一種鉆具螺紋連接結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種鉆具螺紋連接結構，包括外螺紋接頭和內螺紋接頭，外螺紋接頭和內螺紋接頭上分別設置有外螺紋面和內螺紋面，外螺紋面和內螺紋面都為錐螺紋，外螺紋接頭和內螺紋接頭通過螺紋嚙合連接，并且在外螺紋接頭和內螺紋接頭螺紋連接的兩端分別設置有垂直于軸向的外臺肩和內臺肩，在外螺紋面的根部設置有應力釋放加工面，所述的應力釋放加工面為此處的螺紋牙型高度低于外螺紋面的螺紋牙型高度。本實用新型所述的鉆具螺紋連接結構利用應力釋放加工面能夠有效的釋放后三扣的應力，降低螺紋的疲勞速度，提高鉆具螺紋的使用可靠性，防止鉆具螺紋連接處發生斷裂，雙臺肩結構可以進一步提高接頭的扭轉屈服強度和抗彎能力。
【專利說明】一種鉆具螺紋連接結構
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及鉆井鉆具，尤其涉及一種鉆具螺紋連接結構。
【背景技術】
[0002]鉆具處在內外充滿鉆井液的狹長井眼里工作，通常承受壓、彎、扭、液力等載荷，且螺紋連接部位在交變彎曲下易產生應力集中，給安全鉆井帶來很大風險。
[0003]鉆具斷裂是最嚴重的鉆具失效，是鉆具安全性研究的重點，尤其是在深井、超深井以及水平井、大位移井等復雜井的作業過程中，鉆具斷裂的危害尤其嚴重，輕者增加鉆井成本，延長鉆井周期，重者導致填井側鉆甚至于全井報廢。在鉆具斷裂失效中，鉆鋌、鉆具穩定器，轉換接頭等井下工具以螺紋接頭連接部位斷裂最為普遍。通過歷年的鉆具事故分析發現:鉆具事故85%以上為螺紋失效，而螺紋失效中外螺紋后三扣斷裂達80%以上，主要原因是外螺紋后三扣承受的應力為所有外螺紋中最高，螺紋連接后嚙合部位無應力釋放空間，使螺紋部位應力不斷累積，加速了螺紋的疲勞，導致最后斷裂。
實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的技術問題和提出的技術任務是對現有技術進行改進，提供一種鉆具螺紋連接結構，解決目前技術中的鉆具螺紋在使用過程中容易在螺紋連接處出現斷裂的問題。
[0005]為解決以上技術問題，本實用新型的技術方案是:
[0006]一種鉆具螺紋連接結構，包括外螺紋接頭和內螺紋接頭，其特征在于，所述的外螺紋接頭和內螺紋接頭上分別設置有外螺紋面和內螺紋面，外螺紋面和內螺紋面都為錐螺紋，外螺紋接頭和內螺紋接頭通過螺紋嚙合連接，并且在外螺紋接頭和內螺紋接頭螺紋連接的兩端分別設置有垂直于軸向的外臺肩和內臺肩，在外螺紋面的根部設置有應力釋放加工面，所述的應力釋放加工面為此處的螺紋牙型高度低于外螺紋面的螺紋牙型高度。鉆具螺紋連接大端最后的嚙合螺紋根部的疲勞裂紋是疲勞失效的最常見的狀況，這種失效主要是該處螺紋齒根應力集中所引起，本實用新型就是通過降低外螺紋面嚙合齒高度以改善螺紋受力情況，降低嚙合螺紋根部的應力集中，以延長鉆具螺紋疲勞壽命。并且外臺肩和內臺肩的接觸增加了螺紋抗扭強度，可以使鉆具的整體抗扭強度得到相應提高，雙臺肩的結構還可以與普通API鉆桿進行互換。
[0007]進一步的，所述的應力釋放加工面處的螺紋牙型高度低于外螺紋面的螺紋牙型高度I?2mm，為應力釋放提供了足夠的空間，同時切除部分牙高后，也不影響螺紋使用的結構強度。
[0008]進一步的，所述的外螺紋面和內螺紋面的螺紋牙型為梯形，內外螺紋以錐面貼緊不易松動，工藝性好，牙根強度高，對中性好，可有效保證連接強度。
[0009]進一步的，所述的外螺紋面和內螺紋面的螺紋牙底為圓弧狀，螺紋牙頂與螺紋牙底之間預留空隙，預留的空隙為應力釋放提供了足夠的空間，延長鉆具螺紋疲勞壽命，可以有效保證外螺紋面的中段和前端也不易發生斷裂。
[0010]進一步的，所述的外螺紋接頭和內螺紋接頭在外臺肩處剛接觸時，內臺肩處存在軸向間隙。當上扣扭矩達到規定的范圍后，外臺肩處產生壓力形變，使的內臺肩處的間隙消失，當發生井下鉆具扭矩過大而產生鉆具自動上扣時，兩個臺肩共同抵抗再次產生的扭矩、彎曲應力，阻止扭矩、彎曲應力對螺紋的破壞。
[0011]進一步的，所述的內臺肩處外螺紋接頭和內螺紋接頭間的軸向間隙為0.1?
0.3mm,間隙的大小需要與外臺肩處產生的壓力形變相適應。
[0012]與現有技術相比，本實用新型優點在于:
[0013]本實用新型所述的鉆具螺紋連接結構在外螺紋面根部設置的應力釋放加工面能夠有效的釋放后三扣的應力，降低螺紋的疲勞速度，提高鉆具螺紋的使用可靠性，有效防止鉆具在螺紋連接處發生斷裂，并且應力釋放加工面只需對外螺紋進行加工，內螺紋無需做任何改動，不影響其與普通螺紋的互換；雙臺肩螺紋可以改善螺紋載荷的分布，并減少局部的應力集中，使連接部分形成一個剛性體，提高接頭的扭轉屈服強度和抗彎能力，內臺肩可以提高抗扭強度30%以上，并且雙臺肩接頭鉆桿也可以與普通API鉆桿互換；本實用新型結構簡單，制作成本低，經濟效益高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0015]圖2為螺紋牙型的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0017]本實用新型實施例公開的一種鉆具螺紋連接結構，在螺紋連接后的嚙合部位預留一定的應力釋放空間，使螺紋部位應力不會累積，消除螺紋疲勞，避免在螺紋連接處由于應力過大而發生斷裂。
[0018]如圖1至圖2所示，一種鉆具螺紋連接結構，包括外螺紋接頭I和內螺紋接頭2，外螺紋接頭I和內螺紋接頭2上分別設置有外螺紋面3和內螺紋面4，外螺紋面3和內螺紋面4都為錐螺紋，外螺紋接頭I和內螺紋接頭2通過螺紋嚙合連接，并且在外螺紋接頭I和內螺紋接頭2螺紋連接的兩端分別設置有垂直于軸向的外臺肩5和內臺肩6，外螺紋接頭I和內螺紋接頭2在外臺肩5處剛接觸時，內臺肩6處存在0.1?0.3mm的軸向間隙。外臺肩5同常規的API工具接頭具有相同的作用，提供密封和預加載作用，內臺肩6在手動緊扣時不接觸，只當緊扣至推薦上扣扭矩時才接觸。當緊扣至推薦上扣扭矩時，外螺紋根部如彈簧般伸展，內螺紋錐孔如彈簧般壓縮，外臺肩5發生壓力形變，最終外螺紋接頭I和內螺紋接頭2在內臺肩6處發生接觸。雙臺肩結構具有更高的抗扭矩、抗彎曲性能，不但外臺肩面承受扭矩，而且靠近內臺肩的螺紋和內臺肩處也承受扭矩，扭矩由兩個臺肩分別承擔，使螺紋應力分布狀態更加合理。
[0019]在外螺紋面3的根部設置有應力釋放加工面7，所述的應力釋放加工面7為此處的螺紋牙型高度低于外螺紋面3的螺紋牙型高度I?2mm，優選2±0.1mm。為應力釋放提供了空間，同時切除部分牙高后，又不影響螺紋使用強度。采用應力釋放加工面7的接頭疲勞極限比API標準接頭的疲勞極限高1.13倍；在彎曲應力27001N.m作用下，疲勞壽命比API標準接頭高了 3倍。
[0020]外螺紋面3和內螺紋面4的螺紋牙型為梯形，外螺紋面3和內螺紋面4的螺紋牙底為圓弧狀，螺紋牙頂與螺紋牙底之間預留空隙，預留的空隙為應力釋放提供空間，延長鉆具螺紋疲勞壽命，可以有效保證外螺紋面的中段和前端也不易發生斷裂。
[0021]以上僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出的是，上述優選實施方式不應視為對本實用新型的限制，本實用新型的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型的精神和范圍內，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種鉆具螺紋連接結構，包括外螺紋接頭(I)和內螺紋接頭(2)，其特征在于，所述的外螺紋接頭(I)和內螺紋接頭(2)上分別設置有外螺紋面(3)和內螺紋面(4)，外螺紋面(3)和內螺紋面(4)都為錐螺紋，外螺紋接頭(I)和內螺紋接頭(2)通過螺紋嚙合連接，并且在外螺紋接頭(I)和內螺紋接頭(2)螺紋連接的兩端分別設置有垂直于軸向的外臺肩(5)和內臺肩￠)，在外螺紋面(3)的根部設置有應力釋放加工面(7)，所述的應力釋放加工面(7)為此處的螺紋牙型高度低于外螺紋面(3)的螺紋牙型高度。
2.根據權利要求1所述的鉆具螺紋連接結構，其特征在于，所述的應力釋放加工面(7)處的螺紋牙型高度低于外螺紋面(3)的螺紋牙型高度I?2mm。
3.根據權利要求1所述的鉆具螺紋連接結構，其特征在于，所述的外螺紋面(3)和內螺紋面(4)的螺紋牙型為梯形。
4.根據權利要求3所述的鉆具螺紋連接結構，其特征在于，所述的外螺紋面(3)和內螺紋面(4)的螺紋牙底為圓弧狀，螺紋牙頂與螺紋牙底之間預留空隙。
5.根據權利要求1所述的鉆具螺紋連接結構，其特征在于，所述的外螺紋接頭(I)和內螺紋接頭⑵在外臺肩(5)處剛接觸時，內臺肩(6)處存在軸向間隙。
6.根據權利要求5所述的鉆具螺紋連接結構，其特征在于，所述的內臺肩(6)處外螺紋接頭⑴和內螺紋接頭⑵間的軸向間隙為0.1?0.3mm。
【文檔編號】E21B17/042GK203939450SQ201420306591
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年6月10日 優先權日:2014年6月10日
【發明者】陳志明, 何體財, 喬驚喜, 黃光祥 申請人:四川華德萊斯石油裝備股份有限公司