專利名稱：雙臺(tái)肩金屬氣密封鉆桿接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種石油鉆探用鉆桿，特別涉及一種雙臺(tái)肩金屬氣密封鉆桿接頭。
背景技術(shù)：
用于石油鉆探的鉆桿是按API標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)制造的。其結(jié)構(gòu)是在鉆桿管體兩端各對(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是API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭的示意圖。該鉆桿接頭由外螺紋接頭21和與之進(jìn)行螺紋連接的內(nèi)螺紋接頭22組成。外螺紋接頭21具有一個(gè)徑向向外的外臺(tái)肩23和一個(gè)徑向向內(nèi)的內(nèi)端面25之間軸向延伸的外螺紋27以及在外臺(tái)肩23和外螺紋27之間軸向延伸的基部29。內(nèi)螺紋接頭22具有一個(gè)徑向向外的外端面24與一個(gè)徑向向內(nèi)的內(nèi)斜面26之間軸向延伸的內(nèi)螺紋28以及在內(nèi)螺紋28和外端面24之間軸向延伸的鏜孔部分30。外螺紋接頭21的外臺(tái)肩23到內(nèi)端面25的長度為L1，內(nèi)螺紋接頭22的外端面24到內(nèi)斜面26的長度為L2。
上述接頭承受的扭矩來自外臺(tái)肩23和外端面24之間以及外螺紋27和內(nèi)螺紋28之間的摩擦力矩。
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(huì)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。
為了解決接頭扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度低的問題，一般采取將內(nèi)螺紋接頭22的內(nèi)斜面26改為內(nèi)臺(tái)肩，使外螺紋接頭21的外端面25與之相接觸，形成額外的摩擦力矩，以此提高接頭的抗扭強(qiáng)度。
根據(jù)這種思路，美國專利4548431、5449336、5492375、5908212、6330004和中國專利92114303.6、98806866.4分別提出了各自的方案。采用這些方案制造的接頭雖能提供較高的抗扭強(qiáng)度，但不能提供良好的氣密封能力。
美國專利4595219提供了另外一種解決途徑。如圖2所示，采用該方案制造的接頭具有較好的氣密封能力，但由于該鉆桿接頭采用聚四氟乙烯密封圈方式進(jìn)行密封，密封能力有限，不具備在高壓氣井中進(jìn)行鉆桿測試的能力，而且該接頭的抗扭強(qiáng)度僅等同于API標(biāo)準(zhǔn)接頭。
隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展，油田用戶迫切需要一種既具有較高的抗扭強(qiáng)度，又具有良好的氣密封能力的鉆桿接頭，以滿足高壓氣井鉆井作業(yè)中鉆桿測試的需要。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于得到一個(gè)外螺紋接頭和與之進(jìn)行螺紋連接的內(nèi)螺紋接頭，其抗扭強(qiáng)度高于API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭，同時(shí)具有良好的氣密封能力，以滿足高壓氣井鉆井作業(yè)中鉆桿測試的需要。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出的解決方案為一種雙臺(tái)肩金屬氣密封鉆桿接頭，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，其中(1)一個(gè)外螺紋接頭，所述外螺紋接頭具有一個(gè)徑向向外的外臺(tái)肩和一個(gè)徑向向內(nèi)的內(nèi)端面之間軸向延伸的外螺紋，所述外螺紋接頭包括一個(gè)在所述外臺(tái)肩和外螺紋之間軸向延伸的基部以及一個(gè)在所述內(nèi)端面和外螺紋之間的前端錐面金屬密封；從所述外臺(tái)肩到內(nèi)端面之間的長度大于API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿外螺紋接頭外臺(tái)肩到內(nèi)端面的長度，但小于API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿內(nèi)螺紋接頭的外端面到內(nèi)斜面的長度；一個(gè)用于與所述外螺紋接頭進(jìn)行螺紋連接的內(nèi)螺紋接頭，所述內(nèi)螺紋接頭具有在一個(gè)徑向向外的外端面與一個(gè)徑向向內(nèi)的內(nèi)臺(tái)肩之間軸向延伸的內(nèi)螺紋，所述內(nèi)螺紋接頭包括一個(gè)在所述外表面和內(nèi)螺紋之間軸向延伸的鏜孔部分以及一個(gè)在所述內(nèi)臺(tái)肩和內(nèi)螺紋之間的后端球面金屬密封；從所述外端面到內(nèi)臺(tái)肩之間的長度大于API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿外螺紋接頭外臺(tái)肩到內(nèi)端面的長度，但小于API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿內(nèi)螺紋接頭的外端面到內(nèi)斜面的長度；所述的金屬密封結(jié)構(gòu)的密封面配合為錐面對(duì)球面過盈配合密封。
(2)所述外螺紋從與所述前端部分相鄰的第一個(gè)外螺紋徑向向外延伸到與所述基部相鄰的最后一個(gè)外螺紋處的錐度為1∶6。
(3)所述內(nèi)螺紋從與所述鏜孔部分相鄰的第一個(gè)內(nèi)螺紋徑向向內(nèi)延伸到與所述后端部分相鄰的最后一個(gè)內(nèi)螺紋處的錐度為1∶6。
(4)當(dāng)所述外螺紋接頭與所述內(nèi)螺紋接頭手動(dòng)擰緊時(shí)，所述外螺紋接頭的內(nèi)端面與所述內(nèi)螺紋接頭的內(nèi)臺(tái)肩具有0～0.5mm的間隙。
(5)所述的金屬過盈密封直徑方向的最大過盈量為0.05～0.30mm。
本實(shí)用新型的有益效果是與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型對(duì)API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的接頭抗扭強(qiáng)度高于API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭，同時(shí)具有良好的氣密封能力，可以滿足高壓氣井鉆井作業(yè)中鉆桿測試的需要。


圖1為API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭結(jié)構(gòu)示意圖圖2為美國專利4595219鉆桿接頭結(jié)構(gòu)示意圖圖3為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
下面對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)敘述圖3是本實(shí)用新型的示意圖。外螺紋接頭1具有一個(gè)徑向向外的外臺(tái)肩3和一個(gè)徑向向內(nèi)的內(nèi)端面5之間軸向延伸的外螺紋7；在外臺(tái)肩3和外螺紋7之間有軸向延伸的基部9，在內(nèi)端面5和外螺紋7之間有前端錐面金屬密封11。
外螺紋7從與前端錐面金屬密封11相鄰的第一個(gè)外螺紋徑向向外延伸到與基部9相鄰的最后一個(gè)外螺紋處的錐度為1∶6。
外臺(tái)肩3到內(nèi)端面5之間的長度L3大于API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿外螺紋接頭21的外臺(tái)肩23到內(nèi)端面25的長度L1，但小于API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿內(nèi)螺紋接頭22的外端面24到內(nèi)斜面26的長度L2。
內(nèi)螺紋接頭2具有一個(gè)徑向向外的外端面4與一個(gè)徑向向內(nèi)的內(nèi)臺(tái)肩6之間軸向延伸的內(nèi)螺紋8；在外表面4和內(nèi)螺紋8之間軸向延伸的鏜孔部分10，在內(nèi)臺(tái)肩6和內(nèi)螺紋8之間的后端球面金屬密封12。
內(nèi)螺紋8從與鏜孔部分10相鄰的第一個(gè)內(nèi)螺紋徑向向內(nèi)延伸到與后端球面金屬密封12相鄰的最后一個(gè)內(nèi)螺紋處的錐度為1∶6。
外端面4到內(nèi)臺(tái)肩6之間的長度L4大于API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿外螺紋接頭21外臺(tái)肩23到內(nèi)端面25的長度L1，但小于API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿內(nèi)螺紋接頭22的外端面24到內(nèi)斜面26的長度L2。
當(dāng)外螺紋接頭1與內(nèi)螺紋接頭2手動(dòng)擰緊時(shí)，外螺紋接頭1的內(nèi)端面5與內(nèi)螺紋接頭2的內(nèi)臺(tái)肩6具有0～0.5mm的間隙，即0≤L4-L3≤0.5mm。
當(dāng)超扭矩上扣或井下扭矩過大時(shí)，外螺紋接頭1的內(nèi)端面5與內(nèi)螺紋接頭2的內(nèi)臺(tái)肩6的間隙減小直至消失，使接頭部分形成了一個(gè)剛性體，提高了接頭的抗扭強(qiáng)度和抗彎能力，使接頭的抗扭強(qiáng)度高于API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭。
由于外螺紋接頭1與內(nèi)螺紋接頭2之間存在錐面金屬密封11對(duì)球面金屬密封12的金屬過盈配合密封，并且金屬過盈密封直徑方向的最大過盈量為0.05～0.30mm，因此具有良好的氣密封能力，能夠滿足高壓氣井鉆井作業(yè)中鉆桿測試的需要。
選用51/2FH鉆桿接頭，其外徑為184.15mm，內(nèi)徑為88.9mm，接頭屈服強(qiáng)度為827MPa，手動(dòng)擰緊時(shí)，外螺紋接頭的內(nèi)端面與內(nèi)螺紋接頭的內(nèi)臺(tái)肩具有0.15mm的間隙。經(jīng)過計(jì)算得，API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭抗扭強(qiáng)度為98.3kNm，本實(shí)用新型接頭抗扭強(qiáng)度為140.1kNm，提高了42.5％。由于在外螺紋接頭與內(nèi)螺紋接頭之間存在金屬對(duì)金屬過盈密封，因此鉆桿接頭具有良好的氣密封能力。
預(yù)計(jì)發(fā)明推廣應(yīng)用的可行性及前景由于本實(shí)用新型的抗扭強(qiáng)度高于API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭，同時(shí)具有良好的氣密封能力，因此特別適用于深井、超深井、定向井、水平井、大斜度井等高難度高壓氣井的鉆桿測試施工。
權(quán)利要求1.一種雙臺(tái)肩金屬氣密封鉆桿接頭，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，其特征是所述外螺紋接頭具有一個(gè)徑向向外的外臺(tái)肩和一個(gè)徑向向內(nèi)的內(nèi)端面之間軸向延伸的外螺紋，所述外螺紋接頭包括一個(gè)在所述外臺(tái)肩和外螺紋之間軸向延伸的基部以及一個(gè)在所述內(nèi)端面和外螺紋之間的前端錐面金屬密封，從所述外臺(tái)肩到內(nèi)端面之間的長度大于API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿外螺紋接頭外臺(tái)肩到內(nèi)端面的長度，但小于API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿內(nèi)螺紋接頭的外端面到內(nèi)斜面的長度；所述內(nèi)螺紋接頭具有在一個(gè)徑向向外的外端面與一個(gè)徑向向內(nèi)的內(nèi)臺(tái)肩之間軸向延伸的內(nèi)螺紋，所述內(nèi)螺紋接頭包括一個(gè)在所述外表面和內(nèi)螺紋之間軸向延伸的鏜孔部分以及一個(gè)在所述內(nèi)臺(tái)肩和內(nèi)螺紋之間的后端球面金屬密封，從所述外端面到內(nèi)臺(tái)肩之間的長度大于API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿外螺紋接頭外臺(tái)肩到內(nèi)端面的長度，但小于API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿內(nèi)螺紋接頭的外端面到內(nèi)斜面的長度；所述的金屬密封的密封面配合為錐面對(duì)球面過盈配合密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙臺(tái)肩金屬氣密封鉆桿接頭，其特征是所述外螺紋從與所述前端部分相鄰的第一個(gè)外螺紋徑向向外延伸到與所述基部相鄰的最后一個(gè)外螺紋處的錐度為1∶6。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙臺(tái)肩金屬氣密封鉆桿接頭，其特征是所述內(nèi)螺紋從與所述鏜孔部分相鄰的第一個(gè)內(nèi)螺紋徑向向內(nèi)延伸到與所述后端部分相鄰的最后一個(gè)內(nèi)螺紋處的錐度為1∶6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙臺(tái)肩金屬氣密封鉆桿接頭，其特征是當(dāng)所述外螺紋接頭與所述內(nèi)螺紋接頭手動(dòng)擰緊時(shí)，所述外螺紋接頭的內(nèi)端面與所述內(nèi)螺紋接頭的內(nèi)臺(tái)肩具有0～0.5mm的間隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙臺(tái)肩金屬氣密封鉆桿接頭，其特征是所述的金屬過盈配合密封直徑方向的最大過盈量為0.05～0.30mm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種石油鉆探用鉆桿，特別涉及一種雙臺(tái)肩金屬氣密封鉆桿接頭。解決現(xiàn)有高壓氣井鉆井作業(yè)中鉆桿密封性能不夠好的技術(shù)問題。一種雙臺(tái)肩金屬氣密封鉆桿接頭，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，外螺紋接頭具有一個(gè)徑向向外的外臺(tái)肩和一個(gè)徑向向內(nèi)的內(nèi)端面之間軸向延伸的外螺紋，外螺紋接頭包括一個(gè)在外臺(tái)肩和外螺紋之間軸向延伸的基部以及一個(gè)在內(nèi)端面和外螺紋之間的前端錐面金屬密封；內(nèi)螺紋接頭具有在一個(gè)徑向向外的外端面與一個(gè)徑向向內(nèi)的內(nèi)臺(tái)肩之間軸向延伸的內(nèi)螺紋，內(nèi)螺紋接頭包括一個(gè)在外表面和內(nèi)螺紋之間軸向延伸的鏜孔部分以及一個(gè)在所述內(nèi)臺(tái)肩和內(nèi)螺紋之間的后端球面金屬密封；金屬密封的密封面配合為錐面對(duì)球面過盈配合密封。適用于深井、超深井、定向井、水平井、大斜度井等高難度高壓氣井的鉆桿測試施工。
文檔編號(hào)E21B17/042GK2764922SQ200520039378
公開日2006年3月15日 申請(qǐng)日期2005年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月31日
發(fā)明者趙鵬 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司