鋼接頭與鋁合金鉆桿管體的連接結構的制作方法

本發明涉及油氣勘探開發過程中使用的鋁合金鉆桿，具體而言，涉及一種鋼制接頭的鋁合金鉆桿，尤其涉及鋼接頭與鋁合金鉆桿管體的連接結構。

技術背景

鋁合金鉆桿分鋼接頭鋁合金鉆桿與全鋁合金鉆桿兩種，在鋼接頭鋁合金鉆桿的加工工藝中，鋼接頭與鋁合金鉆桿管體常常采用螺紋連接的方式進行連接。由于鋁合金鉆桿在使用過程中，不僅要承受拉力，同時鉆桿內孔也是鉆井液的循環通道，因此，螺紋連接不僅要保證連接強度不低于管體的連接強度，而且要求螺紋連接要具有足夠的密封性能，以保證鉆桿內外空間能承受足夠的壓力差。同時，鋁合金鉆桿管體與接頭間的螺紋連接比鋼接頭間的螺紋連接有更高的卸扣扭矩，以確保在鉆桿使用過程中，鋁合金管體與鋼接頭間的螺紋連接不發生卸扣。而目前，現有的鋁合金管體與鋼接頭間密封性能差，此外鋁合金管體與鋼接頭還存在連接強度低的問題。

技術實現要素：

本發明旨在提供一種鋼接頭與鋁合金鉆桿管體的連接結構，以解決現有的鋁合金管體與鋼接頭間密封性能差的問題。此外，本發明還要解決鋁合金管體與鋼接頭連接強度低的問題。

為此，本發明提供一種鋼接頭與鋁合金鉆桿管體的連接結構，所述鋼接頭與鋁合金鉆桿管體的連接結構包括：鋁合金管體外螺紋，設置在所述鋁合金鉆桿管體上；鋁合金管體密封端面，設置在所述鋁合金鉆桿管體上并連接在所述鋁合金管體外螺紋的端部；鋁合金管體端面臺肩，設置在所述鋁合金鉆桿管體上并連接在所述鋁合金管體密封端面的端部，所述鋁合金管體密封端面連接在所述鋁合金管體外螺紋與所述鋁合金管體端面臺肩之間；鋼接頭內螺紋，設置在所述鋼接頭上并與所述鋁合金管體外螺紋螺接；鋼接頭密封端面，設置在所述鋼接頭上并連接在所述鋼接頭內螺紋的端部；鋼接頭端面臺肩，設置在所述鋼接頭上并連接在所述鋼接頭密封端面的端部，所述鋼接頭密封端面連接在所述鋼接頭內螺紋與所述鋼接頭端面臺肩之間；所述鋁合金管體密封端面與所述鋼接頭密封端面為相互配合的錐形密封面，所述鋁合金管體端面臺肩與所述鋼接頭端面臺肩形成密封連接。

進一步地，所述鋁合金管體密封端面的錐度為1∶8。

進一步地，所述鋁合金管體密封端面的長度為8mm。

進一步地所述鋁合金管體密封端面與所述鋼接頭密封端面為過盈配合，所述鋁合金管體端面臺肩與所述鋼接頭端面臺肩形成過盈配合。

進一步地，所述鋁合金管體外螺紋為鉤形螺紋。

進一步地，所述鉤形螺紋包括：承載接觸面和導向面，所述承載接觸面與所述鋁合金鉆桿管體的管體法線的夾角為2至5°，所述導向面與所述管體法線的夾角為8至12°。

進一步地，所述承載接觸面與所述鋁合金鉆桿管體的管體法線的夾角為3°，所述導向面與所述管體法線的夾角為10°

進一步地，所述鋼接頭與鋁合金鉆桿管體的連接結構通過如下方式熱裝：先將所述鋁合金管體外螺紋加熱到200±10℃，保溫30分鐘，然后與所述鋁合金管體外螺紋裝配。

本發明采用了雙重密封結構，一是鋁合金管體密封端面與所述鋼接頭密封端面之間的密封結構，二是鋁合金管體端面臺肩與所述鋼接頭端面臺肩形成的密封結構，通過這兩個不同部位和不同角度的密封，使密封面和臺肩面產生足夠大的接觸壓力，實現高密封性能。

進而，鋁合金管體外螺紋的承載面采用鉤形結構設計，該結構設計增加了螺紋連接的應力承轉面，改善了應力的承載方向，使螺紋連接具有更高的連接強度，減少了螺紋接頭在受拉過程中的彈性伸長量，有助于密封面和臺肩面的密封。此外，該螺紋采取大角度的導向面，在上扣過程中更順暢，不易發生螺紋的錯扣和粘扣，使鋁合金管體與鋼制接頭間的配合過程更安全，高效。

附圖說明

圖1為根據本發明實施例的鋼接頭與鋁合金鉆桿管體的連接結構的整體結構示意圖；

圖2為圖1中A處的放大的結構；

圖3為圖1中B處的放大的結構。

附圖標號說明：

1、鋁合金管體外螺紋2、鋼接頭內螺紋3、鋁合金管體端面臺肩4、鋼接頭端面臺肩5、鋁合金管體密封端面6、鋼接頭密封端面7、承載接觸面8、導向面9、承載接觸面10、導向面。

具體實施方式

為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明本發明的具體實施方式。

如圖1所示，所述鋼接頭與鋁合金鉆桿管體的連接結構包括：

鋁合金管體外螺紋1，設置在所述鋁合金鉆桿管體上；鋁合金管體密封端面5，設置在所述鋁合金鉆桿管體上并連接在所述鋁合金管體外螺紋1的端部(右端)；鋁合金管體端面臺肩3，設置在所述鋁合金鉆桿管體上并連接在所述鋁合金管體密封端面5的端部(右端)，所述鋁合金管體密封端面5連接在所述鋁合金管體外螺紋1與所述鋁合金管體端面臺肩3之間；鋼接頭內螺紋2，設置在所述鋼接頭上并與所述鋁合金管體外螺紋1螺接；鋼接頭密封端面6，設置在所述鋼接頭上并連接在所述鋼接頭內螺紋2的端部(右端)；鋼接頭端面臺肩4，設置在所述鋼接頭上并連接在所述鋼接頭密封端面6的端部(右端)，所述鋼接頭密封端面6連接在所述鋼接頭內螺紋2與所述鋼接頭端面臺肩4之間；所述鋁合金管體密封端面5與所述鋼接頭密封端面6為相互配合的錐形密封面，所述鋁合金管體端面臺肩3與所述鋼接頭端面臺肩4形成密封連接。

鋁合金管體端面臺肩3，設置在所述鋁合金鉆桿管體的端部，為鋁合金鉆桿管體的端面，與密封端面5的夾角可達60度以上，甚至達到90度；鋼接頭端面臺肩4，設置在所述鋼接頭的端部，為鋼接頭的內端臺階，與鋼接頭密封端面6的夾角可達60度以上，甚至達到90度。本發明采用了雙重密封結構，一是鋁合金管體密封端面與所述鋼接頭密封端面之間的密封結構，二是鋁合金管體端面臺肩與所述鋼接頭端面臺肩形成的密封結構，通過這兩個不同部位和不同角度的密封，使密封面和臺肩面產生足夠大的接觸壓力，實現高密封性能。尤其是當各端面臺肩3與各密封端面的夾角達到90度左右時，形成了密封端面方向和臺肩面方向的相互垂直方向上的密封，不僅提高了密封的級數，而且增加了密封的方向。另外，鋁合金管體端面臺肩3與所述鋼接頭端面臺肩4形成密封連接的同時，還形成了增加鋁合金鉆桿管體與鋼接頭之間的連接扭矩的作用，使螺紋卸扣扭矩大大增加，提高了連接能力。

進一步地，所述鋁合金管體密封端面的錐度為1∶8。這個錐度，可以在壁厚不變的情況下增加螺紋的長度，增加有效螺紋的嚙合牙數，從面提高裝配后的螺紋連接的密封性能和連接強度。

進一步地，所述鋁合金管體密封端面的長度為8mm。鋼接頭與鋁合金鉆桿管體之間的主密封是采用的面與面的接觸密封，密封段的長度太短，密封接觸面太少，密封效果不好；如果密封段的長度太長，也會影響密封接觸面的接觸效果，導致密封性能變差。采用8mm的長度與是通過結構優化后得出的結果，該長度與鋁合金管體密封端面的錐度為1∶8相配合，實現了密封角度和密封長度兩方面的較佳結合。

進一步地所述鋁合金管體密封端面與所述鋼接頭密封端面為過盈配合，所述鋁合金管體端面臺肩與所述鋼接頭端面臺肩形成過盈配合，使螺紋卸扣扭矩大大增加，而且加強了螺紋接頭密封接觸面的接觸應力，實現螺紋接頭的高強度密封。

進一步地，如圖2所示，鋁合金管體外螺紋1為鉤形螺紋，如圖3所示，鋼接頭內螺紋2為鉤形螺紋，鋼接頭內螺紋2與鋁合金管體外螺紋1相互配合，鉤形螺紋能夠提供螺紋配合的承載能力。鋁合金管體外螺紋1具有鉤形承載接觸面7和導向面8，鋼接頭內螺紋2具有鉤形承載接觸面9和導向面10。所述承載接觸面與所述鋁合金鉆桿管體的管體法線的夾角α為2至5°，所述導向面與所述管體法線的夾角為8至12°，管體法線與鋁合金鉆桿管體的軸線垂直。鉤形承載接觸面7和鉤形承載接觸面9在嚙合后，能有效地增加接觸面，改善接觸應力方向，增加接頭連接處的抗拉強度，抵抗接頭的伸長變形量。

較佳地，所述承載接觸面7與所述鋁合金鉆桿管體的管體法線的夾角為3°，所述導向面8與所述管體法線的夾角為10°。導向面的角度一是影響導入的順暢，二是影響螺紋的齒厚，更重要的是，不同角度導致螺紋面在相同外載下的應力大小不同。這個角度也是通過結構尺寸優化得出的結果。

進一步地，所述鋼接頭與鋁合金鉆桿管體的連接結構通過如下方式熱裝：先將所述鋁合金管體外螺紋加熱到200±10℃，保溫30分鐘，然后與所述鋁合金管體外螺紋裝配。利用鋼材料的受熱膨脹屬性，實現裝配過程中的間隙配合或小過盈配合。在鋼接頭的溫度逐漸空冷到常溫時，由于鋼接頭的體積回縮，使螺紋鉤形承載面、錐面密封面與扭矩臺肩間的配合實現過盈配合，不僅使螺紋卸扣扭矩大大增加，而且有效地加強了螺紋接頭的連接與密封性能，實現螺紋接頭的高連接性能和密封壓力。

以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式，并非用以限定本發明的范圍。為本發明的各組成部分在不沖突的條件下可以相互組合，任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬于本發明保護的范圍。