<Desc/Clms Page number 1>
Verbindung von Bohrrohrteilen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbindung von Bohrrohrteilen beim rotierenden Tiefbohren, mit einer mit Schraubgewinde zum Einschrauben des bolzenförmigen Endes eines Bohrrohrteiles mit ver- dicktem Bohrrohrkragen und mit an das Schraubgewinde anschliessender, sich konisch nach aussen erwei- ternder Mündung versehenen Muffe.
Ziel der Erfindung ist eine betriebssichere Verbindung, bei welcher die Gefahr von Ermüdungsbrü- chen möglichst beseitigt ist und bei welcher die schwächste Stelle des ganzen Bohrrohrgestänges bewusst in den Bereich dieser Verbindung, u. zw. zwischen Muffe und Werkzeughalter, verlegt wird. Dies ist insoferne von grosser Bedeutung, da die Nichtkenntnis der Lage der schwächsten Stelle des Bohrrohrgestänges mit Gefahren verbunden ist.
Das Ziel der Erfindung wird dadurch erreicht, dass die Muffe und das bolzenförmige Ende des Bohrrohrkragens mit Schrumpfpassung ineinander gepasst sind, wobei die Mündung der Muffe bis knapp an die Elastizitätsgrenze beansprucht ist, dass zwischen dem Schraubgewinde des bolzenförmigen Endes und dem an der konischen Mündung der Muffe anliegenden Teil des Bohrrohres eine kaltgewalzte Hinterschneidung vorgesehen ist und dass die Wandstärke des Bohrrohrkragens an der Stelle der Mündung der Muffe grösser ist als die maximale Wandstärke des Gewindezapfens, mittels welchem das Bohrwerkzeug bzw. der Werkzeughalter mit dem Bohrrohrgestänge verschraubt ist.
Dadurch, dass die Mündung der Muffe durch Schrumpfpassung bis knapp an die Elastizitätsgrenze beansprucht ist, wird erreicht, dass beim Bohren, wenn zu der Beanspruchung durch die Schrumpfpassung eine Biegebeanspruchung hinzukommt, eine Aufteilung der Beanspruchung auftritt, wobei sich die Beanspruchung durch das Nachgeben der Muffenmündung auf einen weiteren Bereich des Bohrrohres verteilt und nicht auf diejenige Stelle konzentriert wird, an welcher das Bohrrohr aus der Muffe tritt. Eine derartige Konzentrierung der Beanspruchung würde, wie sich bei den bekannten Verbindungen von Bohrrohrteilen, bei welchen die Mündung der Muffe nicht bis knapp vor die Elastizitätsgrenze beansprucht ist, einen Bruch an dieser Stelle begünstigen.
Die Beanspruchung der Mündung der Muffe durchSchrumpfpassung bis knapp an die Elastizitätsgrenze bewirkt eine erhöhte Biegung des Bohrrohrendes, da dieses von der Muffenmündung nicht so fest umfasst wird wie bei einer Rohrverbindung, bei welcher die Mündung nicht bis knapp vor die Elastizitätsgrenze beansprucht ist. Diese Biegung würde zu Ermüdungsbrüchen an jener Stelle führen, an welcher die Gewindegänge beginnen und wo sich wegen der scharfen Querschnittsveränderung die Beanspruchungen konzentrieren würden.
Durch die Hinterschneidung werden die Beanspruchungen verteilt und durch das Kaltwalzen wird die aussenliegende Metallschicht in einen Druckzustand versetzt, welcher dann bei Riegebeanspruchung, welche sich auf die aussenliegende Metallschicht als Zugbeanspruchung auswirkt, lediglich ausgeglichen wird, ohne dass dabei die Hinterschneidung, wenigstens die äussere Metallschicht an dieser Hinterschneidung, auf Zug beansprucht wird. Es entsteht hiebei also keine Beanspruchungsumkehr von Druckauf Zugbeanspruchung, wenn sich das Bohrrohr während der Rotation im Bohrloch in verschiedene Richtungen biegt, und damit ist auch die Gefahr von Ermüdungsbrüchen beseitigt.
Dadurch schliesslich, dass die Stärke der Verbindung zwischen dem Bohrrohrende und der Muffe bewusst grösser gehalten ist als die Verbindung zwischen Muffe und Werkzeughalter, ist die Lage der schwäch-
<Desc/Clms Page number 2>
sten Stelle im ganzen Bohrrohrgestänge bekannt.
Vorzugsweise ist die Wandstärke des Bohrrohrkragens an der Stelle der Mündung der Muffe wesentlich grösser als die Wandstärke der Muffe an dieser Stelle. Diese Massnahme bedingt eine besondere Nachgie- bigkeit der Muffenmündung gegenüber dem Bohrrohrende.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt. Fig. 1 der Zeichnung ist ein Längsschnitt durch die Verbindung zwischen dem Ende eines Bohrrohrteiles und einem
Werkzeughalter, Fig. 2 ein Längsschnitt durch eine Verbindung zwischen den Enden von zwei Bohrrohrtei- len unter Verwendung einer Doppelmuffe und Fig. 3 ein axialer Schnitt durch eine direkte Verbindung zwischen den Enden von zwei Bohrrohrteilen.
Wie Fig. 1 zeigt, ist das Ende eines Bohrrohrkragens 10 mit einer Muffe 11 verbunden. Diese Muffell weist einen Gewindezapfen 12 zur Herstellung einer Schraubverbindung mit einem Ende eines Werkzeug- halters oder Werkzeuges 61 auf. Die Erfindung ist in gleicher Weise für eine Verbindung zwischen einem
Bohrrohrkragen und einer Muffe mit Innengewinde statt des Gewindezapfens 12 verwendbar. Der Werk- zeughalter 61 und der Gewindezapfen 12 haben ein grobes. Schraubgewinde, welches das wiederholte Her- stellen und Lösen der Schraubverbindung zwischen diesem Zapfen und einem Werkzeughalter aushält.
Die Muffe 11 ist mit einem glatten konischen Teil 20, einem zylindrischen Schraubteil 21, einem glatten, zylindrischen Teil 22 mit einem kleineren Durchmesser und mit einer senkrecht zur Bohrrohr- achse stehenden Schulter 23 am Boden der Muffe ausgebildet. Das Ende 30 des Bohrrohrkragens 10 steht im rechten Winkel zur Bohrrohrachse und weist einen glatten, bolzenförmigen Teil 31, einen zylindri- schenschraubteil 32 und einen glatten, konischen Teil 33 auf. Ferner ist eine kaltgewalzte Hinterschnei- dung 34 vorgesehen.
Die Muffe 11 und das bolzenförmige Ende 31 des Bohrrohrkragens 10 sind mit Schrumpfpassung in- einander gepasst.
Der Bohrrohrkragen unterscheidet sich vom übrigen Bohrrohrgestänge durch seine grössere Wandstärke.
Die Dicke eines Stückes des Bohrrohres ist beispielsweise durch die gestrichelte Linie 40 gezeigt. Sie stellt die Aussenwand eines Bohrrohres mit einem Durchmesser dar, der dem Innendurchmesser des Bohrrohrkragens entspricht. Zur Verbindung eines derartigen Bohrrohres mit einer Muffe ist sein Ende zur Bildung einer Wandverdickung 41 erweitert. An sie schliesst sich ein verjüngt zulaufender Teil 42 an, der einen weit kleineren Verjüngungswinkel hat. An der Stelle 43 ist der Bohrrohrkragen viel dicker. Der Aussendurchmesser der Muffe 11 ist an der Stelle 44 ebenfalls viel grösser als selbst der Durchmesser des verstärkten Teiles 41 des Bohrrohres. Dagegen entspricht der Aussendurchmesser des Bohrrohrkragens 10 im wesentlichen dem Aussendurchmesser der Muffe 11.
Bei der Verwirklichung der Erfindung dachte man zuerst, es wäre an Stelle der Schulter 46, welche den verstärkten Teil 41 mit dem kleineren Aussendurchmesser 40 des Bohrrohres verbindet, nur eine konisch verlaufende Schulter 45 notwendig, um den konisch verlaufenden Teil 42. mit dem grOSsren Aussendurchmesser des Bohrrohrkragens zu verbinden. Es hat sichjedoch gezeigt, dass in einigen Fällen die Verbindung zwischen der Muffe und dem Bohrrohrkragen10 versagte, weil sie quer zum Bohrrohrkragen zwischen der Schulter 45 und dem Muffenende 43 bei der Stelle 47 durchbrach. Durch die Erfindung wird dies vermieden.
Bei der erfindungsgemässen Verbindung tritt an Stelle des Teiles 42 bei einer bekannten Verbindung mit dem kleinen Verjüngungswinkel und der Schulter 45 der viel spitzer verlaufende Teil 33, welcher sich von dem mit voller Wandstärke ausgebildeten Abschnitt 48 des Bohrrohrkragens bis zur Hinterschneidung 34 am Schraubteil 32 erstreckt. Dadurch erhält die Mündung 50 der Muffe eine geringere Wandstärke, so dass die Schrumpfpassung die Innenfläche 51 der Mundung 50 bis knapp zur Elastizitätsgrenze, u. zw. bis ungefähr 80% hievon, beansprucht.
Wird dann die Verbindung Biegebeanspruchungen unterworfen, so wird durch diese zusätzliche Beanspruchung das Metall an der Innenfläche 51 der Mündung 50 über seine Elastizitätsgrenze hinaus derart beansprucht, dass, wenn die Beanspruchung wieder unterhalb die Elastizitätsgrenze absinkt, wenn die Biegebeanspruchung beim Drehen des Bohrrohrgestänges periodisch nachlässt, das Metall sich nicht vollkommen erholt und nicht zu seiner ursprünglichen Abmessung zurückkehrt. Auf diese Weise wird die Mündung der Muffe dauernd etwas erweitert. Dadurch wird :. der Griff.. der Muffe am Bohrrohrkragen an dieser Stelle im Vergleich zu der Festigkeit gelokkert, die man erhalten würde, wenn die Mündung der Muffe dicker und infolgedessen stark genug wäre, so dass ihre Elastizitätsgrenze nicht überschritten würde.
Dies ermöglicht ein allmählicheres Biegen des Bohrrohrkragens an der Mündung der Muffe, wodurch die Beanspruchungskonzenttation an dieser Stelle verringert wird.
Der vergrösserte Verjüngungswinkel der konischen Teile 20 und 33 hat gleichfalls eine Vergrösserung ier Wandstärke des Bohrrohrkragens 10 an der Stelle 47 zur Folge, u. zw. derart, dass diese Wandstärke grösser ist als die Wandstärke des Gewindezapfens 12 an der Stelle 60, welche der schwächste Punkt einer
<Desc/Clms Page number 3>
üblichen Verbindung einer Verbindungsmuffe mit einem Werkzeughalter ist. Infolgedessen wird die schwächste Stelle der Verbindung der Muffe mit dem Bohrrohrkragen kräftiger als der schwächste Punkt der Verbindung der Muffe mit dem Werkzeughalter.
Die Lockerung der Passung zwischen den Flächen 20 und 33 infolge der Beanspruchungsmilderung an der Fläche 51 vermindert nicht nur die Beanspruchungskonzenttation am anliegenden Teil des Bohrrohrkragens, sondern überträgt von der Beanspruchung etwas auf die Hinterschneidung 34, wo eine beträchtliche Biegungsbeanspruchung vorhanden ist, wenn sich die Verbindung während des Betriebes biegt. Zur Ver-
EMI3.1
kalt gewalzt oder anderweitig kalt bearbeitet, um ihre Oberfläche derart auszubilden, dass sie sich immer unter Druckspannung befindet, auch wenn die Verbindung gebogen wird. Durch Ausschaltung einer Bean- spruchungsumkehrung während der Biegung wird so ein Ermüdungsfehler an der Hinterschneidung 34 ver- mieden.
Da die Stärke des Bohrrohrkragens bei der Stelle 48 im Vergleich zu der Stärke eines Bohrrohres so- weit erhöht ist, dass er dicker ist als die Stelle 47, wird durch die vergrösserte Steifheit des Bohrrohrkra- gens die Beanspruchung an der Stelle 47 konzentriert. Durch die Erfindung ist die Biegebeanspruchung über die Länge des konisch verlaufenden, mit Schrumpfpassung eingepassten Teiles 33 und die Hinter- schneidung 34 durch Vergrösserung des Verjüngungswinkels verteilt worden, so dass die Stelle 47 mehr als zweimal so dick ist als die Mündung 50. Die dickere Stelle 47 leistet einem Druck kräftigen Widerstand und gestattet, die Mündung 50 bis nahe zur Elastizitätsgrenze zu beanspruchen.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind zwei Bohrrohrkragen 70 und 71 miteinander durch eine Kupplungsmuffe 72 verbunden. Jeder Muffenteil entspricht hiebei der Muffe 11 nach Fig. 1 und die Bohrrohrkragen 70 und 71 entsprechen dem Bohrrohrkragen 10 nach Fig. 1. Diese Verbindung soll eine Dauerverbindung sein und soll nicht wiederholt hergestellt und gelöst werden, wie dies bei einer Verbindung mit einem Werkzeughalter der Fall ist. Die Kupplungsmuffe 72 hat, wie die Muffe 11 in Fig. 1, einen Aussendurchmesser, der im wesentlichen dem der Bohrrohrkragen 70 und 71 entspricht.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher zwei Bohrrohrkragen 80 und 81 unmittelbar miteinander verbunden sind. Der Kragen 80 ist mit dem Kragen 10 von Fig. 1 identisch. Die Muffe am Ende des Kragens 81 ist identisch mit der Muffe 11 von Fig. 1.
PATENTANSPRÜCHE : 1.. Verbindung von Bohrrohrteilen beim rotierenden Tiefbohren, mit einer mit Schraubgewinde zum Einschrauben des bolzenförmigen Endes eines Bohrrohrteiles mit verdicktem Bohrrohrkragen und mit an das Schraubgewinde anschliessender, sich konisch nach aussen erweiternder Mündung versehenen Muffe, dadurch gekennzeichnet, dass die Muffe (11, 72, 81) und das bolzenförmige Ende (31) des Bohrrohrkragens (10) mit Schrumpfpassung ineinander gepasst sind, wobei die Mündung der Muffe (11,72, 81) bis knapp an die Elastizitätsgrenze beansprucht ist, dass zwischen dem Schraubgewinde des bolzenförmigen Endes (31) und dem an der konischen Mündung der Muffe (11,72, 81) anliegenden Teil des Bohrrohres eine kaltgewalzte Hinterschneidung (34) vorgesehen ist und dass die Wandstärke des Bohrrohrkragens (10)
an der Stelle der Mündung der Muffe (11,72, 81) grösser ist als die maximale Wandstärke des Gewindezapfens (12), mittels welchem das Bohrwerkzeug bzw. der Werkzeughalter mit dem Bohrrohrgestänge verschraubt ist.