DE2050703B2

DE2050703B2 - Eingängiges Gewindesystem für Bohrgestängeverbindungen und Bohrgestängeverbindung

Info

Publication number: DE2050703B2
Application number: DE2050703A
Authority: DE
Inventors: Tadek Czarnecki; Bengt Rolf Soederman
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1969-10-22
Filing date: 1970-10-15
Publication date: 1980-05-14
Also published as: US3717368A; FI56054C; FR2066406A5; FI56054B; JPS5021123B1; DE2050703C3; CA929368A; ZA706679B; SE336316B; NO130737C; AU2133770A; NO130737B; DE2050703A1

Description

Die Erfindung betrifft ein eingängiges Gewindesystem für Bohrgestängeverbindungen mit zylindrischem Außen- und Innengewinde, welche einen Durchmesser von mindestens 37,5 mm und einem Flankenwinkel zwischen 50 und 70° aufweisen. Ferner betrifft die Erfindung eine Bohrgestängeverbindung für zylindrische Außen- bzw. Innengewinde aufweisende Bohrausrüstungsteile, die einen Durchmesser von mindestens 37,5 mm und einen Flankenwinkel zwischen 50 und 70" aufweisen.

Bekannte Gewinde von Bohrgestängeverbindungen für schwere Gesteins- Bohrausrüstungen mit Durchmessern von mehr als 37,5 mrn weisen im Hinblick auf das Verhältnis von Steigungswinkel zu FUnkenwinkel in bezug auf den Gewindedurchmesser eine ungeordnete Vielfalt auf. Bei zwei derzeit vorwiegend verwendeten Gewindetypen betragen die Flankenwinkel 70° bzw. 65°, wobei die Steigungswinkel in den Bereichen zwischen 6 und 4,8° bzw. 6,7 und 4,7° ligen, unter anderem in Abhängigkeit vom Gewindedurchmesser.

Aus der US-PS 33 88 935 ist ferner noch ein dritter vorwiegend verwendeter Gewindetyp bekannt, bei dem der Flankenwinkel 55° beträgt, wobei die Steigungswinkel im Bereich zwischen 11,2 und 8,4" liegen, ebenfalls unter anderem je nach dem Gewindedurchmesser. Der große Steigungswinkel des zuietzi erwähnten Gewindes j nach der US-Patentschrift kommt dadurch zustande, daß das Gewinde doppelgängig ist. Üblicherweise wird bei den vorgenannten bekannten Gewinden die Ganghöhe konstant gehalten, woraus sich eine Veränderlichkeit des Steigungswinke! in Abhängigkeit vom

in Gewindedurchmesser ergibt.

Der Nachteil der ersten beiden der vorstehend angeführten Verbindungsgewinde liegt darin, daß sie in zusammengefügtem Zustand derart fest sitzen, daß die Verbindung nur sehr schwach lösbar ist. Verbindungen

ι·-> nach der US-PS 33 88 935 neigen im Gegensatz dazu zum Lockern während des Bohrens. Darüber hinaus tritt bei einer derartigen Ausbildung der Verbindung eine übermäßige schnelle Abnutzung der Gewindegänge ein. Schließlich ergeben sich bei der Herstellung des nach der US-PS bekannten Gewindetyps gewisse Schwierigkeiten daraus, daß die beiden Gänge sehr genau zusammengepaßt sein müssen, um ein bei der Verbindung als Einheit wirksames Gewinde zu erhalten. Die drei angeführten Gewindetypen weisen gemein-

_>■-, sam den Nachteil auf, daß ihre Ganghöhen bei verschiedenen Gewindedurchmessern die gleichen bleiben. Daraus ergeben sich zwangsläufig verschiedene Steigungswinkel, was sich unter anderem dahingehend auswiikt, daß beim Auftragen des Trenndrehmomertes

κι beirr. Lösen gegenüber dem Verbindungsdrehmoment beim Anziehen das jeweilige Verhältnis von Anzugsund Lösungsdrehmoment für verschiedene Gewindedurchmesser nicht auf einer gemeinsamen Geraden liegt. Die schwereren Verbindungen mit größeren

ti Durchmessern haben kleinere Steigungswinkel und sind daher schwerer lösbar als mit gleichem Anzugsdrehmoment hergestellte leichtere Verbindungen.

Demgegenüber soll die Erfindung ein Gewindesystem und eine Bohrgestängeverbindung schaffen, bei dem

in bzw. we'cher das Anziehen und Lösen von Verbindungen mit einem Gewindedurchmesser von mindestens 37,5 mm mit gleicher Leichtigkeit gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei dem eingängigen Gewindesystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß

•r. der Steigungswinkel unabhängig vom Gewindedurchmesser auf einem konstanten Wert zwischen 6° und 8° gehalten und die Ganghöhe des Gewindes in Abhängigkeit vom Gewindedurchmesser enlsprechend verändert ist, wobei die Anzugs- und Lösungsdrehmomente für

^r.n Gewinde mil gleichen Flankenwinkeln in einem die Drehmomente als Koordinaten aufweisenden Diagramm unabhängig vom Gewindedurchmesser auf einer gemeinsamen Geraden liegen. Durch diese Maßnahmen ist es erstmals möglich, die Gewinde mit gleicher

^r)^r> Leichtigkeit sowohl anziehen als auch lösen zu können. Dieser Vorteil gilt sowohl bei Gewindesystemen mit Bohrsträngen mit gleichen als auch mit ungleichen Gewindedurchmessern. Dabei wird unter dem Gewindesystem unter anderem ein Bohrstrang verstanden, bei

Wi dem verschiedene Bohrstangen verschiedene Gewinde haben, oder auch mehrere Bohrstränge, die Bohrstangen mit gleichem Gewindedurchmesser aufweisen, bei denen aber die Bohrstränge insgesamt im Vergleich zueinander unterschiedliche Gewindedurchmesser ha-

(V) ben können.

Besonders bevorzugt ist es bei diesen Gewindesystemen, wenn der Flankenwinkel 60° und der Steigungswinkel 6,5° betragen, wobei vorzugsweise das Gewinde

Trapezprofil aufweist.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung weist das Gewinde, vorzugsweise das Außengewinde, mindestens eine im wesentlichen in Längsrichtung verlaufende Nut auf. Hierdurch erhalten die Gewindegänge eine gewisse Elastizität, durch welche das Sichern der Verbindung während des Bohrens sowie das Lösens des Gewindes beim Trennen der Verbindung bzw. Auseinandernehmen mit Vorteil erleichtert werden.

Bei der Bohrgestängeverbindung für Bohrausrüstungsteile, welche zylindrische Außen- bzw. Innengewinder aufweisen, die einen Durchmesser von mindestens 37,5 mm und einen Flankenwinkel zwischen 50 und 70° aufweisen, ist es erfindungsgemäß ferner vorgesehen, daß der Steigungswinkel unabhängig vom Gewindedurchmesser auf einem konstanten Wert zwischen 6° und 8° gehalten ist und das Gewinde Trapezprofil aufweist. Diese Maßnahmen erlauben, eine Rohrgestängeverbindung mit hoher Ermüdungsfestigkeit zu erreichen, die gleichzeitig doch leicht lösbar ist. Unter der Bohrgestängeverbindung ist das Mittel zum Verbinden der Bohrausrüstungsteile zu verstehen, z. B. also eine Hülse, welche zwei in Flucht nebeneinander angeordnete Bohrstangen verbindet, oder eine Bohrstange, auf deren Außengewinde ein Bohrkopf mit entsprechendem Innengewinde zum Verbinden aufgeschraubt wird.

Auch bei der Bohrgestängeverbindung ist es besonders zweckmäßig, wenn erfindungsgemäß der Flankenwinkel 60° und der Steigungswinkel 6,5° betragen.

Die Erfindung bewirkt den Vorteil, daß GewinJe jeder Größe bzw. mit jedem Durchmesser, und zwar als System mit einem oder mehreren Bohrsträngen oder als Gestängeverbindung mit einem konkreten Mittel zum Verbinden, relativ leicht lösbar sind, ohne daß die Verbindung auch bei kleinsten Gewindediirehmessern deswegen übermäßig lose ist. Das erfindungsgemäße Gewindesystem bzw. die Bohrgestängeverbindung ermöglicht darüber hinaus durch die Wahl eines geeigneten Flankenwinkcls in Verbindung mit einem günstigen Steigungswinkel eine verschleißfeste Ausbildung durch die Erzeugung eines angemessenen Flächendruckes und einer tragenden Fläche von ausreichender Größe.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit folgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch einen Gewindeausschnitt mit

ί Steignngs- und Flankenwinkeln geeigneter G röße,

Fig.2 eine schaubildliche Darstellung der Drehmomentcharakteristik eines Gewindes nach F i g. 1,

F i g. 3A eine Stirnansicht eines Teiles mit erfindungsyemäßem Außengewinde mit Längsnuten zur Erleichtern rung des Anziehens und des Lösens des Gewindes und

F i g. 3B einen Aufriß eines erfindungsgemäßen Außengewindes.

Das in F i g. 1 im Ausschnitt dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gewindes hat einen

ι "ι Flankenwinkel von 55° und einen Steigungswinkel von 7,5°. Dabei hat ein Gewinde mit einem Durchmesser von 37,5 mm den gleichen Steigungswinkel wie ein solches mit einem Durchmesser von 56,2 mm, während demgegenüber die Ganghöhe a in Abhängigkeit vom

jo Gewindedurchmesser veränderlich ist. Selbstverständlich kann man neben den in F i g. 1 dargestellten Flanken- und Steigungswinkeln von 55° bzw. 7,5' auch andere geeignete Flankenwinkel zwischen 50 und 70⁼ und Steigungswinkel zwischen 6 und 8° wählen.

J> In der schaubildlichen Darstellung in Fig. 2 ist das beim Anziehen des Gewindes nach Fig. 1 aufzuwendende »Verbindungs«-Drehmoment Λί, als Abzisse und das zum Lösen von Gewinden verschiedener Durchmesser nach Fig. I. aufzuwendende »Trenn«-Drehmo-

Iiι ment Zn₁- als Ordinate aufgetragen. Dabei zeigt die Drehmomentkurve unabhängig von dem Gewindedurchmesser einen geradlinigen Verlauf.

Zur Erzielung einer gewissen Elastizität der Gewindegänge, welche sich während des Bohrens als

i'> Erleichterung für das Anziehen und ebenso als Erleichteren beim Lösen der Verbindung auswirkt, können die Schraubengänge des Außengewindes mit einer oder mehreren, im wesentlichen in Längsrichtung verlaufenden Nuten 1 versehen sein (Fig. 3A, 3B). Um

»ι darüber hinaus ein mit herkömmlichen Mitteln einfach herstellbares Gewinde zu erhalten, was insbesondere beim Nacharbeiten von Gewinden an Bohrgestängen ausschlaggebend ist, weist das Gewinde vorzugsweise trapezförmiges Profil 2 auf.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Eingängiges Gewindesystem für Bohrgestänge-Verbindungen mit zylindrischem Außen- und Innengewinde, welche einen Durchmesser von mindestens 37,5 mm und einen Flankenwinkel zwischen 50 und 70° aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel unabhängig vom Gewindedurchmesser auf einem konstenten Wert zwischen 6 und 8° gehalten und die Ganghöhe (a)des Gewindes in Abhängigkeit vom Gewindedurchmesser entsprechend verändert ist, wobei die Anzugs- und Lösungsdrehmomente (M_n m_v) für Gewinde mit gleichen Flankenwinkeln in einem die Drehmomente als Koordinaten aufweisenden Diagramm unabhängig vom Gewindedurchmesser auf einer gemeinsamen Geraden liegen.

2. Gewindesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flankenwinkel 60° und der Steigungswinkel 6,5° betragen.

3. Gewindesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde Trapezprofil (2) aufweist.

4. Gewindesystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde eine oder mehrere, im wesentlichen in Längsrichtung verlaufende Nuten (1) aufweist.

5. Gewindesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (1) im Außengewinde angeordnet sind.

6. Bohrgestängeverbindung für zylindrische Außen- bzw. Innengewinde aufweisende Bohrausrüstungsteile, die einen Durchmesser von mindestens 37,5 mm und einen Flankenwinkel zwischen 50° und 70° aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel unabhängig vom Gewindedurchmesser auf einem konstanten Wert /wischen 6° und 8° gehalten ist und das Gewinde Trapezprofil (2) aufweist.

7. Bohrgestängeverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flankenwinkel 60° und der Steigungswinkel 6,5° betragen.