一种铝合金钻杆管体与接头的连接结构.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201410741913.9

申请日:

2014.12.05

公开号:

CN104533311A

公开日:

2015.04.22

当前法律状态:

驳回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的驳回 IPC(主分类):E21B 17/042申请公布日:20150422|||实质审查的生效IPC(主分类):E21B 17/042申请日:20141205|||公开

IPC分类号:

E21B17/042

主分类号:

E21B17/042

申请人:

中国石油天然气集团公司; 中国石油天然气集团公司管材研究所

发明人:

刘永刚; 李方坡; 李孝军

地址:

100007北京市东城区东直门北大街9号

优先权:

专利代理机构:

北京三友知识产权代理有限公司11127

代理人:

朱坤鹏

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内容摘要

本发明提供了一种铝合金钻杆管体与接头的连接结构,铝合金钻杆管体与接头的连接结构包括:第一接头,设置有内螺纹段,内螺纹段的内螺纹齿底为斜面;第二接头,第二接头设置有能够与内螺纹段配合的外螺纹段,外螺纹段的螺纹牙型完整,且外螺纹段的螺纹齿高大于内螺纹段的螺纹齿高。通过将内螺纹齿底设计成斜面结构,在啮合时,外螺纹牙的齿顶因与内螺纹的齿底挤压而沿齿底斜面发生塑性变形,使啮合后的螺纹发生自锁,有效防止啮合螺纹的松扣。同时,由于啮合时外螺纹牙的齿顶与内螺纹的齿底挤压产生的塑性变形使外螺纹牙齿顶与内螺纹齿底的摩擦面积增加,外螺纹齿顶与内螺纹齿底接触面发生粘结,进一步增加防松效果,从而获得更高的卸扣扭矩。

权利要求书

1.  一种铝合金钻杆管体与接头的连接结构,其特征在于,所述铝合金钻杆管体 与接头的连接结构包括:
第一接头(10),设置有内螺纹段(11),所述内螺纹段(11)的内螺纹齿底(111) 为斜面;
第二接头(20),所述第二接头(20)设置有能够与所述内螺纹段(11)配合的 外螺纹段(21),所述外螺纹段(21)的螺纹牙型完整,且所述外螺纹段(21)的螺 纹齿高大于所述内螺纹段(11)的螺纹齿高。

2.
  根据权利要求1所述的铝合金钻杆管体与接头的连接结构,其特征在于,所 述第一接头(10)内孔为圆锥形结构,所述第一接头(10)具有入口端,在所述第一 接头(10)内沿远离所述入口端的方向,所述内螺纹齿底(111)的直径逐渐减小。

3.
  根据权利要求2所述的铝合金钻杆管体与接头的连接结构,其特征在于,所 述内螺纹齿底(111)与所述内螺纹段(11)的轴线之间的夹角a的大小为14°≤a ≤16°。

4.
  根据权利要求1所述的铝合金钻杆管体与接头的连接结构,其特征在于,所 述内螺纹段(11)的长度等于所述外螺纹段(21)的长度。

5.
  根据权利要求4所述的铝合金钻杆管体与接头的连接结构,其特征在于,所 述内螺纹段(11)的锥度为1:8。

6.
  根据权利要求1所述的铝合金钻杆管体与接头的连接结构,其特征在于,所 述内螺纹段(11)的材料强度大于或等于所述外螺纹段(21)的材料强度。

7.
  根据权利要求1所述的铝合金钻杆管体与接头的连接结构,其特征在于,所 述第一接头(10)有第一密封端面(12),所述第二接头(20)内设置有与所述第一 密封端面(12)配合的第二密封端面(22)。

8.
  根据权利要求1所述的铝合金钻杆管体与接头的连接结构,其特征在于,外 螺纹段(21)的锥度为1:8。

9.
  根据权利要求8所述的铝合金钻杆管体与接头的连接结构,其特征在于,所 述第二接头(20)的外螺纹段(21)的外螺纹齿顶(211)为圆弧形。

说明书

一种铝合金钻杆管体与接头的连接结构
技术领域
本发明涉及石油化工设备领域,具体是一种铝合金钻杆管体与接头的连接结构, 适用于全铝合金钻杆和钢接头铝合金钻杆。
背景技术
铝合金钻杆具有自重轻,质量强度比高,以及抗疲劳等优势和特点,随着超深井、 超长水平井和超长大位移井等特殊工艺井的应用以及井下动力钻具的普及,越来越多 的铝合金钻杆得到应用,据有关资料数据统计,近年来,在俄罗斯的油气资源勘探开 发中,70%的油井均采用了铝合金钻杆。目前,铝合金钻杆的结构有两种,一种是整 体式全铝合金钻杆,即整根钻杆的管体和接头由铝合金管体挤压成型,,一种是带钢 接头的铝合金钻杆,即管体部分为铝合金材质,而接头采用碳钢材质铝合金管体与钢 接头通过螺纹方法的连接,其连接方法主要采用热装方式,即在管体与接头连接时, 先将钢接头加热,使钢接头受热膨胀,然后将加热后的钢接头与铝合金管体的螺纹相 连,待钢接头冷却后,利用钢材的热胀冷缩效应,使接头与管体间的螺纹连接形成过 盈配合,实现铝合金管体与钢接头连接的密封性和连接强度,并使铝合金管体与钢接 头间的卸扣扭矩远大于铝合金钻杆在使用过程中钢接头间的上扣扭矩及工作扭矩,不 会在铝钻杆服役过程中出现倒扣或松扣。此外,也有先冷却铝合金钻杆管体,使冷却 后的管体与钢接头进行连接,其原理与加热钢接头后与铝合金管体相连的原理相同, 均是利用材料的热胀冷缩来实现钢接头与管体在连接后的过盈配合,从而获得更高的 卸扣扭矩以及铝合金管体与钢接头间的连接强度和密封强度。
现有技术的缺点:无论是冷装配还是热装配,均需要专门的设备来对接头或管体 进行加热或冷却,并且在装配过程中,钢接头或铝合金管体均需要在高温或低温状态, 因此,装配过程的效率不高。
发明内容
为了克服现有技术中装配效率不高的缺点,本发明提供了一种铝合金钻杆管体与 接头的连接结构,以达到提高装配效率的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种铝合金钻杆管体与接头的连接 结构,铝合金钻杆管体与接头的连接结构包括:第一接头,设置有内螺纹段,内螺纹 段的内螺纹齿底为斜面;第二接头,第二接头设置有能够与内螺纹段配合的外螺纹段, 外螺纹段的螺纹牙型完整,且外螺纹段的螺纹齿高大于内螺纹段的螺纹齿高。
进一步地,第一接头内孔为圆锥形结构,第一接头具有入口端,在第一接头内远 离入口端的方向,内螺纹齿底的直径逐渐减小。
进一步地,内螺纹齿底与内螺纹段的轴线之间的夹角a的大小为14°≤a≤16°。
进一步地,内螺纹段的长度等于外螺纹段的长度。
进一步地,内螺纹段的锥度为1:8。
进一步地,内螺纹段的材料强度大于或等于外螺纹段的材料强度。
进一步地,第一接头有第一密封端面,第二接头内设置有与第一密封端面配合的 第二密封端面。
进一步地,外螺纹段的锥度为1:8。
进一步地,第二接头的外螺纹段的外螺纹齿顶为圆弧形。
本发明的有益效果是:通过将内螺纹齿底设计成斜面结构,使相互啮合的外螺纹 牙的齿高大于内螺纹牙的齿高,在啮合时,外螺纹齿顶因与内螺纹齿底挤压而沿内螺 纹齿底发生塑性变形,使啮合后的螺纹发生自锁,有效防止啮合螺纹的松扣。同时, 由于啮合时外螺纹齿顶与内螺纹齿底挤压产生的塑性变形使外螺纹齿顶与内螺纹齿 底的摩擦面积增加,外螺纹齿顶与内螺纹齿底接触面发生粘结,进一步增加防松效果, 从而获得更高的卸扣扭矩。此外,本发明并不需要对铝合金钻杆管体与接头的连接结 构进行加热或者冷却,操作更为简单,可以达到提高装配效率的目的。
本发明能有效地实现管体与接头螺纹连接间预期的密封性能和卸扣扭矩,同时, 由于内螺纹齿底与外螺纹齿顶的接触密封和第一密封端面与第二密封端面配合的双 重密封结构,使接头的密封性能更高。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示 意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为根据本发明铝合金钻杆管体与接头的连接结构实施例中第一接头的结构 示意图;
图2为根据本发明铝合金钻杆管体与接头的连接结构实施例中第二接头的结构 示意图;
图3为根据本发明铝合金钻杆管体与接头的连接结构实施例中内螺纹段和外螺 纹段配合结构示意图。
图中附图标记:10、第一接头;11、内螺纹段;111、内螺纹齿底;12、第一密 封端面;20、第二接头;21、外螺纹段;211、外螺纹齿顶;22、第二密封端面。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图3所示,本发明实施例提供了一种铝合金钻杆管体与接头的连接结构, 该铝合金钻杆管体与接头的连接结构包括第一接头10和第二接头20。其中,第一接 头10设置有内螺纹段11,该内螺纹段11的内螺纹齿底111为斜面,内螺纹齿底111 为连接相邻两个内螺纹齿的部分,内螺纹齿底111与内螺纹段11的轴线的夹角为a。 第二接头20设置有能够与内螺纹段11配合的外螺纹段21,外螺纹段21的螺纹齿型 完整,外螺纹齿顶211为圆弧形,外螺纹段21的齿高大于内螺纹段11的齿高。
在第一接头10和第二接头20配合时,由于外螺纹段21的齿高大于内螺纹段11 的齿高,外螺纹段21的外螺纹齿顶211与内螺纹段11的内螺纹齿底111挤压而沿内 螺纹齿底111发生塑性变形,使啮合后的螺纹连接发生自锁,有效防止螺纹松扣。同 时,随着外螺纹齿顶211与内螺纹齿底111的摩擦面积增加,摩擦力增大,使接触面 发生粘结,导致螺纹粘扣,获得更高的卸扣扭矩,进一步增加螺纹连接后的防松效果, 从而获得管体与接头螺纹连接的预期的密封性能和卸扣扭矩。此外,由于本发明不需 要对铝合金钻杆管体与接头的连接结构进行加热或者冷却,不需要专门的加热或者冷 却的设备,使装配操作更为简单,可以达到提高装配效率的目的。
本发明实施例中内螺纹段11和外螺纹段21除了内螺纹齿底111结构不同以外, 其余参数均互相匹配,所以内螺纹段11和外螺纹段21能够连接在一起并实现互相配 合。
需要说明的是,本发明实施例中内螺纹齿底111进行了如图3所示的斜面设计, 且内螺纹段11的刚度不小于外螺纹段21的刚度,其目的是在外螺纹齿顶211与内螺 纹齿底111挤压配合时,外螺纹齿顶211的顶端能够沿内螺纹齿底111发生塑性变形, 从而使外螺纹齿顶211与内螺纹齿底111的接触由线接触变为面接触,使啮合后的螺 纹自锁,同时增大卸扣时的摩擦力,从而实现大大提高卸扣矩扭。
第一接头10内孔为圆锥形结构,第一接头10具有入口端,在第一接头10内远 离入口端的方向,内螺纹齿底111的直径逐渐减小。
第一接头10内有第一密封端面12,第二接头20内设置有与第一密封端面12配 合的第二密封端面22。设置内螺纹齿底111与外螺纹齿顶211的接触密封和第一密 封端面12与第二密封端面22配合的双重密封结构,使连接结构的密封性能更高。
本发明实施例中的内螺纹段11可采用碳钢制成,也可使用铝合金制成,外螺纹 段21由铝合金制成。
优选地,内螺纹齿底111与内螺纹段11的轴线之间的夹角a的大小为14°≤a ≤16°。
改变夹角a的大小能够改变外螺纹齿顶211与内螺纹齿底111之间的摩擦力,影 响螺纹连接后的自锁效果。当夹角a在上述范围内取值时,外螺纹齿顶211既能有效 地实现啮合螺纹的自锁,又能有效的保证整个螺纹连接的连接强度。本发明实施例中, 当夹角a=15°时,螺纹连接的自锁效果和连接强度达到最佳。
优选地,本发明实施例中的内螺纹段11为锥形螺纹段,该锥形螺纹段的螺纹为 长圆螺纹,螺距为每英寸6牙,锥度为1:8,该锥形螺纹段的长度为105mm。外螺纹 段21的螺距、锥度、螺纹长度均与内螺纹段11相同。
应用本发明实施例中的铝合金钻杆管体与接头的连接结构装配时,将第二接头 20由第一接头10的入口端旋入,使内螺纹段11和外螺纹段21配合,当第二接头20 的第二密封端面22和第一接头10的第一密封端面12接触并相互挤压,使上扣扭矩 达到预期的扭矩值时停止上扣。在第二接头的旋入过程中,由于齿高的不同,外螺纹 齿顶211与内螺纹齿底111挤压而沿内螺纹齿底111的斜面发生塑性变形,从而使外 螺纹齿顶211的顶端与内螺纹齿底111的接触形式由线接触改为面接触,摩擦力增加, 实现螺纹连接防松的自锁功能。
进一步地,由于外螺纹齿顶211的塑性变形,使外螺纹齿顶211的顶端与内螺纹 齿底111的接触面发生粘结,使螺纹连接的卸扣扭矩进一步增加,进一步达到螺纹连 接防松的自锁功能。
需要说明的是,应用本发明实施例中的铝合金钻杆管体与接头的连接结构,能够 大大提高卸扣扭矩,经过多次实验,本发明实施例中的铝合金钻杆管体与接头的连接 结构的卸扣扭矩为上扣扭矩的1.5至2倍。
从以上的描述中,可以看出,本发明上述的实施例实现了如下技术效果:通过内 螺纹齿底斜面角度的特殊设计,使相互啮合的外螺纹牙的齿高大于内螺纹牙的齿高, 在啮合时,外螺纹牙的齿顶因与内螺纹的齿底挤压而沿齿底斜面发生塑性变形,使啮 合后的螺纹发生自锁,有效防止啮合螺纹的松扣。同时,由于啮合时外螺纹牙的齿顶 与内螺纹的齿底挤压产生的塑性变形使外螺纹牙齿顶与内螺纹齿底的摩擦面积增加, 外螺纹齿顶与内螺纹齿底接触面发生粘结,进一步增加防松效果,从而获得更高的卸 扣扭矩。
此外,内螺纹齿底与外螺纹齿顶的接触密封和第一密封端面与第二密封端面配合 的双重密封结构,使接头的密封性能更高。本发明能有效地实现管体与接头螺纹连接 间预期的密封性能和卸扣扭矩,同时,由于本发明并不需要对铝合金钻杆管体与接头 的连接结构进行加热或者冷却,操作更为简单,可以达到提高装配效率的目的。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技 术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的 任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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本发明提供了一种铝合金钻杆管体与接头的连接结构,铝合金钻杆管体与接头的连接结构包括:第一接头,设置有内螺纹段,内螺纹段的内螺纹齿底为斜面;第二接头,第二接头设置有能够与内螺纹段配合的外螺纹段,外螺纹段的螺纹牙型完整,且外螺纹段的螺纹齿高大于内螺纹段的螺纹齿高。通过将内螺纹齿底设计成斜面结构,在啮合时,外螺纹牙的齿顶因与内螺纹的齿底挤压而沿齿底斜面发生塑性变形,使啮合后的螺纹发生自锁,有效防止啮合螺。

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