[发明专利]带有双台肩工具接头的钻杆

说明书

技术领域

本发明涉及带有双台肩工具接头的钻杆(drill pipe)，更具体地涉及带有具备应力释放功能以改善疲劳特性的双台肩工具接头的钻杆，其中，双台肩工具接头适当地应用于用于地面钻井的钻杆、重型钻杆、接地管柱钻杆等。

背景技术

就钻杆的疲劳而言，存在一些规定和约束，并且DS-1、API(美国石油协会)规范中的Spec 7G等用作指导准则。例如，API Spec.7G中描述了作为疲劳指标的载荷弯曲应力与作为可能转数指标的可允许重复次数之间的关系。此外，API Spec.7G提出了下述钻井条件：井的倾斜角度表示成每隔33m所成的区域性角度，并且钻井在井的倾斜角度为6度或更小时应当通过旋转钻杆来进行，而在井的倾斜角度大于6度时应当通过仅旋转钻头梢端部分来进行。

然而，在这两种情况下，在具有较薄壁厚的钻杆管体中可能会出现疲劳问题，而在钻杆的两个端部处形成的工具接头不会出现疲劳问题。因此，特别地在双台肩工具接头中，甚至对于根据API规范的工具接头(带螺纹接头)而言，用于解决在伴随大深度-斜度钻井的发展的较大载荷施加在工具接头上的应用中的问题的方法并不是主要问题，只要考虑到管体的静态扭转强度和屈服强度而使用双台肩工具接头即可。然而，对于管体的壁厚大于工具接头的壁厚的钻杆如钻铤而言，工具接头成为钻杆强度的瓶颈、即钻杆中的最弱部分。在这种情况下，建议通过凹槽加工来提供外螺纹部(外螺纹)的颈部平行部分(API Spec.7G)。

在如API Spec.7中所应用的现有技术中，通常已经提出的是，在公接头颈部部分处进行应力释放槽(下文中，被称为“SRG”)加工，使螺纹脊的轮廓明显改变，或使螺纹部分的根部的半径在螺纹部分的整个长度上增大。

关于螺纹接头的疲劳强度的提高，还公开了以下技术。专利文献1公开了一种具有高扭矩和高疲劳强度的工具接头，在该工具接头中，布置在API工具接头的母接头内表面侧的圆筒形环状部(环形部)接受一定程度上的组装(拧紧)扭矩。专利文献2公开了一种在台肩面上布置具有高弹性变形性的环状件以在使用期间保持台肩部分的充分接触的技术。专利文献3、专利文献4和专利文献5公开了用于通过逐渐改变螺纹脊的高度而将来自台肩的反作用力分散至较多的螺纹脊的技术。此外，关于用于分散反作用力的技术，专利文献6公开了一种通过在顶部中设置槽口来减弱螺纹脊的刚性的技术，而专利文献7公开了一种在螺纹脊的根部中设置槽口的技术。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP-A 06-281060

专利文献2：JP-A 07-260054

专利文献3：JP-A 02-35208

专利文献4：JP-A 01-48988

专利文献5：JP-A 04-157283

专利文献6：JP-A 2005-221038

专利文献7：JP-A 04-66483

发明内容

技术问题

在现有技术中，工具接头的外螺纹部的颈部平行部分的SRG加工、螺纹部的加工等已经彼此独立地被提出。根据这些单独的用于解决问题的方法，设计下述装置已经是困难的，该装置用于准确地释放应力集中的目的，从而由于不必要的加工而导致加工时间的延长以及加工成本的增大，以及由于因不必要的机械加工引起的结构的强度元件的减少而导致的强度的降低。特别地，螺纹部的形状的改变由于会牺牲与工具接头的性能相关的临界横截面面积，因而是不推荐的。

作为与上述方法不同的应对措施，可以设想整体设计改变或材料本身强度的提高。在前一种情况下，由于产品失去通用性而需要准备专门的检测装置，这会导致成本的增大。此外，由于需要复杂的质量控制，销售提升将受损失。在后一种情况下，考虑到用于与杆的结合的摩擦焊接中的强度平衡，不建议进一步提高用于工具接头的材料的强度。例如，这种构型可能导致机械测试值中的问题(高硬度和低韧性导致脆性)。因此，通过考虑诸如对强度的重新调整、形状变化等的限制的诸多约束，需要在不使根据API规范等的原始钻杆的性能变差的情况下仅提高疲劳强度。在这种情况下，最重要的是在不减小可能成为瓶颈的部分的临界横截面面积的情况下设计钻杆。