一種復(fù)合材料的雙臺(tái)肩螺紋接頭的制作方法
【專利摘要】一種復(fù)合材料的雙臺(tái)肩螺紋接頭，內(nèi)、外螺紋接頭在上扣時(shí)，內(nèi)螺紋的第一扭矩臺(tái)肩面首先外螺紋接頭的第一扭矩臺(tái)肩面接觸；隨著外螺紋紋接頭的繼續(xù)旋入，外螺紋接頭的第二圓柱段與中空?qǐng)A柱形金屬件端面接觸，形成第二扭矩臺(tái)肩；當(dāng)扭矩值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，完成上扣操作；本發(fā)明有效地解決雙臺(tái)肩螺紋接頭在上扣時(shí)兩個(gè)扭矩臺(tái)肩面的良好接觸問題和使用過程中的“二次上扣”問題，使雙臺(tái)肩螺紋接頭在工作中保持良好的嚙合狀態(tài)，以適用于超深井、超長(zhǎng)水平井、大位移井、長(zhǎng)距離定向穿越等復(fù)雜工況井。
【專利說明】
一種復(fù)合材料的雙臺(tái)肩螺紋接頭
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及石油天然氣勘探開發(fā)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合材料的雙臺(tái)肩螺紋接頭。
【背景技術(shù)】
[0002]石油管材是石油天然氣勘探與開發(fā)中的重要工具。各種鉆具，如鉆桿、加重鉆桿、鉆鋌、轉(zhuǎn)換接頭、油套管等，通過螺紋連接的方式形成整根管柱，以形成鉆井液或油氣的通道，并在服役過程中承受各種復(fù)雜的載荷。以鉆柱為例，鉆柱不僅是鉆井液的循環(huán)通道，而且在鉆井中傳遞扭矩，承受拉壓，彎曲，扭轉(zhuǎn)以及振動(dòng)、沖擊等多種載荷的復(fù)合作用。鉆柱在鉆井作業(yè)中的運(yùn)動(dòng)方式除了繞自身軸線自轉(zhuǎn)外，還常常以井眼軸線為軸線進(jìn)行公轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致鉆具接頭與井壁或套管發(fā)生摩擦磨損，產(chǎn)生反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使鉆具螺紋存在松扣的風(fēng)險(xiǎn)。軟硬地層交錯(cuò)引發(fā)的鉆頭的憋鉆會(huì)對(duì)鉆柱產(chǎn)生瞬時(shí)的反扭矩，使鉆具螺紋發(fā)生松扣。此外，因鉆頭破碎巖石的不均勻性導(dǎo)致鉆柱承受來(lái)自地層反作用力的縱向震動(dòng)沖擊載荷，也使鉆柱螺紋接頭存在松扣的風(fēng)險(xiǎn)。事實(shí)上，鉆柱在鉆井作業(yè)過程中的松扣現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，從而導(dǎo)致鉆具螺紋接頭發(fā)生粘扣失效和摩擦磨損失效。由于螺紋連接的松扣，扭矩臺(tái)肩面的接觸壓力降低，從而導(dǎo)致鉆具螺紋扭矩臺(tái)肩面的刺漏失效。此外，由于螺紋連接的松扣，相互嚙合的螺紋連接的應(yīng)力發(fā)生變化，出現(xiàn)局部的高應(yīng)力區(qū)域，使螺紋連接發(fā)生疲勞失效，導(dǎo)致螺紋接頭的刺漏或斷裂。上述的這些失效在公開報(bào)道的文獻(xiàn)資料里有大量的記載。鉆具螺紋接頭發(fā)生松扣的原因主要有以下幾方面的因素:(I)鉆具螺紋接頭承受的如上所述的復(fù)雜的載荷工況；(2)在上扣操作中，上扣扭矩低于接頭的名義最小上扣矩值;(3)目前鉆具螺紋接頭的自身結(jié)構(gòu)。目前普遍所用的雙臺(tái)肩的螺紋接頭，采用的是粗牙螺紋。在扭矩臺(tái)肩接觸之前，上扣扭矩值很小，當(dāng)扭矩臺(tái)肩接觸后，扭矩值迅速飆升到設(shè)定的上扣扭矩值。也就是說，當(dāng)震動(dòng)或瞬時(shí)的反扭矩等其他因素導(dǎo)致相互嚙合的接頭臺(tái)肩面發(fā)生微小的反向位移時(shí)，螺紋接頭的扭矩值會(huì)迅速下降，尤其是已有一定磨損后的螺紋接頭。這是導(dǎo)致鉆具螺紋松扣的結(jié)構(gòu)因素。此外，由于雙臺(tái)肩鉆具螺紋接頭兩個(gè)扭矩臺(tái)肩間的尺寸配合精度高，在加工制造中對(duì)尺寸公差提出了嚴(yán)格的要求。在實(shí)際的雙臺(tái)肩鉆具螺紋接頭使用過程中，時(shí)常出現(xiàn)兩個(gè)扭矩臺(tái)肩面沒有同時(shí)處于良好接觸狀態(tài)，螺紋段各螺紋齒底的應(yīng)力分布偏離了良好嚙合狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力分布，局部螺紋齒底處于高應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致螺紋接頭的高應(yīng)力疲勞失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003 ]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種復(fù)合材料的雙臺(tái)肩螺紋接頭。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種復(fù)合材料的雙臺(tái)肩螺紋接頭，包括內(nèi)螺紋接頭和外螺紋接頭，所述的內(nèi)螺紋接頭包括接頭本體和中空?qǐng)A柱形金屬件，內(nèi)螺紋接頭結(jié)構(gòu)包括第一扭矩臺(tái)肩面，第一圓柱段，內(nèi)螺紋段，第二圓柱段和中空?qǐng)A柱形金屬件;外螺紋接頭包括第一扭矩臺(tái)肩面，第一圓柱段，外螺紋段，第二圓柱段和第二扭矩臺(tái)肩面;所述的內(nèi)螺紋接頭的第二圓柱段的內(nèi)徑大于外螺紋接頭第二圓柱段的外徑;所述內(nèi)螺紋接頭內(nèi)的中空?qǐng)A柱形金屬件的端面為內(nèi)螺紋接頭的第二圓柱段與外螺紋接頭的第二圓柱段接觸形成的承載面；所述的中空?qǐng)A柱形金屬件的金屬件材料的屈服強(qiáng)度與接頭本體材料的屈服強(qiáng)度比值為
0.80?0.92;所述中空?qǐng)A柱形金屬件材料的伸長(zhǎng)率大于13%，屈強(qiáng)比小于0.85，20°C下的沖擊吸收能大于54J;所述的中空?qǐng)A柱形金屬件的內(nèi)徑與內(nèi)螺紋接頭的內(nèi)徑相同，外徑大于或等于內(nèi)螺紋接頭第二圓柱段的內(nèi)徑，長(zhǎng)度為80?120mm ；所述內(nèi)螺紋接頭的內(nèi)螺紋段與外螺紋接頭的外螺紋段錐度范圍為1:6?1:16。
[0005]所述的中空?qǐng)A柱形金屬件與內(nèi)螺紋接頭采用熱裝或冷裝的方式進(jìn)行裝配，內(nèi)螺紋接頭與中空?qǐng)A柱形金屬件的緊密配合。
[0006]所述內(nèi)螺紋接頭第一扭矩臺(tái)肩面與中空?qǐng)A柱形金屬件間的距離比外螺紋第一扭矩臺(tái)肩面與第二扭矩臺(tái)肩面的距離長(zhǎng)0.06?0.15mm。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明有效地解決雙臺(tái)肩螺紋接頭在上扣時(shí)兩個(gè)扭矩臺(tái)肩面的良好接觸問題和使用過程中的“二次上扣”問題，使雙臺(tái)肩螺紋接頭在工作中保持良好的嚙合狀態(tài)，以適用于超深井、超長(zhǎng)水平井、大位移井、長(zhǎng)距離定向穿越等復(fù)雜工況井。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]其中:I為內(nèi)螺紋接頭、11為第一扭矩臺(tái)肩面、12為第一圓柱段、13為內(nèi)螺紋段、14為第二圓柱段、15為中空?qǐng)A柱形金屬件、151為中空?qǐng)A柱形金屬件端面、2為外螺紋接頭、21為第一扭矩臺(tái)肩面、22為第一圓柱段、23為外螺紋段、24為第二圓柱段、25為第二扭矩臺(tái)肩面。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0011 ] 一種復(fù)合材料的雙臺(tái)肩螺紋接頭，包括內(nèi)螺紋接頭I和外螺紋接頭2，所述的內(nèi)螺紋接頭I包括接頭本體和中空?qǐng)A柱形金屬件15，內(nèi)螺紋接頭I結(jié)構(gòu)包括第一扭矩臺(tái)肩面11，第一圓柱段12，內(nèi)螺紋段13，第二圓柱段14和中空?qǐng)A柱形金屬件15;外螺紋接頭2包括第一扭矩臺(tái)肩面21，第一圓柱段22，外螺紋段23，第二圓柱段24和第二扭矩臺(tái)肩面25;所述的內(nèi)螺紋接頭I的第二圓柱段14的內(nèi)徑大于外螺紋接頭2第二圓柱段24的外徑;所述內(nèi)螺紋接頭I內(nèi)的中空?qǐng)A柱形金屬件15的端面151為內(nèi)螺紋接頭I的第二圓柱段14與外螺紋接頭2的第二圓柱段24接觸形成的承載面;所述的中空?qǐng)A柱形金屬件15的金屬件材料的屈服強(qiáng)度與接頭本體材料的屈服強(qiáng)度比值為0.80?0.92;所述中空?qǐng)A柱形金屬件15材料的伸長(zhǎng)率大于13%，屈強(qiáng)比小于0.85，20°C下的沖擊吸收能大于54J;所述的中空?qǐng)A柱形金屬件15的內(nèi)徑與內(nèi)螺紋接頭I的內(nèi)徑相同，外徑大于或等于內(nèi)螺紋接頭I第二圓柱段14的內(nèi)徑，長(zhǎng)度為80?120mm;所述內(nèi)螺紋接頭I的內(nèi)螺紋段13與外螺紋接頭2的外螺紋段23錐度范圍為1:6?1:16。
[0012]所述的中空?qǐng)A柱形金屬件15與內(nèi)螺紋接頭I采用熱裝或冷裝的方式進(jìn)行裝配，內(nèi)螺紋接頭I與中空?qǐng)A柱形金屬件15的緊密配合。
[0013]所述內(nèi)螺紋接頭第一扭矩臺(tái)肩面11與中空?qǐng)A柱形金屬件15間的距離比外螺紋第一扭矩臺(tái)肩面21與第二扭矩臺(tái)肩面25的距離長(zhǎng)0.06?0.15mm。
[0014]采用以上實(shí)施參數(shù)，內(nèi)、外螺紋接頭在上扣時(shí)，內(nèi)螺紋的第一扭矩臺(tái)肩面11首先外螺紋接頭的第一扭矩臺(tái)肩面21接觸;隨著外螺紋紋接頭的繼續(xù)旋入，外螺紋接頭2的第二圓柱段24與中空?qǐng)A柱形金屬件端面151接觸，形成第二扭矩臺(tái)肩25;當(dāng)扭矩值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，完成上扣操作。
[0015]采用以上實(shí)施參數(shù)，內(nèi)、外螺紋接頭在上扣后，中空?qǐng)A柱形金屬件端面151因彈性變形產(chǎn)生的彈性變形能在螺紋接頭上產(chǎn)生預(yù)加的軸向壓力，使卸扣扭矩增加，提高了螺紋接頭的防松性能。
[0016]采用以上實(shí)施參數(shù)，內(nèi)、外螺紋接頭在上扣后，有效地保證了主、次扭矩臺(tái)肩面的良好接觸，使雙扭矩臺(tái)肩分擔(dān)扭矩載荷、提高抗扭性能和疲勞壽命的設(shè)計(jì)理念得到了充分的實(shí)現(xiàn)，提高了螺紋接頭使用過程中的安全可靠性。
[0017]采用以上實(shí)施參數(shù)，內(nèi)、外螺紋接頭在上扣后，中空?qǐng)A柱形金屬件端面151與外螺紋第二扭矩臺(tái)肩面25間存在有效的接觸壓力，提高了螺紋接頭的密封性能。
[0018]采用以上實(shí)施參數(shù)，經(jīng)試驗(yàn)，螺紋接頭的抗扭強(qiáng)度相對(duì)于同規(guī)格的API螺紋接頭提尚了 40%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種復(fù)合材料的雙臺(tái)肩螺紋接頭，包括內(nèi)螺紋接頭和外螺紋接頭，其特征在于:所述的內(nèi)螺紋接頭包括接頭本體和中空?qǐng)A柱形金屬件，內(nèi)螺紋接頭結(jié)構(gòu)包括第一扭矩臺(tái)肩面，第一圓柱段，內(nèi)螺紋段，第二圓柱段和中空?qǐng)A柱形金屬件；外螺紋接頭包括第一扭矩臺(tái)肩面，第一圓柱段，外螺紋段，第二圓柱段和第二扭矩臺(tái)肩面;所述的內(nèi)螺紋接頭的第二圓柱段的內(nèi)徑大于外螺紋接頭第二圓柱段的外徑;所述內(nèi)螺紋接頭內(nèi)的中空?qǐng)A柱形金屬件的端面為內(nèi)螺紋接頭的第二圓柱段與外螺紋接頭的第二圓柱段接觸形成的承載面;所述的中空?qǐng)A柱形金屬件的金屬件材料的屈服強(qiáng)度與接頭本體材料的屈服強(qiáng)度比值為0.80?0.92;所述中空?qǐng)A柱形金屬件材料的伸長(zhǎng)率大于13%，屈強(qiáng)比小于0.85，20° C下的沖擊吸收能大于54J;所述的中空?qǐng)A柱形金屬件的內(nèi)徑與內(nèi)螺紋接頭的內(nèi)徑相同，外徑大于或等于內(nèi)螺紋接頭第二圓柱段的內(nèi)徑，長(zhǎng)度為80?120mm;所述內(nèi)螺紋接頭的內(nèi)螺紋段與外螺紋接頭的外螺紋段錐度范圍為1:6?1:16。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合材料的雙臺(tái)肩螺紋接頭，其特征在于:所述的中空?qǐng)A柱形金屬件與內(nèi)螺紋接頭采用熱裝或冷裝的方式進(jìn)行裝配，內(nèi)螺紋接頭與中空?qǐng)A柱形金屬件的緊密配合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合材料的雙臺(tái)肩螺紋接頭，其特征在于:所述內(nèi)螺紋接頭第一扭矩臺(tái)肩面與中空?qǐng)A柱形金屬件間的距離比外螺紋第一扭矩臺(tái)肩面與第二扭矩臺(tái)肩面的距離長(zhǎng)0.06?0.15mm。
【文檔編號(hào)】E21B17/042GK105888571SQ201610443621
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日
【發(fā)明人】劉永剛, 趙向坤
【申請(qǐng)人】東營(yíng)威瑪石油鉆具有限公司