一种深井和大位移井用管柱螺纹结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种深井和大位移井用管柱螺纹结构。它由公接头螺纹段和母接头螺纹段构成；所述公、母接头螺纹段具有沿螺纹母线依次交替连续设置的螺纹牙顶、螺纹牙承载面、螺纹牙底和螺纹牙导向面；所述螺纹牙顶、螺纹牙承载面、螺纹牙底和螺纹牙导向面依次连接均为相切或平滑过渡；其特征在于：所述公、母接头螺纹牙承载面和螺纹牙导向面为曲面轮廓形状。本实用新型专利技术与现有技术相比较，接头螺纹配合后，螺纹牙接触面积更大，螺纹连接临界截面积更增大，螺纹连接的抗拉抗扭性能大幅提高，同时，可有效改善螺纹连接的应力极值和应力分布情况，还有利于钻柱对扣和提高上扣速度，尤其适用于深井和大位移井石油及天然气开采。

A Pipe String Thread Structure for Deep and Extended Wells

The utility model discloses a pipe string thread structure for deep and extended reach wells. The threaded section of the male and female joint consists of threaded section of the male and female joint; the threaded section of the male and female joint has threaded crown, threaded tooth bearing surface, threaded tooth bottom and threaded tooth guiding surface successively arranged alternately along the threaded busbar; the threaded crown, threaded tooth bearing surface, threaded tooth bottom and threaded tooth guiding surface are connected in turn to each other in a tangential or smooth transition; the male and female joint threaded surfaces are characterized by the following characteristics: the male and female threaded teeth are connected in turn; The bearing surface and the guide surface of the thread teeth of the nut joint are curved surface contours. Compared with the existing technology, the utility model has larger contact area of threaded teeth, larger critical cross-sectional area of threaded connection and higher tensile and torsional performance of threaded connection. At the same time, the utility model can effectively improve the stress extreme value and stress distribution of threaded connection, and is also conducive to drill string alignment and increase buckling speed, especially for deep wells and extended reach wells. And natural gas exploitation.

【技术实现步骤摘要】
一种深井和大位移井用管柱螺纹结构
本技术涉及在石油天然气勘探开发过程中使用的油井管柱工具，尤其涉及一种适用于深井和大位移井石油天然气开采的管柱螺纹连接结构。
技术介绍
本文所提到的油井管柱工具包括石油套管、油管及钻柱构件（方钻杆、钻杆、厚壁钻杆、钻铤、转换接头等钻具）。石油和天然气钻采行业一直在突破现有的钻井极限，超深井和大位移延伸井及的钻井数量和深度记录不断被刷新。但是，同样也面临着钻井工况环境恶劣、服役钻柱受力复杂、钻井作业效率低下等问题，需要的钻柱接头螺纹连接传输更多的拉力和扭矩不断增加。在钻柱接头螺纹技术发展中，为了提高螺纹抗扭强度，设计人员已经将API的单台肩结构改变为双台肩结构，通过增加了一个台肩接触面来提高抗扭性能，但由于台肩表面的厚度仅为接头壁厚度的一小部分，当施加过高的上扣扭矩时，台肩表面很快就会达到塑性临界值。另一种解决方案是将更多的扭矩传递到螺纹牙中，以减轻台肩表面的压力，而目前石油钻柱螺纹连接采用的螺纹牙型大多数与API标准螺纹设计相同，即螺纹牙承载面和螺纹牙导向面均为平面的V型螺纹牙。这种螺纹牙型结构在上扣连接后，螺纹牙侧接触面积较小，螺纹牙应力集中较严重，导致钻柱连接的抗拉抗扭性能受到一定的限制。为了提高接头螺纹连接的扭矩能力，专利CN103282708A设计了具有凸起或凹陷形状的连续曲线的公、母接头螺纹牙型轮廓结构。但是，设计的螺纹牙承载面和导向面圆弧半径为25mm到127mm，螺纹牙底和牙顶圆弧半径3mm到13mm，这些参数对于每英寸2到13牙的石油管螺纹来说是非常大的，螺纹牙承载面、导向面几乎接近于直线型轮廓，螺纹牙有效高度非常小，并不能发挥弧形承载面增加螺纹接触面的作用，对于连接扭矩的贡献非常微小，尤其对于超深井和大位移延伸井的石油天然气开采难以提供有效扭矩要求，同时在拉伸载荷、弯曲载荷和较大扭矩载荷的共同作用下，螺纹连接存在脱扣的隐患。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种深井和大位移井用管柱螺纹结构，主要解决上述现有技术所存在的缺陷，与现有的V型螺纹牙型相比较，本技术接头螺纹配合后，螺纹牙接触面积更大，螺纹连接临界截面积更增大，螺纹连接的抗拉抗扭性能大幅提高，同时，可有效改善螺纹连接的应力极值和应力分布情况，还有利于钻柱对扣和提高上扣速度，尤其适用于深井和大位移井石油及天然气开采。为实现上述技术目的，本技术采用如下技术方案：一种深井和大位移井用管柱螺纹结构，它由公接头螺纹段和母接头螺纹段构成，所述公接头螺纹段具有沿其螺纹母线依次交替连续设置的公接头螺纹牙顶、公接头螺纹牙承载面、公接头螺纹牙底和公接头螺纹牙导向面；所述公接头螺纹牙顶、公接头螺纹牙承载面、公接头螺纹牙底和公接头螺纹牙导向面依次连接均为相切或平滑过渡；所述母接头螺纹段具有沿其螺纹母线依次交替连续设置的母接头螺纹牙顶、母接头螺纹牙承载面、母接头螺纹牙底和母接头螺纹牙导向面；所述母接头螺纹牙顶、母接头螺纹牙承载面、母接头螺纹牙底和母接头螺纹牙导向面依次连接均为相切或平滑过渡；其特征在于：所述公接头螺纹牙承载面、母接头螺纹牙承载面、公接头螺纹牙导向面、母接头螺纹牙导向面均为曲面轮廓形状。该曲面轮廓形状为单个圆弧面或多个相切圆弧面或椭圆弧面；为单个圆弧曲面时，圆弧面半径大于1.2mm，小于25.0mm；所述公接头螺纹牙承载面、母接头螺纹牙承载面、公接头螺纹牙导向面、母接头螺纹牙导向面均为单个圆弧曲面时，公接头螺纹牙承载面、母接头螺纹牙承载面圆弧半径可以不等于公接头螺纹牙导向面、母接头螺纹牙导向面圆弧半径；所述公接头螺纹牙承载面、母接头螺纹牙承载面、公接头螺纹牙导向面、母接头螺纹牙导向面均为单个圆弧曲面时，公接头螺纹牙承载面与母接头螺纹牙承载面圆弧半径差值范围为0mm～2.54mm，公接头螺纹牙导向面与母接头螺纹牙导向面圆弧半径差值范围为0mm～2.54mm；所述公接头螺纹牙底、母接头螺纹牙底可以选择单个圆弧面，可以选择多个相切圆弧面，也可以选择椭圆弧面的轮廓形状，为单个圆弧曲面时，圆弧半径大于0.15mm，小于3mm；所述公接头螺纹牙顶、母接头螺纹牙顶可以选择单个圆弧面，可以选择多个相切圆弧面，可以选择椭圆弧面，也可以选择直线轮廓面，为单个圆弧曲面时，圆弧半径大于0.15mm，小于3mm；所述公接头螺纹牙底、母接头螺纹牙底、公接头螺纹牙顶、母接头螺纹牙顶均为单个圆弧曲面时，公接头螺纹牙底的圆弧面半径小于等于公接头螺纹牙顶的圆弧面半径，母接头螺纹牙底圆弧面半径小于等于母接头螺纹牙顶圆弧面半径；通过上述技术方案，本技术的优点在于：1、公、母接头螺纹牙牙导向面和螺纹承载面为圆弧轮廓，圆弧半径大于1.2mm，小于25.0mm，与现有技术相比较，螺纹配合后，螺纹牙接触面积增大20%以上，有利于螺纹牙传递更高的扭矩。2、公接头螺纹牙导向面与母接头螺纹牙导向面圆弧半径差值为0mm～2.54mm，公接头螺纹牙导向面与母接头螺纹牙承载面圆弧半径差值为0mm～2.54mm，这样，在接头上扣配合后，有利于保证在螺纹牙发生弹塑性变形时仍然紧密接触。附图说明图1是本技术的结构示意图。图2-4是本技术的特殊实施方式中的螺纹牙型详细视图。图中:1-公接头螺纹段；11-公接头螺纹牙顶；12-公接头螺纹牙承载面；13-公接头螺纹牙底；14-公接头螺纹牙导向面；2-母接头螺纹段；21-母接头螺纹牙顶；22-母接头螺纹牙承载面；23-母接头螺纹牙底；24-母接头螺纹牙导向面；3-公接头螺纹母线；4-母接头螺纹母线。具体实施方式下面结合附图和实施例来详细说明本技术。请参阅图1，本技术公开了一种深井和大位移井用管柱螺纹结构，它由匹配连接的公接头螺纹段1和母接头螺纹段2所构成，所述公、母接头螺纹段1、2具有沿螺纹母线3、4依次交替连续设置的螺纹牙顶11、12，螺纹牙承载面12、22，螺纹牙底13、23和螺纹牙导向面14、24；所述公、母接头螺纹牙顶11、21、螺纹牙承载面12、22、螺纹牙底13、23和螺纹牙导向面14、24依次连接均为相切或平滑过渡；本技术的特点在于：所述公、母接头螺纹牙承载面12、22和螺纹牙导向面14、24为曲面轮廓形状；本技术中，所述公、母接头螺纹牙承载面12、22和螺纹牙导向面14、24为曲面轮廓形状，该曲面轮廓形状可以选择单个圆弧面，可以选择多个相切圆弧面，也可以选择椭圆弧面，为单个圆弧曲面时，圆弧半径大于1.2mm，小于25.0mm；本技术中，所述公、母接头螺纹牙承载面12、22和螺纹牙导向面14、24为单个圆弧曲面时，螺纹牙承载面12、22圆弧半径可以不等于螺纹牙导向面14、24圆弧半径；本技术中，所述公、母接头螺纹牙承载面12、22和螺纹牙导向面14、24为单个圆弧曲面时，公、母接头螺纹牙承载面12、22圆弧半径差值范围为0mm～2.54mm，公、母接头螺纹牙导向面14、24圆弧半径差值范围为0mm～2.54mm，这样，有利于确保在接头上扣配合后，螺纹牙发生弹塑性变形时仍然紧密接触；本技术中，所述公、母接头螺纹牙底13、23可以选择单个圆弧面，可以选择多个相切圆弧面，也可以选择椭圆弧的轮廓形状，为单个圆弧曲面时，圆弧半径大于0.15mm，小于3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深井和大位移井用管柱螺纹结构，它由公接头螺纹段（1）和母接头螺纹段（2）构成，所述公接头螺纹段（1）具有沿其螺纹母线（3）依次交替连续设置的公接头螺纹牙顶（11）、公接头螺纹牙承载面（12）、公接头螺纹牙底（13）和公接头螺纹牙导向面（14）；所述公接头螺纹牙顶（11）、公接头螺纹牙承载面（12）、公接头螺纹牙底（13）和公接头螺纹牙导向面（14）依次连接均为相切或平滑过渡；所述母接头螺纹段（2）具有沿其螺纹母线（4）依次交替连续设置的母接头螺纹牙顶（21）、母接头螺纹牙承载面（22）、母接头螺纹牙底（23）和母接头螺纹牙导向面（24）；所述母接头螺纹牙顶（21）、母接头螺纹牙承载面（22）、母接头螺纹牙底（23）和母接头螺纹牙导向面（24）依次连接均为相切或平滑过渡；其特征在于：所述公接头螺纹牙承载面（12）、母接头螺纹牙承载面（22）、公接头螺纹牙导向面（14）、母接头螺纹牙导向面（24）均为曲面轮廓形状。

【技术特征摘要】
1.一种深井和大位移井用管柱螺纹结构，它由公接头螺纹段（1）和母接头螺纹段（2）构成，所述公接头螺纹段（1）具有沿其螺纹母线（3）依次交替连续设置的公接头螺纹牙顶（11）、公接头螺纹牙承载面（12）、公接头螺纹牙底（13）和公接头螺纹牙导向面（14）；所述公接头螺纹牙顶（11）、公接头螺纹牙承载面（12）、公接头螺纹牙底（13）和公接头螺纹牙导向面（14）依次连接均为相切或平滑过渡；所述母接头螺纹段（2）具有沿其螺纹母线（4）依次交替连续设置的母接头螺纹牙顶（21）、母接头螺纹牙承载面（22）、母接头螺纹牙底（23）和母接头螺纹牙导向面（24）；所述母接头螺纹牙顶（21）、母接头螺纹牙承载面（22）、母接头螺纹牙底（23）和母接头螺纹牙导向面（24）依次连接均为相切或平滑过渡；其特征在于：所述公接头螺纹牙承载面（12）、母接头螺纹牙承载面（22）、公接头螺纹牙导向面（14）、母接头螺纹牙导向面（24）均为曲面轮廓形状。2.根据权利要求1所述的一种深井和大位移井用管柱螺纹结构，其特征在于：该曲面轮廓形状为单个圆弧面或多个相切圆弧面或椭圆弧面；为单个圆弧曲面时，圆弧面半径大于1.2mm，小于25.0mm。3.根据权利要求2所述的一种深井和大位移井用管柱螺纹结构，其特征在于：所述公接头螺纹牙承载面（12）、母接头螺纹牙承载面（22）、公...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒志强，欧阳志英，罗睿，鲁喜宁，余世杰，陈彪，
申请(专利权)人：上海海隆石油管材研究所，
类型：新型
国别省市：上海,31