[发明专利]一种牙型螺纹钻杆接头

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于石油、煤炭、地矿、水电等行业勘探工程定向钻进的钻杆结构，属于土层或岩石的钻进设备领域。

背景技术

定向钻进技术已经在我国石油、煤炭、地矿、市政等行业得到广泛应用。近年来随着易采油藏资源的逐渐枯竭，世界范围都不得不将油气资源勘探和开发的目标投向了地理和地质条件更加复杂的地区，钻探深度增加、钻探难度加大，深井、超深井、高压油气井、大位移井、水平井、含腐蚀介质井已大量出现，钻杆作为油气田勘探和开发过程中不可缺少的关键性工具，这些油气井对其性能和质量均提出了更高的要求。钻杆结构中包括管体和管体两端带螺纹的接头。在油气田勘探开发过程中，几百根钻杆通过接头螺纹连接起来组成几千米长的钻柱，钻杆接头需要承受拉、压、弯曲、扭转和不均衡冲击等交变载荷，因此对钻杆及接头的管材性能（柔性和强度）、加工精度、表面处理等提出了更高的要求。大量钻井工具失效分析结果表明，钻杆螺纹失效的主要原因是螺纹弯扭疲劳断裂，目前常用API标准螺纹钻杆接头的抗扭、抗疲劳性能难以满足深井、超深井、大位移水平井在开采技术、安全等方面的要求。 

国外知名的钻具研究公司都致力于通过研究特殊结构、特殊螺纹牙型、高强韧性材料开发出新型钻具来满足勘探技术快速发展的需要。我国对油井管特殊螺纹的研究无论在品种数量方面或是性能质量方面，都远不能满足的油气田勘探开发快速发展的需求。因此有必要研发生产出连接强度高、抗疲劳性能好、使用寿命长的特殊接头螺纹，以满足国内油气田深井、超深井以及大位移水平井勘探开发的需求。

经检索北京中煤矿山工程公司申请的200910147891.2专利公开了一种锯齿形钻杆结构螺纹。其所述内外螺纹均为锯齿形状，牙顶和牙底都是平的偏梯形结构，螺纹螺距大于10mm,螺纹由2个不同角度牙侧角组成，分别为45度和15度。这种螺纹结构适用于浅层矿山开采，尤其适用于大直径反井作业，但其螺纹结构承载力小、抗弯性能一般，不适用于井身结构复杂的油气田勘探开发的要求。

目前，普通API钻杆螺纹特点为螺纹锥度均为1：6，螺距为4牙/英寸，螺纹不切顶牙高为5.4mm左右，API标准螺纹普遍存在的缺点为：

1）API公接头螺纹根部应力集中、缺口效应严重，是疲劳、脆性断裂的薄弱环节。

2）API螺纹疲劳敏感系数高，易产生疲劳或脆性断裂。

3）API螺纹的抗扭强度、弯曲疲劳寿命不足以满足超深井、大位移水平井勘探开发的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种螺纹牙型钻杆接头，该接头的螺纹牙型相对API标准螺纹具有抗扭强度高、应力分布均匀、疲劳敏感系数低、对加工公差敏感降低，使用时变形相容性好，在弯曲时降低公扣末端完全扣处应力水平和应力集中，使疲劳寿命显著提高的特点。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种牙型螺纹钻杆接头，包括母接头和公接头，所述公接头和母接头均为中空结构，公接头的外侧壁上具有轴向延伸的外螺纹，母接头的内侧壁上具有轴向延伸的内螺纹，所述母接头和公接头通过螺纹旋合为一体，其特征在于所述内螺纹和外螺纹均为牙型锥螺纹，牙型锥螺纹的锥度为1:8~16，牙型锥螺纹的齿顶和齿根为弧形结构，且齿顶和齿根的配合处设有间隙，齿侧配合处形成两个密封面；所述牙型锥螺纹的齿由第一牙侧角α和第二牙侧角β组成，其中20°≤α≤40°，40°≤β≤50°。

对上述结构作进一步限制，所述内螺纹和外螺纹的两侧均设有一段平滑基体，所述平滑基体为锥形，其锥度与牙型锥螺纹的锥度一致。

对上述结构作进一步限制，所述第一牙侧角α为30°，第二牙侧角β为45°。

对上述结构作进一步限制，所述牙型锥螺纹的锥度为1:16。

对上述结构作进一步限制，所述牙型锥螺纹的螺距控制在1/3英寸。

对上述结构作进一步限制，所述平滑基体的外侧设有两个台阶，分别称为主台阶和副台阶，所述主台阶为公接头和母接头外侧径向接触部分，副台阶为公接头和母接头内侧径向接触部分。