專利名稱：鉆工具接頭特殊螺紋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油氣井工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鉆具的螺紋，是一種中深井和超深井鉆具接頭用的特殊結(jié)構(gòu)螺紋。
背景技術(shù)：
目前，鉆具螺紋技術(shù)的發(fā)展過(guò)程:API數(shù)字型扣在常規(guī)和普遍使用上，易修扣，牙尖角60°，牙根圓角半徑O. 038" (O。9652mm)。對(duì)于小井眼，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)還認(rèn)可SLH90扣型，牙尖角90°，牙底邊有兩個(gè)圓角半徑O. 032" +0.028"，牙高淺，錐度1:9. 6，比同尺寸扣型抗扭強(qiáng)度高。GPDS螺紋接頭在API數(shù)字型接頭的基礎(chǔ)上改為雙臺(tái)肩，GPDS/DSTJ/VAM/API可以互換，公扣兩端臺(tái)階處無(wú)延伸段，無(wú)彈性變形段，致使對(duì)加工公差敏感和使用中變形相·容性差。HT公母扣與GPDS/DSTJ/API不可互換，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果好。XT螺紋接頭錐度1:16，使基面節(jié)徑增大，由此提高緊扣扭矩，由于基面節(jié)徑增大，接頭內(nèi)徑也可以相應(yīng)增大，有利于降低壓耗，其牙根圓角O. 042" (I. 0668mm)，牙高淺。XT-M螺紋接頭是在XT基礎(chǔ)上增加公接頭大端長(zhǎng)度，公母扣均有延長(zhǎng)段，類似彈簧，對(duì)加工公差敏感降低，使用中變形相容性較好，在彎曲時(shí)，降低公扣最末完全扣處應(yīng)力水平和應(yīng)力集中。TT-M螺紋接頭與XT-M類似，雙頭螺紋，雙頭螺紋升角大，上扣快。針對(duì)鉆具螺紋失效主要是螺紋彎扭疲勞斷裂。國(guó)外GRANT和VAM公司在深井小鉆工具方面致力于雙臺(tái)階接頭、特殊螺紋牙型和高強(qiáng)韌性材料的研究和應(yīng)用。新型雙臺(tái)階結(jié)構(gòu)緊扣扭矩可提高50%以上。目前，API接頭存在的問(wèn)題是其公扣最末完全扣處應(yīng)力集中、缺口效應(yīng)嚴(yán)重，API減應(yīng)力槽不能從根本上解決疲勞或脆性斷裂問(wèn)題。采用雙臺(tái)階后，抗扭強(qiáng)度和井下動(dòng)態(tài)再緊扣已不是問(wèn)題。但是彎曲疲勞仍是主要的失效機(jī)理，即僅用雙臺(tái)階不能降低彎曲疲勞失效，而下部鉆具的主要矛盾是受壓屈曲加旋轉(zhuǎn)?；谝陨蠁?wèn)題，以及專利技術(shù)和商業(yè)保密，引進(jìn)專利技術(shù)方面，其成本較高，而且還受到種種限制，因此迫切需要我們開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鉆具接頭新型螺紋，本專利就是在此背景技術(shù)下的非API標(biāo)準(zhǔn)的鉆具特殊螺紋接頭，以滿足目前深井、超深井以及非常規(guī)井的需要，并提高鉆具的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鉆工具接頭特殊螺紋，提高深井、超深井鉆工具的疲勞強(qiáng)度及疲勞壽命?；诟叨确蔷€性彈塑性螺紋接觸問(wèn)題的有限元仿真模擬技術(shù)、螺紋結(jié)構(gòu)優(yōu)化，為油氣鉆井和非開(kāi)挖井提供了一種具有非API標(biāo)準(zhǔn)的高疲勞強(qiáng)度及疲勞壽命鉆工具接頭特殊螺紋。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是鉆工具接頭特殊螺紋，主要由內(nèi)螺紋和外螺紋組成，每英寸3牙，錐度為I :16，其特征在于內(nèi)螺紋與外螺紋連接的軸向截面上有承載面、導(dǎo)向面、牙頂大圓角、牙頂平段、牙頂小圓角、導(dǎo)向面扣根圓角以及承載面扣根圓角，外螺紋大端根部和內(nèi)螺紋小端根部均勻開(kāi)有減應(yīng)力圓弧槽；導(dǎo)向面牙側(cè)角為45°，承載面牙側(cè)角為30°，即兩個(gè)角度之和為75°。齒根為非等半徑且相切的雙圓半角，導(dǎo)向面扣根圓角的半徑大于其相切的承載面扣根圓角的半徑，承載面扣根圓角半徑為I. 625mm,導(dǎo)向面扣根圓角半徑為2. 184mm ;牙頂大圓角的半徑大于牙頂小圓角的半徑,牙頂大圓角的半徑I. 474mm,牙頂小圓角的半徑為O. 758mm。即本專利把該結(jié)構(gòu)的螺紋命名為“TAXT特殊螺紋”。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明鉆工具接頭特殊螺紋，創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在導(dǎo)向面和承載面為非等角度，齒根為非等半徑且相切的雙圓半角。螺紋幾何結(jié)構(gòu)是通過(guò)彈塑性接觸問(wèn)題的非線性有限元仿真模擬的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該結(jié)構(gòu)保證了接頭最大應(yīng)力不發(fā)生在螺紋根部，而且承載面具有較均勻的接觸壓力，消除了螺紋根部?jī)?nèi)的應(yīng)力集中，該結(jié)構(gòu)比API結(jié)構(gòu)的疲勞壽命能提高5 10倍。該接頭具有很好的變形相容協(xié)調(diào)性，同時(shí)具有很簡(jiǎn)便的加工性，加工成本低。


圖I是本發(fā)明鉆工具接頭的外螺紋接頭與內(nèi)螺紋接頭連接半剖示意圖。

圖2是特殊螺紋結(jié)構(gòu)局部放大圖。圖中，I-外螺紋接頭，2-內(nèi)螺紋接頭，3-導(dǎo)向面，4-牙頂大圓角，5-牙頂平段，6-牙頂小圓角，7-承載面，8-導(dǎo)向面扣根圓角，9-承載面扣根圓角。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :以一個(gè)鉆工具接頭特殊螺紋為例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。參閱圖I。鉆工具特殊螺紋接頭，主要由外螺紋接頭I、內(nèi)螺紋接頭2組成。外螺紋接頭I與內(nèi)螺紋接頭2連接在一起。外螺紋接頭I和內(nèi)螺紋接頭2的特殊螺紋結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的螺紋結(jié)構(gòu)不同。參見(jiàn)圖2。經(jīng)過(guò)高度非線性彈塑性螺紋接觸問(wèn)題的有限元仿真模擬研究，優(yōu)化并設(shè)計(jì)了鉆工具接頭特殊螺紋。參見(jiàn)圖2，主要由內(nèi)螺紋和外螺紋組成，每英寸3牙，錐度為I :16。內(nèi)螺紋與外螺紋連接的軸向截面上有承載面7、導(dǎo)向面3、牙頂大圓角4、牙頂平段5、牙頂小圓角6、導(dǎo)向面扣根圓角8以及承載面扣根圓角9，外螺紋大端根部和內(nèi)螺紋小端根部均勻開(kāi)有減應(yīng)力圓弧槽；導(dǎo)向面3牙側(cè)角(導(dǎo)向面3與AB直線的夾角)為45°，承載面7牙側(cè)角(承載面7與AB直線的夾角)為30°，導(dǎo)向面3牙側(cè)角與承載面7牙側(cè)角兩個(gè)角度之和為75°。齒根為非等半徑且相切的雙圓半角，導(dǎo)向面扣根圓角8的半徑大于其相切的承載面扣根圓角9的半徑，承載面扣根圓角9半徑為I. 625mm,導(dǎo)向面扣根圓角8半徑為2. 184mm ;牙頂大圓角4的半徑大于牙頂小圓角6的半徑,牙頂大圓角4的半徑I. 474mm,牙頂小圓角6的半徑為O. 758mm。AB直線是外螺紋接頭I和內(nèi)螺紋接頭2中心線的垂線。從而導(dǎo)向面扣根圓角8以及承載面扣根圓角9的應(yīng)力會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)于到強(qiáng)度較高的螺紋接頭本體部位，從而該結(jié)構(gòu)能消除扣根的應(yīng)力集中。
權(quán)利要求
1. 一種鉆工具接頭特殊螺紋，主要由內(nèi)螺紋和外螺紋組成，每英寸3牙，錐度為I :16，其特征在于內(nèi)螺紋與外螺紋連接的軸向截面上有承載面(7)、導(dǎo)向面(3)、牙頂大圓角(4)、牙頂平段(5)、牙頂小圓角(6)、導(dǎo)向面扣根圓角(8)以及承載面扣根圓角(9)，外螺紋大端根部和內(nèi)螺紋小端根部均勻開(kāi)有減應(yīng)力圓弧槽；導(dǎo)向面(3)牙側(cè)角為45°，承載面(7)牙側(cè)角為30°，兩個(gè)角度之和為75° ;齒根為非等半徑且相切的雙圓半角，導(dǎo)向面扣根圓角(8)的半徑大于其相切的承載面扣根圓角(9)的半徑，承載面扣根圓角(9)半徑為I.625mm,導(dǎo)向面扣根圓角(8)半徑為2. 184mm ;牙頂大圓角(4)的半徑大于牙頂小圓角(6)的半徑，牙頂大圓角(4)的半徑I. 474mm,牙頂小圓角(6)的半徑為O. 758mm。
全文摘要
鉆工具接頭特殊螺紋，應(yīng)用于油氣井工程中深井和超深井鉆具接頭。特征外螺紋大端根部和內(nèi)螺紋小端根部均勻開(kāi)有減應(yīng)力圓弧槽；導(dǎo)向面牙側(cè)角為45°，承載面牙側(cè)角為30°，即兩個(gè)角度之和為75°。齒根為非等半徑且相切的雙圓半角，導(dǎo)向面扣根圓角的半徑大于其相切的承載面扣根圓角的半徑，承載面扣根圓角半徑為1.625mm，導(dǎo)向面扣根圓角半徑為2.184mm；牙頂大圓角的半徑大于牙頂小圓角的半徑，牙頂大圓角的半徑1.474mm，牙頂小圓角的半徑為0.758mm。效果是該特征在于能消除扣根的應(yīng)力集中，能提高鉆工具螺紋接頭的抗疲勞壽命5～10倍。
文檔編號(hào)E21B17/02GK102787809SQ20121030206
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月23日
發(fā)明者盧強(qiáng), 安文華, 彭光榮, 施太和, 李寧, 梁紅軍, 王中勝, 練章華, 艾買江·吐來(lái)克, 蘇建文, 賈華明, 陳云, 馬建民 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司