CN108590542B - 一种螺纹连接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种螺纹连接结构。它由公接头螺纹段和母接头螺纹段构成；公接头螺纹段具有沿公接头螺纹母线依次交替连续设置的公接头螺纹牙顶和公接头螺纹牙底，公接头螺纹牙顶与上一个公接头螺纹牙底之间有公接头承载面，公接头螺纹牙顶与下一个公接头螺纹牙底之间有公接头导向面；母接头螺纹段具有沿母接头螺纹母线依次交替连续设置的母接头螺纹牙顶和母接头螺纹牙底，母接头螺纹牙顶与上一个母接头螺纹牙底之间有母接头承载面，母接头螺纹牙顶与下一个母接头螺纹牙底之间有母接头导向面；公、母接头螺纹牙顶为椭圆形牙顶，公、母接头螺纹牙底为椭圆形牙底。本发明提高了接头螺纹抗拉强度和抗扭强度，减小了螺纹牙底应力集中，提高了接头螺纹疲劳寿命，在上卸扣对扣引鞋过程中，螺纹牙顶磨损碰伤的几率大幅降低。
Description
技术领域
本发明涉及在石油天然气钻采过程中使用的钻柱工具，尤其涉及一种螺纹连接结构。
背景技术
目前石油钻杆应用的单台肩、双台肩螺纹牙型大多数与API 标准螺纹设计相同，螺纹牙顶平面与导向面和承载面分别采用圆弧过渡连接，螺纹牙底为导向面与承载面之间圆弧过渡连接。这种螺纹牙型结构在上卸扣过程中，螺纹牙顶平面两侧过渡圆弧常常会发生碰伤或磨损，严重的则引发螺纹粘扣失效事故；另一方面，在钻柱旋转钻进过程中，螺纹牙底是应力最集中的危险截面，易萌生疲劳裂纹，严重影响钻柱疲劳寿命。
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、大位移延伸井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、钻井作业周期长、钻井成本大幅增加等难题。为保障钻井作业安全，高强度钻杆技术和双台肩高抗扭螺纹技术得到大规模的推广应用，如今，为进一步的提高钻井作业效率，降低钻井作业成本，避免螺纹发生早期磨损引起粘扣失效，以及提高钻柱螺纹连接抗扭强度和抗疲劳寿命等成为行业研究热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种螺纹连接结构，主要解决上述现有技术所存在的技术问题，与常规接头螺纹牙型相比较，本发明提高了接头螺纹抗拉强度和抗扭强度，减小了螺纹牙底应力集中，提高了接头螺纹疲劳寿命，同时，在上卸扣对扣引鞋过程中，螺纹牙顶磨损碰伤的几率大幅降低，并且具有与常规接头螺纹的互换特性。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种螺纹连接结构，它由匹配连接的公接头螺纹段和母接头螺纹段所构成；
所述公接头螺纹段具有沿公接头螺纹母线依次交替连续设置的公接头螺纹牙顶和公接头螺纹牙底，所述公接头螺纹牙顶与上一个公接头螺纹牙底之间具有公接头承载面，所述公接头螺纹牙顶与下一个公接头螺纹牙底之间具有公接头导向面；
对应的，所述母接头螺纹段具有沿母接头螺纹母线依次交替连续设置的母接头螺纹牙顶和母接头螺纹牙底，所述母接头螺纹牙顶与上一个母接头螺纹牙底之间具有母接头承载面，所述母接头螺纹牙顶与下一个母接头螺纹牙底之间具有母接头导向面；
其特征在于：
所述公接头螺纹牙顶为椭圆形牙顶，所述公接头螺纹牙底为椭圆形牙底；对应的，所述母接头螺纹牙顶为椭圆形牙顶，所述母接头螺纹牙底为椭圆形牙底。
所述的螺纹连接结构，其特征在于：所述公接头螺纹牙顶与公接头承载面、公接头导向面为相切或圆滑过渡；所述母接头螺纹牙顶与母接头承载面、母接头导向面为相切或圆滑过渡。
所述的螺纹连接结构，其特征在于：所述公接头螺纹牙底与公接头导向面之间具有公接头过渡圆弧；所述母接头螺纹牙底与母接头导向面之间具有母接头过渡圆弧。
所述的螺纹连接结构，其特征在于：所述公接头过渡圆弧的半径为0.5mm～8mm；所述母接头过渡圆弧的半径为0.5mm～8mm。
所述的螺纹连接结构，其特征在于：
所述公接头螺纹牙顶的椭圆长轴线长度为1.5mm～5mm，椭圆短轴线长度小于椭圆长轴线；所述公接头螺纹牙顶的椭圆长轴线与垂直于接头中心线的直线夹角a为50°～75°；
所述母接头螺纹牙顶的椭圆长轴线长度为1.5mm～5mm，椭圆短轴线长度小于椭圆长轴线；所述母接头螺纹牙顶的椭圆长轴线与垂直于接头中心线的直线夹角a为50°～75°；
所述公接头螺纹牙底的椭圆长轴线长度为0.8mm～3.5mm，椭圆短轴线长度小于椭圆长轴线；所述公接头螺纹牙底的椭圆长轴线与垂直于接头中心线的直线夹角b为60°～90°；
所述母接头螺纹牙底的椭圆长轴线长度为0.8mm～3.5mm，椭圆短轴线长度小于椭圆长轴线；所述母接头螺纹牙底的椭圆长轴线与垂直于接头中心线的直线夹角b为60°～90°。
藉由上述结构，本发明具有如下优点：
本发明中，公接头螺纹牙顶为椭圆形牙顶，公接头螺纹牙底为椭圆形牙底；对应的，母接头螺纹牙顶为椭圆形牙顶，母接头螺纹牙底为椭圆形牙底。采用椭圆形螺纹牙顶后，在公接头螺纹和母接头螺纹上扣旋合时，牙顶过渡更圆滑，不易发生螺纹磨损或碰伤。采用椭圆形螺纹牙底后，在不减小承载面接触面积的条件下，使承载面螺纹牙底过渡更平缓，同时，螺纹牙底是应力最集中的危险截面积增大，有利于提高接头螺纹抗拉强度、抗扭强度和抗疲劳能力。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中公接头螺纹牙形的结构示意图。
图中: 1-公接头螺纹段；11-公接头螺纹牙顶；12-公接头承载面；13-公接头螺纹牙底；14-公接头过渡圆弧；15-公接头导向面；16-公接头螺纹母线；17-接头中心线；111-椭圆长轴线；112-椭圆短轴线；131-椭圆长轴线；132-椭圆短轴线；2-母接头螺纹段；21-母接头螺纹牙顶；22-母接头承载面；23-母接头螺纹牙底；24-母接头过渡圆弧；25-母接头导向面；26-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发明。
如图1、2所示，本发明公开了一种螺纹连接结构，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。
所述公接头螺纹段1具有沿公接头螺纹母线16依次交替连续设置的公接头螺纹牙顶11和公接头螺纹牙底13，所述公接头螺纹牙顶11与上一个公接头螺纹牙底13之间具有公接头承载面12，所述公接头螺纹牙顶11与下一个公接头螺纹牙底13之间具有公接头导向面15。
对应的，所述母接头螺纹段2具有沿母接头螺纹母线26依次交替连续设置的母接头螺纹牙顶21和母接头螺纹牙底23，所述母接头螺纹牙顶21与上一个母接头螺纹牙底23之间具有母接头承载面22，所述母接头螺纹牙顶21与下一个母接头螺纹牙底23之间具有母接头导向面25。
本发明的特点在于：所述公接头螺纹牙顶11为椭圆形牙顶，所述公接头螺纹牙底为椭圆形牙底；对应的，所述母接头螺纹牙顶21为椭圆形牙顶，所述母接头螺纹牙底为椭圆形牙底。
本发明中，所述公接头螺纹牙顶11与公接头承载面12、公接头导向面15为相切或圆滑过渡；所述母接头螺纹牙顶21与母接头承载面22、母接头导向面25为相切或圆滑过渡。
本发明中，所述公接头螺纹牙底13与公接头导向面15之间具有公接头过渡圆弧14；所述母接头螺纹牙底23与母接头导向面25之间具有母接头过渡圆弧24。
本发明中，所述公接头过渡圆弧14的半径为0.5mm～8mm；所述母接头过渡圆弧24的半径为0.5mm～8mm。
本发明中，所述公接头螺纹牙顶11的椭圆长轴线111长度为1.5mm～5mm，椭圆短轴线112长度小于椭圆长轴线111；所述公接头螺纹牙顶11的椭圆长轴线111与垂直于接头中心线17的直线夹角a为50°～75°；所述母接头螺纹牙顶21的椭圆长轴线长度为1.5mm～5mm，椭圆短轴线长度小于椭圆长轴线；所述母接头螺纹牙顶21的椭圆长轴线与垂直于接头中心线17的直线夹角a为50°～75°；所述公接头螺纹牙底13的椭圆长轴线131长度为0.8mm～3.5mm，椭圆短轴线132长度小于椭圆长轴线131；所述公接头螺纹牙底13的椭圆长轴线131与垂直于接头中心线17的直线夹角b为60°～90°；所述母接头螺纹牙底23的椭圆长轴线长度为0.8mm～3.5mm，椭圆短轴线长度小于椭圆长轴线；所述母接头螺纹牙底的椭圆长轴线与垂直于接头中心线17的直线夹角b为60°～90°。
本发明中，公接头螺纹牙顶为椭圆形牙顶，公接头螺纹牙底为椭圆形牙底；对应的，母接头螺纹牙顶为椭圆形牙顶，母接头螺纹牙底为椭圆形牙底。采用椭圆形螺纹牙顶后，在公接头螺纹和母接头螺纹上扣旋合时，牙顶过渡更圆滑，不易发生螺纹磨损或碰伤。采用椭圆形螺纹牙底后，在不减小承载面接触面积的条件下，使承载面螺纹牙底过渡更平缓，同时，螺纹牙底是应力最集中的危险截面积增大，有利于提高接头螺纹抗拉强度、抗扭强度和抗疲劳能力。
以上对本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中；在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (2)
1.一种螺纹连接结构，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；
所述公接头螺纹段（1）具有沿公接头螺纹母线（16）依次交替连续设置的公接头螺纹牙顶（11）和公接头螺纹牙底（13），所述公接头螺纹牙顶（11）与上一个公接头螺纹牙底（13）之间具有公接头承载面（12），所述公接头螺纹牙顶（11）与下一个公接头螺纹牙底（13）之间具有公接头导向面（15）；
对应的，所述母接头螺纹段（2）具有沿母接头螺纹母线（26）依次交替连续设置的母接头螺纹牙顶（21）和母接头螺纹牙底（23），所述母接头螺纹牙顶（21）与上一个母接头螺纹牙底（23）之间具有母接头承载面（22），所述母接头螺纹牙顶（21）与下一个母接头螺纹牙底（23）之间具有母接头导向面（25）；
其特征在于：
所述公接头螺纹牙顶（11）为椭圆形牙顶，所述公接头螺纹牙底为椭圆形牙底；对应的，所述母接头螺纹牙顶（21）为椭圆形牙顶，所述母接头螺纹牙底为椭圆形牙底;
所述公接头螺纹牙顶（11）的椭圆长轴线（111）长度为1.5mm～5mm，椭圆短轴线（112）长度小于椭圆长轴线（111）；所述公接头螺纹牙顶（11）的椭圆长轴线（111）与垂直于接头中心线（17）的直线夹角a为50°～75°；
所述母接头螺纹牙顶（21）的椭圆长轴线长度为1.5mm～5mm，椭圆短轴线长度小于椭圆长轴线；所述母接头螺纹牙顶（21）的椭圆长轴线与垂直于接头中心线（17）的直线夹角a为50°～75°；
所述公接头螺纹牙底（13）的椭圆长轴线（131）长度为0.8mm～3.5mm，椭圆短轴线（132）长度小于椭圆长轴线（131）；所述公接头螺纹牙底（13）的椭圆长轴线（131）与垂直于接头中心线（17）的直线夹角b为60°～90°；
所述母接头螺纹牙底（23）的椭圆长轴线长度为0.8mm～3.5mm，椭圆短轴线长度小于椭圆长轴线；所述母接头螺纹牙底的椭圆长轴线与垂直于接头中心线（17）的直线夹角b为60°～90°;
所述公接头螺纹牙顶（11）与公接头承载面（12）、公接头导向面（15）为相切或圆滑过渡；所述母接头螺纹牙顶（21）与母接头承载面（22）、母接头导向面（25）为相切或圆滑过渡;
所述公接头螺纹牙底（13）与公接头导向面（15）之间具有公接头过渡圆弧（14）；所述母接头螺纹牙底（23）与母接头导向面（25）之间具有母接头过渡圆弧（24）。
2.根据权利要求1所述的螺纹连接结构，其特征在于：所述公接头过渡圆弧（14）的半径为0.5mm～8mm；所述母接头过渡圆弧（24）的半径为0.5mm～8mm。
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