DE1000311B - Detachable drill collar connection for deep drilling purposes - Google Patents

Detachable drill collar connection for deep drilling purposes

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DE1000311B
DE1000311B DED18724A DED0018724A DE1000311B DE 1000311 B DE1000311 B DE 1000311B DE D18724 A DED18724 A DE D18724A DE D0018724 A DED0018724 A DE D0018724A DE 1000311 B DE1000311 B DE 1000311B
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Germany
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conical
pin
neck
drill collar
shoulder
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DED18724A
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German (de)
Inventor
Dipl-Ing Arnold Von Pohl
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Mobil Oil AG
Original Assignee
Mobil Oil AG
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Publication date
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L15/00Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
    • F16L15/001Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with conical threads
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/04Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/042Threaded

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine schraubbare Schwerstangenverbindung.The invention relates to a screwable collar joint.

Es sind schon Verbindungen mit ähnlichen Kotistruktionsmerkmalen bekannt, die jedoch einem anderen Zweck dienen. Es sind dies Verbindungen zwischen dem Bohrgestänge und den Gestängeverbindern, die in erhitztem Zustand mit dem Gestänge verschraubt werden und nach dem Erkalten mit diesem eine feste unlösbare Schrumpfverbindung bilden. Sie werden nur dann gelöst, wenn infolge Abnutzung der Gestängeverbinder ausgetauscht werden muß.There are already connections with similar features of faecal construction known, but they serve a different purpose. These are connections between the drill pipe and the pipe connectors, which are screwed to the rods when they are heated and with them after they have cooled down form a permanent, non-detachable shrink-fit connection. They are only resolved if, as a result of wear and tear, the Rod connector must be replaced.

Die hier beschriebene Verbindung dient zum Verschrauben der einzelnen Schwerstangen zu einem Strang beim Einbau bzw. zum Abschrauben beim Ausbau derselben aus dem Bohrloch.The connection described here is used to screw the individual drill collars into one String for installation or for unscrewing when removing the same from the borehole.

Es sind ähnliche lösbare Verbindungen bekanntgeworden; diese haben jedoch in ihrer inneren Gestaltung gewisse Nachteile. Insbesondere fehlten diesen schraubbaren Verbindungen innere Führungsschujtern, und durch Verwendung verhältnismäßig kurzer Zapfenhälse wurden diese bei einer Durchbiegung der Schwersfangen durch verhältnismäßig große Querkräfte belastet.Similar releasable connections have become known; however, these have in their internal design certain disadvantages. In particular, these screwable connections lacked inner guide sleeves, and by using relatively short necks, these were supported in the event of a deflection the heavy catch loaded by relatively large transverse forces.

Die vorliegende Verbindung vermeidet diese Nachteile. The present connection avoids these disadvantages.

Zweck der Erfindung ist, die Schwerstangenverbindung so zu gestalten, daß die Beanspruchung im Gewindezapfen der Verschraubung gegenüber den bisher üblichen Ausführungsformen um ein Mehrfaches verringert wird, um dadurch die häufig auftretenden Brüche am Gewindezapfen zu vermeiden.The purpose of the invention is to design the drill collar connection so that the stress in the The threaded pin of the screw connection is several times that of the conventional embodiments is reduced in order to avoid the frequent breaks on the threaded pin.

Bekanntlich hat die Schwerstange den Zweck, auf den Bohrmeißel einen dem Bohrfortschritt und wegzubohrenden Gebirge angepaßten Druck auszuüben. Dadurch wird der unmittelbar über dem Meißel liegende Schwerstangenstrang außer auf Verdrehung auch auf Druck und somit auf Knickung beansprucht. Infolge seiner großen Länge knickt der Schwerstangenstrang aus, legt sich in mehreren Punkten an die Bohrlochwand an, wobei er je nach Länge und Druckkraft kürzere oder längere Wellen bildet.As is well known, the purpose of the drill collar is to drill down and away from the drill bit as the drilling progresses Pressure adapted to the mountains. This will put the one directly above the chisel lying drill collar is stressed not only on twisting but also on pressure and thus on kinking. As a result of its great length, the drill collar kinks and is applied in several points the borehole wall, forming shorter or longer waves depending on the length and compressive force.

Die Änderung der ursprünglich geraden elastischen Linie der Achse des Schwerstangenstrangs ruft Biegungsmomente hervor, die proportional der Krümmung der Biegelinie sind. Diese Biegungsmomente werden auf die Schwerstangenverbindung übertragen. Sie erreichen an den Wellenbergen und Tälern ihr Maximum und wirken sich auf die Verbindung besonders ungünstig aus, wenn sich dieselbe an diesen Stellen befindet.The change in the originally straight elastic line of the axis of the drill collar creates bending moments which are proportional to the curvature of the bending line. These bending moments will be transferred to the drill collar connection. You reach her at the wave crests and valleys Maximum and have a particularly unfavorable effect on the connection if the same applies to this Bodies located.

Da das Trägheits- und Widerstandsmoment des ungeschwächten Schwerstangenquerschnittes gegenüber demjenigen des Zapfens ein Mehrfaches beträgt, kann die Schwerstange, ohne übermäßig hoch bean-Lösbare Schwerstangenverbindung für
Tiefbohrzwecke
Since the moment of inertia and resistance of the non-weakened drill collar cross-section is several times that of the journal, the drill collar can, without excessively high bean-detachable drill collar connection for
Deep drilling purposes

Anmelder: Mobil Oil AktiengesellschaftApplicant: Mobil Oil Aktiengesellschaft

in Deutschland,
Hamburg, Steinstr. 5
in Germany,
Hamburg, Steinstrasse 5

Dipl.-Ing. Arnold von Pohl, Celle,
ist als Erfinder genannt worden
Dipl.-Ing. Arnold von Pohl, Celle,
has been named as the inventor

sprucht zu werden, ein Biegungsmoment aufnehmen und auf den Zapfen übertragen, das dieser nicht ver-to be claimed, absorb a bending moment and transmit it to the pin, which it does not

ao trägt.ao wears.

Die Beanspruchungen im Zapfen können dadurch unter Umständen die Grenze der noch zulässigen Dauerwechselbeanspruchung überschreiten, da der Zapfen beim Anziehen des Gewindes in seinen obersten Gewindegängen außerdem noch erheblich auf Zug beansprucht wird. Diese Zugbeanspruchung ist um so größer, je größer das zu übertragende Drehmoment des Schwerstangenstrangs ist.The stresses in the journal can therefore under certain circumstances exceed the limit of what is still permissible Exceed continuous alternating stress, since the pin when tightening the thread in its uppermost Thread turns is also still subject to considerable tensile stress. This tensile stress is so greater, the greater the torque to be transmitted by the drill collar.

Bild ι zeigt die Schwerstangenverbindung üblicher Bauart im geraden,Picture ι shows the drill collar connection more common Straight,

Bild 2 im ausgebogenen Schwerstangenstrang;
Bild 3 zeigt die erfindungsgemäße Ausbildung einer lösbaren Schwerstangenverbindung.
Fig. 2 in the bent drill collar;
Figure 3 shows the inventive design of a detachable drill collar connection.

Infolge des Spieles α (Bild 2) und der Abmaße im Gewindeprofil wird das Moment auf den Zapfen zum Teil durch die Kräfte HA =.— HB und QA = QB übertragen. Dies hat zur Folge, daß das Stück I1 der Muffe durch die Kraft HA eine geringere Zusammendrückung als dieselbe Strecke I1 im Zapfen erhält. Die Kraft HA wird demnach durch die stärkere Zusammendrückung der gedrückten Fasern im Zapfen so stark vergrößert, bis die Längenänderungen im Muffenstück und Zapfenstück gleich groß werden. Diese Kraft kann aber nur über die Zahnflanken der ersten Gewindegänge übertragen werden. Die im Zapfengewindegrund wirkende Schubkraft wird dadurch noch vergrößert und ein Anreißen des Gewindes an dieser Stelle begünstigt.As a result of the play α (Fig. 2) and the dimensions in the thread profile, the moment on the pin is partly transmitted by the forces H A = .— H B and Q A = - Q B. As a result, piece I 1 of the sleeve is compressed less than the same distance I 1 in the pin due to the force H A. The force H A is accordingly increased by the greater compression of the pressed fibers in the pin until the changes in length in the socket piece and the pin piece are the same. However, this force can only be transmitted via the tooth flanks of the first thread turns. The thrust acting in the base of the pin thread is thereby increased even further and tearing of the thread at this point is encouraged.

Durch die Verschraubung nach der Erfindung sollen diese Mangel behoben werden bzw. auf ein geringes Maß herabgedrückt werden.The screw connection according to the invention is intended to remedy this deficiency or to reduce it to a minor extent Measure down.

Der Gewindezapfen der Gewindeverbindung besteht nach Bild 3 erstens aus einer oberen konischen Führungsschulter a, zweitens aus einem konischenAccording to Figure 3, the threaded pin of the threaded connection consists firstly of an upper conical guide shoulder a, secondly of a conical one

Zapfenhals b ohne Gewinde, drittens aus einem unteren Zapfenstück c mit normalem Gestängeverbindergewinde und viertens aus einem unteren zylindrischen Führungszapfen d. Trunnion neck b without thread, thirdly from a lower trunnion piece c with normal rod connector thread and fourthly from a lower cylindrical guide pin d.

Dk Muffe der Gewindeverbindung gemäß der Erfindung besteht erstens aus einem innen konischen Muffenhals e, dessen oberes Ende gleichen Durchmesser mit der Fuhrungsschulter α hat und im verschraubten Zustand sich spielfrei an die Führungsschulter α anschmiegt, zweitens aus einem Mittelteil / mit dem normalen Gestängeverbindergewinde, drittens aus einer unteren zylindrischen Bohrung g, die zur Führung des unteren Zapfenendes d dient.Dk sleeve of the threaded connection according to the invention consists first of an internally conical sleeve neck e, the upper end of same diameter α with the Fuhrungsschulter and α conforms in locked position without play on the guide shoulder, and secondly of a middle part / with the normal tool joint thread, thirdly a lower cylindrical bore g, which is used to guide the lower pin end d .

Vom oberen Schulterende α bis zum Gewindeanfang der Verschraubung ist zwischen dem konischen Zapfenhals b und dem konischen Muffenhals e reichlich Spiel vorhanden, um ein leichtes Lösen und Verschrauben der Verbindung zu ermöglichen und eine eindeutige Übertragung des Biegungsmomentes der Schwerstange auf die Verbindung zu gewährleisten.From the upper shoulder end α to the start of the thread of the screw connection, there is ample play between the conical spigot neck b and the conical socket neck e to enable the connection to be loosened and screwed easily and to ensure that the bending moment of the drill collar is clearly transmitted to the connection.

Diese Übertragung des Biegungsmomentes infolge Durchfederung der Schwerstange ist statisch bestimmt. Das Moment wird durch ein Kräftepaar aufgenommen, dais an der konischen Führungsschulter α und am zylindrischen Führungsstück d angreift. DiesesThis transfer of the bending moment due to the spring deflection of the drill collar is statically determined. The moment is absorbed by a couple of forces that act on the conical guide shoulder α and on the cylindrical guide piece d . This

Kräftepaar hat die Größe QaQd= γ, und damitThe force couple has the size Q a - - Qd = γ, and thus

wird das Moment am oberen Ende des konischen Gewindezapfens M2 = Qd · c = Mj, es beträgt also nur einen Bruchteil des Momentes, das die Schwerstange aufnimmt.the moment at the upper end of the conical threaded pin becomes M 2 = Q d · c = Mj, so it is only a fraction of the moment that the drill collar absorbs.

Infolge der Länge des Zapfenhalses b und des Muffenhalses e, die mindestens ebenso lang wie das konische Zapfenstück c sind, federt die Zapfenverbindung; die Schwerstange selbst braucht dadurch nicht mehr so stark durchzufedern, um an die Bohrlochwand heranzureichen, wodurch das von der Schwerstange entwickelte Biegungsmoment noch weiter verringert wird und sich die Beanspruchung im Gewindezapfen ebenfalls vermindert.
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As a result of the length of the spigot neck b and the socket neck e, which are at least as long as the conical spigot piece c , the spigot joint is resilient; the drill collar itself no longer needs to deflect so much in order to reach the borehole wall, whereby the bending moment developed by the drill collar is further reduced and the stress in the threaded pin is also reduced.
5

Claims (4)

Patentansprüche.Claims. 1. Lösbare Schwerstangenverbindung mit einer oberen konischen Führungsschulter und einem1. Detachable collar joint with an upper conical guide shoulder and a ίο unteren zylindrischen Führungszapfen, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem zylindrischen Führungszapfen (d) ein konisches Zapfenstück (c) mit normalem Gestängeverbindergewinde beginnt, an welches sich ein mindestens gleich langer glatter konischer, bis zur konischen Schulter (α) reichender Zapfenhals (b) anschließt.ίο lower cylindrical guide pin, characterized in that behind the cylindrical guide pin (d) a conical pin piece (c) begins with a normal rod connector thread, which is followed by a smooth, conical pin neck (b) of at least the same length, reaching up to the conical shoulder (α) . 2. Lösbare Schwerstangenverbindung nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Zapfenhals (b) einen kleineren Durchmesser besitzt als die konische Ausdrehung des Muffenhalses (0) der Muffe.2. Detachable collar joint according to claim ι, characterized in that the conical pin neck (b) has a smaller diameter than the conical recess of the sleeve neck (0) of the sleeve. 3. Lösbare Schwerstangenverbindung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Führungsschulter (a) und die konische Ausdrehung des Muffenhalses (e) denselben Kegel haben und im verschraubten Zustande spielfrei ineinandergreifen.3. Detachable collar joint according to claims 1 and 2, characterized in that the conical guide shoulder (a) and the conical recess of the socket neck (e) have the same cone and engage with one another without play in the screwed state. 4. Lösbare Schwerstangenverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Führungsschulter (a) und die konische Ausdrehung des Muffenhalses (e) einen flacheren Kegel haben als das Zapfenstück (c) mit Gewinde.4. Detachable collar joint according to claims 1 to 3, characterized in that the conical guide shoulder (a) and the conical recess of the socket neck (e) have a flatter cone than the threaded pin (c). In Betracht gezogene Druckschriften:Considered publications: Deutsche Patentschriften Nr. 812905, 827935;
französische Patentschrift Nr. 873 420.
German Patent Nos. 812905, 827935;
French patent specification No. 873 420.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 60S 740/99 12.5660S 740/99 12.56
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Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3245819A1 (en) * 1981-12-17 1983-06-30 Hughes Tool Co., 77023 Houston, Tex. Drill-rod connector

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FR873420A (en) * 1939-10-09 1942-07-08 Deutsche Rohrenwerke Ag Joining the pieces of a column of sounding rods
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