DE1085474B - Rohrverbindung fuer Bohrlochrohre, unter Verwendung eines Kunststoffklebers - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es ist bereits ein Verfahren zum Sichern und Dichten von Schraubverbindungen, Schraubverschlüssen usw. bekanntgeworden, wobei zwischen die ineinandergreifenden Gewindegänge der Schraubverbindungen eine Schicht eines gut haftenden, zähelastisehen, plastischen, nicht erhärtenden klebenden Bindemittels gebracht wurde, welches jeder Relativbewegung der ineinandergreifenden Flächen einen starken Widerstand entgegensetzte und diese Flächen so fest miteinander verband, daß dadurch eine sichernde, jedoch noch lösbare Verbindung erzielt wurde. Diese Schraubverbindungen dienten ausschließlich zur Übertragung von Kräften, die etwa senkrecht zur Richtung der Gewindegänge lagen, jedoch nicht zur Übertragung von Drehkräften. Es sollte durch das bekannte Verfahren zum Sichern der Schraubverbindungen im wesentlichen das Glatthämmern der einander berührenden Gewindeseiten vermieden werden und damit von vornherein ein wachsendes Spiel zwischen den Gewindegängen der angezogenen Schraubenverbindungen mit Sicherheit ausgeschaltet werden. Dabei sollten die Schraubenverbindungen sich jederzeit und um jeden gewünschten Betrag nachziehen oder ganz lösen lassen. Die Anwendung eines derartigen Verfahrens für Bohrlochrohre ist nicht möglich, da die Schraubverbindung von Bohrlochrohren zur Übertragung von Drehkräften, insbesondere bei der Bohrbewegung, dienen muß. Während für das bekannte Verfahren, wie ausdrücklich festgestellt, erhärtende Kleber nicht verwendbar sind, sind zur Verbindung von Bohrlochrohren nicht erhärtende Kleber unbrauchbar.

Unter dem Begriff »Bohrlochrohre« werden Gestängerohre, Futterrohre und Pumprohre verstanden. Die Gestängerohre haben die Aufgabe, das Drehmoment auf das Bohrwerkzeug zu übertragen und ihm die Spülflüssigkeit zuzuführen. Die Futterrohre kleiden das Bohrloch aus. Sie verhindern, daß die Bohrung einfällt, dichten nach außen gegen Wassereinbrüche u. dgl. und nach innen gegen öl- und Gasdruck ab. Die bereits in einem Bohrloch eingebauten Futterrohre können beim Weiterbohren durch die Gestängerohre mitgenommen werden. Es besteht daher die Gefahr, daß sich die Futterrohre losschrauben, so daß sie bisher durch Heftschweißungen oder BoI-zen gegen Lösen gesichert werden mußten. Die Pumprohre werden in das Bohrloch eingeführt und dienen zum Fördern des Erdöls entweder durch den Lagerstättendruck oder durch Pumpen.

Die Rohrverbindungen der Gestängerohre sollen erhebliche Längs- und Drehkräfte übertragen. Sie müssen Dichtigkeit gegen das Spülmittel gewährleisten und mit möglichst geringem Arbeits- und Zeitaufwand verschraub- und lösbar sein. Durch die Rohrverbindung für Bohrlochrohre,
unter Verwendung eines Kunststoffklebers

Anmelder:

Phoenix-Rheinrohr Aktiengesellschaft

Vereinigte Hütten- und Röhrenwerke,

Düsseldorf

Dipl.-Ing. Wolfgang von Creytz

und Dipl.-Ing. Werther Pavel, Düsseldorf,

sind als Erfinder genannt worden

Rotation der Gestängerohre im Bohrloch bzw. Futterrohr tritt am Bohrgestänge Verschleiß ein. Um diesen Verschleiß zu lokalisieren, sind die Rohrverbindungen dicker ausgebildet als das übrige Rohr. Sie können auch zusätzlich noch mit Verschleißauflagen aus härterem Material versehen sein.

Da die Verbindung, wie bereits eingangs gesagt, häufig gebrochen werden muß, ist auch das Gewinde erhöhtem Verschleiß und Beschädigungen unterworfen. Diesen Erscheinungen ist bei den bekannten Gestängerohrverbindungen dadurch Rechnung getragen, daß die Gestängerohre nicht direkt, sondern mit Hilfe von Gestängerohrverbindern verbunden sind, die Gewinde zur Verbindung mit dem entsprechenden Gestängerohrverbinder des Gegenrohres tragen.

Die Gestängerohrverbinder sind mit dem Gestängerohr selbst entweder durch ein weiteres, beispielsweise ein Feingewinde verbunden oder gegebenenfalls unter Verwendung eines Transportgewindes auf dem Gestängerohr aufgeschrumpft oder aber stumpf mit dem Gestängerohr verschweißt.

Diese bekannten Rohrverbindungen für Gestängerohre bringen folgende Nachteile mit sich: Der aufgeschraubte Gestängerohrverbinder kann sich bei erhöhtem Bohrwiderstand weiter auf die Bohrrohre aufschrauben, was zur Zerstörung des Gewindes führen kann. Da das konische, in das Gestängerohr eingeschnittene Gewinde aus bekannten Gründen nicht in seiner ganzen Länge in das Gegengewinde des Gestängerohrverbinders eingreifen kann, treten an der Grenze des Eingriffs beider Gewinde, im durch das

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Gewinde bereits geschwächten, aber noch nicht verschraubten Rohrquerschnitt, leicht infolge der schwellenden Belastung Dauerbrüche auf.

Der aufgeschrumpfte Gestängerohrverbinder vermeidet zwar diesen Nachteil und ergibt einen besseren Kraftfluß, doch ist er wegen der geringen zulässigen Toleranzen teuer in der Herstellung, und es besteht auch hier die Gefahr des Weiteraufschraubens bei erhöhtem Bohrwiderstand mit den unerwünschten Folgeerscheinungen.

Beide Nachteile werden beim stumpfgeschweißten Gestängerohrverbinder vermieden, doch ist in diesem Falle beim Austausch des Verbinders Rücksendung des Rohres zum Herstellerwerk notwendig, während die kraftverschraubten und aufgeschrumpften Gestängerohrverbinder zwar nicht an der Baustelle, jedoch im Lager auf dem ölfeld ausgewechselt werden können.

Bei Futter- und Pumprohren, die praktisch kaum Drehkräfte zu übertragen haben, bei denen jedoch durch Mitnahme beim Weiterbohren Drehkräfte, wie eingangs geschildert, zusätzlich auftreten können, sind direkte oder Muffenverbindungen vorgesehen, die zusätzlich etwas gegen Aufschrauben gesichert werden, beispielsweise durch Heften mittels eines Schweißstiftes od. dgl. Sie müssen die Übertragung von Längskräften ermöglichen und sollen gegen Innen- und Außendruck von Flüssigkeiten und Gasen dicht sein.

Bei den bisher bekannten Rohrverbindungen wurde angestrebt, die gesamte Kraftübertragung und zum Teil auch die Dichtung durch Formgebung der Verbindung zu erreichen, so daß der Ausbildung der Gewinde und gegebenenfalls der Dichtflächen große Aufmerksamkeit gewidmet werden und die Bearbeitung mit entsprechender Genauigkeit, d. h. erheblichem Aufwand durchgeführt werden mußte.

Als weiteres Mittel zur Erzielung der Dichtigkeit der Rohrverbindungen ist es bekannt, Schmier- und Dichtmittel, die beispielsweise aus Fetten und festen Beimengungen bestehen, auf die Gewinde aufzubringen. Dabei tritt die Schwierigkeit auf, daß die Fette dem Angriff der geleiteten Medien gegenüber nicht resistent sind. Weiterhin begünstigt ein Schmiermittel zwar die Lösebewegung, jedoch auch das weitere Aufschrauben bei erhöhtem Bohrwiderstand, was nach Möglichkeit verhindert werden soll.

Die vorliegende Erfindung vermeidet die geschilderten Nachteile und gibt eine Rohrverbindung für Bohrlochrohre an, die allen auftretenden Forderungen entspricht, wobei vorzugsweise die bisher bekannten, gegebenenfalls mit geringerer Genauigkeit hergestellten Gewinde Verwendung finden und beim Aufschrauben ohne Anwendung eines Schmiermittels ein Schmiereffekt eintritt, der in einen festen Halteeffekt während der Dauer der Verbindung übergeht und beim Lösen gegebenenfalls durch zusätzliche Behandlung wiederum einem Schmiereffekt weicht.

Die Erfindung besteht in der Verwendung eines ohne Abscheidung von flüchtigen Bestandteilen härtenden Kunststoffklebers als Füllung des Raumes zwischen den zu verbindenden Gewindeteilen einer Dauerverbindung für Bohrlochrohre.

Als Dauerverbindungen sind hier solche Verbindungen von Bohrlochrohren zu verstehen, die im Betrieb in der Regel während einer langen Zeit nicht gelöst zu werden brauchen.

Bei Gestängerohren wird die erfindungsgemäße Verwendung des Kunststoffklebers so ausgeführt, daß der Raum zwischen dem Gewinde des Gestängerohres und dem zugehörigen Gewinde des Gestängerohrverbinders den Kunststoffkleber aufnimmt und die Verbindung der Gestängerohrverbinder untereinander in an sich bekannter Weise ohne Verwendung von Klebern erfolgt. Es ist dabei sowohl möglich, kraftverschraubte Gestängerohrverbinder zu verwenden, als auch aufgeschrumpfte Gestängerohrverbinder, die lediglich ein Transportgewinde besitzen.

Wird ein kraftverschraubter Gestängerohrverbinder gewählt, so wird die Verbindung bei Außentemperatüren hergestellt; wird ein aufzuschrumpfender Gestängerohrverbinder angeordnet, erfolgt zwangläufig eine Erwärmung des Klebemittels. Im ersten Fall muß die Härtung ohne zusätzliche Erwärmung eintreten, während im letztgenannten Falle die Härtung durch die Wärme des Verbinders eingeleitet werden kann.

Bei Futter- und Pumprohren wird der Kleber so verwendet, daß der Raum zwischen den Gewinden der Rohre und den Gegengewinden der damit zu verbindenden Rohre bei zweiteiligen Verbindungen bzw. der Rohrmuffen bei dreiteiligen Verbindungen den Kunststoffkleber aufnimmt. Die Rohrverbindung wird hier vorzugsweise ohne Erwärmung hergestellt, d. h. der verwendete Kunststoffkleber härtet, ohne daß Wärme von außen zugeführt werden muß.

Als härtbare Kunststoffkleber sollen erfindungsgemäß insbesondere Epoxydharze verwendet werden, und zwar Zweikomponenten-Epoxydharzkleber, die längere Zeit lagerfähig sind und alle zur Härtung des Klebstoffes notwendigen Komponenten enthalten, oder Zweikomponenten-Epoxydharzkleber, die erst kurz vor Benutzung gemischt werden. Wird ein flüssiges Klebharz mit einem festen Härter verwandt, so enthält diese Mischung alle zur Härtung notwendigen Komponenten und ist bei Zimmertemperatur längere Zeit lagerfähig. Es ist in diesem Falle zur Härtung die Zuführung von Wärme über die Lagertemperatur hinaus notwendig, worauf die Erhärtung im Laufe weniger Stunden eintritt. Dieser Klebstoff wird als heißhärtender Klebstoff bezeichnet. Es kann als Kleber auch ein Bindemittel verwendet werden, das aus einem flüssigen Harz und einem flüssigen Härter besteht. Dieser Klebstoff wird erst kurz vor Gebrauch gemischt. Eine zusätzliche Erwärmung zum Zwecke der Härtung ist nicht notwendig. Dieser Klebstoff wird als kalthärtender Klebstoff bezeichnet. Es ist jedoch möglich, auch mit Hilfe dieses Klebstoffes hergestellte Verbindungen zusätzlich zu erwärmen und dadurch die Härtezeit zu beschleunigen.

Außer den bereits geschilderten Vorteilen ergibt sich bei allen erfindungsgemäßen Verbindungen absolute Dichtigkeit, da der verwendete härtbare Kunststoffkleber die Hohlräume völlig ausfüllt und abdichtet. Da die Festigkeit der erfindungsgemäß verwandten Kunststoffkleber fast der Größenordnung der Festigkeit des Materials selbst nahekommt und der Elastizitätsmodul sehr hoch ist, ist die Rohrverbindung in der Lage, allen auftretenden Beanspruchungen zu widerstehen. Bei Ausbildung einer kraftverschraubten Verbindung zwischen Gestängerohr und Gestängerohrverbinder ergibt sich weiterhin noch der entscheidende Vorteil, daß durch die Verbindung auch des Außenteiles des Gestängerohrverbinders mit dem Rohr der Kraftverlauf zwischen Rohr und Gestängeverbinder günstiger wird, so daß Dauerbrüche vermieden werden, die an diesen Stellen auftraten, wie bereits in der Beschreibungseinleitung näher ausgeführt.

Entscheidend ist, daß die verwendeten Kunststoffkleber während der Härtung kein Lösungsmittel ent-

halten, wobei als Lösungsmittel alle Stoffe verstanden werden sollen, die später abgetrieben werden müssen, um eine Härtung zu erzielen. Es liegt auf der Hand, daß bei Rohrverbindungen für Stahlrohre ein Entweichen dieser Lösungsmittel nicht möglich wäre. In vielen Fällen wird zudem die Verbindung unmittelbar nach Härtung in Spülflüssigkeit, Wasser, öl od. dgl. eingebracht, so daß ein Entweichen des Lösungsmittels auch aus den Randzonen der Gewindeverbindung ohnehin kaum möglich wäre.

Es kann auch ein Gemisch aus Kunststoffkleber und Lösungsmittel zum Auftrag gebracht werden, doch muß dann vor der Härtung für Verdampfen des Lösungsmittels gesorgt werden.

Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsge^s mäßen Verbindung besteht darin, daß mindestens ein Werkstück mit einem härtbaren Kunststoffkleber bestrichen wird, der in weichem Zustand schmierende Eigenschaften besitzt, das zweite Werkstück aufgeschraubt wird und die zu verbindenden Teile in Ruhe gegeneinander verbleiben, bis die Härtung abgeschlossen ist. Wird ein warmhärtender Kleber verwendet, so wird die Verbindung zum Erhärten erwärmt. Es kann auch bei Klebstoffen, die die Zuführung von Wärme zum Erhärten an sich nicht notwendig machen, durch Erwärmen das Erhärten beschleunigt werden.

Vorzugsweise werden beide Werkstücke mit dem Kunststoffkleber bestrichen. Ist der Kleber völlig frei von Lösungsmitteln, so kann sofort verschraubt werden, wobei ein Kraftverschrauben, das bisher unerläßlieh war, im allgemeinen nicht erforderlich ist. Wird, was auch der Fall sein kann, ein Kunststoffkleber benutzt, der zum Aufbringen mit Hilfe eines Lösungsmittels verdünnt werden muß, so bleiben beide Werkstücke so lange in unverschraubtem Zustand, bis das Lösungsmittel restlos abgeschieden ist.

Zur Herstellung der Verbindung zwischen Gestängerohrverbindern und Gestängerohr werden Kunststoffkleber höchster Klebkraft Verwendung finden. Bei Futter- und Pumprohren können Klebstoffe etwas geringerer Klebkraft Verwendung finden, da ihre Funktion hier hauptsächlich eine dichtende ist. Sie müssen jedoch gewissen Bedingungen beim Lösen genügen, auf die im Zusammenhang noch näher eingegangen wird. Bei Leitrngsrohren können auch Kunststoffkleber geringerer Klebkraft Verwendung finden. Es ist möglich, die Klebkraft der Kunststoffkleber durch Zusatz von Beimengungen zu steuern, d. h. insbesondere bei einem Ausgangsstoff hoher Klebkraft, diese Klebkraft zu verringern.

Soll die Verbindung zwischen Gestängerohr und Gestängerohrverbinder gelöst werden, so wird sie auf etwas höhere Temperatur erwärmt als beim Verbinden bzw. beim Aufschrumpfen, vorzugsweise auf etwa 400 bis maximal 450° C, wobei der Kunststoffkleber seine Klebkraft verliert und sich in schmierende Stoffe umsetzt bzw. zerlegt. Es kann im Lager, also nach Erwärmung, sogar ohne Kraft von Hand gelöst werden.

Bei Futter- und Pumprohren ist es im allgemeinen nicht möglich, zum Lösen zu erwärmen. Hier wird im Bohrturm die Verbindung durch Kraft gelöst. Hierbei tritt ein dem Lösen bei Erwärmung ähnlicher Effekt auf, da der hier verwendete Klebstoff etwas geringerer Klebkraft während des Lösevorganges mechanisch zerstört wird, wobei durch den zerstörten Klebstoff gegebenenfalls durch die Beimengungen, wie Graphit, die nunmehr frei werden, ein Schmiereffekt erzielt wird.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen und mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen stellen in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine kraftverschraubte Gestängerohrverbindung dar, in

Fig. 2 eine aufgeschrumpfte Gestängerohrverbindung mit Transportgewinde.

Die in Fig. 1 dargestellte Verbindung besteht aus den Gestängerohren 1 und 2 mit den Feingewinden 3 und 4 sowie den Gestängerohrverbindern 5 und 6 mit den Feingewinden 7 und 8 und den Grobgewinden 9 und 10. Die Feingewinde 3 und 7 sowie 4 und 8 sind miteinander verschraubt und die Grobgewinde 9 und 10.

Die in Fig. 2 dargestellte aufgeschrumpfte Gestängerohrverbindung besteht aus den Gestängerohrenden 11 und 12, die mit Schrumpf- oder Paßflächen 13 und 14 und 15 und 16 versehen sind und die Transportgewinde 17 und 18 aufnehmen. Die Gestängerohrverbinder 19, 20 besitzen ihrerseits Schrumpf- oder Paßflächen 21, 22, 23 und 24, die mit den Flächen 13, 14, 15 und 16 zusammenarbeiten, und Transportgewinde 27 und 28, die beim Aufziehen mit den Transportgewinden 17 und 18 zusammenwirken. Der Gestängerohrverbinder 19 besitzt fernerhin ein übliches Grobgewinde 25, das in ein entsprechendes Gewinde 26 des Gestängerohrverbinders 20 eingreift.

Die Gewindeverbindung zwischen Gestängerohr und Gestängerohrverbinder ist erfindungsgemäß zusätzlich zur Verschraubung mit Kunststoff geklebt, der also bei der Ausführungsform nach Fig. 1 in die Gewinde 3, 7 bzw. 4, 8 eingebracht wird und bei der Ausführungsform nach Fig. 2 in die Gewinde 17, 27 und 18, 28. Es kann dabei bei Verwendung eines heißhärtenden Klebstoffes, beispielsweise wie folgt verfahren werden:

Beisoiel I

Der Klebstoff, der aus einem flüssigen Harz und einem festen Härter besteht, welcher bei 100 bis 120° C schmilzt, wird auf mindestens eines der zu verschraubenden Gewinde aufgebracht. Der Klebstoff ist dabei mit einem Füllmittel, beispielsweise 30% Graphit, versetzt. Die Verbindung wird sodann von Hand verschraubt und anschließend erwärmt, bis der Härter schmilzt und ein Härteeffekt eintritt, oder aber die Verbindung wird kraftverschraubt, so daß beim Aufschraubvorgang selbst mechanisch bereits eine solche Wärmeentwicklung eintritt, daß der feste Härter schmilzt. Bei größeren Klebstoffmengen liefert die Härtereaktion selbst beträchtliche Wärmemengen, so daß die Härte- oder Topfzeiten erheblich verkürzt werden. Bei den erfindungsgemäßen Rohrverbindungen ist jedoch immer nur eine relativ dünne Klebstoff schicht vorhanden, so daß dieser Erscheinung keine große Bedeutung zukommt.

Werden die Gestängerohrverbinder auf das Gestängerohr aufgeschrumpft, ändert sich das Verfahren wie folgt:

.Beispiel Il

Das Ende des Gestängerohres wird mit dem Kleber bestrichen. Der Gestängerohrverbinder wird in geeigneten Vorrichtungen auf die Schrumpftemperatur erwärmt, und zwar vorzugsweise auf etwa 400° C, in jedem Falle nur bis zu einer Grenze, die sicherstellt, daß die Gefügestruktur nicht verändert wird. Es wird nunmehr der warme Gestängerohrverbinder aufgeschraubt. Ein Kraftverschrauben ist hierbei nicht notwendig. Die notwendige Erhärtungswärme

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wird vom erwärmten Gestängerohrverbinder geliefert, so daß die Verbindung in sehr kurzer Zeit fest ist.

Für Schrumpfverbindungen ist ausschließlich ein heißhärtender Klebstoff geeignet, bei Schraubverbindungen dagegen kann sowohl ein warm- als auch ein kalthärtender Klebstoff Verwendung finden. Bei Verwendung eines kalthärtenden Klebstoffes kann wie folgt verfahren werden:

Beispiel III

Der Klebstoff, der aus einem flüssigen Harz und einem flüssigen Härter besteht, wird vor Gebrauch gründlich gemischt und auf die zu verbindenden Teile, nämlich in Fig. 1 die Gewinde 3 und 7 sowie in Fig. 2 die Gewinde 4 und 8, aufgetragen. Anschließend wird kraftverschraubt, wobei die auftretende Verschraubungswärme den Härtevorgang stark beschleunigt.

Ohne jede Erwärmung können die kalthärtenden Klebstoffe wie folgt verwendet werden:

Beispiel IV

Die Gewinde von Leitungsrohren werden nach Mischen beider Komponenten gemäß Beispiel III mit dem Klebstoff bestrichen und von Hand verschraubt. Wenn die Verbindung einige Zeit in Ruhe verbleibt, ist der Härtevergang abgeschlossen, beispielsweise bei Außentemperaturen von 20° C in etwa 2V2 Stunden.

Die Verbindungen, die nach den Beispielen I bis IV hergestellt sind, werden so gelöst, daß die Verbindung selbst erwärmt wird, und zwar bei den kalthärtenden Klebstoffen in geringerem Maße als bei den heißhärtenden, die einer gewissen Temperatur, die beim Härten auftritt und bis zu etwa 200° C betragen kann, widerstehen müssen.

Bei den Verbindungen von Futter- und Pumprohren werden kalthärtende Klebstoffe verwendet, die durch Füllstoffe versetzt sind, um die Klebkraft zu verringern. Die Verbindung wird wie bei den angegebenen Beispielen hergestellt, das Lösen erfolgt in kaltem Zustand mit Kraft, wobei der Widerstand der Klebverbindung überwunden und das Klebmittel mechanisch zerstört wird. Das Klebmittel entwickelt sodann Eigenschaften, die das Gleiten der Gewindeteile aufeinander erleichtern.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verwendung eines ohne Abscheidung von flüchtigen Bestandteilen härtenden Kunststoffklebers als Füllung des Raumes zwischen den zu verbindenden Gewindeteilen einer Dauerverbindung für Bohrlochrohre.

2. Kleber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser ein Epoxydharz ist.

3. Kleber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser ein wärmehärtender Kleber ist.

4. Kleber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser vor Gebrauch mit einem flüssigen Härter zu mischen und ohne zusätzliche Erwärmung aushärtend ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 260 164.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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