[实用新型]多台肩高抗扭钻杆螺纹连接装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于石油天然气勘探与开采的石油钻杆的螺纹连接装置。

背景技术

    钻杆接头由相互螺纹啮合连接的外螺纹接头和内螺纹接头组成，钻杆接头将一根根单独的钻杆段首尾相连成长达数百米、数千米，甚至万米的石油钻杆。钻杆工作时，不仅要承受巨大的扭矩和交变应力，而且还要耐受巨大的杆内钻井液压力。钻杆接头由于几何形状突变，结构复杂，且最容易形成配合面缝隙和蚀坑，是密封失效形成泄漏的部分，更是整个钻杆应力集中最严重也是最薄弱的部分。因此，钻杆接头在钻杆中工作条件最为恶劣，其疲劳断裂和泄漏是钻杆失效的主要原因，这也是引发人们对钻杆接头的重点关注和密切研究主要原因。

目前，国内外石油天然气钻采行业采用的双台肩螺纹接头，如中国专利公开的极高扭矩的双台肩钻具接头（专利号98806866.4），以及美国格兰特公司的XT、HT等系列双台肩接头产品。双台肩钻杆接头是在传统的单台肩面螺纹接头的基础上增加了一个接触台肩面，它是将单台肩螺纹接头的内螺纹端孔改成沿径向布置的直角型内台肩面；外螺纹接头的锥管螺纹前端部改成能与内台肩面贴合的外螺纹接头前端面，内、外螺纹接头接合时，外螺纹接头的外台肩面和内螺纹接头的主端面形成一主接合台肩，外螺纹接头的前端面与内螺纹接头的内台肩面构成一副接合台肩。工作时，主、副接合台肩及螺纹部分分担了钻杆扭矩，钻杆扭矩不再单由主单台肩面和螺纹部分承担，而副台肩面也承担钻杆扭矩；尤其是副台肩的加入，使螺纹部分所承受的应力和扭矩不再主要集中于后3牙螺纹上，由于副台肩面也对螺纹后段提供应力作用，从而使得扭矩和应力沿螺纹长方向分布更均匀，同时螺纹部分又更多地分担主副台肩所受扭矩和应力，使台肩处的扭矩和应力降低，改善了接头的整体受力情况。还由于当外螺纹接头的外台肩面和其螺纹前端面的距离不等于内螺纹接头主端面和其内孔端底面间的距离时，钻杆工作时，内、外螺纹接头上的螺纹段就会产生一个轴向的预加载应力，这个预加载应力能够在一定程度上挖掘接头的强度潜力，并进一步均匀螺纹段的受力情况。

虽然上述的双台肩钻杆接头，改善了螺纹接头的受力状况，有利于在深井中的应用，但其密封性能仍取决于垂直轴心线的台肩平面上的接触应力，其密封性能受钻杆载荷状况尤其是轴向载荷状况的影响甚大，在深井作业中，钻杆内的液体压力巨大，其钻杆接头的密封性能极不可靠，很难避免钻杆液的泄漏。为此，业内又出现了一系列旨在改善双台肩螺纹接头密封性能的专利技术，如中国专利“金属球形密封双台肩石油钻杆接头”（专利号：201020178278.5），它是在外螺纹接头端增加了环状球面密封面，在内螺纹接头内孔增加了锥面密封，以球面密封面与锥面密封的相互接触来实现密封，但这种密封面的接触应力仍依赖于内、外接头的相互位置和载荷状况，尤其是密封面变成锥面与环状球面的“线接触面”，密封接触面小，密封效果仍然极为有限。中国专利“曲面双台肩钻具接头”（专利号：201220608835.1），则是将双台肩接头的主、副台肩接触面由平面改为曲面，从而增加接触面积，对密封性能虽有一定的改善，但其密封性能仍取决于轴向载荷和轴向接触应力。其它密封改进结构还有增加卡槽结构采用不同锥度的锥面结构等等。这些密封结构均存在接触面小，受钻杆载荷状况影响大，密封配合面接触弹性变形和接触应力小等不足，从而不能保证可靠的密封性能，尤其是深井或超深井作业中密封性能更加不理想。

实用新型内容

针对上述现有技术所存在的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种扭矩承载能力强、螺纹应力分布更加合理的多台肩高抗扭钻杆螺纹连接装置，使得螺纹长度方向的应力分布更趋一致，从而最大限度地发挥螺纹段和台肩面的承载能力。