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Bohrgestängerohr mit Verbindern Die Erfindung betrifft Bohrgestängerohre
mit Verbindern, deren jeweilige verdickte Rohrenden ein konisches Außengewinde und
eine sich daran anschließende äußere Zylinderfläche aufweisen und deren jeweilige
Verbinderteile mit einem konischen Innengewinde in das Außengewinde eingreifen und
mit einer zylindrischen Innenfläche unter Preßsitz auf der zugehörigen Zylinderfläche
der Rohrenden aufsitzen.
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Bekannte Gestängerohre für ein Tiefbohrgestänge bestehen aus Stahl
und sind untereinander mittels stählerner Verbinder gekuppelt. Der Gestängestrang
ermöglicht ein Einhängen, Ziehen und einen Antrieb des am unteren Ende des Gestängestranges
angesetzten Bohrmeißels und außerdem eine Zuführung der Spülung zur Bohrlochsohle
zwecks Abführung des sagenannten Bohrkleins.
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Die Nachteile solcher stählerner Gestängeträger sind in der Fachwelt
seit langem bekannt. In erster Linie ist das hohe Gewicht der Gestängerohre nachteilig,
welches den Zu- und Abtransport der Gestängerohre zum Bohrloch und auch die Handhabung
des Gestängestranges innerhalb des Bohrloches erschwert. Weiterhin erweist es sich
auch als unmöglich, innerhalb von Stahlrohren magnetische Messungen durchzuführen.
Infolge der hohen festigkeitsmäßigen Anforderungen an den Gestängestrang besteht
jedoch in Fachkreisen die Auffassung, daß man diese bekannten Nachteile bekannter
Gestängerohre aus Stahl in Kauf nehmen müsse, da leichtere Gestängerohre den beim
Bohren auftretenden Belastungen nicht gewachsen seien.
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Die Erfindung trägt zur Überwindung dieses Vorurteils bei. Die Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, daß die Gestängerohre aus einer Aluminiumlegierung und
die Verbinder aus Stahl bestehen.
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Hierdurch erreicht man eine erhebliche Verminderung des Gewichts eines
Gestängestranges, so daß die Antriebs- und sonstigen Hilfseinrichtungen über Tage
kleiner und leichter ausgeführt werden können. Weiterhin beeinflussen die Aluminiumrohre
magnetische Messungen im Inneren des Gestängestranges nicht.
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Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielsweisen
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an Hand der Zeichnungen.
Es stellt dar Fig.1 einen Teilschnitt durch die Verbindung zweier Gestängerohre
nach der Erfindung, Fig.2 einen Schnitt durch ein Rohrende, wobei außerdem ein Preßlufthammer
zur Oberflächendrückung eines Teiles des Rohrendes angedeutet ist, Fig.3 einen vergrößerten
Schnitt durch ein Gestängeverbinderteil und Fig. 4 einen Schnitt durch ein auf das
Ende eines Gestängerohres aufgesetzten Gestängeverbinderteil, wobei schematisch
ein Verfahren zum Verbinden der Teile angedeutet ist.
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Der in Fig. 1 der Zeichnungen allgemein mit A bezeichnete stählerne
Gestängeverbinder besteht aus einem Verbinderzapfenteill und einem Verbinderbüchsenteil
2. Die Gestängeverbinderteile 1 und 2 sind vermittels von Gewinden 3 zusammengeschraubt.
Die Gestängerohre 4 sind aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Da die Art der
Verbindung der Gestängerohre 4 mit den Verbinderteilen 1 und 2 jeweils dieselbe
ist, genügt es, nur eine dieser beiden Verbindungen nachstehend im einzelnen zu
beschreiben.
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Das Gestängerohr 4 weist ein Außengewinde 5 auf. Der Verbinderteil
2 ist mit einem zugehörigen Innengewinde 6 versehen. Der Verbinderteil 2 weist eine
glatt
verlaufende zylindrische Innenfläche 7 auf. Das Rohr 4 hat eine äußere, glatt verlaufende
Zylinderfläche 8, welche sich an das Gewinde 5 anschließt und an welcher die Innenfläche
7 des Verbinderteils 2 eng anliegt.
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Fig. 3 der Zeichnungen zeigt den Verbinderteil2 im einzelnen in vergrößertem
Maßstab. Das Gewinde 3 ist vorzugsweise als konisches Gewinde nach den Normen des
American Petroleum Institute ausgebildet. Das Gewinde 6 kann die Form eines abgewandelten
Acme-Gewindes haben, bei welchem jeweils sechs Gewindegänge auf 25,4 mm Gewindelänge
kommen, wobei die Konizität etwa 9,5 mm je 30 cm Gewindelänge beträgt. Selbstverständlich
kann auch jede andere, für diesen Zweck geeignete Gewindeform Anwendung finden.
Der Verbinderteil 2 weist eine Bohrung 10 auf, durch welche die Spülung strömen
kann. Die Außenfläche des Gestängeverbinders läuft in einen Konus 11 aus, welcher
mit einer Rundung 12 in die Stirnseite 9 übergeht. Der Konus 11 dient zum Ansetzen
von Hebezeugen zum Ziehen und zum Absetzen des Gestängestranges. Der Konus 11 liegt
in der Größenordnung von etwa 18° und trägt außerdem auch dazu bei, die Belastung
mehr allmählich auf das Gestängerohr überzuleiten, indem scharfe Querschnittsübergänge
vermieden werden. Der Verbinderteil 2 weist außerdem einen radial nach innen ragenden
Bund 13 auf. Die axiale Länge der Innenfläche 7 des Verbinderteils ist im Vergleich
zu der sonst üblichen Form von Gestängeverbindern für Stahlrohre ungewöhnlich groß.
Dies trägt dazu bei, einen Bruch des aus einer Aluminiumlegierung hergestellten
Gestängerohres innerhalb der Verbinderteile zu verhüten, welcher durch die von dem
äußersten Gewindegang auf das Gestängerohr ausgeübte Spannung verursacht werden
könnte. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die axiale Länge der Innenfläche
7 des Verbinderteils größer als der Radius eines Gestängerohres 4.
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Wie aus Fig. 2 der Zeichnungen ersichtlich ist, wird die Zylinderfläche
8 der Rohrlänge 4 zum Zwecke einer Oberflächenverfestigung oberflächengedrückt,
was beispielsweise durch Hämmern mit einem Preßlufthammer 14 oder durch Walzendrücken
der glatt verlaufenden äußeren Umfangsfläche 8 oder in irgendeiner anderen Weise
geschehen kann. Das Oberflächendrücken der Zylinderfläche 8 wird vorteilhaft über
die in gestrichelten Linien angedeutete Stirnfläche 9 des Verbinderteils 2 um einen
Abstand von etwa 13 mm bis 25 mm hinaus fortgesetzt, wie dies bei B angedeutet ist.
Die Stirnfläche 15 des Gestängerohres 4 ist glatt ausgebildet, so daß sich bei Anlage
derselben an den Bund 13 eine dichte Verbindung ergibt.
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Das aus einer Aluminiumlegierung bestehende Gestängerohr kann aus
verschiedenen Aluminiumlegierungen hergestellt sein, beispielsweise aus den Legierungen
2014-T6 oder 7075-T6 entsprechend den Normen der »Aluminium Association«.
Es können aber auch andere, für diesen Zweck geeignete Leichtmetallegierungen Anwendung
finden. Vorteilhafterweise kann man Dauerbrüchen der Gestängerohre dadurch vorbeugen,
daß dieselben im Strangpreßverfahren hergestellt werden, wobei wiederum ein kontinuierliches
Strangpreßverfahren vorzuziehen ist, bei welchem sich unmittelbar verdickte Rohrenden
für die einzelnen Gestängerohre ergeben. Die verdickten Rohrenden werden durch Einschneiden
der Außengewinde 5 und durch Oberflächendrücken der Zylinderflächen 8 weiterbearbeitet.
Der Innendurchmesser 19 der Gestängerohre ist im wesentlichen gleichbleibend,
so daß der Durchfluß der Spülung zur Bohrlochsohle nicht behindert wird. Die Übergangszone
C des konischen Teils vom Nenn-Außendurchmesser des Rohres bis zum Außendurchmesser
der Zylinderfläche ist wiederum ungewöhnlich lang, damit scharfe Querschnittsübergänge
vermieden werden. Bei hergestellten Gestängerohren werden Konuslängen zwischen 640
und 890 mm angewandt. Die Verbinderteile 1 und 2 können aus Stahl SAE 4140 oder
ähnlichem Werkstoff hergestellt sein.
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Wie aus Fig.2 der Zeichnungen ersichtlich ist, weist das verdickte
Ende der Rohrlänge 4 ein Gewinde 5 auf. Der Außendurchmesser der fertig bearbeiteten
Zylinderfläche 8 ist ungefähr 0,25 bis 0,40 mm größer als der Innendurchmesser der
Innenfläche 7 des Verbinderteils 2, so daß sich ein Preßsitz ergibt. Die Zylinderfläche
8 kann beispielsweise auf eine Oberflächengüte in der Größenordnung zwischen 0,015
und 0,025 mm bearbeitet sein. Das Gestängerohr wird dann mit einer Drehzahl von
ungefähr 8 bis 12 U/min in Umdrehung versetzt und zum Zwecke des Oberflächendräckens
mit dem Preßlufthammer 14 bearbeitet. Die Axialbewegung des Hammers 14 beträgt mit
Bezug auf die glatt verlaufende Umfangsfläche 8 ungefähr 0,007 bis 0,010 mm. Der
Durchmesser des Arbeitskolbens des pneumatischen Hammers 14 kann beispielsweise
25 mm betragen, und die zum Betrieb des Hammers verwendete Preßluft kann beispielsweise
einen Druck von 4,2 bis 4,9 kg/cm2 haben.
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Zum Zwecke der Zusammenfügung eines Verbinderteils 2 mit einem Rohr
4 kann, wie dies in Fig. 4 angedeutet ist, das Rohr 4 nach unten geneigt werden.
In das Ende des Rohres 4 wird ein Verschlußpfropfen 16 aus nachgiebigem Werkstoff,
beispielsweise aus Gummi od. dgl., eingeführt. Sodann wird der Verbinderteil2 beispielsweise
mittels einer gasbeheizten Heizeinrichtung auf eine Temperatur von etwa 345° C erhitzt.
Die Erhitzung des Verbinderteils 2 bewirkt eine radiale und axiale Ausdehnung, so
daß derselbe leicht auf das Gewinde 5 und auf die Zylinderfläche 8 aufgebracht werden
kann. In das Innere des Rohres 4 wird mittels eines Schlauches 17 Wasser oder ein
anderes geeignetes Kühlmittel eingebracht. Der heiße Verbinderteil wird nunmehr
auf das Gewinde 5 so weit aufgeschraubt, bis die Stirnseite 15 des Rohres 4 an dem
Bund 13 des Verbinderteils 2 anliegt. Der Verbinderteil 2 wird sodann, beispielsweise
durch Besprühen mit Wasser aus einer Brause 18, abgekühlt. Dadurch wird der Verbinderteil
auf das Gestängerohr 4 aufgeschrumpft, so daß die Innenfläche 7 des Verbinderteils
2 an der Zylinderfläche 8 des Rohres 4 eng anliegt. Die axiale Schrumpfung des Verbinderteils
2 bewirkt, daß die Stirnseite 15 des Rohres 4 auf den Radialbund 13 aufgepreßt wird.
Die Kühlung des Rohres 4 mittels des Wasserschlauches 17 wird nur während des Zusammenbaues
der beiden Teile durchgeführt. Der Abschlußpfropfen 16 verhindert, daß das Kühlwasser
aus dem Rohr austritt und mit dem heißen Verbinderteil 2 in Berührung kommt. Das
aus einer Aluminiumlegierung bestehende Rohr ist ein sehr guter Wärmeleiter und
muß infolgedessen gekühlt werden, damit seine Festigkeit unter den hohen, auf das
Rohr einwirkenden Temperaturen nicht leidet. Die Temperatur
des
Rohres 4 soll infolgedessen während des Zusammenbaues vorzugsweise 82° C nicht übersteigen.