鉆柱連接件的制作方法
【專利摘要】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?。鉆柱包括鉆具接頭，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。
【專利說明】鉆柱連接件
[0001] 發(fā)明背景 1.

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明一般涉及一種螺紋式鉆柱連接件。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到鉆頭連接起來而形成的鉆柱。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)外裝配臺(tái)肩的鉆具接頭。 2.

【背景技術(shù)】
[0003] 深井（例如用于開發(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。所述鉆桿部件通過 螺紋連接件（稱作鉆具接頭，通常為1 一 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。
[0004] 常規(guī)的鉆具接頭（有時(shí)被稱為API [美國石油學(xué)會(huì)]鉆具接頭）由陽端部件和陰 端部件構(gòu)成。所述陽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)沒有用于與陽端部件的 端部的鼻部或面接觸的內(nèi)臺(tái)肩。當(dāng)在地面裝配所述工具接頭部件時(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)力約為陽端或陰端較弱部分的屈服強(qiáng)度的二 分之一。
[0005] 在鉆水平井或大位移井時(shí)，或鉆柱在井眼中卡鉆時(shí)，鉆井扭矩超過地面裝配扭矩 是可能的。當(dāng)鉆井扭矩超過地面裝配扭矩時(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)超過陽端或陰端的屈服強(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)大于鉆井扭矩。因此，鉆桿鉆具接頭工業(yè) 已經(jīng)研制出了稱作"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)肩在高扭矩條件下進(jìn)行裝配的尺寸。
[0006] 如US2, 532, 632專利所述，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)肩在高扭矩條件下進(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。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)通過調(diào)整具有這種接頭的元件的尺寸來力求獲得雙臺(tái)肩鉆具接頭 的越來越好的作業(yè)特征。這些元件具有陰端鏜孔部、陽端基部、陽端鼻部和螺紋的相對(duì)長(zhǎng) 度；陰端鏜孔部和陽端鼻部的相對(duì)截面厚度；鉆具接頭內(nèi)外直徑的相對(duì)尺寸。
[0008] US4, 558, 431專利中也公開了一種雙臺(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。挑選陽端和陰端的尺 寸，以便在手工擰緊時(shí)，陰端的面接觸陽端的外臺(tái)肩。在陽端鼻部面與陰端的內(nèi)臺(tái)肩之間存 在間隙。當(dāng)所述鉆具接頭被完全裝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，陽端的面向內(nèi)臺(tái)肩施加較 小的壓力或不施加壓力。
[0009] 上述US4, 548, 431專利規(guī)定了陽端基部和陰端鏜孔部的長(zhǎng)度至少為結(jié)合螺紋長(zhǎng) 度的三分之一，并且陽端鼻部的長(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)肩鉆具接頭來說，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。
[0010] 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 端鏜孔部和陽端的基部彎曲。這一彎曲使得陽端的面關(guān)閉手工擰緊間隙并靠在內(nèi)臺(tái)肩上從 而形成結(jié)合。陽端的面與內(nèi)臺(tái)肩的加載出現(xiàn)在陰端鏜孔部和陽端的基部?jī)?nèi)出現(xiàn)任何永久變 形之前。
[0011] 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，由于從陽端外臺(tái)肩到陽端鼻部的長(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。通過降 低鼻部抗彎性能來試圖使特別長(zhǎng)的陽端的鼻部克服這一風(fēng)險(xiǎn)。
[0012] US5, 492, 375專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) 化雙臺(tái)肩連接件的抗扭強(qiáng)度。所述優(yōu)化是通過確保在高扭矩條件下螺紋非常接近失效 但在陽端鼻部和陰端鏜孔部或陽端基部屈服之前不會(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：At等 于或稍大于1. 73 (\+AN)，其中\(zhòng)為較小的陽端基部或陰端鏜孔部的橫截面積，An為陽端鼻 部的橫截面積。利用這種技術(shù)的優(yōu)化使連接件的抗扭強(qiáng)度增加很小。
[0013] US5, 908, 212專利公開了另一種雙臺(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。
[0014] 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，具有淺螺紋錐度的鉆桿接頭在裝配期間需要陰端和陽端旋轉(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。淺螺紋還使連接插 入和卸扣更加困難，這是因?yàn)樗鲞B接件必須小心對(duì)準(zhǔn)以避免螺紋過盈和粘扣。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。
[0015] 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。
[0016] 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，所述牙頂錐度與螺紋 的錐度匹配。附圖5示出了現(xiàn)有技術(shù)的螺紋牙形，其中牙頂41的錐度與螺紋的整體錐度 (overall taper)Tth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 端5和陰端5'，并且圖6B和6C示出了陽端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)陽端5以使經(jīng)過的牙頂41-41 '接觸并使插入側(cè)面33-插入側(cè) 面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〉难理數(shù)截?fù)載側(cè)面的半徑 和小的牙頂?shù)讲迦雮?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)即使沒有出現(xiàn)損 壞，陽端鉆具接頭的牙頂41也能楔入陰端鉆具接頭5'。這種楔入作用會(huì)被所述撞擊加重。 當(dāng)螺紋錐度降低時(shí)，所述楔入作用變得更糟。摩擦因子為〇. 08、螺紋錐度小于2 V英尺的螺 紋牙頂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)過螺紋 牙頂?shù)男ㄈ胱罱K會(huì)導(dǎo)致粘扣和其它損壞。
[0017] 3.發(fā)明目的
[0018] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種鉆柱連接件，尤其是適用于具有增強(qiáng)屈服扭矩特 征的鉆桿鉆具接頭的連接件。
[0019] 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)API鉆具接頭的裝配圈數(shù)特征。
[0020] 本發(fā)明的特定目的在于提供一種鉆桿鉆具接頭，該鉆桿鉆具接頭具有為類似尺寸 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)。
[0021] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種雙臺(tái)肩鉆桿鉆具接頭，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。
[0022] 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)。
[0023] 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 小于或等于陽端鼻部長(zhǎng)度以避免陰端彎曲。
[0024] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種鉆具接頭設(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)。
[0025] 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，其中，在插入被基本 防止時(shí)螺紋從牙頂?shù)窖理敚╟rest-to-crest)楔入。
[0026] 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。
[0027] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種螺紋牙形，（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)力集中降低，（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)其降低了卡住連接件的可能 性。
[0028] 本發(fā)明的另一特定目的在于提供一種雙臺(tái)肩鉆桿鉆具接頭，該鉆具接頭的特征在 于具有陽端鼻部和鏜孔部長(zhǎng)度，以便當(dāng)施加到連接件上的連接件扭矩增加時(shí)，主臺(tái)肩和次 臺(tái)肩處的應(yīng)力以相似的速率增加。
[0029] 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。
[0030] 發(fā)明概沭
[0031] 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端基部中 較小橫截面積的50%，所述螺紋的錐度在約I. 0到1. 2英寸每英尺之間的范圍內(nèi)，優(yōu)選約 1. 125英寸每英尺。一種優(yōu)選的錐度是與下限值為I. 0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，超過該值，鉆具接頭的屈服扭矩就會(huì)顯著降低到約低于類似尺寸的常規(guī) API連接件的抗扭屈服強(qiáng)度的150%。優(yōu)選的錐度約為1-1/8英寸每英尺。陽端鼻部的橫 截面尺寸為如上所述尺寸，陽端鼻部的長(zhǎng)度約為I. 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。
[0032] 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^和短軸半徑^之 間所測(cè)的螺紋高度h約為螺紋的基本三角形高度（H)的二分之一。
[0033] 所述內(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。優(yōu)選的插入側(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），并提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。優(yōu)選的鉆桿裝置的牙頂-插入半徑大于常規(guī)的螺紋牙形的所述半徑。
[0034] 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)將陽端螺紋和陰端螺紋 插在一起時(shí)，所述以與螺紋牙頂錐度的傾斜方向相反的方向傾斜的角牙頂錐度使牙頂?shù)窖?頂（crest-to-crest)的模入不同。
[0035] 所述螺紋牙形的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了上述目的的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)椋海?)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)降低了卡住連接件的可能性。
[0036] 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。優(yōu)選的鉆桿接頭的特征還在于陽端鼻部的長(zhǎng)度約為1.25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、陽端鼻部的橫截面積、與陰端鏜孔部相對(duì)的陽螺紋段端段 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)大于陽端鼻部或陰端鏜 孔部或與陰端鏜孔部相對(duì)的陽端橫截面的強(qiáng)度。
[0037] 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接件提供更到的強(qiáng)度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038] 這里的附圖闡述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中：
[0039] 圖1為利用本發(fā)明的鉆具接頭而使兩根鉆桿端部連接橫截面視圖；
[0040] 圖2為鉆具接頭的放大橫截面視圖，其中示出了本發(fā)明裝配好的陽端和陰端部 件，還示出了本發(fā)明錐形的螺紋和牙形；
[0041] 圖3為陽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；
[0042] 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。
[0043] 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；
[0044] 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楔入，其中常規(guī)的牙頂 錐角與所述螺紋的牙頂錐度相同；
[0045] 圖7A，7B，7C示出了正在插入的鉆具接頭陽端和陰端螺紋，所述螺紋的牙形具有 圖6所示的螺紋牙頂，其傾斜方向與所述螺紋錐度傾斜方向相反；
[0046] 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端螺紋居中地插入陰端螺紋；
[0047] 圖9為顯示了本發(fā)明的雙臺(tái)肩鉆具接頭優(yōu)選實(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多的連接件從插入到緊 密接合所需的圈數(shù)。
[0048] 本發(fā)明較伴實(shí)施例的描沭
[0049] 下面結(jié)合附圖對(duì)所述優(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 頭的部件的附圖標(biāo)記。附圖標(biāo)記和部件的對(duì)應(yīng)如下：
[0050] 附圖標(biāo)記說明
[0051] Pod 鉆桿外徑
[0052] Pid 鉆桿內(nèi)徑
[0053] C/L 連接的鉆桿和鉆具接頭的中線
[0054] PUid 鉆桿加厚內(nèi)徑
[0055] TJidi 接頭焊接端的鉆具接頭內(nèi)徑
[0056] TJid2 接頭中部的鉆具接頭內(nèi)徑
[0057] TJod 鉆具接頭外徑
[0058] Ltj 鉆具接頭長(zhǎng)度
[0059] 2 下部鉆桿
[0060] 2' 上部鉆桿
[0061] 3 下部鉆桿的加厚部分
[0062] 3' 上部鉆桿的加厚部分
[0063] 4 鉆具接頭
[0064] 6 下部焊接處
[0065] 6' 上部焊接處
[0066] 10 陽端
[0067] 12 陰端
[0068] 14 陰端鏜孔部
[0069] 16 陽端基部
[0070] 18 外錐形陽端螺紋
[0071] 20 內(nèi)錐形陰端螺紋
[0072] 22 陽端鼻部
[0073] 24 陰端內(nèi)臺(tái)肩
[0074] 26 陽端的面或環(huán)形邊緣
[0075] 28 陰端外臺(tái)肩或陰端的面或環(huán)形邊緣
[0076] 30 陽端外臺(tái)肩
[0077] 32 螺紋的螺距線
[0078] 34 螺紋的插入側(cè)面
[0079] 36 螺紋的承壓或負(fù)載側(cè)面
[0080] 0S 插入角
[0081] Θρ 承壓或負(fù)載角
[0082] Lpn 陽端鼻部長(zhǎng)度
[0083] Lbc 陰端鏜孔部長(zhǎng)度
[0084] Lth 接合的螺紋長(zhǎng)度
[0085] PS 主臺(tái)肩和密封件
[0086] SS 次臺(tái)肩
[0087] CSbc 陰端鏜孔部的橫截面
[0088] CBpb 陽端基部橫截面
[0089] CSpn 陽端鼻部橫截面
[0090] 40 螺根
[0091] 42 螺紋牙頂
[0092] 44 從負(fù)載側(cè)面到牙頂?shù)倪^渡形狀
[0093] 46 從牙頂?shù)讲迦雮?cè)面的過渡形狀
[0094] 48 螺紋形狀的基本三角形
[0095] H 基本三角形的高度
[0096] h 螺紋高度
[0097] 長(zhǎng)軸半徑（1/2) Dd
[0098] ^ 螺距半徑（1/2) 2
[0099] 短軸半徑（1/2)
[0100] E 螺根形的橢圓
[0101] Emi 橢圓短軸直徑
[0102] Esu 橢圓長(zhǎng)軸直徑
[0103] Tth 螺紋錐度
[0104] Tc 牙頂錐度
[0105] 具有鉆具接頭的鉆桿的描述
[0106] 圖1示出了通過本發(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Pm表示，而對(duì)于其30'的幾乎全部長(zhǎng)度上的管內(nèi)徑 由Pid表示。加粗部分的管3, 3'的端部?jī)?nèi)徑由PUid表示，該內(nèi)徑大體與鉆具接頭焊接端的 內(nèi)徑TJid相匹配。而鉆具接頭的外徑TJ m在鉆具接頭的長(zhǎng)度Lu上基本上是恒定的，鉆具接 頭的內(nèi)徑從接頭焊接端的TJidi縮小到與陽端10和陰端12的螺紋相鄰的部分的TJ id2。根 據(jù)本發(fā)明，TJid2可為1/8英寸（或更?。?，該尺寸小于內(nèi)徑TJidi，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)向使所述接頭的抗扭強(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) 徑的小的降低是能夠接受的。優(yōu)選地是，內(nèi)徑為TJ id2的鉆具接頭的長(zhǎng)度不大于整個(gè)鉆具接 頭長(zhǎng)度的2/3。
[0107] 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)優(yōu)選實(shí)施例，陽端 鼻部橫截面積CS pn至少為50%的較小的陰端鏜孔部的橫截面積CSb?；蜿柖嘶康臋M截面 積CSpb。與類似尺寸的常規(guī)API連接件相比，陽端鼻部、陽端基部和鏜孔部橫截面積的這一 關(guān)系使連接件4的抗扭強(qiáng)度至少增加了 50%。此外，如下所述，陰端的螺紋20和陽端的螺 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)，更優(yōu)選地是約 1-1/8英寸/英尺。另外，由于陽端基部橫截面積CSpn比陰端鏜孔部橫截面積CS B。小50%， 陽端鼻部長(zhǎng)度Lpn應(yīng)當(dāng)為鏜孔部的長(zhǎng)度Lbc的一倍或一又二分之一倍，以便當(dāng)扭矩施加到連 接件上時(shí)，主臺(tái)肩PS和次SS臺(tái)肩上的應(yīng)力以相同的速率增加。
[0108] 當(dāng)將過度的扭矩施加到鉆具接頭上時(shí)，螺紋18和20不會(huì)在陰端鏜孔部14或陽端 鼻部22屈服或彎曲之前或與陰端鏜孔部相對(duì)的陽端基部16的橫截面屈服之前不會(huì)剪切失 效是必要的。因此，陽端鼻部橫截面積CS pi^P連接到外螺紋18上的內(nèi)螺紋20的長(zhǎng)度Lth和 陰端鏜孔部橫截面積CSbc以及鏜孔部長(zhǎng)度L pn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端鼻部橫截面積CS pn，該橫截面積 至少為陰端鏜孔部橫截面積CSb。的50 %。
[0109] 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CSpn彡.5CSbc，CS pn彡.5CSPB，和 Lpn 2 (I. 0到1. 5) LB。)，其中，螺距為0. 286英寸（3. 5個(gè)螺紋/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 矩對(duì)API連接件（如NC38)的屈服扭矩的比值。曲線名稱為" ?本發(fā)明的屈服扭矩/API的 屈服扭矩"表示出，與API連接件相比，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%。
[0110] 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/英尺的連接件來說，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/英尺的連接件來說，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 來說，每圈插入到緊密接合約為17%。換句話說，對(duì)于錐度為1-1/8英寸/英尺的連接件來 說，為了實(shí)現(xiàn)從初始插入到緊密接合需要約6圈。
[0111] 對(duì)于上述的鉆具接頭優(yōu)選實(shí)施例的來說，已經(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)，裝配所述連接件產(chǎn)生的速度 可接受。如圖9所示，約為1英寸/英尺錐度的下限值和約1. 20英寸/英尺錐度的上限值 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150%倍的API連接件的屈服扭矩時(shí)，這一范圍是可接受的。優(yōu)選約1-1/8的 螺紋錐度來保持連接件的高屈服扭矩（如150%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。
[0112] 如上所述，對(duì)于螺距為0.286英寸（3. 5個(gè)螺紋/英寸）的具體優(yōu)選實(shí)施例來說，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，例如如果螺距為〇. 25英寸（4個(gè)螺紋/英寸），那么1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。
[0113] 在1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)螺紋/英寸）減小到0. 25英寸（4個(gè)螺紋/英寸）而 其他變量不變，對(duì)于1英寸/英尺的錐度來說從插入到緊密接合所需的圈數(shù)將低于8圈。
[0114] 圖2示出了完全裝配好的本發(fā)明雙臺(tái)肩鉆具接頭的優(yōu)選實(shí)施例。根據(jù)該實(shí)施例， 陰端螺紋20和陽端螺紋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1-1/8"每英尺。
[0115] 鉆桿鉆具接頭的優(yōu)選螺紋牙形的描述
[0116] 圖2和圖3示出了圖1中連接件的陰端螺紋20和陽端螺紋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)螺紋/英寸的螺距，該螺距為API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I之間所測(cè)的螺紋高度 h，所述螺紋高度約為二分之一的限定螺紋的基本三角形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O s并具 有在約25度到約34度之間的負(fù)載側(cè)面角ΘΡ。可優(yōu)選地是，插入側(cè)面角Os約為40度，負(fù) 載側(cè)面角約為30度。
[0117] 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之間的過渡形狀44。 過渡形狀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之間的過渡形狀46具有等于或大于約.073英寸的半徑，從而降低了螺紋牙頂寬 度并在插入和裝配期間能夠使螺紋逐漸進(jìn)入配合狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明，螺紋牙形的螺根40形 成為橢圓形Ε，該橢圓具有長(zhǎng)軸E su和短軸Emi。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的平滑過渡。橢圓形狀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。
[0118] 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Τ。成某一角度 從螺紋錐度T th的頂部與其相對(duì)的傾斜?？蓛?yōu)選地是，牙頂錐度約為1度，參看圖5和6Α，6Β 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Tth相同角度傾斜的牙頂41的 牙頂錐度可使螺紋楔入。螺紋牙形的常規(guī)部分為：螺根39、插入側(cè)面33、負(fù)載側(cè)面35、從負(fù) 載側(cè)面到牙頂?shù)倪^渡區(qū)域、從牙頂?shù)讲迦雮?cè)面45的過渡區(qū)域。以牙頂錐度T。成某一角度 從螺紋錐度T th的頂部與其相對(duì)的傾斜的螺紋牙形可使陽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的陽端10的側(cè)視 圖，圖7B和7C示出了螺紋牙頂?shù)姆较蚪嵌萒 c的效果。如放大視圖7C所示，牙頂42, 42'的 牙頂?shù)窖理斝ㄈ朐诓迦肫陂g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)。
[0119] 如上所示，插入側(cè)面角?3從常規(guī)的30°增加到優(yōu)選的40°。同樣如上所述，根 據(jù)本發(fā)明，牙頂?shù)讲迦雮?cè)面的過渡形狀42增加到.073英寸或更大的半徑。更大的Os和 大的牙頂?shù)讲迦雮?cè)面的過渡形狀使所述連接件能夠在插入之后更加容易地自身對(duì)中。圖8A 和8B示出了所述效果。圖8A中陽端正在與陰端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?s和更大的牙頂?shù)讲迦雮?cè)面的過渡形狀，陽端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，連接件夾緊的可能性降低。
【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： 陽端（10)，其具有形成于陽端外臺(tái)肩（30)和陽端的面（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I. 〇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（Tth upper) °
2. 如權(quán)利要求1所述的連接件，其特征在于：螺距、螺紋長(zhǎng)軸直徑和螺距直徑的螺紋牙 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)利要求2所述的連接件，其特征在于：對(duì)于約為1. 125英寸每英尺的螺紋錐度 來說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：所述外螺紋和內(nèi)螺紋的特征在于在長(zhǎng)軸 半徑（f)和短軸半徑（^)之間測(cè)的螺紋高度（h)約為螺紋基本三角形高度（H)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（?s)和負(fù)載側(cè)面角（ΘΡ)，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：所述的插入側(cè)面角（Os)約為40度，所述 負(fù)載側(cè)面角（Θ Ρ)約為30度。
7. 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 螺根成形為部分橢圓（E)的形狀。
8. 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)具 有相對(duì)于所述中線（C/L)的螺紋錐度（Tth)，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（Tth)的傾斜方向相反的方向上傾斜的牙頂錐度（Τ。)。
9. 如權(quán)利要求5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 在所述負(fù)載側(cè)面（36)和所述牙頂（42)之間的過渡形狀（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)利要求5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)的特征在于具有通過切斷螺紋整體高度（H)而形 成的螺紋牙頂寬度，并且 所述牙頂（42)的所述插入側(cè)面（34)之間的過渡形狀（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)的特征在于螺根為橢圓形，該橢圓形產(chǎn)生了低于 〇· 038"螺根的應(yīng)力集中因子的應(yīng)力集中因子。
12. 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)利要求1所述的連接件，其特征在于：所述陽端（10)的所述鼻部（22)具有等 于或大于所述鏜孔部（14)的長(zhǎng)度（L B。）的長(zhǎng)度（Lpn)。
14. 如權(quán)利要求13所述的連接件，其特征在于：所述鼻部（22)的長(zhǎng)度（Lpn)約為1. 25 英寸，所述鏜孔部（14)的長(zhǎng)度（LB。）約為1英寸。
15. 如權(quán)利要求1所述的連接件，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Lth，所述內(nèi)螺紋與所述外螺紋（18)連接，對(duì)所述外螺紋進(jìn)行設(shè) 計(jì)和布置以便施加到組裝的連接件上扭矩導(dǎo)致實(shí)質(zhì)的屈服首先出現(xiàn)在陽端基部或陰端鏜 孔部或陽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)將所述陽端（10)和所述陰端（12)連接在一起時(shí)，所述陰端外臺(tái)肩（28)和所述陽端 夕卜臺(tái)肩（30)限定了主臺(tái)肩（PS)，并且所述陽端的面（26)和所述陰端內(nèi)臺(tái)肩（24)限定了次 臺(tái)肩（SS)，并且 選擇所述陽端鼻部長(zhǎng)度（Lpn)、所述鏜孔部長(zhǎng)度（Lrc)、與所述外螺紋（18)連接的內(nèi)螺紋 (20)的長(zhǎng)度（Lth)、陽端鼻部橫截面積（CSpn)、陰端鏜孔部橫截面積（CSB。)、陽端基部橫截面 積和鉆具接頭的外徑和內(nèi)徑（TJ_ TJid2)，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（SS)應(yīng)力和主臺(tái)肩（PS)應(yīng)力在彼此的70%范圍內(nèi)。
17. 如權(quán)利要求2所述的連接件，其特征在于：所述螺紋錐度（Tth)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（h)，所述螺紋高度（h)約為螺紋基本三角形高度（H)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（Os)和負(fù)載側(cè)面角（Op)，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（Tth)約為1. 125英寸每 英尺，所述的插入側(cè)面角（?s)約為40度，所述負(fù)載側(cè)面角約為30度，所述內(nèi)螺紋（20)和 所述外螺紋（18)的螺根成形為部分橢圓（E)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（C/L)的螺紋錐度（T th)，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（T th)的傾斜方向相 反的方向上傾斜的牙頂錐度（T。)。
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， 所述鼻部（22)的長(zhǎng)度（Lpn)約為I. 25英寸，所述鏜孔部（14)的長(zhǎng)度（LB。）約為1英 寸，并且 設(shè)計(jì)和布置陽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Lth，以便連接的并所施加扭矩的螺紋的強(qiáng)度大于所述陽端鼻部（22)或所述陰端鏜孔部 (14)或所述陽端基部的強(qiáng)度。
20. 如權(quán)利要求19所述的連接件，其特征在于： 當(dāng)將所述陽端（10)和所述陰端（12)連接在一起時(shí)，所述陰端外臺(tái)肩（28)和所述陽端 夕卜臺(tái)肩（30)限定了主臺(tái)肩（PS)，并且所述陽端的面（26)和所述陰端內(nèi)臺(tái)肩（24)限定了次 臺(tái)肩（SS)，并且 選擇所述陽端鼻部長(zhǎng)度（Lpn)、所述鏜孔部長(zhǎng)度（Lrc)、與所述外螺紋（18)連接的內(nèi)螺紋 (20)的長(zhǎng)度（Lth)、陽端鼻部橫截面積（CSpn)、陰端鏜孔部橫截面積（CSB。）和鉆具接頭的外 徑和內(nèi)徑（TJ_ TJid2)，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（SS)縱向應(yīng)力和主臺(tái)肩（PS)縱向應(yīng)力在彼此的70%范圍內(nèi)
21. -種用于鉆柱的雙臺(tái)肩連接件（4)，包括： 陽端（10)，其具有形成于陽端外臺(tái)肩（30)于陽端的面（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); 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的面的面（28)上的陽端外臺(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)具有插入側(cè)面角（Os)和負(fù)載側(cè)面角（Op)，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所述的連接件，其特征在于：所述外螺紋和內(nèi)螺紋具有在長(zhǎng)軸半徑 (￡|L)和短軸半徑（i|L)之間測(cè)的螺紋高度（h),所述螺紋高度（h)約為螺紋基本三角形 高度（H)的二分之一。
23. 如權(quán)利要求21所述的連接件，其特征在于：所述的插入側(cè)面角（Os)約為40度，所 述負(fù)載側(cè)面角約為30度。
24. 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 螺根成形為部分橢圓（E)的形狀。
25. 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)具有相對(duì)于所述中線（C/L)的螺紋錐度（Tth)，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（Tth)的傾斜方向相反的方向上傾斜的牙頂錐度（T。)。
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 在所述負(fù)載側(cè)面（36)和所述牙頂（42)之間的過渡形狀（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)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)的特征在于具有通過切斷螺紋整體高度（H)而形 成的螺紋牙頂寬度，并且 所述牙頂（42)的所述插入側(cè)面（34)之間的過渡形狀（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)。
28. 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 螺根的特征在于為橢圓形，該橢圓形產(chǎn)生了低于〇. 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)具 有相對(duì)于所述中線（C/L)的螺紋錐度（T th)，所述螺紋錐度（Tth)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： 陽端（10)，其具有形成于陽端外臺(tái)肩（30)于陽端的面（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的面的面（28)上的陽端外臺(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（T。)，牙頂錐度（T。）從鉆桿接頭的中線 (C/L)傾斜并且其傾斜方向與從所述螺紋錐度（Tth)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（Os)和負(fù)載側(cè)面角（θ ρ)，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)利要求31所述的連接件，其特征在于：所述的插入側(cè)面角（Os)約為40度，所 述負(fù)載側(cè)面角（Θ Ρ)約為30度。
33. 如權(quán)利要求32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)的特征在于具有通過切斷螺紋整體高度（H)而形 成的螺紋牙頂寬度，并且 所述牙頂（42)的所述插入側(cè)面（34)之間的過渡形狀（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)。
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'）的有螺紋的陽端鉆具接頭（10)，所述有 螺紋的陽端鉆具接頭（10)旋入所述陰端鉆具接頭（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（Pm)和鉆桿內(nèi)徑（Pid)以及鉆 桿加厚部分內(nèi)徑（PUid)， 所述陽端鉆具接頭（10)和所述陰端鉆具接頭（12)的特征在于具有鉆具接頭外徑 (TJJ、在其上的每一焊接端第一鉆具接頭內(nèi)徑（TJidi)以及在與陰端螺紋和陽端螺紋相鄰 的區(qū)域內(nèi)的鉆具接頭內(nèi)徑（TJ id2)， 所述鉆具接頭外徑（TJm)大于所述鉆桿外徑Ρ_ 所述鉆桿加厚部分內(nèi)徑（PUid)小于所述鉆桿內(nèi)徑（Pid)， 所述鉆桿加厚部分內(nèi)徑（PUid)大于所述鉆具接頭內(nèi)徑（TJid2)，并且 所述第一鉆具接頭內(nèi)徑（TJidi)基本等于所述鉆桿加厚部分內(nèi)徑（PUid)，所述鉆具接頭 內(nèi)徑（TJ id2)小于所述第一鉆具接頭內(nèi)徑（TJidi)，其中相鄰于所述陽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（TJid2)的鉆具接頭的長(zhǎng)度不大于整個(gè)鉆具接頭長(zhǎng)度（Lu)的2/3。
35. -種用于鉆柱的雙臺(tái)肩連接件（4)，包括： 陽端（10)，其具有形成于陽端外臺(tái)肩（30)于陽端的面（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的面的面（28)上的陽端外臺(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)上的所述陽端的面（26)構(gòu)成，并且 其中，所述鉆桿接頭的特征在于： 陽端鼻部橫截面積（CSpn)至少為陰端鏜孔部橫截面積（CSB。）或陽端基部橫截面積 (CSpb)中較小面積的50%，并且 陽端鼻部長(zhǎng)度（Lpn)約為鏜孔部長(zhǎng)度（LB。）的1到1. 5倍。
36. 如權(quán)利要求35所述的連接件（4)，其特征在于：所述鏜孔的特征在于其長(zhǎng)度（Lbc) 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。
【文檔編號(hào)】E21B17/042GK104373056SQ201410524509
【公開日】2015年2月25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, S·L·格蘭吉, R·D·昌賽 申請(qǐng)人:瓦盧雷克曼內(nèi)斯曼石油及天然氣法國公司