專利名稱：具有應力釋放區(qū)的石油鉆具螺紋聯(lián)接接頭的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及石油鉆具的螺紋聯(lián)接接頭。
多年來，鉆具過早失效問題一直困擾著鉆井界，在鉆具失效案例中，聯(lián)接螺紋的失效占很大的比例。其主要原因在于，鉆具在井眼中旋轉時，承受交變的彎曲應力，由于鉆具螺紋聯(lián)接部位本身比較薄弱，加之其截面形狀變化復雜，因而應力往往集中在螺紋聯(lián)接部位，尤其是螺紋消失端附近出現(xiàn)較高的應力集中，導致螺紋的疲勞失效。為了減少聯(lián)接螺紋所承受的交變彎曲應力，國外在鉆鋌的非螺紋部位加工減應力槽，該減應力槽有兩種形式，一種是在距聯(lián)接螺紋公扣的臺肩10～20in處加工一個凹槽，槽的輪廓線為直線，兩端倒出小圓角；另一種是在母接頭內鏜出一個較大的孔。經(jīng)國外試驗表明，上述第一種可使聯(lián)接螺紋的疲勞壽命提高；但是設置該種減應力槽后，會導致鉆具在該區(qū)域的外徑過小，影響鉆柱的強度和穩(wěn)定性，而且槽兩端所倒角的圓角半徑過小，易在減應力區(qū)形成應力集中。
本實用新型的目的在于，提出一種既能有效地減小螺紋承受的交變彎曲應力、又能避免削弱鉆柱強度和穩(wěn)定性的、具有應力釋放區(qū)的石油鉆具螺紋聯(lián)接接頭，以提高鉆具壽命。
為達到上述目的，本實用新型采用以下技術方案鉆具螺紋聯(lián)接接頭，主要包括外螺紋(1)、外螺紋端本體(2)、內螺紋端(4)，其特征在于在外螺紋端本體(2)上設置了應力釋放區(qū)(3)，應力釋放區(qū)(3)的外輪廓線為二次曲線，二次曲線與外螺紋端本體(2)的母線相割。
由于應力釋放區(qū)的效果與其幾何形狀、位置、深度以及寬度密切相關，為了獲得最佳效果的應力釋放區(qū)，運用了有限元力學分析方法研究了在相同井眼條件下不同幾何形狀、不同開口位置及開口深度與寬度對聯(lián)接螺紋應力水平的影響，從而得出應力釋放區(qū)(3)的外輪廓線以采用二次曲線為最佳，二次曲線與外螺紋端本體(2)的母線相割的割線長度(即應力釋放區(qū)的寬度)應與外螺紋端本體(2)的外徑相當，相割段二次曲線距外螺紋端本體(2)外表面的最大距離(即應力釋放區(qū)的最大深度)應為外螺紋端本體(2)外徑與內徑差的(0.15～0.25)倍，應力釋放區(qū)(3)的起點設在距外螺紋(1)臺肩(75～85)mm處較佳。
本實用新型的優(yōu)點是(1)由于在外螺紋端本體上設置了該應力釋放區(qū)，使應力釋放區(qū)的剛度相對減小，柔性相對增大，從而有效地減小了鉆具聯(lián)接螺紋承受的交變彎曲應力，提高了鉆具的壽命。
(2)由于二次曲線過渡平緩，可避免在應力釋放區(qū)出現(xiàn)應力集中；且由力學分析可知，設置上述應力釋放區(qū)不會導致在該區(qū)直徑過小而影響鉆柱強度和穩(wěn)定性。
(3)在現(xiàn)有機械加工水平下，該應力區(qū)的幾何形狀不會造成機械加工的困難。


如下圖1是在鉆具螺紋聯(lián)接接頭上設置應力釋放區(qū)的示意圖；圖2是在扶正器外螺紋端設置應力釋放區(qū)的示意圖。
以下結合附圖說明本實用新型的實施例實施例1在鉆具螺紋聯(lián)接接頭上設置應力釋放區(qū)，參看圖1，螺紋聯(lián)接接頭包括外螺紋(1)、外螺紋端本體(2)、內螺紋端(4)，在外螺紋端本體(2)上設置了應力釋放區(qū)(3)，應力釋放區(qū)(3)的外輪廓線為橢圓線，橢圓線沿長軸方向與外螺紋端本體(2)的母線相割，橢圓線長軸尺寸與(2)的外徑大小相當，橢圓線的短半軸大小為(2)的外徑與內徑之差的(0.15～0.25)倍，應力釋放區(qū)的起點在距外螺紋(1)臺肩(75～85)mm處。
實施例2在扶正器外螺紋端本體上設置應力釋放區(qū)。參看圖2，扶正器包括外螺紋(5)，外螺紋端本體(6)、扶正器扶正棱(8)、扶正器內螺紋端(9)，在外螺紋端本體(6)上設置了應力釋放區(qū)(7)，其外輪廓線為圓，該圓與外螺紋端本體(6)的母線相割，割線長度與外螺紋端本體(6)的外徑大小相當，相割段圓的表面距外螺紋端本體(6)外表面的最大距離為(6)的外徑與內徑差的(0.15～0.25)倍，應力釋放區(qū)的起點在距外螺(5)臺肩(75～85)mm處。
上述實施例中所設置的應力釋放區(qū)的外輪廓線也可為其它的二次曲線。本實用新型所述的應力釋放區(qū)，可設置在其它石油鉆具的螺紋聯(lián)接接頭上。
權利要求1.一種具有應力釋放區(qū)的石油鉆具螺紋聯(lián)接接頭，包括外螺紋(1)、外螺紋端本體(2)、內螺紋端(4)，其特征在于在外螺紋端本體(2)上設置了應力釋放區(qū)(3)，應力釋放區(qū)(3)的外輪廓線為二次曲線，二次曲線與外螺紋端本體(2)的母線相割。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種具有應力釋放區(qū)的石油鉆具螺紋聯(lián)接接頭，其特征在于應力釋放區(qū)(3)的寬度與外螺紋端本體(2)的外徑相當，應力釋放區(qū)(3)的最大深度為外螺紋端本體(2)外徑與內徑差的0.15～0.25倍，應力釋放區(qū)(3)的起點距外螺紋(1)臺肩75～85mm。
專利摘要一種具有應力釋放區(qū)的右油鉆具螺紋聯(lián)接接頭,其特點是,在外螺紋端本體上設置了外輪廓線為二次曲線的應力釋放區(qū),以減小該區(qū)的剛度,增大該區(qū)的柔性,從而有效地減小了鉆具螺紋承受的交變彎曲應力,提高了鉆具壽命。該應力釋放區(qū)可設置在扶正器、鉆鋌、鉆桿等石油鉆具的螺紋聯(lián)接接頭上。
文檔編號E21B17/02GK2497037SQ0124731
公開日2002年6月26日 申請日期2001年8月15日 優(yōu)先權日2001年8月15日
發(fā)明者石曉兵, 林元華, 施太和 申請人:西南石油學院