[发明专利]用于旋转台肩式连接的螺纹牙型

说明书

一种用于旋转台肩式螺纹连接的螺纹牙型，它对于阳螺纹和阴螺纹使用了不同的螺纹根部半径，以优化应力分布并最大化螺纹接触面积。所述螺纹牙型可适合用于双台肩、双头、锥形螺纹连接，以代替当前使用的螺纹连接，例如井下马达中的转子‑适配器连接。所述螺纹牙型可以包括底切的偏梯形设计。

技术领域

本公开总体上涉及用于管状构件的螺纹连接，包括但不限于用于钻柱和套管柱的油田管件。具体地，本公开涉及在高扭矩应用中提供了对磨损(galling)的降低的敏感性的、旋转台肩式螺纹连接。

背景技术

在石油和天然气行业中，随着对井眼钻探过程中的高扭矩操作的需求，对改进的螺纹牙型和连接设计的需求也不断增加。由于磨损或扭矩过大(over-torquing)而引起的螺纹损坏是螺纹连接的常见问题，尤其是在高扭矩应用中。近年来，已经开发了新的井下马达动力部分，它能够产生大大超过已知螺纹连接设计的扭矩容量(torque capacity)的扭矩。

通常，能够通过使螺纹牙型的根部半径最大化来提高螺纹连接的抗扭能力和抗疲劳性，以减少这些关键区域中的应力集中。然而，简单地增加螺纹的根部半径是以减小螺纹的承载侧面(load flank)的接触面积为代价的，这增大了连接上扣(make-up)期间的接触应力，使得该连接更容易磨损。

另一种提高螺纹连接的抗扭能力的方法是增加一个次级上扣台肩(make-upshoulder)，从而形成业内所称的双台肩连接。然而，这使得螺纹受到更大轴向载荷，这也增加了磨损的可能性。

有问题的螺纹连接的一个例子是井下马达动力部分的转子连接。为了承受现代的动力部分的更高扭矩输出，可能有必要采用双台肩连接。典型的双台肩连接设计使用了直螺纹，以便最大化阳螺纹(pin)和阴螺纹(box)之间的台肩接触面积。

然而，当直螺纹转子连接中出现磨损或其他螺纹损坏时，为了修复该螺纹损坏，通常需要对转子机匣进行更换和螺柱焊(stub-welded)。对转子机匣进行更换和螺柱焊的过程大约比“重新修整和修理(chase and reface)”修复过程的成本高十倍，该“重新修整和修理”修复过程能够被执行以修复具有锥形螺纹的连接上的相同类型的损坏。基于转子螺柱焊的当前频率，替代当前的直螺纹连接的高扭矩锥形螺纹将提供大量的节约。因而，对于改进的如下螺纹连接存在着需求：该螺纹连接能够处理比当前使用的连接的扭矩容量大的扭矩，且能够在螺纹损坏的情况下被重新修整和修理。

发明内容

本公开教导了一种用在旋转台肩式螺纹连接中的新的螺纹牙型构思，这种螺纹牙型在阳螺纹和阴螺纹之间使用了差异化的根部半径，以优化应力分布并最大化螺纹接触面积。特别地，示出了双台肩、双头、锥形螺纹连接的特定实施例，它能够替代当前使用的螺纹连接，例如井下马达中的转子-转接器连接。

因而，在第一方面，本公开教导了一种旋转台肩式连接，其包括：具有阳螺纹的阳螺纹元件，其中该阳螺纹具有阳螺纹入扣侧面(stab flank)、阳螺纹承载侧面(loadflank)、阳螺纹角和阳螺纹根部半径；和具有阴螺纹的阴螺纹元件，其中该阴螺纹具有阴螺纹入扣侧面、阴螺纹承载侧面、阴螺纹角以及与阳螺纹根部半径不同的阴螺纹根部半径。阳螺纹根部半径可以大于或小于阴螺纹根部半径。

在一个实施例中，所述阳螺纹和阴螺纹可以包括相配合的V形螺纹牙型，它可以是对称的V形螺纹牙型，或者在变型实施例中，它可以是非对称V形螺纹牙型。

所述阳螺纹角可以比传统的螺纹设计中的阳螺纹角小。所述阳螺纹根部半径可以显著大于传统的螺纹设计中的阳螺纹根部半径。