接頭的抗扭強(qiáng)度大大增強(qiáng)時(shí)，較短長(zhǎng)度上的1/8英寸或 1/4英寸內(nèi)徑的小的陶氏是能夠接受的。tt^地是，內(nèi)徑為77皿的鉆具接頭的 長(zhǎng)度不大于WH占具接頭長(zhǎng)度的2/3 。
圖2示出了完全裝配好的雙臺(tái)肩鉆具接頭。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)im實(shí)施例， 陽(yáng)端鼻部橫截面積GSW至少為50%的較小的陰端鏜孔部的橫截面積C&c或陽(yáng) 端基部的橫截面積G^s。與類(lèi)似尺寸的常規(guī)API連接件相比，陽(yáng)端鼻部、陽(yáng)端 基部和鏜孔部橫截面積的這一M使連接件4的抗扭強(qiáng)度至少增加了 50%。此 夕卜，如下所述，陰端的螺紋20和陽(yáng)端的螺紋18的螺紋錐度應(yīng)當(dāng)在約1英寸/英 尺到U英寸成尺之間的范圍內(nèi)，更f雄地是約1-1/8英寸/英尺。另外，由于 陽(yáng)端基部橫截面積C5W比陰端鏜孔部橫截面積CSk小50%,陽(yáng)端鼻部長(zhǎng)度丄， 應(yīng)當(dāng)為鏜孔部的長(zhǎng)度I5C的一倍或一又二分之一倍，以便當(dāng)扭矩施加到連^j牛 上時(shí)，主臺(tái)肩PS和次SS臺(tái)肩上的應(yīng)力以相同的速對(duì)曾加。
當(dāng)將過(guò)度的扭矩施加至糊具接頭上時(shí)，螺紋18和20不會(huì)在陰端鏜 L部14 或陽(yáng)端鼻部22屈服或彎曲之前或與陰端鏜孔部相對(duì)的陽(yáng)端基部16的橫截面屈 月fe前不會(huì)剪切失效是必要的。因此，陽(yáng)端鼻部橫截面積C^和連接到外螺紋 18上的內(nèi)螺紋20的長(zhǎng)度丄OT和陰端鏜孔部橫截面積C&c以及鏜孔部長(zhǎng)度丄尸w 按照上述的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)和安置，以便連接螺紋的強(qiáng)度大于陽(yáng)端鼻部22或陰端 鏜孔部14的抗扭強(qiáng)度。由于螺紋失效比陽(yáng)端或陰端屈服更糟糕，所以本發(fā)明的 優(yōu)選實(shí)施例即使不會(huì)產(chǎn)生精確最優(yōu)的連接件抗扭強(qiáng)度，也提供了螺紋強(qiáng)度的安 全因子。優(yōu)選的螺紋強(qiáng)度的安全因子具有陽(yáng)端鼻部橫截面積GS，該橫截面積 至少為陰端鏜孔部橫截面積C&c的50%。
圖9示出了對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的參數(shù)研究(即CS，^.5CS,， GSW ^.5GS^，和丄w^ (1.0到1.5)4c),其中，螺距為0.286英寸(3.5個(gè)螺紛 英寸)、螺紋高度約為0.1英寸、螺紋中徑約為3.8英寸，該附圖顯示了表現(xiàn)本 發(fā)明的鉆具接頭特征的作為螺紋錐度(英寸/英尺)的函數(shù)的兩個(gè)參數(shù)。左側(cè)坐 標(biāo)或Y軸坐標(biāo)表示圖2和圖3中的連接件的屈服扭矢樹(shù)API連，對(duì)牛(如NC38) 的屈服扭矩的比值。曲線名稱(chēng)為"'本發(fā)明的屈服扭矢M/API的屈服扭矩(％)" 表示出，與API連樹(shù)牛相比，圖2和圖3中的連接件產(chǎn)生了增大了的屈服扭矩， 并且螺紋錐度從2英寸/英尺降低為1/2英寸/英尺。屈服扭矩的比值在螺紋錐度 為1-1/8英寸/英尺時(shí)約為150%。
右側(cè)坐標(biāo)表示了在初始插入之后為了達(dá)到緊密接合的情況所需圈數(shù)的參 數(shù)。名稱(chēng)為"每圈插入到緊密接合(stabbed to snugged per turn)"的曲線表示 出，對(duì)于錐度為1/2英寸凍尺的連接件來(lái)說(shuō)， 一圈僅僅會(huì)產(chǎn)生從螺紋到達(dá)到緊 密接合所必須的軸向位移的7%。另一方面，對(duì)于錐度為2英寸演尺的連接件 來(lái)說(shuō)， 一圈產(chǎn)生約從螺紋到達(dá)到緊密接合所必須的軸向位移的35%。插入到緊 密接合曲線顯示，對(duì)于1-1/8英寸/英尺的錐度來(lái)說(shuō)，每圈插入到緊密接合約為 17%。換句話說(shuō)，對(duì)于錐度為1-1/8英寸/英尺的連接件來(lái)說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)從初始 插入到緊密接合需要約6圈。
對(duì)于上述的鉆具接頭優(yōu)選實(shí)施例的來(lái)說(shuō)，己經(jīng)發(fā)現(xiàn)一錐度范圍，在此錐度 范圍內(nèi)，當(dāng)保持增加了常規(guī)API連接件的抗扭強(qiáng)度的150%倍的同時(shí)，裝配所
述連 妾件產(chǎn)生的速度可接受。如圖9所示，約為1英寸凍尺錐度的下限值和約
1.20英寸凍尺錐度的上限值產(chǎn)生約6-1/2圈或5-1/2圈的從插入到緊密接合的可 接受的圈數(shù)限值。當(dāng)不會(huì)犧牲從最大屈服扭矩為150X倍的API連接件的屈服 扭矩時(shí)，這一范圍是可接受的。iM約1-1/8的螺紋錐度來(lái)保瓶樹(shù)牛的高屈服 扭矩(如150X的API連接件的屈服扭矩)，同時(shí)保持圈數(shù)(約6圈)以盡可 能快地獲得從初始插入到緊密接合。
如上所述，對(duì)于螺距為0.286英寸(3.5個(gè)螺紛英寸)的具體優(yōu)選實(shí)施例來(lái) 說(shuō)，1英寸/英尺到1-1/5英寸/英尺的錐度范圍產(chǎn)生了從6-1/2圈到5-1/2圈之間 的范圍。如果螺紋牙形的參數(shù)是松散，例如如果螺距為0.25英寸(4個(gè)螺， 寸)，那么l英寸/英尺的錐度就會(huì)從插入到緊密接合需要約8圈，這一數(shù)值與 常規(guī)的API連接件基本相同。
在l到1-1/5 (1.2)英寸/英尺之間的錐度范圍內(nèi)，影響屈服扭矩和插入的 圈數(shù)的其他螺紋牙形變量(螺距、螺紋中徑、大直徑核小直徑)可根據(jù)上述的 實(shí)施例進(jìn)行調(diào)整。例如，如果螺距從0.286英寸(3-1/2個(gè)螺幼英寸)減小到0.25 英寸(4個(gè)螺紛英寸)而其他變量不變，對(duì)于1英寸/英尺的錐度來(lái)說(shuō)從插入到 緊密接合所需的圈數(shù)將低于8圈。
圖2示出了完，配好的本發(fā)明雙臺(tái)肩鉆具接頭的,實(shí)施例。根據(jù)該實(shí) 施例，陰端螺紋20和陽(yáng)端螺紋18的螺紋錐度應(yīng)當(dāng)在約1英寸/英尺到1.2英寸/ 英尺之間的范圍內(nèi)，優(yōu)選約l-l/8"每英尺。
Wm具接頭的^i累^形的描述
圖2和圖3示出了圖1中連接件的陰端螺紋20和陽(yáng)端螺紋18的螺紋牙形。 優(yōu)選地是，所述螺紋牙形具有小于或等于4個(gè)螺幼英寸的螺距，該螺距為AH 螺紋的常規(guī)值。此外，尤其如圖3所示，螺紋應(yīng)當(dāng)具有在長(zhǎng)軸半徑，和短軸半 徑,之間所測(cè)的螺紋高度&所述螺紋高度約為二分之一的限定螺紋的基本三 角開(kāi);48的高度。這種設(shè)置允許主臺(tái)肩和次臺(tái)肩具有更大的臨界面積并最終使接 頭抗扭能力進(jìn)一步增加。此外，內(nèi)螺紋20和外螺紋18應(yīng)當(dāng)具有插入側(cè)面34， 該側(cè)面與基本三角形48成從約35度到約42度的角詠并具有在約25度到約34 度之間的負(fù)載側(cè)面角詠?？蓒爐地是，插入側(cè)面角詠約為40度，負(fù)載側(cè)面角 約為30度。
圖3中的螺紋牙形還具有牙頂42和負(fù)載側(cè)面36與牙頂42之間的過(guò)渡皿 44。過(guò)渡形狀44具有小于或等于0.012英寸的半徑，從而提供大的負(fù)載側(cè)面36。 插入側(cè)面34與牙頂42之間的過(guò)渡開(kāi)m 46具有等于或大于約.073英寸的半徑， 從而降低了螺鄉(xiāng)頂寬度并在插入和裝配期間能夠使螺紋逐蔣MA配合狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明，螺紋牙形的螺根40形成為橢圓形￡，該橢圓具有長(zhǎng)軸五M;和短軸
^m。選擇螺根形狀40以便提供具有插入側(cè)面34和壓力側(cè)面36的平滑過(guò)渡。 橢圓開(kāi)刻犬E產(chǎn)生了應(yīng)力集中因子，該應(yīng)力集中因子小于0.038英寸螺根半徑的 應(yīng)力集中因子。
如圖4中放大了的螺紋牙頂42所示，牙頂42的頂部以與牙頂錐度rC 一角度從螺紋錐度7^的頂部與其相對(duì)的傾斜?？?地是，牙頂錐度約為1度， 參看圖5和6A,6B和6C，上述的現(xiàn)有技術(shù)的螺紋牙形示出了基本上與螺紋錐度 T^相同角度傾斜的牙頂41的牙頂錐度可使螺，入。螺紋牙形的常規(guī)部分為 螺根39、插入側(cè)面33、負(fù)載偵,35、'從負(fù)載側(cè)面至lj牙頂?shù)倪^(guò)渡區(qū)i或、,A^頂 到插入側(cè)面45的過(guò)渡區(qū)域。以牙頂錐度rc成某一角度從螺紋錐度4的頂部與 其相對(duì)的傾斜的螺紋牙形可使陽(yáng)螺紋端較容易地插入到陰端。圖7A，7B和7C 示出了優(yōu)點(diǎn)，其中圖7A為正在被插入到鉆具接頭的陰端12的陽(yáng)端10的側(cè)視圖， 圖7B和7C示出了螺紋牙頂?shù)姆较蚪嵌萺c的效果。如放大視圖7C所示，牙頂 42,42怖牙頂至呀頂孰在插入期間是不同的，這是因?yàn)檠理斝泵媾c螺紋錐度在 相反的方向上。圖7A至7C示出了相對(duì)于圖6A至圖6C所示的插入關(guān)系的常 規(guī)現(xiàn)有技術(shù)的螺紋牙形的優(yōu)點(diǎn)。
如上所示，插入側(cè)面角統(tǒng)從常規(guī)的30。增加到優(yōu)選的40。。同樣如上戶M， 根據(jù)本發(fā)明，牙頂?shù)讲迦雮?cè)面的過(guò)渡糊犬42增加歪1」.073英寸或更大的半徑。更 大的詠和大的牙頂?shù)讲迦雮?cè)面的逾度形狀〗妙腿連接件能夠在插A^后更加容 易地自身對(duì)中。圖8A和SB示出了所述效果。圖8A中陽(yáng)端正在與陰端12的中 線成某一角度的被插入到陰端12 。由于增加了的插入角詠和更大的牙頂?shù)讲?入頂靦的過(guò)渡形狀，陽(yáng)端10移動(dòng)并更加容易地與陰端12的中線對(duì)齊。此外， 由于具有較少的材料妨礙，連^#夾緊的可能性降低。
權(quán)利要求
1.一種用于鉆柱的雙臺(tái)肩連接件接頭(4)，包括陽(yáng)端(10)，其具有形成于陽(yáng)端外臺(tái)肩(30)和陽(yáng)端的面(26)之間的外螺紋(18)；陰端(12)，其具有形成于陰端外臺(tái)肩(28)與陰端內(nèi)臺(tái)肩(24)之間的內(nèi)螺紋(20)；所述陰端(12)具有位于內(nèi)螺紋(20)與陰端外臺(tái)肩(28)之間的鏜孔部(14)；所述陽(yáng)端具有位于外臺(tái)肩(30)與外螺紋(18)之間的基部(16)和位于外陽(yáng)端的面(26)和外螺紋(18)之間的鼻部(22)；所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋(18)被設(shè)置和設(shè)計(jì)為用于彼此連接以便所述陰端(12)和所述陽(yáng)端(10)與公用中線(C/L)連接并與主密封件(PS)與次密臺(tái)肩(SS)連接，所述主密封件由壓靠在所述陰端外臺(tái)肩(28)上的陽(yáng)端外臺(tái)肩(30)構(gòu)成，所述次臺(tái)肩由壓靠在所述陰端內(nèi)臺(tái)肩(24)上的所述陽(yáng)端的面(26)構(gòu)成，并且其中，所述連接件接頭的特征在于所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋(18)具有相對(duì)于所述中線(C/L)的螺紋錐度(Tth)，所述螺紋錐度大于1.0英寸每英尺的螺紋錐度并小于1.2英寸每英尺的螺紋錐度上限值(Tthupper)。
2. 如權(quán)禾腰求1戶腿的連接件，其特征在于螺距、螺紋長(zhǎng)軸直徑和螺距 直徑的螺ICT形特征被設(shè)置和設(shè)計(jì)以便低于從插入到緊密接合所需的8圈。
3. 如權(quán)禾腰求2戶腿的連樹(shù)牛，其特征在于對(duì)于約為U25英寸每英尺的螺紋錐度來(lái)說(shuō)從插入到緊密接合所需的圈數(shù)約為6圈。
4. 如權(quán)利要求1所述的連接件，其特征在于戶，外螺紋和內(nèi)螺紋的特征 在于在長(zhǎng)軸半徑(平)和短軸半徑(,)之間測(cè)的螺紋高度(/0約為螺紋基本三角形高度(/f)的二分之一或更小。
5. 如權(quán)利要求1所述的連接件，其特征在于所述內(nèi)螺紋(20)和所述外 螺紋(18)的特征在于具有插入側(cè)面角(統(tǒng))和負(fù)載側(cè)面角(詠)，插入側(cè)面 角在約35度到約42度之間，負(fù)載側(cè)面角在約25度和約34度之間。
6. 如權(quán)利要求5所述的連接件，其特征在于戶，的插入側(cè)面角(詠)約 為40度，所述負(fù)載側(cè)面角(詠)約為30度。
7. 如權(quán)利要求1戶，的連樹(shù)牛，其特征在于戶皿內(nèi)螺紋(20)和戶，外螺紋(18)的螺根成形為部分橢圓CB)的形狀。
8. 如權(quán)利要求1所述的連銜牛，其特征在于所述內(nèi)螺紋(20)和所述外 螺紋(18)具有相對(duì)于所述中線(C/L)的螺紋錐度(4)，并且所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋(18)的特征在于具有牙頂，所述牙頂具 有在與所述螺紋錐度(T一的傾斜方向相反的方向上傾斜的牙頂錐度(rc)。
9. 如權(quán)利要求5所述的連銜牛，其特征在于所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋(18)的特征在于具有牙頂，并且 在戶，負(fù)載側(cè)面(36)和所述牙頂(42)之間的過(guò)渡形狀(44)包括曲率 等于或小于0.012英寸的半徑， 從而提供大的負(fù)載側(cè)面。
10. 如權(quán)禾腰求5戶腿的連樹(shù)牛，其特征在于所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋(18)的特征在于具有通過(guò)切斷螺紋整體 高度(H)而形成的螺紋牙頂寬度，并且戶; 3S牙頂(42)的所述插入側(cè)面(34)之間的過(guò)渡開(kāi)刻犬(46)包括曲率大 于80%的所述螺紋牙頂寬度的半徑，從而在插入和裝配期間使螺紋逐漸進(jìn)入配 合狀態(tài)。
11.如權(quán)利要求7戶腿的連接件，其特征在于所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋(18)的特征在于螺根為橢圓形，該橢圓 形產(chǎn)生了低于0.038"螺根的應(yīng)力集中因子的應(yīng)力集中因子。
12. 如權(quán)禾腰求1戶腿的連接件，其特征在于戶腿內(nèi)螺紋(20)和戶腿外 螺紋(18)的特征在于具有螺紋牙形，該螺紋牙形具有約0.25英寸或更大的螺 距。
13. 如權(quán)禾腰求1戶腿的連接件，其特征在于戶脫陽(yáng)端(10)的戶脫鼻部(22)具有等于或大于戶;M鏜孔部(14)的長(zhǎng)度asc)的長(zhǎng)度(Lw) d
14. 如權(quán)利要求13所述的連樹(shù)牛，其特征在于BW鼻部(22)的長(zhǎng)度(Lw) 約為1.25英寸，戶服鏜孔部(14)的長(zhǎng)度CLSC)約為1英寸。
15. 如權(quán)利要求l所述的i^接件，其特征在于，還具有鼻部橫截面積、鏜孔 部橫截面積和所述內(nèi)螺紋(20)的長(zhǎng)度丄加所述內(nèi)螺紋與所游卜螺紋(18)連接，對(duì)所游卜螺紋進(jìn)行設(shè)計(jì)和布置以便施加到組裝的連銜牛上扭矩導(dǎo)致實(shí)質(zhì)的屈服首先出現(xiàn)在陽(yáng)端基部或陰端鏜 L部或陽(yáng)端鼻部的較為薄弱區(qū)域。
16. 如權(quán)利要求1所述的連接件，其特征在于當(dāng)將戶脫陽(yáng)端(10)和戶腐陰端(12)連接在一起時(shí)，戶脫陰端外臺(tái)肩(28) 和所述陽(yáng)端外臺(tái)肩(30)限定了主臺(tái)肩(M)，并且戶，陽(yáng)端的面(26)和所 述陰端內(nèi)臺(tái)肩(24)限定了次臺(tái)肩(M)，并且選擇所述陽(yáng)端鼻部長(zhǎng)度a，)、所述鏜孔部長(zhǎng)度Cc)、與所述外螺紋08)連接的內(nèi)螺紋(20)的長(zhǎng)度(ZOT)、陽(yáng)端鼻部橫截面積(CSW)、陰端 鏜孔部橫截面積(CSSC)、陽(yáng)端基部橫截面積和鉆具接頭的外徑和內(nèi)徑(7y⑧,77皿)，從而取決于所述長(zhǎng)度、面積和直徑的生產(chǎn)公差，在地面裝配上 的次臺(tái)肩(51S0應(yīng)力和主臺(tái)肩(尸幻應(yīng)力在彼此的70%范圍內(nèi)。
17. 如權(quán)利要求2所述的連，封牛，其特征在于戶腿螺紋錐度(4)約為 1.125英寸每英尺，所述外螺紋和內(nèi)螺紋的特征在于具有在長(zhǎng)軸半徑(，)和短軸半徑(,)之間測(cè)的螺紋高度(/0 ，所述螺紋高度(/2)約為螺紋基本三角形高度(//)的二分之一，所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋(18)的特征在 于具有插入側(cè)面角(詠)和負(fù)載側(cè)面角(詠)，插入側(cè)面角在約35度到約42度之間，負(fù)載側(cè)面角在約25度和約34度之間。
18. 如權(quán)利要求2所述的連接件，其特征在于所述螺紋錐度(&)約為 1.125英寸每英尺，所述的插入側(cè)面角(詠)約為40度，戶脫負(fù)載側(cè)面角約為 30度，所述內(nèi)螺紋(20)和戶;M外螺紋(18)的螺根成形為部分橢圓CE)的 形狀，所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋(18)具有相對(duì)于所述中線(CA)的螺 紋錐度(&)，所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋(18)的特征在于具有牙頂，戶;M牙頂具有相對(duì)于所述中線(C/L)在與所述螺紋錐度(TJ的傾斜方向相反 的方向上傾斜的牙頂錐度(rc)。
19. 如權(quán)利要求18所述的連接件，其特征在于所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋(18)的特征在于具有螺紋牙形，該螺紋 牙形具有約0.25英寸或更大的螺距，戶腿鼻部(22)的長(zhǎng)度(Ow)約為1.25英寸，戶腿鏜孔部(14)的長(zhǎng)度asc)約為1英寸，并且設(shè)計(jì)和布置陽(yáng)端鼻部橫截面積和與所述外螺紋(18)連接的所述內(nèi)螺紋(20)的長(zhǎng)度丄m，以便連接的并所施加扭矩的螺紋的強(qiáng)度大于戶腿陽(yáng)端鼻部(22)或戶/M陰端鏜孔部(14) ^^M陽(yáng)端基部的強(qiáng)度。
20. 如權(quán)禾腰求19戶腿的連樹(shù)牛，其特征在于當(dāng)將fM陽(yáng)端(10)和戶，陰端(12)連接在一起時(shí)，戶，陰端外臺(tái)肩(28) 和所述陽(yáng)端外臺(tái)肩(30)限定了主臺(tái)肩(尸S)，并且戶皿陽(yáng)端的面(26)和所 述陰端內(nèi)臺(tái)肩(24)限定了次臺(tái)肩(M),并且選擇所述陽(yáng)端鼻部長(zhǎng)度(丄/w)、所述鏜孔部長(zhǎng)度(L5C)、與所述外螺紋 (18)連接的內(nèi)螺紋(20)的長(zhǎng)度(2W)、陽(yáng)端鼻部橫截面積(CSW)、陰端鏜孔部橫截面積(GSk)和鉆具接頭的外徑和內(nèi)徑(:rj③，r力^),從而取決于所述長(zhǎng)度、面積和直徑的生產(chǎn)公差，在地面裝配扭矩上的次臺(tái)肩(M)縱向應(yīng)力和主臺(tái)肩(尸S)縱向應(yīng)力在彼此的70%范圍內(nèi)
21. —種用于鉆柱的雙臺(tái)肩連，對(duì)牛(4),包括陽(yáng)端(10)，其具有形成于陽(yáng)端外臺(tái)肩(30)于陽(yáng)端的面(26)之間的外 螺紋(18);陰端(12)，其具有形成于陰端的面(28)與陰端內(nèi)臺(tái)肩(24)之間的內(nèi) 螺紋(20);戶，陰端(12)具有位于內(nèi)螺紋(20)與陰端外臺(tái)肩(28)之間的鏜孔部 (14);所述陽(yáng)端具有位于外臺(tái)肩(30)與外螺紋(18)之間的基部(16)和位于 外陽(yáng)端的面(26)和外螺紋(18)之間的鼻部(22);所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋(18)被設(shè)置和設(shè)計(jì)為用于彼lth^接以便 戶;M陰端(12)和戶皿陽(yáng)端(10)與公用中線(C/I)連接并與主密封件(尸幻 與次密臺(tái)肩(W)連接，所述主密封件由壓靠在所述陰端的面的面(28)上的 陽(yáng)端外臺(tái)肩(30)構(gòu)成，所述次臺(tái)肩由壓靠在所述陰端內(nèi)臺(tái)肩(24)上的所述 陽(yáng)端的面(26)構(gòu)成，并且其中，所^^#接頭的特征在于所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋(18)具有插入側(cè)面角(統(tǒng))和負(fù)載側(cè)面 角(詠)，插入側(cè)面角在約35度到約42度之間，負(fù)載側(cè)面角在約25度和約 34度之間。
22. 如權(quán)利要求21戶腿的連接件，其特征在于戶腿外螺紋和內(nèi)螺紋具有 在長(zhǎng)軸半徑(，)和短軸半徑(,)之間測(cè)的螺紋高度(/0 ，所述螺紋高度(/2)約為螺紋基本三角形高度(//)的二分之一。
23. 如權(quán)利要求21戶腿的連接件，其特征在于戶腿的插入側(cè)面角(統(tǒng))約為40度，所述負(fù)載側(cè)面角約為30度。
24. 如權(quán)禾腰求21戶艦的連接件，其特征在于戶誠(chéng)內(nèi)螺紋(20)和戶湖 外螺紋(18)的螺根成形為部分橢圓CE)的皿。
25. 如權(quán)利要求21戶脫的連樹(shù)牛，其特征在于所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋(18)具有相對(duì)于所述中線(C/L)的螺 紋錐度(4)，并且所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋(18)的特征在于具有牙頂，所述牙頂具 有相對(duì)于所述中線(C/L)在與所述螺紋錐度(TJ的傾斜方向相反的方向上傾斜的牙頂錐度(rc)。
26. 如權(quán)利要求21所述的連接件，其特征在于所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋(18)的特征在于具有牙頂，并且 在戶誠(chéng)負(fù)載頂靦(36)和戶;M^頂(42)之間的過(guò)渡形狀(44)包括曲率 等于或小于0.012英寸的半徑， 從而提供大的負(fù)載側(cè)面。
27. 如權(quán)禾腰求21戶脫的連接件，其特征在于所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋(18)的特征在于具有通過(guò)切斷螺紋整體 高度(H)而形成的螺紋牙頂寬度，并且戶;M牙頂(42)的所述插入側(cè)面(34)之間的過(guò)渡形狀(46)包括曲率大 于80%的戶腿螺鄉(xiāng)頂寬度的半徑，從而招禹入和裝配期間使螺紋逐漸進(jìn)入配 合狀態(tài)。
28. 如權(quán)禾腰求21戶腿的連銜牛，其特征在于戶腿內(nèi)螺紋(20)和戶腿 外螺紋(18)的螺根的特征在于為橢圓形，該橢圓形產(chǎn)生了低于0.038英寸螺 根的應(yīng)力集中因子的應(yīng)力集中因子。
29. 如權(quán)利要求22戶皿的連 封牛，其特征在于戶/M內(nèi)螺紋(20)和戶皿 外螺紋(18)具有相對(duì)于所述中線(C/L)的螺紋錐度(&)，所述螺紋錐度(r&) 約為1.125英寸每英尺。
30. —種用于鉆柱的雙臺(tái)肩連接件(4)，包括陽(yáng)端(10)，其具有形成于陽(yáng)端外臺(tái)肩(30)于陽(yáng)端的面(26)之間的外螺紋(18);陰端(12)，其具有形成于陰端外臺(tái)肩(28)與陰端內(nèi)臺(tái)肩(24)之間的 內(nèi)螺紋(20);戶，陰端(12)具有位于內(nèi)螺紋(20)與陰端外臺(tái)肩(28)之間的鏜孔部 (14);戶，陽(yáng)端具有位于外臺(tái)肩(30)與外螺紋(18)之間的基部(16)和位于 外陽(yáng)端的面(26)和外螺紋(18)之間的鼻部(22) ，所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋(18)被設(shè)置和設(shè)計(jì)為用于彼]Jt^接以便 所述陰端(12)和所述陽(yáng)端(10)與公用中線(C/L)連接并與主密封件CPS) 與次密臺(tái)肩(5S)連接，所述主密封件由壓靠在所述陰端的面的面(28)上的 陽(yáng)端外臺(tái)肩(30)構(gòu)成，所述次臺(tái)肩由壓靠在所述陰端內(nèi)臺(tái)肩(24)上的所述 陽(yáng)端的面(26)構(gòu)成，并且其中，所述連，對(duì)牛接頭的特征在于所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋具有牙頂(42)，并且所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋具有牙頂錐度(rc)，牙頂錐度(rc)從 鉆桿接頭的中線(C/丄)傾斜并且其傾斜方向與從所述螺紋錐度(T》的中線傾 斜的方向不同。
31. 如權(quán)利要求30所述的連接件，其特征在于所述內(nèi)螺紋(20)和所述 外螺紋具有插入側(cè)面角(統(tǒng))和負(fù)載側(cè)面角(詠)，插入側(cè)面角在約35度到約 42度之間，負(fù)載側(cè)面角在約25度和約33度之間。
32. 如權(quán)禾腰求31戶腿的連接件，其特征在于F脫的插入側(cè)面角(統(tǒng)) 約為40度，所述負(fù)載側(cè)面角(詠)約為30度。
33. 如權(quán)利要求32戶脫的連樹(shù)牛，其特征在于所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋(18)的特征在于具有通過(guò)切斷螺紋 高度(H)而形成的螺鄉(xiāng)頂寬度，并且戶/M^頂(42)的戶/^插入頂靦(34)之間的過(guò)渡形狀(46)包括曲率大 于80%的戶腿螺鄉(xiāng)頂寬度的半徑，從而在插入和裝配期間使螺紋逐漸itA配 合狀態(tài)。
34. —種鉆柱，包括第一鉆桿(2)，其具有焊接(6)到其上的加厚部分(3)的有螺紋的陰端 鉆具接頭(12)，第二鉆桿(2')，其具有焊接到其上的加厚部分(3')的有螺紋的陽(yáng)端鉆具接頭(io)，所述有螺紋的陽(yáng)端鉆具接頭(io)旋入戶;M陰端鉆具接頭(12)并與其連接，其中所述第一和第二鉆桿(2，2')的特征在于具有鉆桿外徑(戶m)和鉆桿內(nèi)徑 (/^)以及鉆桿加厚部分內(nèi)徑(尸CZ/z))，所述陽(yáng)端鉆具接頭(10)和所述陰端鉆具接頭(12)的特征在于具有鉆具 接頭外徑(77OD)、在其上的每一焊接端第一鉆具接頭內(nèi)徑(T7w)以及在與 陰端螺紋和陽(yáng)端螺紋相鄰的區(qū)域內(nèi)的鉆具接頭內(nèi)徑(77皿)，戶;M鉆具接頭外徑(77③)大于所述鉆桿外徑戶oz),戶，鉆桿加厚部分內(nèi)徑(尸^)小于戶;M鉆桿內(nèi)徑(/^)，所述鉆桿加厚部分內(nèi)徑(尸&)大于所述鉆具接頭內(nèi)徑(r/m)，并且 所述第一鉆具接頭內(nèi)徑(77^)基本等于所述鉆桿加厚部分內(nèi)徑(戶f4))， 所述鉆具接頭內(nèi)徑(T7zd2)小于所述第一鉆具接頭內(nèi)徑(77^)，其中相鄰于 所述陽(yáng)端和螺紋的所述鉆具接頭的壁厚被增強(qiáng)以提供連接件增加了的抗扭強(qiáng) 度，以及具有鉆具接頭內(nèi)徑(77収)的鉆具接頭的長(zhǎng)度不大于整個(gè)鉆具接頭長(zhǎng)度 (丄7y)的2/3。
35.—種用于鉆柱的雙臺(tái)肩連接件(4)，包括陽(yáng)端(10)，其具有形成于陽(yáng)端外臺(tái)肩(30)于陽(yáng)端的面(26)之間的外 螺紋(18);陰端(12)，其具有形成于陰端外臺(tái)肩(28)與陰端內(nèi)臺(tái)肩(24)之間的 內(nèi)螺紋(20);戶/M陰端(12)具有位于內(nèi)螺紋(20)與陰端外臺(tái)肩(28)之間的鏜孔部(14);戶皿陽(yáng)端具有位于外臺(tái)肩(30)與外螺紋(18)之間的基部(16)和位于 外陽(yáng)端的面(26)和外螺紋(18)之間的鼻部(22);所述內(nèi)螺紋(20)和所述外螺紋(18)被設(shè)置和設(shè)計(jì)為用于彼il:傻接以便 戶，陰端(12)和所述陽(yáng)端(10)與公用中線(C/L)連接并與主密封件CPS) 與次密臺(tái)肩(SS)連接，所述主密封件由壓靠在所述陰端的面的面(28)上的 陽(yáng)端外臺(tái)肩(30)構(gòu)成，所述次臺(tái)肩由壓靠在所述陰端內(nèi)臺(tái)肩(24)上的所述 陽(yáng)端的面(26)構(gòu)成，并且其中，所述鉆桿接頭的特征在于陽(yáng)端鼻部橫截面積(GSw)至少為陰端鏜 L部橫截面積(GSSC)或陽(yáng)端基部橫截面積(CSra)中較小面積的50%，并且陽(yáng)端鼻部長(zhǎng)度(丄/w)約為鏜孔部長(zhǎng)度CLflC)的1到1.5倍。
36. 如權(quán)利要求35所述的連樹(shù)牛(4)，其特征在于所述鏜孔的特征在于其長(zhǎng)度("c)約為3/4"。
37. 如權(quán)利要求36所述的連接件(4)，其特征在于布置和設(shè)計(jì)螺距、螺紋長(zhǎng)軸直徑和螺距直徑這些螺紋特征，以便從插入到緊密接合所需圈數(shù)小于 8圈。
全文摘要
一種高扭矩應(yīng)用的雙臺(tái)肩鉆柱連接件包括在約1.0到1.2英寸每英尺之間的螺紋錐度。螺紋牙形具有插入角和負(fù)載角以及短的螺紋高度，所述插入角在35度到42度之間的范圍內(nèi)，所述負(fù)載角在約25度到34度之間的范圍內(nèi)，所述螺紋高度具有橢圓形的螺根并具有相對(duì)于接頭中線以同螺紋錐度傾斜方向相反的方向傾斜的牙頂?shù)慕恰ｃ@柱包括鉆具接頭，所述鉆具接頭具有適用于較大軸向長(zhǎng)度的不同內(nèi)徑，從而在接頭的有螺紋部分提供增強(qiáng)了的強(qiáng)度。
文檔編號(hào)E21B17/042GK101184903SQ200580048863
公開(kāi)日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2005年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月2日
發(fā)明者J·S·威廉姆森, R·D·昌賽, S·L·格蘭吉 申請(qǐng)人:瓦盧雷克曼內(nèi)斯曼石油及天然氣法國(guó)公司