一種用于極限工況的直聯鉆桿制造技術

一種用于極限工況的直聯鉆桿，包括公接頭和母接頭，公接頭螺紋外側設有外管段，外管段與公接頭螺紋段之間構成環形溝槽，母接頭設有插入段，插入段匹配插入公接頭的環形溝槽內，外管段端頭為公接頭主臺肩，環形溝槽底面為公接頭主副臺肩，公接頭小端為公接頭副臺肩；母接頭的插入段底面為母接頭主臺肩，母接頭大端為母接頭主副臺肩，母接頭螺紋小端底面為母接頭副臺肩；公接頭主臺肩與母接頭主臺肩構成主密封面，公接頭主副臺肩與母接頭主副臺肩構成主副密封面，公接頭副臺肩與母接頭副臺肩構成副密封面。本發明專利技術可以明顯提高接頭的密封性，緩解常規結構的螺紋應力集中問題；螺紋應力相對均勻分布，提高鉆桿抵抗大彎曲變形及扭轉變形能力。

A kind of straight joint drill pipe used in limit working condition

【技術實現步驟摘要】
一種用于極限工況的直聯鉆桿
本專利技術涉及一種鉆井用裝置，特別是用于極限工況的直聯鉆桿接頭。
技術介紹
鉆桿是作為鉆探過程連通地表到井底的紐帶，起到泥漿輸送、扭矩傳遞及密封墊的作用。鉆桿受力狀態復雜，鉆桿失效成為井下主要事故之一，尤其是鉆桿接頭，更是鉆桿失效的主要部件。近年來隨著特深科學鉆探及深海科學鉆探的興起，高溫、高壓、高應力、無隔水管等極限工況對鉆桿性能提出了更高的要求，常規鉆桿已不能滿足嚴苛工況條件的要求，接頭母扣漲扣、臺肩密封失效、螺紋錯扣及根部斷裂等事故頻發，特別是在高壓與大彎矩(無隔水管)工況下工作的鉆桿，其接頭密封性能成為制約鉆桿性能提高的瓶頸。此外，接頭的抗扭、抗彎等力學性能的提高也是亟待解決的問題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種密封效果好、抗扭及抗彎力學性能高的用于極限工況的直聯鉆桿。本專利技術所述問題是以下述技術方案實現的：一種用于極限工況的直聯鉆桿，包括鉆桿桿體和錐管螺紋連接的公接頭、母接頭，公接頭錐管螺紋外側設有外管段，外管段與公接頭錐管螺紋段之間構成環形溝槽，母接頭設有插入段，插入段匹配插入公接頭的環形溝槽內，公接頭的外管段端頭為公接頭主臺肩，公接頭環形溝槽底面為公接頭主副臺肩，公接頭錐管螺紋小端為公接頭副臺肩；母接頭的插入段底面為母接頭主臺肩，母接頭錐管螺紋大端為母接頭主副臺肩，母接頭錐管螺紋小端底面為母接頭副臺肩；接頭連接狀態，公接頭主臺肩與母接頭主臺肩緊密貼合構成主密封面，公接頭主副臺肩與母接頭主副臺肩緊密貼合構成主副密封面，公接頭副臺肩與母接頭副臺肩緊密貼合構成副密封面。上述用于極限工況的直聯鉆桿，公接頭與鉆桿桿體為一體結構，環形溝槽由公接頭錐管螺紋段的中部到公接頭錐管螺紋段的底部，母接頭與鉆桿桿體為一體結構，插入段由母接頭錐管螺紋大端至母接頭錐管螺紋段的中部。上述用于極限工況的直聯鉆桿，環形構成的軸向長度為L1，插入段的軸向長度為L2，L1＞L2，S1＝L1-L2，公接頭主副臺肩至公接頭小端的軸向長度為L3，母接頭副臺肩至母接頭大端的軸向長度為L4，L3＞L4，S2＝L3-L4，S1＜S2。上述用于極限工況的直聯鉆桿，公接頭主臺肩和母接頭主臺肩上分別上設有可相互旋合的螺旋線凸起溝槽，公接頭主臺肩螺旋線凸起溝槽與母接頭主臺肩螺旋線凸起溝槽相互嚙合構成過盈配合連接。上述用于極限工況的直聯鉆桿，公接頭環形溝槽的內壁與母接頭插入段的外壁緊密貼合。上述用于極限工況的直聯鉆桿，S1取001～0.05P，S2取0.02～0.1P，且S2＝2×S1。上述用于極限工況的直聯鉆桿，公接頭螺旋線凸起溝槽和公接頭螺旋線凸起溝槽的起始相位角相同，公母接頭主臺肩螺旋線凸起溝槽的終止相位角相比母接頭主臺肩螺旋線凸起溝槽的終止相位角延伸θ角，θ＝30°～45°。本專利技術針對提高鉆桿接頭高壓與大彎矩工況下的密封性和抗扭抗彎性，突破傳統鉆桿接頭的設計思路，另辟蹊徑，設計了一種具有三個臺肩密封面的鉆桿接頭。上述三階臺肩密封面設計，結合軸向密封面，可以明顯提高接頭的密封性，從而提高極限工況下鉆桿耐高壓密封的能力，并緩解常規結構的螺紋應力集中問題；本專利技術通過主臺肩密封面螺旋齒嚙合連接的設計，提供徑向預緊力，實現螺紋應力相對均勻分布，提高鉆桿抵抗大彎曲變形及扭轉變形能力；此外通過鉆桿桿體與接頭整體的結構，減少了鉆桿柱受力薄弱點。本專利技術的設計可以普遍用于金屬鉆桿，特別是對于彈性模量相對較小的鈦合金鉆桿，可大大降螺紋漲扣、錯扣、密封失效、及根部斷裂等不良現象的發生概率。附圖說明下面結合附圖對本專利技術作進一步說明。圖1是本專利技術的結構示意圖；圖2是公接頭的結構示意圖；圖3是圖2中A處的局部放大視圖；圖4是母接頭的結構示意圖；圖5是圖4中B處的局部放大視圖；圖6是公接頭主臺肩螺旋線凸起溝槽分布示意圖；圖7是母接頭主臺肩螺旋線凸起溝槽分布示意圖。圖中各標號為：1、公接頭；1-1、環形溝槽，1-2、公接頭主臺肩，1-3、公接頭主副臺肩，1-4、公接頭副臺肩，1-5、公接頭主臺肩螺旋線凸起溝槽，2、母接頭，2-1、插入段，2-2、母接頭主臺肩，2-3、母接頭主副臺肩，2-4、母接頭副臺肩，2-5、公接頭主臺肩螺旋線凸起溝槽，3、鉆桿桿體，4、主密封面，5、主副密封面，6、副密封面，7、軸向密封段。具體實施方式參看圖1、圖2和圖4，本專利技術包括鉆桿桿體3及錐管螺紋連接的公接頭1和母接頭2，公接頭與其連接的鉆桿桿體3為一體結構，母接頭與其連接的鉆桿桿體3為一體結構，這樣可以減少鉆柱的薄弱點，提高了鉆柱的整體安全性。公接頭錐管螺紋段的外側設有外管段，外管段與公接頭錐管螺紋段之間構成環形溝槽1-1。環形溝槽由公接頭錐管螺紋段的中部到公接頭錐管螺紋段的底部。母接頭設有插入段2-1，插入段由母接頭錐管螺紋大端至母接頭錐管螺紋段的中部，插入段匹配插入公接頭的環形溝槽內。公接頭的外管段端頭為公接頭主臺肩1-2，公接頭環形溝槽底面為公接頭主副臺肩1-3，公接頭錐管螺紋小端為公接頭副臺肩1-4。母接頭的插入段底面為母接頭主臺肩2-2，母接頭錐管螺紋大端為母接頭主副臺肩2-3，母接頭錐管螺紋小端底面為母接頭副臺肩2-4。公接頭和母接頭分別設置的三個臺肩，在接頭連接狀態，公接頭主臺肩與母接頭主臺肩緊密貼合構成主密封面4，公接頭主副臺肩與母接頭主副臺肩緊密貼合構成主副密封面5，公接頭副臺肩與母接頭副臺肩緊密貼合構成副密封面6。這種獨特設計的三臺階密封結構，通過三個臺肩面密封，密封性能大大提高，以滿足高壓工況下密封要求。將主臺肩接觸位置移動到螺紋中部對應位置，同時延長公接頭主臺肩軸向長度，在公、母接頭螺紋相互旋入之前，公、母接頭臺肩軸面實現相互配合插入，保證了公母螺紋的同軸度，使螺紋旋入更順利，避免了旋入過程中螺紋間因未對中而導致的錯扣、咬扣破壞。同時，通過多臺肩設計，緩解了螺紋應力分布集中問題，使螺紋應力分布更均勻，抵抗扭轉與彎曲的能力更強。在公螺紋旋入母螺紋過程中，三臺肩的接觸順序依主臺肩、主副臺肩、副臺肩接觸進行。在擰緊公、母接頭到過程，主臺肩先接觸；接著繼續旋緊公、母接頭，在主副臺肩接觸之前，由于主臺肩限位，螺紋應力沿軸向呈現中間大兩頭小的分布規律；隨著繼續旋入，主副臺肩接觸，在副臺肩接觸之前，由于主副臺肩限位而導致的螺紋應力沿軸向呈左大右小的分布規律；最后，副臺肩接觸后繼續旋入一定角度，由于副臺肩限位而導致的螺紋應力沿軸向呈右大左小的分布規律。三部分螺紋應力疊加后可緩解常規結構的螺紋應力集中問題。環形溝槽的軸向長度為L1，插入段的軸向長度為L2，L1＞L2，公接頭主副臺肩至公接頭副臺肩的軸向長度為L3，母接頭副臺肩至母接頭主副臺肩的軸向長度為L4，L3＞L4，S1＝L1-L2，S2＝L3-L4，S1＜S2。根據經驗，S1取001～0.05P，S2取0.02～0.1P，(P為錐管螺紋的螺距)且S2＝2×S1，從而保證主臺肩、主副臺肩、副臺肩的接觸順序。參看圖1，公接頭環形溝槽的內壁與母本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種用于極限工況的直聯鉆桿，包括鉆桿桿體(3)和錐管螺紋連接的公接頭(1)、母接頭(2)，其特征在于：公接頭錐管螺紋外側設有外管段，外管段與公接頭錐管螺紋段之間構成環形溝槽(1-1)，母接頭設有插入段(2-1)，插入段匹配插入公接頭的環形溝槽內，公接頭的外管段端頭為公接頭主臺肩(1-2)，公接頭環形溝槽底面為公接頭主副臺肩(1-3)，公接頭錐管螺紋小端為公接頭副臺肩(1-4)；母接頭的插入段底面為母接頭主臺肩(2-2)，母接頭錐管螺紋大端為母接頭主副臺肩(2-3)，母接頭錐管螺紋小端底面為母接頭副臺肩(2-4)；接頭連接狀態，公接頭主臺肩與母接頭主臺肩緊密貼合構成主密封面(4)，公接頭主副臺肩與母接頭主副臺肩緊密貼合構成主副密封面(5)，公接頭副臺肩與母接頭副臺肩緊密貼合構成副密封面(6)。/n

【技術特征摘要】
1.一種用于極限工況的直聯鉆桿，包括鉆桿桿體(3)和錐管螺紋連接的公接頭(1)、母接頭(2)，其特征在于：公接頭錐管螺紋外側設有外管段，外管段與公接頭錐管螺紋段之間構成環形溝槽(1-1)，母接頭設有插入段(2-1)，插入段匹配插入公接頭的環形溝槽內，公接頭的外管段端頭為公接頭主臺肩(1-2)，公接頭環形溝槽底面為公接頭主副臺肩(1-3)，公接頭錐管螺紋小端為公接頭副臺肩(1-4)；母接頭的插入段底面為母接頭主臺肩(2-2)，母接頭錐管螺紋大端為母接頭主副臺肩(2-3)，母接頭錐管螺紋小端底面為母接頭副臺肩(2-4)；接頭連接狀態，公接頭主臺肩與母接頭主臺肩緊密貼合構成主密封面(4)，公接頭主副臺肩與母接頭主副臺肩緊密貼合構成主副密封面(5)，公接頭副臺肩與母接頭副臺肩緊密貼合構成副密封面(6)。


2.根據權利要求1所述的用于極限工況的直聯鉆桿，其特征在于：公接頭與鉆桿桿體(3)為一體結構，環形溝槽由公接頭錐管螺紋段的中部到公接頭錐管螺紋段的底部，母接頭與鉆桿桿體為一體結構，插入段由母接頭錐管螺紋大端至母接頭錐管螺紋段的中部。


3.根據權利要求2所述的用于極限工況的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：尹浩，梁健，李鑫淼，孫建華，李寬，劉秀美，
申請(專利權)人：中國地質科學院勘探技術研究所，
類型：發明
國別省市：天津;12