鉆桿接頭扣型介紹

1、石油專用管螺紋管材的類型及規(guī)格之一鉆具接頭螺紋鉆具接頭螺紋用于如鉆鋌、鉆桿、鉆具穩(wěn)定器及轉換接頭等鉆井工具及鉆柱構件的連接。 目前生 產(chǎn)和檢驗依據(jù)的標準主要是API SPEC 7。API SPEC 7稱鉆具接頭螺紋為“旋轉臺肩連接”，是石油鉆探行業(yè)連接鉆柱構件最主要 的機械機構。這種帶錐螺紋具有通過軸向位移來補償連結部分直徑誤差的特點，因此互換性程度 高、結合緊密和裝拆容易。其技術特點為英制錐管螺紋、有臺肩連接、三角形螺紋，在管材連接 中應用極為廣泛。其主要螺紋型式如表1所示。表1：鉆具接頭螺紋類型序號螺紋型式螺紋牙型規(guī)格與種類數(shù)字型（NC） V-0.038RNC23-NC77 共計 13 種

2、內(nèi)平型（IF） V-0.06523/8in-51/2in 共計 6種貫眼型（FH） V-0.065V-0.050V-0.04031/2in-65/8in 共計 5 種正規(guī)型（REG） V-0.050V-0.04023/8in-85/8in 共計 8 種內(nèi)平型螺紋該型鉆具接頭螺紋連接外加厚或內(nèi)外加厚鉆桿，形成鉆桿接頭內(nèi)徑、管體加厚內(nèi)徑與管體內(nèi) 徑相等或近似的通徑。所有規(guī)格螺紋均采用V-0.065平頂平底三角形牙型，這種牙型為平牙底， 牙頂較寬度為0.065英寸（1.651mm）。除51/2IF外，其它規(guī)格螺紋的因結構尺寸與相應的數(shù)字 型螺紋完全相同，故具有互換性。該型螺紋因其牙型結構易導致應力集

3、中，API已將其淘汰，其 中包括41/2IF和4IF，它們就是曾經(jīng)在我油田被大量使用的410. 411和4A10、4A11，取而代之的是NC50和NC46數(shù)字型螺紋。貫眼型螺紋該型鉆桿接頭螺紋連接內(nèi)外加厚鉆桿，形成鉆桿接頭內(nèi)徑和加厚端內(nèi)徑相等，而均小于鉆桿管體內(nèi)徑的通徑。該型螺紋的規(guī)格雖然為數(shù)不多，但卻使用了 V-0.065、V-0.050 （牙底為圓弧，牙頂寬度為0.050英寸，1.27mm）和V-0.040 （牙底為圓弧，牙頂寬度為0.040英寸，1.02mm）三種牙型，曾經(jīng)被廣泛用于水龍頭、方鉆桿、鉆桿、鉆鋌和鉆頭?，F(xiàn)在除51/2FH和65/8FH兩種使用V-0.050牙型、1:6錐度的

4、大規(guī)格螺紋外，其余均在API淘汰螺紋之列。其中唯一使用V-0.065牙型的4FH與內(nèi)平型螺紋一樣被數(shù)字型螺紋NC40所取代。正規(guī)型螺紋該型鉆桿接頭螺紋曾用于連接內(nèi)加厚鉆桿，形成鉆桿接頭內(nèi)徑小于加厚內(nèi)徑，而鉆桿加厚端 內(nèi)徑又小于管體內(nèi)徑的通徑。API設計正規(guī)型螺紋的主要目的是將其應用于鉆頭連接，由于鉆頭 位于鉆柱末端，在這里螺紋牙底的應力集中現(xiàn)象的存在與否無關緊要，因而API把它們所有規(guī)格 全數(shù)保留下來。該型使用V-0.050和V-0.040牙型，在API SPEC 7第四十版中新增添了使用 V-0.055 （平牙底，牙頂寬度為0.055英寸，1.397mm）牙型的1REG和11/2REG兩種規(guī)

5、格螺紋。數(shù)字型螺紋這是以螺紋基面中徑的英寸和十分之一英寸的數(shù)字值表示的螺紋。所有規(guī)格螺紋采用 V-0.038R平頂圓底三角形牙型，這種牙型的特點是圓形牙底半徑為0.038英寸（0.965mm），其 牙型見圖1。數(shù)字型螺紋是API推薦優(yōu)先使用的螺紋，該型螺紋還有1:6和1:4兩種型式，應用 于方鉆桿、鉆桿、鉆鋌、鉆具穩(wěn)定器等鉆井工具，在大慶油田NC50螺紋還用在鉆頭上。螺紋型式V-0.038R指的是螺紋牙底圓弧半徑0.038in（0.965mm）的V型螺紋，即數(shù)字型螺 紋。V-0.040、V-0.050、V-0.065、V-0.055中各自的數(shù)字代表V型螺紋牙頂寬度的英寸數(shù)。這 四種螺紋的牙底形

6、狀完全不同，V-0.040的螺紋牙底圓弧半徑為0.020in（0.51mm），V-0.050的螺紋牙底圓弧半徑為0.025in（0.635mm），V-0.065和V-0.055的螺紋牙底是平面。鉆具螺紋檢測與識別螺紋在生產(chǎn)過程中按API標準規(guī)定使用螺紋工作規(guī)檢驗螺紋緊密距，按一定的檢驗周期使用 鉆具螺紋單項檢測儀對螺距和錐度進行檢測。使用現(xiàn)場對已磨損的螺紋可以使用牙型規(guī)檢查螺紋牙的磨損情況，其剩余牙頂寬度不低于原 牙頂寬度的1/2，剩余牙頂高不低于原牙頂高的2/3,磨損牙數(shù)不超過3.5牙時，螺紋仍可繼續(xù) 使用，否則應進行修扣處理。使用現(xiàn)場對螺紋進行識別最有效的方法是使用接頭尺，這種尺是一種有專

7、門標記了外螺紋根 部直徑和內(nèi)螺紋擴錐孔直徑的游標卡尺，使用簡便、直觀、準確。此外，還可以直接使用長腳游 標卡尺結合鋼直尺測量外螺紋根部外徑、長度、內(nèi)螺紋擴錐孔徑對照螺紋規(guī)范查詢。螺紋豎直放置，從正面看螺旋線上升方向可判別螺紋旋向，向右上升為右旋，向左上升為左旋。鉆具螺紋的三位數(shù)表示法是冶金工業(yè)部標準SYB12604-63中規(guī)定接頭的代號，第一位數(shù) 字表示接頭的通稱尺寸，第二位數(shù)字表示接頭的類型，第三位數(shù)字表示接頭的內(nèi)外螺紋。淘汰螺紋與數(shù)字型螺紋的互換對照表:數(shù)字型螺紋淘汰螺紋SYB12604規(guī)定的代號NC2623/8IF2A10、 2A11NC3127/8IF210、 211NC3831/2I

8、F310、311NC404FHNC464IF4A10、 4A11NC5041/2IF410、411鉆具接頭螺紋主要失效形式經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐，鉆桿接頭螺紋主要失效形式如下幾種：1）粘扣和脹扣：發(fā)生在有較高的軸向壓力情況下，外螺紋強制進入內(nèi)螺紋，引起內(nèi)螺紋脹開或粘扣而造成聯(lián)接失效；上緊扭矩過高或井下產(chǎn)生過高扭矩時，也會因脹扣或粘扣而失效。2）螺牙剪切失效：螺牙剪切失效也往往發(fā)生在最末完全扣處，螺紋錐度越大、螺紋越短越易出現(xiàn)剪切失效。3）斷裂：因為在最末完全扣處應力最大，斷裂往往發(fā)生在螺紋最末完全扣。4）滑扣：當螺紋錐度較大時，上緊圈數(shù)未達到適當圈數(shù)而扭矩就已達到推薦值，此時承受軸向拉力作用，易發(fā)

9、生脫扣；當螺紋間隙充填物不合理時也有這種可能性。5）倒扣：較小的上緊扭矩可能導致螺紋不能承擔施加的軸向載荷和井下扭矩，從而造成倒扣失效，可能造成部分鉆柱掉入井內(nèi)，甚至還會造成井眼報廢。6）刺扣和密封失效：鉆柱的扭轉振動造成鉆柱旋轉速度時快時慢，當鉆柱突然加速旋轉時，扭 矩可能突然增加，因鉆柱與井壁、外螺紋與內(nèi)螺紋間的交互作用使得在接頭處產(chǎn)生很高的熱量， 從而螺紋脂從螺紋間隙流出，可能造成密封失效，同時高壓流體沿著螺紋間隙從管內(nèi)流出，引起 刺扣；軸向拉力也會降低密封能力；上緊扭矩過小，過低的螺紋過盈量也導致較低的密封能力； 鉆柱的橫向振動使鉆柱承受交變的彎曲應力同樣會造成密封失效；加工誤差，不合

10、理的公差配合也是一個重要的原因。高疲勞強度鉆具螺紋接頭的應用隨著深井鉆井的逐年增多，鉆具斷裂事故也在增加。其中90%是底部鉆具螺紋接頭的疲勞斷 裂，而這其中80%屬于外螺紋接頭的疲勞斷裂。主要原因是由于外載和預載荷在鉆具頭外螺紋接 頭各圈螺紋牙上的分配為不均勻，螺紋最后嚙合區(qū)（LET）的螺紋牙承受了大部分載荷，其中第 一牙承擔的載荷約占總載荷的30%，因此鉆具外螺紋接頭很容易在此處發(fā)生疲勞斷裂。所以降低LET區(qū)螺紋牙載荷成為延長鉆具外螺紋接頭疲勞壽命的重要途徑。據(jù)此，石油管材研究所開發(fā)研究一種高疲勞強度鉆具外螺紋接頭一一LETR外螺紋接頭。這種接頭螺紋最后嚙合區(qū)（LET）的第一螺紋牙承擔的載荷降低了約為25%，載荷在各圈螺 紋牙上分配比普通接頭均勻。其結構特點是降低了螺紋最后嚙合區(qū)（LET）的螺紋牙型高度，在