用于旋转台肩式连接的螺纹牙型制造技术

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。

Threaded tooth type for rotary table shoulder connection

A threaded tooth type for rotary shoulder type threaded connection. It uses different thread root radius for both the male thread and the male thread, so as to optimize the stress distribution and maximize the thread contact area. The thread type can be used for the double shoulder, double head, taper thread connection, to replace the current use of threaded connection, such as the rotor adapter is connected with the downhole motor. The threaded tooth may include a bottom trapezoid design.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于旋转台肩式连接的螺纹牙型
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。
技术介绍
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(torquecapacity)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(loadflank)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(chaseandreface)”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。
技术实现思路
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(stabflank)、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。在第二方面，本公开内容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、阳螺纹承载侧面、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，但是其中，所述阳螺纹和阴螺纹包括相配合的偏梯形螺纹牙型(buttressthreadprofile)，其特征在于，所述阳螺纹牙型包括阳螺纹底切部(undercut)，并且所述阴螺纹包括阴螺纹底切部。在根据该第二方面的一些实施例中，阳螺纹底切部可以不与阳螺纹入扣侧面相切，而且，阳螺纹底切部可以与阳螺纹承载侧面相切。类似地，阴螺纹底切部可以不与阴螺纹入扣侧面相切，而且，阴螺纹底切部可以与阴螺纹承载侧面相切。根据本公开的上述第一和第二方面中的任一方面的连接的实施例可以是锥形螺纹连接，并且也可以是双台肩连接。附图说明现在将参考附图描述实施例，其中附图标记表示了相同部分，并且其中：图1是根据本公开的双台肩的锥形螺纹连接的第一实施例的半透明等轴测图。图2是图1所示的连接的截面图。图3是图1所示的连接的阳螺纹元件的侧视图。图4是图1所示的连接的阴螺纹元件的截面图。图5示出了图3所示的阳螺纹元件的螺纹牙型。图6示出了图4所示的阴螺纹元件的螺纹牙型。图7是根据本公开的双台肩的锥形螺纹连接的第二实施例的截面图。图8是图7所示的连接的阳螺纹元件的侧视图。图9是图7所示的连接的阴螺纹元件的截面图。图10示出了图8所示的阳螺纹元件的螺纹牙型。图11示出了图9所示的阴螺纹元件的螺纹牙型。具体实施方式实施例#1——具有差异化的V形螺纹牙型的连接图1-6示出了根据本公开的双台肩、锥形螺纹、双头、旋转台肩式连接的第一实施例100，其包括阳螺纹元件(“阳螺纹”)110和阴螺纹元件(“阴螺纹”)120。该连接的一个显著特征是阳螺纹110和阴螺纹120的螺纹牙型不同。图2示出了阳螺纹牙型和阴螺纹牙型的完全接合。如本文稍后将更详细说明的，所述阳螺纹牙型和阴螺纹牙型以对阳螺纹和阴螺纹都有利的方式接合。图3和图4分别示出了阳螺纹元件110和阴螺纹元件120。图5示出了阳螺纹110的差异化的V形螺纹牙型，其包括阳螺纹入扣侧面111、阳螺纹承载侧面113、阳螺纹根部112(具有螺纹根部半径C-11)、阳螺纹圆角114(具有阳螺纹圆角半径B-11)以及阳螺纹顶表面115(其与锥形一致)。尽管在本公开的范围内的替代实施例可具有非对称的螺纹牙型，但所示出的实施例中的阳螺纹牙型具有对称设计，其带有25°的阳螺纹角A-11和0.015”的阳螺纹圆角半径B-11。阳螺纹110具有比较大的螺纹根部半径C-11(在所示出的实施例中为0.060”)，以使应力集中最小化并促进更长的疲劳寿命。这是比传统螺纹牙形中明显更大的根部半径。例如，来自美国石油学会(API)的在此尺寸范围内的两个标准螺纹牙形V-038R和V-050分别具有0.038”和0.025”的根部半径。(为了本专利说明书的目的，所提及的“传统的”螺纹设计或螺纹牙形应当参考用于相当的螺纹高度范围的标准API螺纹牙形和ANSI(美国国家标准协会)螺纹牙形来理解。)在所示出的实施例中，25°的阳螺纹角A-11比传统的螺纹设计中的阳螺纹角小，以便增大轴向载荷能力而不增大径向方向上的应力。这将导致承载侧面上的较小压缩应力，因此倾向于减少磨损。图6示出了阴螺纹元件120的螺纹牙型，其包括阴螺纹入扣侧面121、阴螺纹承载侧面123、阴螺纹根部122(具有阴螺纹根部半径C-12)、阴螺纹圆角124(具有阴螺纹圆角半径B-12)以及阴螺纹顶表面125。类似于阳螺纹牙型，在所示出的实施例中，阴螺纹牙型也是对称的。该阴螺纹牙型具有25°的阴螺纹角A-12和0.015”的阴螺纹圆角半径B-12。然而，阴螺纹根部半径C-12为0.040”。阴螺纹根部半径C-12和阳螺纹根部半径C-11之间的差异有助于维持足够大的螺纹接触面积，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转台肩式螺纹连接，包括：(a)具有阳螺纹的阳螺纹元件，所述阳螺纹具有阳螺纹入扣侧面、阳螺纹承载侧面、阳螺纹角以及阳螺纹根部半径；和(b)具有阴螺纹的阴螺纹元件，所述阴螺纹具有阴螺纹入扣侧面、阴螺纹承载侧面、阴螺纹角以及阴螺纹根部半径；其中，所述阳螺纹根部半径不同于所述阴螺纹根部半径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.27 US 62/121,5081.一种旋转台肩式螺纹连接，包括：(a)具有阳螺纹的阳螺纹元件，所述阳螺纹具有阳螺纹入扣侧面、阳螺纹承载侧面、阳螺纹角以及阳螺纹根部半径；和(b)具有阴螺纹的阴螺纹元件，所述阴螺纹具有阴螺纹入扣侧面、阴螺纹承载侧面、阴螺纹角以及阴螺纹根部半径；其中，所述阳螺纹根部半径不同于所述阴螺纹根部半径。2.根据权利要求1所述的旋转台肩式螺纹连接，其中，所述阳螺纹根部半径大于所述阴螺纹根部半径。3.根据权利要求1或权利要求2所述的旋转台肩式螺纹连接，其中，所述阳螺纹和所述阴螺纹包括相配合的V形螺纹牙型。4.根据权利要求3所述的旋转台肩式螺纹连接，其中，所述V形螺纹牙型是对称的V形螺纹牙型。5.根据权利要求4所述的旋转台肩式螺纹连接，其中，所述阳螺纹角比传统的螺纹设计中的阳螺纹角小。6.根据权利要求3-5中的任一项所述的旋转台肩式螺纹连接，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马苏德·卡兰塔里，尼古拉斯·瑞恩·马钱德，
申请(专利权)人：德莱科能量服务公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA