[实用新型]快旋式石油钻杆接头螺纹强化结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种螺纹连接强化结构，具体地讲，本实用新型涉及一种快旋式石油钻杆接头螺纹强化结构。

背景技术

长期以来，国际上通用的石油钻杆接头主要按API7-2标准制造。上世纪20年代，API组织规定钻杆接头的螺纹牙型为V-0.65，此种V型螺纹的牙顶和牙底都是平的，牙顶和牙衣宽都是1.651mm，平牙底和牙承载面的过渡角半径r=0.381mm。此种呈尖角过渡结构存在较大应力集中，钻杆接头在钻井过程中承受扭矩时，尖角处极易出现疲劳裂纹，甚至发生断裂事故。针对上述现实问题，API组织在上世纪60年代又作了一次钻杆接头螺纹牙型改进设计，将牙底和牙承载面的过渡角改为半径r=0.965mm的圆角，此项改进主要消除尖角，降低应力集中，使得钻杆接头使用寿命成倍增长。这种改进后的钻杆接头螺纹被行业誉为数字型螺纹，因数字型螺纹仍保持原有牙型，可以与同规格的V-0.065螺纹配合。随着钻探技术的进步，石油钻井深度已达数千米，对石油钻杆接头连接效率、承载能力和抗扭能力都提出更高要求。但是，现有技术的数字型螺纹承载能力不均，大部分载荷由外螺纹接头最后啮合区螺纹牙承载，其中第一牙承载大约占总载荷的30%右右，石油钻杆接头的疲劳裂纹多数产生在螺纹最后啮合区的螺纹牙根部。按API标准制造的石油钻杆接头内螺纹的后端是内斜面，配套的外螺纹前端是一个外斜面，螺纹上只有一个抗扭台肩。而内螺纹接头的前端面和外螺纹接头的后端面抗扭强度低。按照API标准设计的钻杆接头抗扭强度一般为管体的80%，因此，上述石油钻杆接头在钻井过程中，在大扭矩工况时会发生内螺纹胀扣及外螺纹断裂等失效事故。另外，当今石油钻井深度已达3000～6000米，甚至更深。一根钻杆长8～10米，仅石油钻杆接头螺纹连接就需要300～750次，用工约2～3天。若每个石油钻杆接头组装时额外增加1分钟，则又多用工5～12小时，总的来说，现有技术的石油钻杆接头用于石油钻井作业耗用人工多，设备占用时间长，导致石油钻井成本增加。

实用新型内容

本实用新型主要针对现有技术的石油钻杆接头螺纹结构不合理问题，提出一种螺纹结构合理、简单，连接可靠，旋紧效率高，抗扭能力强的快旋式石油钻杆接头螺纹强化结构。

本实用新型通过下述技术方案实现技术目标。

快旋式石油钻杆接头螺纹强化结构，它设在钻杆接头两端的锥度内螺纹和锥度外螺纹中。其改进之处在于：所述锥度内螺纹和锥度外螺纹规格相同，均是三头同旋向的螺纹，在同一横截面上每头螺纹之间相距120⁰。锥度内螺纹和锥度外螺纹的牙型相同，轴向截面形状为梯形，左侧斜面为承载侧，右侧曲面为导入侧，牙底呈圆弧形，牙顶两端分别以半径r圆弧过渡到承载侧和导入侧，承载侧和导入侧相对垂直线的夹角相等。

上述结构中，锥度内螺纹的牙底左端以半径R₁圆弧连接承载侧，右端以半径R₂圆弧连接导入侧；锥度外螺纹的牙底左端以半径R₂圆弧连接导入侧，右端以半径R₁圆弧连接承载侧。锥度内螺纹和锥度外螺纹右侧曲面的拐点至牙顶垂直距离bs=2.039mm，拐点与牙底的连接面为斜面，斜面与垂直线相差角度as=5⁰～10⁰。锥度内螺纹和锥度外螺纹的锥度为5：48～1：16，承载侧和导入侧相对垂直线的夹角α=30⁰±0.5⁰。牙底的圆弧R₁=1.02～1.52，R₂=0.714～1.01，牙顶两端的圆弧半径r=0.381～0.635。

本实用新型与现有技术相比，具有以下积极效果：

1、在相同规格前提下，三头螺纹比单头螺纹的导程大，旋转超半圈就实现旋紧，此种快旋结构减少辅助工时，提高了钻井施工效率；

2、牙底采用圆弧结构，大大减少应力集中，此强化结构大大提高螺纹抗扭能力；

3、通过改变螺纹的几何形状和尺寸，使锥度内螺纹和锥度外螺纹得到强化，再加上承载的载荷均匀分在各牙上，减少螺纹疲劳裂纹发生机率，提高石油钻杆接头的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型中锥度内螺纹和锥度外螺纹的牙型结构放大示意图。

图2是本实用新型结构示意图。

图3是图1设有锥度内螺纹一端局部示意图。

图4是图1设有锥度外螺纹一端局部示意图。

具体实施方式

下面根据附图并结合实施例，对本实用新型作进一步说明。

    实施例1