反井钻机钻杆

708 编辑：中冶有色技术网来源：玉溪飛亚矿业开发管理有限责任公司

2023-12-15 10:39:33

权利要求书： 1.一种反井钻机钻杆，包括杆体(1)，其特征在于：所述杆体(1)一端设置有外螺纹(2)，所述杆体(1)的另一端设置有内螺纹(3)，所述外螺纹(2)与所述内螺纹(3)均为斜梯形锥螺纹，所述斜梯形锥螺纹的牙宽为L1，牙距为P，牙高为H1，中径的圆周到牙底的距离为H2，所述斜梯形锥螺纹的牙底与螺纹的中心线具有夹角c，所述斜梯形锥螺纹的牙的一面与螺纹中心线的垂线具有夹角a，所述斜梯形锥螺纹的牙的另一面与螺纹中心线的垂线具有夹角b。

2.根据权利要求1所述的一种反井钻机钻杆，其特征在于：所述斜梯形锥螺纹的牙宽L1为8.3～8.5mm，所述斜梯形锥螺纹的牙距P为4.2～4.4mm，所述斜梯形锥螺纹的牙高H1为

3.8～4.0mm，中径的圆周到牙底的距离H2为1.25～1.75mm。

3.根据权利要求2所述的一种反井钻机钻杆，其特征在于：所述斜梯形锥螺纹的牙宽L1为8.38mm，所述斜梯形锥螺纹的牙距P为4.32mm，所述斜梯形锥螺纹的牙高H1为3.92mm，所述斜梯形锥螺纹的中径的圆周到牙底的距离H2为1.53mm。

4.根据权利要求1所述的一种反井钻机钻杆，其特征在于：所述夹角a为44°～46°，所述夹角b为14～16°，所述夹角c为3°～5°。

5.根据权利要求4所述的一种反井钻机钻杆，其特征在于：所述夹角a为45°，所述夹角b为15°，所述夹角c为3.58°。

6.根据权利要求1所述的一种反井钻机钻杆，其特征在于：所述斜梯形锥螺纹的锥度为

1:8。

说明书：一种反井钻机钻杆技术领域[0001] 本实用新型涉及反井钻机的钻杆连接领域，特别是一种反井钻机钻杆。背景技术[0002] 反井钻机在井下工程施工中很好地替代了原传统竖井施工工艺，使工人从最危险的施工方法中解放出来，施工效率大幅提高，实现了竖井施工机械化，提升了竖井施工安全

本质化；采用柴油机行走和电动作用，双速液压驱动履带底盘，可人工手动换挡，也可根据

负载变化自动换挡和自动无级变速，操作简单；反井钻机搭载RCS操作系统智能化程度高，

安全保护功能，自动作业功能，模式选择功能(恒压模式，恒速模式)，具有高智能、高效安

全，为我公司竖井施工实现安全生产做出了很大贡献。

[0003] 玉溪飛亚矿业目前使用的两台天井钻机自投入运行以来，出现了四次拉杆(螺纹根部)断裂事故，严重影响我公司的安全生产，也增加设备运行维修费用；通过反井钻机拉

杆(螺纹根部)断裂原因分析中，得出拉杆断裂失效部位均为拉杆截面积最小处，不排除原

材料达不到设计要求；拉杆、钻杆螺纹牙形及退刀槽的结构、加工有待提高和优化，从技术

措施上解决应力集中问题；断口断面的分析认为产品生产厂家在加工制作工艺、质量可能

存在不足；如果继续使用此螺纹的拉杆、稳定杆，存在拉杆断裂重复事故的可能性。

[0004] 此前我公司使用反井钻机拉杆、钻杆、稳定杆所使用的螺纹为锥三角螺纹；通过了解同厂家、同设备在其他单位使用的情况，都存在拉杆断裂的情况，是目前反井钻机最薄弱

的一个点，通过全方面的了解，在国外许多大型反井钻机的钻杆螺纹基本都采用了斜梯形

锥螺纹，且制定了相关的企业标准—DI标准；通过对斜梯形锥螺纹牙形的分析研究和受力

分析，发现斜梯形锥螺纹牙形承受轴向拉力的能力要比三角螺纹要强得多，因而对反井钻

机这种往下钻小孔，钻具所受的压力较小，往上反扩孔径大，钻具承受较大拉力的工况特别

适用，因此考虑把梯形螺纹使用在我公司反井钻机上，消除拉杆、钻杆、稳定杆螺纹断裂的

隐患。

实用新型内容

[0005] 本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，减少了反井钻机拉杆容易断裂的问题，提供一种反井钻机钻杆。

[0006] 本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种反井钻机钻杆，包括杆体，还包括设置在杆体一端的外螺纹，设置在杆体另一端的内螺纹，外螺纹与内螺纹均为斜梯形锥

螺纹，斜梯形锥螺纹的牙宽为L1，牙距为P，牙高为H1，中径的圆周到牙底的距离为H2，斜梯

形锥螺纹的牙底与螺纹的中心线具有夹角c，斜梯形锥螺纹的牙的一面与螺纹中心线的垂

线具有夹角a，斜梯形锥螺纹的牙的另一面与螺纹中心线的垂线具有夹角c。

[0007] 进一步地，斜梯形锥螺纹的牙宽L1为8.3～8.5mm，斜梯形锥螺纹的牙距P为4.2～4.4mm。

[0008] 进一步地，斜梯形锥螺纹的牙高H1为3.8～4.0mm，中径的圆周到牙底的距离H2为1.25～1.75mm。

[0009] 进一步地，斜梯形锥螺纹的牙底面与牙顶面平行，且均与螺纹中心线具有夹角c，夹角c为3°～5°。

[0010] 进一步地，夹角a为44°～46°，夹角b为14～16°。[0011] 进一步地，斜梯形锥螺纹的锥度为1:8。[0012] 本实用新型具有以下优点：本实用新型的一种反井钻机钻杆，其采用的斜梯形锥螺纹连接结构，在弯曲应力、剪切应力和挤压应力的承受能力要超于目前反井钻机钻杆采

用的三角形螺纹，降低了螺纹根部断裂的风险。

附图说明[0013] 图1为斜梯形锥螺纹的外形示意图；[0014] 图2为斜梯形锥螺纹牙形示意图；[0015] 图3为普通三角螺纹受力简图；[0016] 图4为普通三角形螺纹与斜梯形锥螺纹的螺纹展开对比示意图；[0017] 图中，1?钻杆，2?外螺纹，3?内螺纹。具体实施方式[0018] 为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显

然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处

附图中描述和示出的本实用新型实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0019] 因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型

中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施

方式，都属于本实用新型保护的范围。

[0020] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

[0021] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0022] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者

是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的

方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装

置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型

的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要

性。

[0023] 在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，

或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介

间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理

解上述术语在本实用新型中的具体含义。

[0024] 在本实施例中，如图1所示，一种反井钻机钻杆，包括杆体1，还包括设置在杆体1一端的外螺纹2，设置在杆体另一端的内螺纹3，外螺纹2与内螺纹3均为斜梯形锥螺纹，斜梯形

锥螺纹的牙宽为L1，牙距为P，牙高为H1，中径的圆周到牙底的距离为H2，斜梯形锥螺纹的牙

底与螺纹的中心线具有夹角c，斜梯形锥螺纹的牙的一面与螺纹中心线的垂线具有夹角a，

斜梯形锥螺纹的牙的另一面与螺纹中心线的垂线具有夹角c；优选的，斜梯形锥螺纹的牙宽

L1为8.38mm，斜梯形锥螺纹的牙距P为4.32mm；优选的，斜梯形锥螺纹的牙高H1为3.92mm，

中径的圆周到牙底的距离H2为1.53mm。斜梯形锥螺纹的牙底面与牙顶面平行，且均与螺纹

中心线具有夹角c，夹角c为3.58°。夹角a为45°。夹角b为15°，斜梯形锥螺纹的锥度为1:8。

[0025] 斜梯形锥螺纹强度计算可参照普通三角螺纹的强度计算方法进行计算，计算螺纹牙形的剪切、弯曲、挤压强度是螺纹直径可取梯形锥螺纹基面处大径进行计算。

[0026] 斜梯形锥螺纹螺杆部分的整体拉伸强度计算[0027] 斜梯形锥螺纹公接头部分的外径d可按公接头根部外径d2进行计算，对于钻机用钻杆而言，接头内部还有中心孔d3，其整体拉伸强度

[0028][0029] (1)式中F———斜梯形锥螺纹公接头所承受的轴向拉力；[0030] [σ]———接头材料的许用拉应力。[0031] 斜梯形锥螺纹牙形的剪切强度计算[0032] 如图3所示，作用于每圈螺纹上的轴向载荷P1[0033] 由螺纹牙沿周向悬臂梁根部断面的剪切所平衡，假设剪应力平均分布在牙根端面上，斜梯形锥螺纹公接头所承受的轴向拉力为F，螺纹有效作用牙数为n，斜梯形锥螺纹牙形

的螺纹牙根宽度为L1，则P1＝F*n，斜梯形锥螺纹牙形的剪切强度条件为

[0034][0035] (2)式中d4———对斜梯形锥螺纹而言可取基面处螺纹小径尺寸；[0036] [τ]———接头材料的许用剪应力。[0037] 由图4可以看出，对于具有同样牙高和内外径的斜梯形锥螺纹和三角形螺纹，由于斜梯形锥螺纹牙形的外螺纹大径处牙宽大于三角形螺纹，当二者牙形夹角相同时，斜梯形

锥螺纹牙形的螺纹牙根宽度L1大于三角形螺纹的牙根宽度a，从而斜梯形锥螺纹牙形的剪

切强度要高于三角形螺纹。

[0038] 斜梯形锥螺纹牙形的弯曲强度计算[0039] 计算斜梯形锥螺纹牙形的弯曲强度时，同样应把螺纹牙展开，把螺纹牙看作是在螺纹牙高度中点处受到平均分布力P1作用下的悬臂梁，如图4所示，其最大弯曲应力

[0040][0041] (3)式中[σ]w———接头材料的许用弯曲应力。由此可以看出斜梯形锥螺纹牙形的弯曲强度要高于三角形螺纹。

[0042] 斜梯形锥螺纹牙形的挤压强度计算[0043] 同样，每圈螺纹所受的作用力P1对螺纹牙型的平均挤压应力[0044] (4)式中[σ]j———接头材料的许用挤压应力。[0045] 可以看出，对于具有同样牙高和内外径的斜梯形锥螺纹和三角形螺纹，由于大小径尺寸相同，从而斜梯形锥螺纹牙形的挤压强度与三角形螺纹也相同。在计算斜梯形锥螺

纹牙形的强度时，必须同时满足式(2)、式(3)、式(4)3个条件，如内螺纹的材料与外螺纹相

同，可不必计算内螺纹的弯曲和剪切应力，因为内螺纹的受弯和受剪断面积比外螺纹大，相

应的应力值肯定小于外螺纹，但当内外螺纹所采用的材料不同时，其牙形强度必须分别进

行计算。

[0046] 通过对斜梯形锥螺纹牙形的分析研究和强度计算比较，发现斜梯形锥螺纹牙形承受轴向拉力的能力要比三角螺纹强得多，因而对反井钻机钻具等承受较大拉力的工况设备

特别适用。

[0047] 具体实施例：采用普通螺纹刀盘拉杆与本发明提出的斜梯形锥螺纹进行对比试验，普通螺纹刀盘拉杆使用至断裂的寿命为340，本实用新型使用至450m时未出现断裂情

况。

[0048] 尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进

行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应

包含在本实用新型的保护范围之内。