[实用新型]一种低应力抗疲劳钻杆螺纹

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油管螺纹连接技术领域，尤其是涉及一种低应力抗疲劳钻杆螺纹。

背景技术

钻杆在钻井过程中旋转钻进，承受着很大的交变载荷，其连接螺纹是钻杆柱中的薄弱环节。尤其是在钻探斜井、水平井、大位移井时，当斜度超过8°/30米以后，钻柱沿着这样的“狗腿度”旋转，钻杆螺纹将承受很大的交变弯曲载荷。这种情况下如果使用普通的API钻杆螺纹，啮合螺纹靠近外台肩处的螺纹齿底部位是弯曲最猛烈的地方，而由于台肩的反作用力，此处的螺纹应力水平高，应力集中明显，由于钻杆外螺纹所受的旋转交变应力以及丝扣根部的应力集中等因素，使得钻杆螺纹发生大量的疲劳失效事故。

为了解决这一技术难题，API推出了一种应力减轻结构——API标准应力减轻结构。在外螺纹台肩面过渡处设置应力减轻槽，该应力减轻槽是设置在台肩处的半圆弧，该结构在一定程度上减小了接头上的最大应力值但，但长期使用证明这种接头效果并不显著，而且很容易因为强度不足发生疲劳断裂和应力屈服等失效事故。

经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为CN 201723170 U，公开日为2011年01月26日，实用新型专利名称为“避免应力集中的钻杆螺纹接头”，它包括内螺纹接头与外螺纹接头，与API标准接头相比，其改进之处在于：①在内螺纹接头的一端设置第一台肩，另一端设置第二台肩，与外螺纹接头对应的台肩配合，分担上扣扭矩；②所述外螺纹接头对应于邻近第二台肩的外周面上分别形成第一外螺纹、第二外螺纹、第三外螺纹及第四外螺纹；所述第一外螺纹、第二外螺纹、第三外螺纹与第四外螺纹的齿高比为1:2:3:4，通过改变外螺纹齿高的办法优化螺纹的应力分布。其缺点一是双台肩接头加工工艺复杂，二是无法与API接头实现互换。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低应力抗疲劳钻杆螺纹。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种低应力抗疲劳钻杆螺纹，包括匹配连接的内螺纹和外螺纹，所述的内螺纹与API标准钻杆螺纹相同，所述的外螺纹包括排列依次连接多个螺纹齿，所述的螺纹齿的形状轮廓包括依次连接的承载面、斜导向面和齿底圆弧，所述的斜导向面和齿底圆弧之间还设有过渡的垂直于钻杆轴向的直导向面。

优选的，所述的承载面与斜导向面之间的夹角为60°。

优选的，所述的承载面与斜导向面之间还设有过渡的齿顶圆弧，其半径为0.6～0.8mm。

优选的，相邻两个螺纹齿间的直导向面与承载面之间过渡的齿底圆弧的半径为0.8～1mm。

优选的，所述的斜导向面与直导向面的交点位于外螺纹的中径线以下0.3～0.5mm。

本实用新型将一般API标准的外螺纹中的齿顶平面设置为齿顶圆弧，并在斜导向面与齿底圆弧之间增设了直导向面，这样，在外螺纹与内螺纹连接时，可以增大了螺纹齿底的间隙，降低了螺纹齿底的应力集中程度。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)优化了外螺纹形状，特别是直导向面的增设，降低了螺纹啮合后的应力集中，与普通API螺纹相比，最大应力可下降30％以上。

(2)内螺纹保持不变，外螺纹相对一般API标准螺纹变化小，易于加工，基本不增加成本，且可以与API标准螺纹互换。

附图说明

图1为本实用新型的外螺纹的结构示意图；

图2为API标准螺纹的结构示意图；

图3为本实用新型的内、外螺纹的啮合示意图；

图4为API标准螺纹的啮合示意图；

图中，1-承载面，2-齿顶圆弧，3-斜导向面，4-直导向面，5-齿底圆弧，6-齿顶间隙，7-齿底间隙。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

API钻杆NC50接头是一种常用形式，螺纹为V-0.038R，螺纹锥度是1:6，螺距6.35mm，螺纹中径128.06mm，内、外螺纹齿高3.095mm。外螺纹大端直径133.35mm，外螺纹小端直径114.30mm，外螺纹长度114.30mm。