[发明专利]一种高性能特殊螺纹钻具接头

说明书

技术领域

本发明涉及石油勘探开发领域中的钻井技术，特别是一种高性能特殊螺纹钻具接头。

背景技术

在越来越具挑战性的钻井作业中，苛刻的地质环境和工作条件使得钻柱处于十分复杂的应力状态中，这对钻具接头的连接强度、抗扭性能提出了新的要求。钻具接头在使用中容易发生粘扣、胀扣、滑脱、断裂等现象，给油田带来巨大的经济损失，影响勘探开发进度。现有钻具接头在复杂载荷条件下各螺纹牙上的受力呈现出两端螺纹牙承载大、中间段螺纹牙承载小的特点，这种载荷分布的不合理，使得中间段螺纹牙的潜力不能充分发挥，而两端的螺纹牙却过早失效，进而导致接头不能适应越来越苛刻的钻井条件。因此优化钻具接头受力是提高钻柱连接质量、确保钻井安全的关键。在此基础上开发具有高抗扭、抗弯和抗疲劳性能的新型钻具接头成为关键。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高性能特殊螺纹钻具接头，该钻具接头在复杂载荷作用下具有相对均匀的应力分布，能够适应苛刻的井况。该钻具接头具有较高的抗扭性能、抗弯性能和耐疲劳性能，同时，其具有很好的钻井液输送效率和能力。

为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种高性能特殊螺纹钻具接头，包括公扣和母扣，所述公扣靠近主台肩的前三个螺纹牙具有特殊的螺纹牙型；所述母扣具有特定尺寸的镗孔深度；所述母扣的小端与钻杆内孔过渡处为直角主台肩，同时在所述公扣端部增设一定长度的鼻端，形成副台肩；在所述副台肩处留有与上扣扭矩相适应的间隙；所述公扣与母扣具有相同的内径，保证钻具接头内径平滑过渡。

所述特殊的螺纹牙型为：该螺纹牙具有特殊的承载面牙型角，其公扣承载面与母扣标准数字扣螺纹牙承载面所成角度α为3°～10°。

所述镗孔深度为1″～2¹/₄″。

所述副台肩间隙为0.1mm～0.5mm。

所述公扣的鼻端长度为5/8″～1¹/₂″。

本发明与现有技术相比较，具有以下突出的优点：

本发明提供一种高性能特殊螺纹钻具接头，该钻具接头具有相对均匀的应力分布，能够适应苛刻的井况。同时，该钻具接头具有较高的抗扭性能、抗弯性能和耐疲劳性能。此外，较大的、平滑的接头内径使得该钻具接头具有很好的钻井液输送效率和能力。

附图说明

图1是本发明钻具接头结构示意图。

图2是特殊螺纹牙型示意图。

图3是复杂载荷工况条件下本特殊螺纹钻具接头von Mises应力分布云图。

图4普通双台肩钻具接头与本特殊螺纹钻具接头各螺纹牙承载特征的对比。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明专利进一步说明。

如图1所示，一种高性能特殊螺纹钻具接头，包括公扣和母扣，所述公扣靠近主台肩的前三个螺纹牙具有特殊的螺纹牙型；所述母扣具有特定尺寸的镗孔深度；所述母扣的小端与钻杆内孔过渡处为直角主台肩，同时在所述公扣端部增设一定长度的鼻端，形成副台肩；在所述副台肩处留有与上扣扭矩相适应的间隙；所述公扣与母扣具有相同的内径，保证钻具接头内径平滑过渡。

所述特殊螺纹牙型如图2所示，该螺纹牙具有特殊的承载面牙型角，其公扣承载面与母扣标准数字扣螺纹牙承载面所成角度α为3°～10°。由于前三个螺纹牙承载面侧留有一定的间隙，外载作用下，后端螺纹牙将首先承载，变形到一定程度之后前三个螺纹牙才逐渐开始承载，从而达到降低前三牙螺纹承载水平的目的；由于切削方式为越靠近齿顶间隙越大，承载面上的载荷分布将如附图2所示，即承载面上的作用力中心将下移，这缩短了力臂的长度，可以降低螺纹牙根部所受的弯矩大小。上述特征使得公扣近主台肩前三个螺纹牙根部的应力水平大幅降低。

所述镗孔深度为1″～2¹/₄″。

所述副台肩间隙为0.1mm～0.5mm。

所述公扣的鼻端长度为5/8″～1¹/₂″。

在复杂载荷作用下(拉、弯、扭联合作用)，本实施例所述钻具接头von Mises应力分布云图如附图3所示。复杂载荷条件下该钻具接头应力分布相对均匀，其具有较大的高水平承载区域，可以避免因局部应力集中引起的接头失效。

上扣扭矩和3000kN轴向拉力条件下本实施例所述特殊螺纹钻具接头与普通双台肩钻具接头各螺纹牙承载比例如附图4所示。可见普通双台肩钻具接头各螺纹牙的承载特点为两端螺纹牙承载大，中间段螺纹牙承载小，承载很不均匀。本实施例所述特殊螺纹双台肩钻具接头有效提高了中间几个螺纹牙的承载水平，同时降低了其他螺纹牙的承载水平，特别是前端三个螺纹牙。