DE2316059B2

DE2316059B2 - Gewinderohrverbindung für Verrohrungen, insbesondere von Ölbohrlöchern

Info

Publication number: DE2316059B2
Application number: DE2316059A
Authority: DE
Inventors: Yasuhide Fujioka; Mitami Inagaki; Wakayama Kainan; Takeshi Ryujin; Shuji Yoshida
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1972-03-31
Filing date: 1973-03-30
Publication date: 1974-04-25
Also published as: FR2178947B1; CS180613B2; US3850461A; DE2316059A1; AR206593A1; GB1413230A; NL7304475A; FR2178947A1; IT986631B; CA970411A; NL152956B; DE2316059C3

Description

aufnimmt, wobei die Endabschnitte der Rohrlän- Eine Gewinderohrverbindung dieser Art ergibt

sen außensehig jeweils ein gewindefreies Vorder- 20 sich aus der USA.-Patentschrift 3 307 860.

ende mit gleicher Konizität und im wesentlichen Die Bedingungen, unter denen die Rohre verwen-

' ' gleicher axialer Länge wie der erhöhte Abschnitt det werden und die Erfordernisse, die an solch.!

der Kupplungsmuffe besitzen und eine erste Me- Rohre gestellt werden, haben sich von Jahr zu Jahr

tall-auf-Metall-Abdichlung zwischen dem erhöh- immer schwieriger gestaltet. EHöi- und Erdgasboh-

ten Abschnitt der Muffe und dem außenseitigen 25 rungen sind häufig bis in eine Tiefe von mehr als

gewindefreien Vorderende des Rohrendabschnitts 5000 m vorgetrieben worden, und der Typ der mit

sowie eine zweite Abdichtung zwischen der Dich- Gewinde v^r ehenen rohrförmigen Auskleidungen,

tung in der ringförmigen Nut der Muffe und dem die für solu.c Bohrungen verwendet wurden, ist über

vordersten Gewindekamm des Außengewindes die vielen jähre einem Wandel unterzogen worden

des Rohrendabschnittes gebildet sind, da- 30 und verschiedene neue Typen von Gewinderohrver-

durch gekennzeichnet, daß der erste bindungen sind vorgeschlagen und auch benutzt wor-

Gewindekamm (11) des Außengewindes (2) jedes den. Fs ist einzusehen, daß bei einem Rohrstrang,

Rohrendabschnittes (1) rohrendseitig ein Fußteil der sich in eine Tiefe von mehr als 5000 m erstreckt,

(g) aufweist, durch dessen Kontakt mit der dem die oberste Rohrverbindung das gesamte Gewicht

erhöhten Abschnitt (6) der Kupplungsmuffe (4) 35 der Verrohrung aufnehmen muß, selbst wenn keine

,benachbarten Seitenwand (27) der Nut (7) eine äußere Kraft ausgeübt wird und die Verrohrung in

weitere Metall-auf-Metall-Abdichtung gebildet einfacher Weise aufgehängt ist. Da die üblicherweise

ist- benutzten Rohre heute zwischen 6 und 50 kg/m

2. Gewinderohrverbindung nach Anspruch 1, Rohrlänge wiegen, entstehen riesige Belastungen, die dadurch gekennzeichnet, daß das konstante Maß 40 durch die Gewinde aufgenommen werden müssen. (C), um welches der gewindefreie Abschnitt (6) F_au_s die Verrohrung dazu benutzt wird, das ßohrerhöht ist, zwischen 0,1 und 0,4 mm und die loch zu bohren, muß die Kupplung zusätzlich zu der axiale Erstreckung des Abschnittes (6) das Ein- Zugbelastung einer hohen Drehmomentbelastung bis Zweifache einer Gewindesteigung betragen. widerstehen können.

3. Gewinderohrverbindung nach den Ansprü- 45 Eine im Zusammenhang mit der Verrohrung aufchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die tretende Schwierigkeit besteht darin, daß die Kupp-Kupplungsmuffe (4) einen weiteren inneren Vor- i_ung zwischen einander zugeordneten, mit Gewinde sprung bzw. eine innere Schulter (15) mit einer versehenen Elementen beim Auftreten einer großen Anschlagfiäche (17) aufweist, wobei eine dritte Zugbelastung locker wird, was zu einer Beeinflus-Metall-gegcn-Mctall-Abdichtung zwischen der 50 sung der lecksicheren Eigenschaften der Kupplung Stirnfläche (16) des Rohrendabschnittes (1) und führt.

der Anschlagfläche (17) gebildet ist. Zwar sind bei der eingangs genannten bekannten

4. Gewinderohrverbindung nach den Ansprü- Gewinderohrverbindung für Verrohrungen zwei Abchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dichtungen vorgesehen, und zwar rine erste Metall-Dichtung (12) aus TetraUuoräthylen besteht. ₅₅ auf-Metall-Abdichtung zwischen dem erhöhten Abschnitt der Muffe und dem außenseitigen gewindefreien Vorderende des Rohrendabschnitts und eine

zweite Abdichtung zwischen der Dichtung in der

ringförmigen Nut der Muffe und dem vordersten Gc-60 windckamm des Außengewindes des Rohrcndab-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gewinderohr- schnittes gebildet, doch ist eine weitere Verbesserung verbindung für Verrohrungen, insbesondere von öl- der Abdichtung wünschenswert,
bohrlöchern, deren Rohrlängen konische, mit Aufgabe der Erfindung ist es, eine lecksichcre

Außengewinde versehene Endabschnitte aufweisen, Verbindung zu schaffen, die die obenerwähnten growelchc durch Kupplungsmuffen mit den Außengc- 65 ßen Kräfte aufnehmen kann.

winden der Rohrabschnitt angepaßten Inncngcwin- Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch

den verbunden sind, die jeweils innenscitig des In- gelöst, daß der erste Gewindekamm des Außengenengewindes einen sich radial nach innen erweitern- windes jedes Rohrendabschnittes rohrendseilig ein

"■? 3 4

Fußteil aufweist, durch dessen Kontakt mit der dem Der gewindefreie Abschnitt 6 ist um ein Maß C in erhöhten Abschnitt der Kupplungsmuffe benachbar- bezug auf die Verlängerung der Profillinie 10 erhöht, ten Seitenwand der Nut eine weitere Metall-auf-Me- d, h in bezug auf die radiale Abmessung eines ko-IaU Abdichtung gebildet ist. Durch diese dritte Dich- nisch zulaufenden Vorderendes 9 des Rohrendabtung, die eine weitere Metall-auf-Motall-Abdichtung 5 schnittes. Nach theoretischen Bemessungen ist eine darstellt, wird nicht nur die Gesr ^abdichtung ent- zusätzliche Dicke C von 0,05 bis 0,20 mm geeignet, sprechend der zusätzlichen Dichtwirkung verbessert, Berücksichtigt man jedoch die Genauigkeit des Gesondern die Abdichtwirkung der Dichtung in der Nut windeschneidens und die Genauigkeit bei dem Zuwird wesentlich erhöht, da sie unter extrem hohem sammensetzen und Verschrauben der Verbindung, so Druck auf Grund der dritten Abdichtung steht, die io ist es besser, diesen Wert im Bereich zwischen 0,10 eine Metall-auf-Metall-Abdichtung ist. bis 0,40 mm zu wählen. Wenn der Rohrabschnitt in Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise die Kupplungsmuffe eingeschraubt wird, trifft das dargestellt. Es zeigt vordere Ende des Außengewindes 11 auf die Dich-F i g, 1 einen Teilschnitt durch eine bekannte Ce- tung 12, die aus Tetrafluoräthylen bestehen kann, winderohrver'oindung, _{l5 unc}i drückt diese gegen den Boden der Nut 7. Bei Fιig.2 eine vergrößerte Darstellung eines Teil- einem weiteren Eindringen des Rohrendabschnittes 1 schnittes durch einen zentralen Teil der Kupplungs- übergreift das Vorderende 9 möglicherweise die muffe, der durch den Kreis mit gestrichelter Linie in Nut 7, und es tritt ein Reibschluß zwischen der äuße- ; ;4^: , F i g·, 1 angedeutet ist, _ren Fläche 8 des Vorderendes 9 und des inneren Abv 1 ^f F i g. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Teil- 20 Schnitts 6 der Kupplungsmuffe ein. Da die radiale JS- schnittes durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Abmessung des Abschnittes 6 um das Maß C verrinf ^ Rohrabschnitt, und g_ert j_{stj w};_rd der Kontaktdruck zwischen den inein-[ 4., F i g. 4 und 5 Teilschnitte entsprechend den F i g. 2 andergreifenden Flächen der Abschnitte 6 und 8 pro-[" " ^unü 3 einer abgeänderten Ausführungsform der Ge- gressiv erhöht, wenn das Vorderende 9 unter Drewinderohrveirbindung gemäß der Erfindung. 25 hung durch Ausüben eines progressiv ansteigenden l'i> In Fig. 1 ist eine Kupplungsmuffe dargestellt, de- Drehmomentes vorgeschoben v/'wi, das die Reibung ; ren linke Seite mit einem Rohrabschnitt verbunden zwischen diesen beiden Flächen übersteigt. Auf diese ist, und in den F i g. 2 und 3 sind Ausschnitte aus der Weise kann ein flächenkontakt, bei dem Metall auf ; , Kupplung und dem Rohrabschnitt in vergrößertem Metall liegt, mit einem Kontaktdruck, der größer als

Maße dargestellt. ₃o der auf die Tetrafluoräthylenpackung einwirkende

ζ ' Die dargestellte Gewinderohrverbindung besteKt Druck ist, erhalten werden, wenn der Rohrendab-

T_fa aus einem mit Außengewinde versehenen Röhrend- schnitt in die beabsichtigte Endstellung am Ende des

t abschnitt eines Rohrabschnittes 1 und einem zugehö- Zusammenbaus gebracht ist. Die Länge der Kontakt-

rigen Teil einer Kupplungsmuffe4, wobei der Rohr- fläche, d.h. der Fläch ■ des Kontaktes zwischen den

f abschnitt mit einem anschlaglosen Außengewinde 35 Abschnitten 6 und 8, sollte das Ein- bis Zweifache

entsprechend dem API-Standard (Amerikanisches der Gewindesteigung nicht überschreiten, damit sich

Petroleum Institut), das auf einem konischen Teil mit das gewindefreie Vorderende 9 nicht verbiegt oder

j einer Konizität von '/je geschnitten ist, und die eine ständige Deformation erfährt. Außerdem sollten

! Kupplung mit Innengewinde entsprechend dem beide ineinandergreifende Teile st aick wie möglich

'; API-Standard versehen ist, das auf einem entspre- 40 ausgeführt werden.

chend konisch zulaufenden Abschnitt der gleichen Zusätzlich zu diesen beiden Abdichtungen ist eine Konizität geschnitten ist. Der Innendurchmesser der dritte Abdichtung vorgesehen, die im Zusammen- ;' Kupplungsmuffe 4 ist im Bereich des Zentrums die- hang mit den F i g. 2 und 3 näher erläutert ist. Sie ist ser Kupplung verringert. Die Kupplungsmuffe 4 ver- dadurch gebildet, daß der Kontakt zwischen der Seijüng'i sich nach innen bzw. erweitert sich nach außen 45 tenwand 27 der die Dichtung 12 aufnehmenden Nut : und weist eine maximale Wandstärke und einen mi- an der dem Zentrum 5 zugewandten Seite der nimalen inneren Durchmesser im Zentrum bzw. in Kupplungsmuffe4 in Fig.2 mit dem ersten Gewindeder Mitte zwischen den einander gegenüberliegenden kamm 11 des Gewindes des Rohrendabschnittes geEnden auf. maß F i g. 3 besonders vollkommen ausgebildet ist. Die Kupplungsmuffe 4 weist einen sich nach innen 5° Dies wird durch die Anordnung eines senkrechten erweiternden gewindefreien zentralen Abschnitt 6 Fußteiles g am ersten Gewindekamm erzielt. Bei auf, der sich zumindest über einen axialen Bereich, dieser Ausgestaltung kann der Fußteil g, selbst der mit 6 bezeichnet ist, entsprechend dem Ein- bis wenn das vordere Ende des Gewindes unvollkommen Zweifachen einer Gewindesteigung zu beiden Seiten ist. eine perfekte Flächenberührung mit der entspredes Zentrum? mit einer Konizität von ¹Ae erstreckt, 55 chenden Eckfläche der Seitenwand 27 der Nut 7 wobei der zentrale Bereich an beiden Enden in einer herbeiführen und durch die Flächenberührung mit ringförmigen Nut 7 endet, die eine Dichtung 12 auf- einem Metall-auf-Metall-Kontakt eine dichte Abnimmt und sich in axialer Richtung über einen Be- sperrung erzielt werden. Hierdurch kann ein extrem reich entsprechend dem 1- bis l,5fachen einer Ge- hoher Druck auf die Dichtung ausgeübt werden, und windesteigung erstreckt. Das anschlaglose Gewinde 60 eine Leckage durch diese Fläche kann somit vollist über einen nach außen sich erstreckenden, von ständig vermieden werden. Versuche haben bewieder ringförmigen Nut ausgehenden Bereich vorgese- sen, daß die wirksamste Höhe des Fußteils g im wehen. Der Rohrabschnitt 1 weist e^;n gewindefreies sentlichen unabhängig von der Größe der Verbin-Vordcrende 9 auf, das sich nach seiner Richtung mit dung ist und etwa zwischen 0,40 und 0,80 mm liegt, der gleichen Konizität und im wesentlichen der glei- 65 sofern es sich um ein Anschlaggewinde entsprechend chen axialen Länge wie der erhöhte Abschnitt 6 der dem API-Standard handelt.

Kupplungsmuffe erstreckt, um hierdurch einen engen Die F i g. 4 und 5 zeigen eine andere Ausführungs-

Flächenkontakt zwischen diesen Flächen zu erzielen. form der Gewinderohrverbindung. Diese Ausfiih-

rungsform stimmt grundsätzlich mit der weiter oben beschriebenen mit der Ausnahme übcrcin, daß die Kupplungsmuffe 4 bei dieser Ausführungsform eine innere Schulter 15 aufweist, die eine dritte Abdichtung bildet, wenn an ihr die Stirnfläche 16 des Vorderendes 9 des Rohrendabschnklcs 1 anliegt. Jede Seite der Schulter 15 dient als Abdichtung, wie dies bei 17 angezeigt ist, und wird durch die Stirnfläche 16 des Vorderendes 9 am Ende des Zusammenschraubend nach der Vollendung der weiter obenerwähnten ersten und zweiten Abdichtung berührt. Auf diese Weise kann das Zusammenschrauben beendet werden durch das Feststellen eines plötzlichen Drehmomentanstieges beim Auftrcffcn der Stirnfläche 16 an der Ansc'hlagflächc 17. Auf diese Weise wird nicht nur eine zusätzliche wirksame Abdichtung im Zusammenhang mit der zusätzlichen dritten Abdichtung auf Grund eines Mclall-auf-Metall-Kontaktcs zusätzlich zu den obenerwähnten ersten und zweiten Abdichtungen, sondern auch ein weiterer Vorzug erzielt, der darin besteht, daß man in der Lage ist, das Ende des Zusammenschraubens auf Grund des Anstieges des ausgeübten Drehmomentes festzustellen, was im Hinblick auf die Rationalisierung der Geländearbeitskontrollen vorteilhaft ist. Während die dritte Abdichtung bei der Ausführungsform nach den Fig.4 und 5 in Form der einfachsten Flächcnbe'/ührungsabdichtung mit zwei ebenen Flächen ausgebildet ist, ist es möglich, einzigartige und zusätzliche Wirkungen durch Veränderungen der Abdicht flächen zu erzielen. Beispielsweise kann die Abdichtung in der Art einer Abdichtung mit verschiebbarem Kontakt mit kugelförmigen oder flachen Flächen oder einer Kombination hieraus aufgebaut sein, oder sie kamin aus ineinandergreifenden konvexen und konkavcii Flächen bestehen.

Wie dies weiter oben beschrieben wurde, ist es mit der Gewinderohrverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher ein /svangläufigcr Mctall-gcgcn-Mctall-Kontakt und falls notwendig ein zusätzlieher Mctall-gcgcn-Mctall-Kontakt zwischen der AnschlagfJäche 17, gebildet durch eine innere zentrale Schulter an der Kupplungsmuffe, und einer Stirnfläche 16 des Vordcrcndes des RohrcndabschniUcs zur lccksichcrcn Abdichtung zwischen den mit Gc-

ao winde versehenen Elementen zusätzlich zu der Abdichtung durch die Dichtung vorgesehen sind, möglich, eine perfektere und wirkungsvollere Abdichtung zu erhalten, als dies bei den bekannten Rohrvcrb'mdtingcn möglich war. Die vorliegende Erfindung crmöglichi somit eine Rohrverbindung mit überlegenen lccksichcrcn Eigenschaften.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

2 316 069 1 2 den gewindefreien Abschnitt, der um ein bestimmtes Palentansprüche: Maß gegenüber einer konischen, durch die KeSi ne des Innengewindes gebildeten Profillinie erhöht ist

1. Gewinderohrverbindung für Verrohrungen, und dessen Innenfläche sich parallel zu dieser Profilinsbesondere von ülbohrlöchem, deren Rohrlän- 5 linie erstreckt, und eine ringförmige Nut zwischen gen konische, mit Außengewinde versehene End- dem gewindefreien Abschnitt und dem Innengewinde abschnitte aufweisen, welche duch Kupplungs- aufweisen, welche eine Dichtung aufnimmt, wobei muffen mit den Außengewinde» der Rohrendab- die Endabschnitte der Rohrlängen außenseitig jeweils schnitte angepaßten Inr engewinden verbunden ein gewindefreies Vorderende mit gleicher Konizililt sind, die jeweils innenseitig des Innengewindes io und im wesentlichen gleicher axialer Länge wie der einen sich radial nach innen erweiternden gewin- erhöhte Abschnitt der Kupplungsmuffe besitzen und defreien Abschnitt, der um ein bestimmtes Maß eine erste Metall-auf-Metall-Abdichtung zwischen gegenüber einer konischen, durch die Kämme des dem erhöhten Abschnitt der Muffe und dem außen-Innengewindes gebildeten Profillinie erhöht ist seitigen gewindefrsien Vorderende des Rohrabschnit- und dessen Innenfläche sich parallel zu dieser 15 tes sowie eine zweite Abdichtung zwischen der Dich-Profillinie erstreckt, und eine ringförmige Nut lung und der ringförmigen Nut der Muffe und dem zwischen dem gewindefreien Abschnitt und dem vordersten Gewindekamm des Außengewindes des Innengewinde aufweisen, welche eine Dichtung Rohrabschnittes gebildet sind.