專利名稱：一種具有較高抗扭強(qiáng)度的石油鉆桿接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及屬于石油鉆桿接頭加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種具有較 高抗扭強(qiáng)度的石油鉆桿接頭。
背景技術(shù)：
鉆桿是用于油氣鉆探的重要工具，普通鉆桿是按照API標(biāo)準(zhǔn)制造的， 其基本結(jié)構(gòu)是在鉆桿管體的兩端各對(duì)焊一個(gè)外螺紋鉆桿接頭和一個(gè)內(nèi)螺紋 鉆桿接頭。
圖1為API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭結(jié)構(gòu)示意圖，圖2、 4為連接螺紋的牙型圖。 該鉆桿接頭包括外螺紋接頭和內(nèi)螺紋接頭兩部分，兩者通過螺紋連接在一 起。外螺紋接頭的螺紋根部加工有一個(gè)直角外臺(tái)肩，鉆桿接頭使用時(shí)，內(nèi) 螺紋接頭的外端面緊緊頂在外螺紋接頭的直角臺(tái)肩上，形成過盈配合。
當(dāng)API鉆桿接頭處于擰緊狀態(tài)時(shí)，內(nèi)螺紋端面與外螺紋的臺(tái)肩相互作 用，產(chǎn)生很大的反作用力，該反作用力由鉆桿螺紋來承擔(dān)。研究表明，API 鉆桿螺紋的各牙并非均勻地承擔(dān)著接頭傳遞的載荷，靠近臺(tái)肩的數(shù)牙螺紋 承擔(dān)了絕大部分載荷，而遠(yuǎn)離臺(tái)肩的旋合螺紋承擔(dān)的載荷十分有限，這就 大大惡化了整個(gè)接頭的應(yīng)力分布，使鉆桿接頭的抗扭能力大幅下降。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號(hào)為CN2734974Y,
公開日為2005年 10月19日，實(shí)用新型專利名稱為"高抗扭鉆桿接頭"，申請(qǐng)人為寶山鋼
鐵股份有限公司。該專利公開了一種能夠增強(qiáng)鉆桿抗扭能力的鉆桿接頭， 這種接頭由外螺紋接頭和與之進(jìn)行螺紋連接的內(nèi)螺紋接頭組成，其改進(jìn)之 處是外螺紋接頭的根部臺(tái)肩面和螺紋端面分別與內(nèi)螺紋接頭內(nèi)螺紋的螺紋 端面和根部臺(tái)肩面緊密配合，形成雙臺(tái)肩結(jié)構(gòu)。由這兩個(gè)臺(tái)肩共同分擔(dān)接
頭承擔(dān)的扭矩，而不是由一個(gè)臺(tái)肩單獨(dú)承擔(dān)。這樣，API鉆桿的應(yīng)力集中區(qū)
域位于內(nèi)螺紋端面與外螺紋的臺(tái)肩相互作用處，而這種新型接頭的應(yīng)力集 中區(qū)域則由一個(gè)分散成兩個(gè)，從而使應(yīng)力集中程度下降。通過這種方法，
可以提高接頭的抗扭強(qiáng)度，但其缺點(diǎn)和不足之處是對(duì)加工精度要求很高， 要保證兩個(gè)臺(tái)肩面同時(shí)接觸，有較大的難度。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有較高抗扭強(qiáng)度的石油鉆桿接頭， 主要解決現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在靠近臺(tái)肩的數(shù)牙螺紋承擔(dān)了絕大部分載荷，而遠(yuǎn)離臺(tái) 肩的旋合螺紋承擔(dān)的載荷十分有限，大大惡化了整個(gè)接頭的應(yīng)力分布，使 鉆桿接頭的抗扭能力大幅下降的技術(shù)問題，它可有效提高接頭的抗扭強(qiáng)度， 而且根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床技術(shù)，容易實(shí)現(xiàn)，成本提高很少。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種具有較高抗扭強(qiáng)度的石油鉆桿接頭，它由內(nèi)螺紋件和外螺紋件兩 部分組成，在內(nèi)螺紋件上加工有錐管內(nèi)螺紋以及端面臺(tái)肩，在外螺紋件上 加工有錐管外螺紋以及扭矩臺(tái)肩，其特征在于該外螺紋是標(biāo)準(zhǔn)的API螺 紋，螺距為標(biāo)準(zhǔn)螺距；該內(nèi)螺紋的螺距分為兩段，靠近端面臺(tái)肩的一段沿 軸向向里的長度為L,該段螺紋的螺距是由外向里逐漸變窄。
所述的具有較高抗扭強(qiáng)度的石油鉆桿接頭，其特征在于靠近端面臺(tái)
肩的一,殳內(nèi)螺紋的螺距為Pp外螺紋5的螺距為P, P廣P-0.05 0.1mm。 所述的具有較高抗扭強(qiáng)度的石油鉆桿接頭，其特征在于在L長度范
圍內(nèi)，包含3 4牙螺紋，L=19.1~25.4mm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是
1) 本實(shí)用新型保持外螺紋螺距不變，通過對(duì)內(nèi)螺紋的數(shù)牙螺紋變化螺 距的方法，使得載荷在各牙螺紋上的分布更加均勻，應(yīng)力集中程度明顯減 小，提高了接頭的承載能力，尤其是抗扭能力；
2) 本實(shí)用新型采用最為成熟的API接頭加以改進(jìn)，根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)控加 工技術(shù)，可以很容易實(shí)現(xiàn)，加工成本提高很少。


圖1是API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭示意圖。
圖2是API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭螺紋牙型示意圖。
圖3是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是API標(biāo)準(zhǔn)螺紋嚙合后的示意圖。
圖5是本實(shí)用新型螺紋嚙合后的示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有較高抗扭強(qiáng)度的石油鉆桿接頭接 頭。如圖3、 5,它由內(nèi)螺紋件1和外螺紋件4兩部分組成。在內(nèi)螺紋件1 上加工有錐管內(nèi)螺紋2以及端面臺(tái)肩3,在外螺紋件4上加工有錐管外螺紋 5以及直角扭矩臺(tái)肩6。內(nèi)螺紋2通過分段變螺距的方法，使內(nèi)、外螺紋擰 緊后在靠近臺(tái)肩處產(chǎn)生軸向間隙，且間隙從外到里依次減小。為了達(dá)到這
種效果，具體做法如下
外螺紋5是標(biāo)準(zhǔn)的API螺紋，螺距為標(biāo)準(zhǔn)螺距，其值為P，內(nèi)螺紋2的 螺距分為兩段，距端面起3~4牙的螺距大于標(biāo)準(zhǔn)螺距P,其值為P,，其它 部分內(nèi)螺紋的螺距為標(biāo)準(zhǔn)螺距P, P,與P之間滿足如下關(guān)系 P廣P-0.05 0.1mm。其中具體選擇3牙還是4牙，以及P,的具體取值，根據(jù) 鉆桿的尺寸而定，根據(jù)計(jì)算，螺距的變化范圍即P,-P的范圍不超過O.lmm。
這種做法的原理如圖4和圖5所示，如果內(nèi)、外螺紋的螺距完全相同， 其嚙合后如圖4所示，由于臺(tái)肩產(chǎn)生的軸向力作用，使得靠近臺(tái)肩的第1 2 螺紋的承載面受力很大，此處產(chǎn)生了十分嚴(yán)重的應(yīng)力集中。普通API套管 往往從此處發(fā)生斷裂、應(yīng)力腐蝕開裂等失效，尤其是當(dāng)扭矩較大時(shí)，這種 問題更加突出，從而限制了這種鉆桿的使用范圍。考慮到越靠近臺(tái)肩處螺 紋的受力越大，變形也越嚴(yán)重，如果使外螺紋螺距保持不變，設(shè)法使內(nèi)螺 紋第一牙螺紋沿軸向向里移動(dòng)一定的距離沒m,，第二牙螺紋移動(dòng)m2,…， 使各牙螺紋的變形量相同，即可以改善接頭的載荷分布。
如果保持外螺紋的螺距P不變，將內(nèi)螺紋靠近臺(tái)肩的第3~4牙螺紋的 螺距從P增大到P,,那么其嚙合后的示意圖見圖5?？梢?，靠近臺(tái)肩的第一 牙螺紋承載面之間的距離最大，后面的螺紋距離則依次減小。這樣就可以 有效解決靠近臺(tái)肩處螺紋的應(yīng)力集中問題，使各牙螺紋承受的載荷更加均 勻，從而提高接頭的承載能力，主要是抗扭性能。
以下通過具體實(shí)施例進(jìn)一步介紹本實(shí)用新型
實(shí)施例1是用于088.9x9.35mm 13.31b/ft的鉆桿，鋼級(jí)為S135。接頭 類型NC38，螺紋形式為標(biāo)準(zhǔn)的API V-0.038R，錐度1:6。外螺紋與普通 V-0.038R完全相同，螺距P=6.35mm。內(nèi)螺紋除螺距參數(shù)外，其它參數(shù)與
V-0.038R螺紋完全相同，內(nèi)螺紋從端面第一牙螺紋起的3牙螺紋 (L=19.1mm)范圍內(nèi)，螺距P產(chǎn)6.42mm,其余內(nèi)螺紋的螺距為P=6.35mm。 根據(jù)API SPEC 7,該規(guī)格鉆桿若采用普通API接頭，其最大允許上扣扭矩 是35949N-m，若采用本實(shí)用新型接頭，最大允許上扣扭矩達(dá)到46728N-m， 提高抗扭性能1.3倍。
個(gè)實(shí)施例2是用于(D127x9.19mm 19.51b/ft的鉆桿，鋼級(jí)為S135。接頭 類型NC50，螺紋形式為標(biāo)準(zhǔn)的API V-0.038R，錐度1:6。外螺紋與普通 V-0.038R完全相同，螺距P=6.35mm。內(nèi)螺紋除螺距參數(shù)外，其它參數(shù)與 V-0.038R螺紋完全相同，內(nèi)螺紋從端面第一牙螺紋起的4牙螺紋 (L=25.4mm)范圍內(nèi)，螺距P產(chǎn)6.45mm,其余內(nèi)螺紋的螺距為P=6.35mm。 根據(jù)API SPEC 7,該規(guī)格鉆桿若采用普通API接頭，其最大允許上扣扭矩 是85966N-m,若采用本實(shí)用新型接頭，最大允許上扣扭矩達(dá)到116905N-m, 提高抗扭性能1.36倍。
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(qǐng)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1.一種具有較高抗扭強(qiáng)度的石油鉆桿接頭，它由內(nèi)螺紋件(1)和外螺紋件(4)兩部分組成，在內(nèi)螺紋件(1)上加工有錐管內(nèi)螺紋(2)以及端面臺(tái)肩(3)，在外螺紋件(4)上加工有錐管外螺紋(5)以及扭矩臺(tái)肩(6)，其特征在于:該外螺紋(5)是標(biāo)準(zhǔn)的API螺紋，螺距為標(biāo)準(zhǔn)螺距；該內(nèi)螺紋(2)的螺距分為兩段，靠近端面臺(tái)肩(3)的一段沿軸向向里的長度為L，該段螺紋的螺距是由外向里逐漸變窄。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有較高抗扭強(qiáng)度的石油鉆桿接頭，其特征 在于靠近端面臺(tái)肩(3)的一段內(nèi)螺紋的螺距為P,,外螺紋(5)的螺距為P, P廣P-0.05 0.1mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有較高抗扭強(qiáng)度的石油鉆桿接頭，其 特征在于在L長度范圍內(nèi)，包含3 4牙螺紋，L=19.1~25.4mm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及屬于石油鉆桿接頭加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種具有較高抗扭強(qiáng)度的石油鉆桿接頭。它由內(nèi)螺紋件和外螺紋件兩部分組成，在內(nèi)螺紋件上加工有錐管內(nèi)螺紋以及端面臺(tái)肩，在外螺紋件上加工有錐管外螺紋以及扭矩臺(tái)肩，該外螺紋是標(biāo)準(zhǔn)的API螺紋，螺距為標(biāo)準(zhǔn)螺距；該內(nèi)螺紋的螺距分為兩段，靠近端面臺(tái)肩的一段沿軸向向里的長度為L，該段螺紋的螺距是由外向里逐漸變窄。它主要解決現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在靠近臺(tái)肩的數(shù)牙螺紋承擔(dān)了絕大部分載荷，而遠(yuǎn)離臺(tái)肩的旋合螺紋承擔(dān)的載荷十分有限，大大惡化了整個(gè)接頭的應(yīng)力分布，使鉆桿接頭的抗扭能力大幅下降的技術(shù)問題，它可有效提高接頭的抗扭強(qiáng)度，而且根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床技術(shù)，容易實(shí)現(xiàn)，成本提高很少。
文檔編號(hào)E21B17/02GK201198739SQ20082005672
公開日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者周永其, 帥亞民, 王廣群, 袁鵬斌 申請(qǐng)人:上海海隆石油管材研究所