-
Die
Erfindung betrifft eine superdichte Gewindeverbindung mit inneren
und äußeren Paarungsteilen mit Kegelflächen,
die mit einem Gewinde versehen sind, wobei das Gewinde Trag- und
Setzflächen und eine Dichtbaugruppe aufweist und die Dichtbaugruppe
an der Seite mit dem kleineren Durchmesser eines Gewindekegels keilförmig
ausgeführt ist und wobei die Dichtbaugruppe aus Teilen
von Innen- und Außenelementen besteht.
-
Die
Errichtung kann in Erdöl- und Erdgassonden und auch für
Futter- und Steigrohre eingesetzt werden. Die Gewindeverbindung
der Futter- und Steigrohre ist superdicht.
-
Sie
ist für die Anwendung in den Sonden mit hoher Bohrlochkrümmungsrate
und/oder mit schwierigen Betriebsbedingungen vorgesehen. Die schwierigen
Betriebsbedingungen umfassen z. B. hohe Zug- und Druckbelastungen,
Innen- und Außenüberdrücke und das Vorhandensein
von Medien mit erhöhtem H2S- und CO2-Gehalt.
-
Es
ist eine technische Lösung nach dem Patent
FR 1489013 , Prioritätsdatum
05.11.1965, bekannt, welche eine superdichte Gewindeverbindung offenbart.
Gemäß dieser bekannten technischen Lösung
ist die Gewindeverbindung mit inneren und äußeren
Paarungsteilen mit Kegelflächen ausgerüstet. Die
Kegelflächen sind mit einem Gewinde versehen. Das Gewinde
hat Trag- und Setzflächen. Die Dichtbaugruppe ist an der
Seite mit dem kleineren Durchmesser des Gewindekegels keilförmig
ausgeführt. Die Dichtbaugruppe besteht ebenfalls aus Teilen
von Innen- und Außenelementen.
-
Der
Mangel der genannten Gewindeverbindung besteht in einer ungenügenden
Dichtheit der Dichtbaugruppe. Außerdem ermöglicht
diese Konstruktion nicht, die erforderlichen Verspannungswerte bei
geringen Axialbewegungen des Innenelements zu erreichen. Das verlängert
den Zeitraum vom ersten Kontakt der Dichtflächen bis zur
Sicherstellung der vorgegebenen Verspannung. Außerdem entstehen
unter komplizierten Betriebsbedingungen (hohe Zug- und Druckbelastungen,
Außen- und Innenüberdrücke) Biegeverformungen, welche
den Kontakt der Kegelflächen stören. Dies verursacht
ein Undichtwerden der Gewindeverbindung.
-
Diese
technische Lösung wird als der nächste Stand der
Technik gegenüber der angemeldeten technischen Lösung
betrachtet.
-
Es
ist Aufgabe der Erfindung eine superdichte Gewindeverbindung zu
entwickeln, die folgende Eigenschaften aufweist:
- – eine
superdichte Gewindeverbindung bei der die Konstruktion dieser Gewindeverbindung
ermöglicht, die Gewindeverbindung fehlerfrei wieder zusammenzubauen
und dabei eine Superdichtheit erreicht,
- – eine verbesserte Funktion der Gewindeverbindung bei
Beanspruchungen auf Zug und Biegung,
- – einen gesicherten Kontakt auf einen geradlinigen
Abschnitt der Gewindetragfläche beim Zusammenschrauben
und bei der Lockerung der Verbindung und
- – eine erhöhte Widerstandsfähigkeit
gegenüber den Druckbeanspruchungen.
-
Das
erreichte technische Ergebnis besteht in der Erhöhung der
Zuverlässigkeit und der Dichtheit der Verbindung, in der
Steigerung der Verbindungsfestigkeit, in der Vereinfachung des Zusammen-
und Auseinanderbaus während des Betriebs, in der Erhöhung
der Verschleißfestigkeit und in der Verlängerung
der Lebensdauer der Verbindung.
-
Das
genannte technische Ergebnis wird folgenderweise erreicht:
Die
superdichte Gewindeverbindung ist mit inneren und äußeren
Paarungsteilen mit Kegelflächen ausgeführt. Die
Kegelflächen sind mit einem Gewinde versehen. Das Gewinde
hat Trag- und Setzflächen und eine Dichtbaugruppe. Die
Dichtbaugruppe ist an der Seite mit dem kleineren Durchmesser des
Gewindekegels keilförmig ausgeführt. Die Dichtbaugruppe
besteht aus Teilen von Innen- und Außenelementen. Der Innen-
und der Außenteil der Dichtbaugruppe sind durch eine Radialkegelfläche
und eine Tragkegelfläche ausgebildet. Dabei ist die Radialkegelfläche
unter einem Winkel von 25°÷35° zur Normalen
der Gewindeachse ausgeführt. Die Tragkegelfläche
ist unter einem Winkel von 10°÷25° zur
Normalen der Gewindeachse ausgeführt.
-
Der
Einfluss dieser Winkelwerte auf die Dichtheit, die Zuverlässigkeit
und die Lebensdauer der Gewindeverbindung ist in der unten stehenden
Tabelle veranschaulicht. Die zweite Spalte der Tabelle enthält
den Druckwert, welchen das Rohr und die Verbindungen aushalten müssen,
um dabei dicht zu bleiben. In der dritten und der vierten Spalte
sind die Werte der Beanspruchungen angegeben, die während
der Versuche der Verbindung beobachtet wurden. Die Dichtheit der
Verbindung selbst blieb dabei unbeschadet.
| Winkelbereich | Druck
beim hydraulichen Druckversuch, MPa | Durchschnittliche
Flächenpressungen an der Radialdichtung nach Zusammenbau,
MPa | Durchschnittliche
Flächenpressungen an der Radialdichtung nach dem Zug (0,8 στ),
MPa |
| 25°–10° | 64,5 | 793,7 | 690,2 |
| 30°–15° | 1054,9 | 794,3 |
| 35°–25° | 1158,5 | 865,1 |
-
Die
genannten Merkmale sind wesentlich und untereinander verbunden,
und zwar so, dass eine beständige Gesamtheit der wesentlichen
Merkmale entsteht. Diese Gesamtheit ist ausreichend, um das genannte
technische Ergebnis zu bekommen.
-
In
der Dichtbaugruppe erfolgt der Kontakt zwischen einer Radialdichtung
mit einem kegelförmigen Innenelemententeil und einer kegelförmigen
Gegenfläche eines Außenelemententeils unter Verspannung
auf einer relativ geringen Fläche. Dabei entstehen große
Flächenpressungen, die eine Superdichtheit sicherstellen. Diese
Konstruktion ermöglicht, die Gewindeverbindung ohne jegliche
Beschädigungen der Dichtfläche wieder zusammenzubauen.
Das wird durch das Erreichen einer erforderlichen Radialverspannung
während des Zusammenbaus sichergestellt. Außerdem
ermöglicht eine solche Konstruktion der Dichtbaugruppe,
dass die Gewindeverbindung unter der Wirkung von beachtlichen Biegebeanspruchungen
immer dicht bleibt. Dabei schützen die Tragflächen
die Radialdichtung vor einem überflüssigen Verschraubungsmoment
und dem Druckmoment.
-
Um
das technische Ergebnis zu verbessern, können einige unten
beschriebene Merkmale eingesetzt werden.
-
In
der superdichten Gewindeverbindung wird das Gewinde mit einem Kegelverhältnis
von 1:16 angewendet.
-
Die
Gewindetragfläche liegt unter einem Winkel von 1°÷5° zur
Normalen der Gewindeachse. Die Gewindesetzfläche liegt
unter einem Winkel von 7°÷25°. Dieser
Neigungswinkel der Gewindetragfläche stellt bei der Gewindeverbindung
eine verbesserte Beanspruchung auf Zug und Biegung sicher. Der Neigungswinkel
in Bezug auf die Setzfläche verbessert die Bedingungen
zur Montage der Verbindung beim Aufschrauben in die ersten Gewindegänge.
-
Die
Gewinderadien des Innenelements und des Außenelements sind
innerhalb des geraden Abschnitts der Tragfläche unterschiedlich
ausgeführt. Eine solche Konstruktion ermöglicht,
die Verschraubsamkeit der Verbindung zu verbessern, die Verschleißfestigkeit
zu erhöhen und die Widerstandsfähigkeit der Verbindung
gegenüber Druckbeanspruchungen zu steigern.
-
Die
Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
superdichte Gewindeverbindung für Erdölrohre mit
Innen- und Außenelementen,
-
2 das
Gewindeprofil und
-
3 die
Dichtbaugruppe der Gewindeverbindung.
-
In
der superdichten Gewindeverbindung ist ein Gewinde 1 mit
einem Kegelverhältnis von 1:16 gezeigt. An der Tragfläche 2 hat
das Gewindeprofil einen Positivwinkel von 1°÷5°,
und an der Setzfläche 3 7°÷25°.
Die Höhe des Gewindeprofils des Innenelements 4 ist
kleiner als die Höhe des Gewindeprofils des Außenelements 5 ausgebildet.
Die Dichtbaugruppe 6 ist an der Seite mit dem kleineren
Durchmesser des Gewindekegels keilförmig ausgeführt.
Die Dichtbaugruppe 6 besteht aus den Teilen eines Innenelements 7 und
eines Außenelements 8. Dabei sind die Teile des
Innen- und des Außenelements 7 und 8 durch
Radialkegelflächen 9 und 10 und Stützkegelflächen 11 und 12 ausgebildet.
Die Radialdichtung ist unter einem Winkel von 25°÷35° zur
Normalen der Gewindeachse ausgeführt. Und die kegelförmige
Dichtung ist unter einem Winkel von 10°÷25° zur Normalen
der Gewindeachse ausgeführt.
-
Die
Erfindung wird anhand von einem konkreten Beispiel erklärt,
welches allerdings nicht die einzige mögliche Ausführungsform
ist. Dieses Beispiel veranschaulicht jedoch eine Möglichkeit,
wie das genannte technische Ergebnis erreicht werden kann.
-
In
der superdichten Gewindeverbindung ist ein Gewinde 1 mit
einem Kegelverhältnis von 1:16 angewendet. An der Tragfläche 2 hat
das Gewindeprofil einen Positivwinkel von 3°, und an der
Setzfläche von 10°. Die Höhe des Gewindeprofils
des Innenelements 4 ist kleiner als die des Gewindeprofils
des Außenelements 5 ausgeführt. Die Dichtbaugruppe
ist an der Seite mit dem kleineren Durchmesser des Gewindekegels
keilförmig ausgeführt und besteht aus Teilen des
Innenelements 7 und eines Außenelements B. Dabei
sind die Teile des Innen- und des Außenelements 7 und 8 durch
Radialkegelflächen 9 und 10 und Stützkegelflächen 11 und 12 ausgebildet.
Die Radialdichtung ist unter einem Winkel von 30° zur Normalen
der Gewindeachse ausgeführt. Die kegelförmige
Dichtung ist unter einem Winkel von 15° zur Normalen der
Gewindeachse ausgeführt.
-
Die
Funktionsweise der superdichten Gewindeverbindung ist wie folgt:
Beim
Verschrauben oder beim Lockern der Verbindung erfolgt zuerst die
Zusammenwirkung des Innenelements 4 und des Außenelements 5 anhand
des Gewindes 1. Während der Verschraubung wird
die Oberfläche des Außenelements 5 entlang
der Oberfläche des Innenelements 4 vorgeschoben.
Danach wirkt die Radialkegelfläche 7 und die Stützkegelfläche 8 des
Innenelements 4 mit der Radialkegelfläche 9 und
der Stützkegelfläche 10 des Außenelements 5 zusammen.
Durch die Diametralverformung dieser Oberflächen wird eine ”Metall-zu-Metall” Dichtbaugruppe
gebildet.
-
Bei
relativer Bewegung der Elemente 4 und 5 kommt
ein Kraftkontakt der Tragflächen der Innen- und der Außenelemente 4 und 5 zustande.
Dadurch entstehen Flächenpressungen auf ihren Oberflächen.
Die Größe der Flächenpressungen muss
innerhalb des Bereichs der elastischen Deformationen liegen. Die
Flächenpressungshöhe wird (alle Bedingungen gleichgestellt)
durch die Größe der Kontaktflächen der
Tragflächen festgelegt.
-
Verglichen
mit bekannten Verbindungen besteht der Vorteil der angemeldeten
Gewindeverbindung in einer erhöhten Dichtungszuverlässigkeit,
in einer Zunahme der Verbindungsfestigkeit, in einer Vereinfachung des
Zusammenbaus und der Auseinandernahme beim Betrieb, in einer Erhöhung
der Verschleißfestigkeit und einer Verlängerung
der Lebensdauer.
-
Diese
Gewindeverbindung ist neu und gewerblich anwendbar, da sie unter
Einsatz von bekannten Verfahren zur Herstellung der Gewinderohrenden
nach einem grundsätzlich neuen Prinzip der Zusammenwirkung der
Kontaktflächen ausgeführt wird. Dieses Verfahren
unterscheidet sich von den bekannten Konstruktionen.
-
Zusammenfassung
-
Die
Erfindung betrifft eine superdichte Gewindeverbindung mit inneren
und äußeren Paarungsteilen mit Kegelflächen,
die mit einem Gewinde versehen sind, wobei das Gewinde Trag- und
Setzflächen und eine Dichtbaugruppe aufweist und die Dichtbaugruppe
an der Seite mit dem kleineren Durchmesser eines Gewindekegels keilförmig
ausgeführt ist und wobei die Dichtbaugruppe aus Teilen
von Innen- und Außenelementen besteht. Dabei ist vorgesehen,
dass die Innen- und Außenelemente der Dichtbaugruppe durch
Radialkegelflächen und Stützkegelflächen
ausgebildet sind, wobei die Radialkegelflächen unter einem
Winkel von 25°÷35° zur Normalen der Gewindeachse
und die Stützkegelflächen unter einem Winkel von
10°÷25° zur Normalen der Gewindeachse
ausgeführt sind, dann kann die Gewindeverbindung fehlerfrei
zusammengebaut und eine Spurdichtheit erreicht werden. Außerdem
kann bei Zug- und Biegebeanspruchungen die Funktion der Gewindeverbindung
verbessert und im geraden Abschnitt der Gewindetragfläche
ein gesicherter Kontakt erreicht werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
