锯齿形钻杆接头螺纹.pdf

本发明涉及一种适合大直径反井钻井作业需要的钻杆接头，该接头由具有锥度的锯齿形内、外螺纹旋合而成，内、外螺纹的螺距为p＞10mm的大螺距，牙型截面为不等腰梯形结构，并在牙型的拐角处分别倒角，牙型的侧壁具有Ra＝1.6的粗糙度，所述内螺纹的牙顶宽度大于所述外螺纹的牙底宽度；所述内螺纹具有内螺纹第一牙侧角和内螺纹第二牙侧角，所述的外螺纹和所述的内螺纹对应设置，所述外螺纹具有外螺纹第一牙侧角和外螺纹第二牙侧角。本发明综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙强度高等优点，不仅可承受较大的提升拉力和推力，而且还可承受较大的传递扭矩作用，适合大直径反井钻井作业的需要。

1、  一种适合大直径反井钻井作业需要的钻杆接头，该接头由具有锥度的锯齿形内、外螺纹旋合而成，内、外螺纹的螺距为p＞10mm的大螺距，牙型截面为不等腰梯形结构，并在牙型的拐角处分别倒角，牙型的侧壁具有Ra＝1.6的粗糙度，其特征在于：
所述内螺纹的牙顶宽度C₁大于所述外螺纹的牙底宽度C₂；
所述内螺纹具有内螺纹第一牙侧角α和内螺纹第二牙侧角β，其中40°＜α＜50°，且10°＜β＜20°；
所述的外螺纹和所述的内螺纹对应设置，所述外螺纹具有外螺纹第一牙侧角α₁和外螺纹第二牙侧角β₁，其中40°＜α₁＜50°，10°＜β₁＜20°；且α＝α₁，β＝β₁。

2、  根据权利要求1所述的钻杆接头，其中所述的内、外螺纹的第一牙侧角为前牙侧角，所述的内、外螺纹的第二牙侧角为后牙侧角。

3、  根据权利要求1所述的钻杆接头，其中所述的内、外螺纹螺距为p＝15.63mm，所述的内、外螺纹锥度为1∶8。

4、  根据权利要求1-3中任意一项所述的钻杆接头，其中所述的内、外螺纹的第一牙侧角为45°，所述的内、外螺纹的第二牙侧角为15°。

5、  根据权利要求4所述的钻杆接头，其中所述的内、外螺纹相互旋合，由于内螺纹牙顶的宽度C₁大于外螺纹牙底的宽度C₂，卡合后的内外螺纹间的牙顶、牙底之间具有垂直间隙。

6、  根据权利要求5所述的钻杆接头，其中所述的内外螺纹的牙顶、牙底之间具有的垂直间隙为d＝0.25mm。

锯齿形钻杆接头螺纹
技术领域
本发明涉及一种矿山机械反井钻井设备的接头，具体涉及一种针对反井钻机大直径钻杆的新颖的锯齿形螺纹接头结构。
背景技术
目前世界上反井钻机钻杆的接头螺纹多采用美国石油学会(API)标准的锥形接头螺纹连接方式，这种螺纹的牙底和牙顶都是平的V型结构。该接头螺纹是为石油钻井而设计的，其主要特点为承拉能力强，但由于其抗扭能力小，尤其是在反井钻井大直径钻杆接头螺纹的应用中，为了达到钻进所需扭矩，只有选择较大螺纹，从而导致钻杆直径粗大，造成钻杆材料的较大浪费，同时该接头螺纹卸扣扭矩大、使用寿命短，在使用过程中常出现扣型损坏或烧扣现象，经济效益差，不能满足大直径反井作业的需求。
瑞典专利申请SE515518提出一种专门用于冲击式钻岩的钻柱螺纹接头。其中所述的阳螺纹和阴螺纹都是锥形的，且该螺纹轮廓的牙底和牙顶都具有一大于该螺纹螺距30％的曲率半径。这种螺纹在细长尺寸的钻柱情况下可以令人满意地起作用，但是随着钻柱尺寸的增加而出现问题，导致螺纹寿命的缩短。
发明内容
针对以上问题，本发明设计了一种适合大直径反井钻井作业的需要的新颖的锯齿形接头螺纹结构。
为了实现上述目的，本发明的适合大直径反井钻井作业的需要的接头螺纹结构由具有新颖结构的内、外螺纹旋合而成。
本发明的钻杆接头锯齿形内螺纹具有锥度，螺距为p＞10mm的大螺距，牙型截面为不等腰梯形结构，在牙型的拐角处分别倒角，牙型的侧壁具有Ra＝1.6的粗糙度，内螺纹的牙底具有内螺纹第一牙侧角α(40°＜α＜50°)和内螺纹第二牙侧角β(10°＜β＜20°)，内螺纹第一牙侧角为前牙侧角，内螺纹第二牙侧角为后牙侧角。优选地，选择内螺纹第一牙侧角α＝45°，内螺纹第二牙侧角β＝15°。
具有同样锥度的外螺纹和所述的内螺纹对应设置，螺距为p＞10mm的大螺距，牙型为不等腰梯形，在牙型的拐角处分别倒角，牙型的侧壁具有Ra＝1.6的粗糙度，外螺纹的牙顶具有外螺纹第一牙侧角α₁(40°＜α₁＜50°)和外螺纹第二牙侧角β₁(10°＜β₁＜20°)，且第一牙侧角与第二牙侧角分别对应相等，即α＝α₁，β＝β₁。相应地，外螺纹第一牙侧角为前牙侧角，为后牙侧角。优选地，选择外螺纹第一牙侧角α₁＝45°，外螺纹第二牙侧角β₁＝15°。
其中所述的“牙侧角”指在螺纹牙型上，螺纹侧面与钻杆中心轴线的垂线之间的夹角，所述的“前”牙侧角方向是指内外螺纹旋合时内钻杆的前进方向，所述的“后”牙侧角方向是指所述“前”牙侧角方向的反方向。
钻杆接头旋合后，内外螺纹的第一(前)和第二(后)牙侧角相互对应，内外螺纹各自的牙底部分和牙顶部分相互卡合，由于内螺纹牙顶的宽度大于外螺纹牙底的宽度，卡合后的内、外螺纹间牙顶、牙底之间具有一定的间隙，更利于接头的卸扣，并能有效防止在旋合过程中杂质划伤螺纹表面。
本发明的锯齿形钻杆接头螺纹在承扭强度、抗疲劳断裂和卸扣效率方面都有较大提高，它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙强度高等优点，不仅可承受较大的提升拉力和推力，而且还可承受较大的传递扭矩作用，适合大直径反井钻井作业的需要。
本发明的主要优点有：
(1)大螺距。反井钻井作业过程中，减少了辅助接卸螺纹的时间，提高工作效率；
(2)承拉能力强。该螺纹的承拉面与水平面所呈的角度大(10°～20°)，内外螺纹旋合后，其承拉面积大，大大提高了钻杆的承拉能力；
(3)承扭能力强，延长钻杆的使用寿命，从而降低成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图1是本发明钻杆接头锯齿形内螺纹牙型的纵向剖面图；
附图2是本发明钻杆接头锯齿形外螺纹牙型的剖面图；
附图3是本发明杆接头内外锯齿形螺纹旋合后的剖面示意图。
1-钻杆接头外螺纹；2-钻杆接头内螺纹；3-钻杆螺纹工作面
具体实施方式
图1显示了钻杆接头锯齿形内螺纹1的牙型纵向剖面图，省略钻杆的其余部分仅显示其具有螺纹的部分，其螺距为d＝15.63mm的大螺距，锥度为1∶8，内螺纹的牙型为不等腰梯形截面结构，内螺纹的粗糙度为Ra＝1.6，并分别在第一、第二牙侧面两端倒角，内螺纹牙顶的宽度为C₁＝4.509mm。内螺纹的牙底具有内螺纹第一牙侧角α＝45°和内螺纹第二牙侧角β＝15°，内螺纹第一牙侧角为前牙侧角，内螺纹第二牙侧角为后牙侧角。
图2显示了与图1相对应的钻杆接头锯齿形外螺纹2的牙型纵向剖面图，仅显示其具有螺纹的部分，相应地其中大螺距为d＝15.63mm，锥度为1∶8，外螺纹的牙型为不等腰梯形截面结构，外螺纹的粗糙度为Ra＝1.6，并分别在第一、第二牙侧面两端倒角，外螺纹的牙底宽度为C₂＝4.177mm。外螺纹的牙顶具有外螺纹第一牙侧角α₁＝45°和外螺纹第二牙侧角β₁＝15°。相应地，外螺纹第一牙侧角为前牙侧角，外螺纹第二牙侧角为后牙侧角。
并且，在本发明中，第一牙侧角与第二牙侧角对应相等，即α＝α₁，β＝β₁。
图3显示了钻杆接头内螺纹1和外螺纹2旋合后的剖面图示意图。旋合后，内外螺纹的第一(前)和第二(后)牙侧角分别相互对应，内外螺纹的牙底部分和牙顶部分分别相互卡合，由于内螺纹牙顶的宽度C₁大于外螺纹牙底的宽度C₂，卡合后的内、外螺纹间牙顶、牙底之间的间隙具有间隙，该间隙d＝0.25mm。因此，牙型侧面为螺纹工作面3。
其中图1-3中所述的“牙侧角”指在螺纹牙型上，螺纹侧面与钻杆中心轴线的垂线之间的夹角，所述的“前”牙侧角方向是指内外螺纹旋合时内钻杆的前进方向，所述的“后”牙侧角方向是指所述“前”牙侧角方向的反方向(参照图3)。