專利名稱：避免應(yīng)力集中的鉆桿螺紋接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鉆桿螺紋接頭，具體地說是一種避免應(yīng)力集中的鉆桿螺紋接 頭。
背景技術(shù)：
目前鉆桿連接螺紋主要可分為兩類一類是API (即American Petroleum Institute)螺紋接頭，即符合美國石油學(xué)會(huì)API標(biāo)準(zhǔn)的螺紋接頭；一類是非API接頭。API 螺紋早在20世紀(jì)初問世以來一直受到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，為了適應(yīng)各種工況的需要，相繼 開發(fā)出了短圓螺紋、長圓螺紋、偏梯形螺紋、直連型螺紋等形式。隨著石油鉆井的深度進(jìn)一 步增加，油井環(huán)境變得更惡劣，其性能開始不能滿足油井的需要。連接強(qiáng)度低、密封性能不 可靠、上扣控制難、接頭應(yīng)力水平高、耐腐蝕性能差等缺點(diǎn)都限制了螺紋的應(yīng)用。上扣后螺 紋應(yīng)力集中造成粘扣、開裂等事故的發(fā)生，如何有效的減小螺紋的應(yīng)力集中成為研究的焦 點(diǎn)ο
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種避免應(yīng)力集中的鉆桿 螺紋接頭，其能減少螺紋上扣后在螺紋根部產(chǎn)生應(yīng)力集中，有效減少螺紋接頭的粘扣與開 裂，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，延長使用壽命。按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，所述避免應(yīng)力集中的鉆桿螺紋接頭，包括內(nèi)螺 紋接頭與外螺紋接頭；所述內(nèi)螺紋接頭的一端形成徑向向外的第一臺(tái)肩，內(nèi)螺紋接頭內(nèi)形 成徑向向內(nèi)的第一扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩；內(nèi)螺紋接頭對(duì)應(yīng)于第一扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩與第一臺(tái)肩的內(nèi)壁上設(shè)置軸 向延伸的內(nèi)螺紋，所述內(nèi)螺紋的兩端分別形成第一基部與第二基部；內(nèi)螺紋通過第二基部 與第一扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩間，且通過第一基部與第一臺(tái)肩相連；外螺紋接頭的一端嵌置在內(nèi)螺紋接 頭內(nèi)，并與內(nèi)螺紋接頭緊固連接；外螺紋接頭對(duì)應(yīng)于與第一臺(tái)肩相接觸的表面形成徑向向 外的第二臺(tái)肩，所述第二臺(tái)肩與第一臺(tái)肩的表面緊密接觸；外螺紋接頭對(duì)應(yīng)于嵌置在內(nèi)螺 紋接頭內(nèi)的端部與第一扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩緊密接觸，并形成第二扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩；外螺紋接頭對(duì)應(yīng)于第二 扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩與第二臺(tái)肩間的外周面上設(shè)置軸向延伸的外螺紋，所述外螺紋與內(nèi)螺紋相匹配； 所述外螺紋的兩端分別形成第三基部與第四基部，所述第四基部與第二基部相匹配，第三 基部與第一基部相匹配；所述外螺紋接頭對(duì)應(yīng)于鄰近第二臺(tái)肩的外周面上形成第一外螺 紋，所述第一外螺紋的齒高小于外螺紋接頭上其余外螺紋的齒高；所述內(nèi)螺紋接頭與外螺 紋接頭相匹配。所述外螺紋接頭對(duì)應(yīng)于鄰近第二臺(tái)肩的外周面上分別形成第一外螺紋、第二外螺 紋、第三外螺紋及第四外螺紋；所述第一外螺紋、第二外螺紋、第三外螺紋與第四外螺紋的 齒高比為1 2 3 4;所述第四外螺紋與外螺紋接頭上其余外螺紋齒高相同；內(nèi)螺紋接 頭的內(nèi)螺紋與外螺紋接頭的外螺紋相匹配。所述內(nèi)螺紋接頭上第一基部與外螺紋接頭上第 三基部的長度均大于API標(biāo)準(zhǔn)第一基部與第三基部的長度。
3[0006]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)將內(nèi)螺紋接頭的第一基部與外螺紋接頭上對(duì)應(yīng)的第三基部延 長，能夠避免螺紋應(yīng)力在螺紋根部集中；且通過降低鄰近第二臺(tái)肩的第一外螺紋的齒高，能 夠有效降低第一外螺紋的應(yīng)力峰值，將內(nèi)螺紋接頭與外螺紋接頭相對(duì)應(yīng)配合，能夠使受力 更均勻，不易發(fā)生粘扣，大大延長了使用壽命，降低了使用成本。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖1所示本實(shí)用新型包括外螺紋接頭1、第二臺(tái)肩2、第四基部3、第一臺(tái)肩4、 內(nèi)螺紋接頭5、第一外螺紋6、第二外螺紋7、第三外螺紋8、第四外螺紋9、第二基部10、第一 扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩11、第二扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩12、第三基部13及第一基部14。如圖1所示鉆桿螺紋接頭包括外螺紋接頭1與內(nèi)螺紋接頭5，內(nèi)螺紋接頭5與外 螺紋接頭ι相緊固連接。所述內(nèi)螺紋接頭5的一端形成徑向向外的第一臺(tái)肩4，內(nèi)螺紋接頭 5內(nèi)形成徑向向內(nèi)的第一扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩11。內(nèi)螺紋接頭5內(nèi)壁上對(duì)應(yīng)于第一臺(tái)肩4與第一扭轉(zhuǎn) 臺(tái)肩11間設(shè)置軸向延伸的內(nèi)螺紋，所述內(nèi)螺紋兩端分別設(shè)置第一基部14與第二基部10， 所述內(nèi)螺紋通過第一基部14與第一臺(tái)肩4相連，且通過第二基部10與第一扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩11相 連。外螺紋接頭1的一端嵌置在內(nèi)螺紋接頭5內(nèi)，外螺紋接頭1對(duì)應(yīng)于嵌置在內(nèi)螺紋 接頭5內(nèi)的端部與第一扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩11相緊密接觸，形成徑向向內(nèi)的第二扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩12，所述第 二扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩12與第一扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩11相匹配。外螺紋接頭1對(duì)應(yīng)于第一臺(tái)肩4相接觸的表面 形成徑向向外的第二臺(tái)肩2，所述第二臺(tái)肩2與第一臺(tái)肩4相匹配；第二臺(tái)肩2與第一臺(tái)肩 4的表面相緊密接觸。外螺紋接頭1對(duì)應(yīng)于第二臺(tái)肩2與第二扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩12間設(shè)置軸向延 伸的外螺紋，所述外螺紋與內(nèi)螺紋相匹配。外螺紋的兩端分別形成第三基部13與第四基部 3，外螺紋通過第三基部13與第二臺(tái)肩2相連，且通過第四基部3與第二扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩12相連。外螺紋接頭1與內(nèi)螺紋接頭5分別利用外螺紋與內(nèi)螺紋相緊固連接；外螺紋接頭 1的第三基部13與內(nèi)螺紋接頭5的第一基部14的表面相緊密接觸；外螺紋接頭1的第四 基部3與內(nèi)螺紋接頭5的第二基部10的表面相緊密接觸。外螺紋接頭1的外螺紋包括第 一外螺紋6，所述第一外螺紋6鄰近第三基部13與第二臺(tái)肩2，第一外螺紋6的齒高要小于 外螺紋接頭1上其余外螺紋的齒高；內(nèi)螺紋接頭5上的內(nèi)螺紋與外螺紋接頭1上的外螺紋 相匹配。具體實(shí)施時(shí)，外螺紋接頭1的外螺紋對(duì)應(yīng)于鄰近第三基部13與第二臺(tái)肩2分別形 成第一外螺紋6、第二外螺紋7、第三外螺紋8及第三外螺紋9 ；且讓第一外螺紋6、第二外螺 紋7、第三外螺紋8及第四外螺紋9的齒高之比為1 2 3 4;第四外螺紋9的齒高與 外螺紋接頭1上其余的外螺紋齒高相同。通過將內(nèi)螺紋接頭5的內(nèi)螺紋與上述外螺紋相對(duì) 應(yīng)匹配，保證內(nèi)螺紋接頭5與外螺紋接頭1能夠緊固連接，對(duì)應(yīng)配合；所述內(nèi)螺紋接頭5與 外螺紋接頭1緊固連接后，不易發(fā)生粘扣，延長了使用壽命，降低了使用成本。所述外螺紋接頭1的第三基部13與內(nèi)螺紋接頭5的第一基部14的表面相緊密接 觸，通過將第三基部13與第一基部14的長度延長，能夠避免螺紋應(yīng)力在螺紋根部集中；所
4述第三基部13與第一基部14的長度延長均是相對(duì)API標(biāo)準(zhǔn)的第三基部13與第一基部14 的長度而言；且要保證第三基部13與第一基部14延長長度后，外螺紋接頭1與內(nèi)螺紋接頭 5的錐度小于等于1 12。實(shí)施例1一種用于Φ88. 9X9. 35mm的鉆桿，鋼級(jí)為G-105 ；管體外徑為88. 9mm，壁厚為 9. 35mm，錐度為1 6，外螺紋上對(duì)應(yīng)的第一外螺紋6、第二外螺紋7、第三外螺紋8及第四外 螺紋9的齒高分別為0. 774mm、1. 548mm,2. 321mm、3. 095mm，外螺紋其余齒高為3. 095mm,內(nèi) 螺紋的齒高與外螺紋配合，外螺紋的牙頂寬度1. 654mm,內(nèi)螺紋的牙頂寬度1. 654mm,內(nèi)外 螺紋都進(jìn)行磷化處理。通過有限元分析，所述外螺紋接頭1與內(nèi)螺紋接頭5的螺紋齒受力 相對(duì)比較均勻，能有效緩解應(yīng)力集中，接頭壽命延長1倍。實(shí)施例2一種用于Φ127Χ9. 19mm的鉆桿，鋼級(jí)為X-95 ；管體外徑為127mm，壁厚為 9. 19mm，錐度為1 4，外螺紋對(duì)應(yīng)的第一外螺紋6、第二外螺紋7、第三外螺紋8及第四外螺 紋9的齒高分別為0. 936mm、1. 872mm、2. 807mm、3. 743mm，外螺紋其余齒高為3. 743mm,內(nèi)螺 紋的齒高與外螺紋配合，外螺紋的牙頂寬度1. 270mm,內(nèi)螺紋的牙頂寬度1. 270mm，通過有 限元分析，第一外螺紋6處的應(yīng)力明顯減少，可以有效的避免螺紋根部應(yīng)力集中。本實(shí)用新型將內(nèi)螺紋接頭5的第一基部14與外螺紋接頭1上對(duì)應(yīng)的第三基部13 延長，能夠避免螺紋應(yīng)力在螺紋根部集中；且通過降低鄰近第二臺(tái)肩2的第一外螺紋6的齒 高，能夠有效降低第一外螺紋6的應(yīng)力峰值，將內(nèi)螺紋接頭5與外螺紋接頭6相對(duì)應(yīng)配合， 能夠使受力更均勻，不易發(fā)生粘扣，大大延長了使用壽命，降低了使用成本；能適用于水平 井、大位移井等鉆井條件。
權(quán)利要求一種避免應(yīng)力集中的鉆桿螺紋接頭，包括內(nèi)螺紋接頭(5)與外螺紋接頭(1)；所述內(nèi)螺紋接頭(5)的一端形成徑向向外的第一臺(tái)肩(4)，內(nèi)螺紋接頭(5)內(nèi)形成徑向向內(nèi)的第一扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩(11)；內(nèi)螺紋接頭(5)對(duì)應(yīng)于第一扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩(11)與第一臺(tái)肩(4)的內(nèi)壁上設(shè)置軸向延伸的內(nèi)螺紋，所述內(nèi)螺紋的兩端分別形成第一基部(14)與第二基部(10)；內(nèi)螺紋通過第二基部(10)與第一扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩(11)間，且通過第一基部(14)與第一臺(tái)肩(4)相連；外螺紋接頭(1)的一端嵌置在內(nèi)螺紋接頭(5)內(nèi)，并與內(nèi)螺紋接頭(5)緊固連接；外螺紋接頭(1)對(duì)應(yīng)于與第一臺(tái)肩(4)相接觸的表面形成徑向向外的第二臺(tái)肩(2)，所述第二臺(tái)肩(2)與第一臺(tái)肩(1)的表面緊密接觸；外螺紋接頭(1)對(duì)應(yīng)于嵌置在內(nèi)螺紋接頭(5)內(nèi)的端部與第一扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩(11)緊密接觸，并形成第二扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩(12)；外螺紋接頭對(duì)應(yīng)于第二扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩(12)與第二臺(tái)肩(2)間的外周面上設(shè)置軸向延伸的外螺紋，所述外螺紋與內(nèi)螺紋相匹配；所述外螺紋的兩端分別形成第三基部(13)與第四基部(3)，所述第四基部(3)與第二基部(10)相匹配，第三基部(13)與第一基部(14)相匹配；其特征是所述外螺紋接頭(1)對(duì)應(yīng)于鄰近第二臺(tái)肩(2)的外周面上形成第一外螺紋(6)，所述第一外螺紋(6)的齒高小于外螺紋接頭(1)上其余外螺紋的齒高；所述內(nèi)螺紋接頭(5)與外螺紋接頭(1)相匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避免應(yīng)力集中的鉆桿螺紋接頭，其特征是所述外螺紋接頭 (1)對(duì)應(yīng)于鄰近第二臺(tái)肩(2)的外周面上分別形成第一外螺紋(6)、第二外螺紋(7)、第三外 螺紋(8)及第四外螺紋(9)；所述第一外螺紋(6)、第二外螺紋(7)、第三外螺紋(8)與第四 外螺紋(9)的齒高比為1:2:3:4 ；所述第四外螺紋(9)與外螺紋接頭(1)上其余外 螺紋齒高相同；內(nèi)螺紋接頭(5)的內(nèi)螺紋與外螺紋接頭(1)的外螺紋相匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避免應(yīng)力集中的鉆桿螺紋接頭，其特征是所述內(nèi)螺紋接頭 (5)上第一基部(14)與外螺紋接頭(1)上第三基部(13)的長度均大于API標(biāo)準(zhǔn)第一基部 (14)與第三基部(13)的長度。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種避免應(yīng)力集中的鉆桿螺紋接頭；其包括內(nèi)螺紋接頭與外螺紋接頭；內(nèi)螺紋接頭的一端形成第一臺(tái)肩，內(nèi)螺紋接頭內(nèi)形成第一扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩；內(nèi)螺紋接頭上設(shè)置軸向延伸的內(nèi)螺紋；外螺紋接頭的一端嵌置在內(nèi)螺紋接頭內(nèi)，并與內(nèi)螺紋接頭緊固連接；外螺紋接頭上設(shè)置第二臺(tái)肩；外螺紋接頭對(duì)應(yīng)于嵌置在內(nèi)螺紋接頭內(nèi)的端部形成第二扭轉(zhuǎn)臺(tái)肩；外螺紋接頭上設(shè)置軸向延伸的外螺紋，外螺紋與內(nèi)螺紋相匹配；外螺紋接頭上設(shè)置第一外螺紋，所述第一外螺紋的齒高小于外螺紋接頭上其余外螺紋的齒高；所述內(nèi)螺紋接頭與外螺紋接頭相匹配。本實(shí)用新型能減少螺紋上扣后在螺紋根部產(chǎn)生應(yīng)力集中，減少螺紋接頭的粘扣與開裂，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，延長壽命。
文檔編號(hào)E21B17/042GK201723170SQ20102025398
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者張毅, 李晶, 高連新 申請(qǐng)人:無錫西姆萊斯石油專用管制造有限公司