DE2313664B2

DE2313664B2 - Schwerstangen

Info

Publication number: DE2313664B2
Application number: DE2313664A
Authority: DE
Inventors: Jim R. Beirut Cruickshank; Rainer Dr.-Ing. 3100 Celle Juergens
Original assignee: Christensen Diamond Products Co
Current assignee: Norton Christensen Inc
Priority date: 1973-03-20
Filing date: 1973-03-20
Publication date: 1975-05-28
Also published as: JPS549963B2; CA983471A; AU6546374A; FR2222526B1; DE2313664A1; GB1430494A; US3923324A; JPS49122801A; FR2222526A1

Description

16. Schwerstange nach einem der Ansprüche 2 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück aus einer als Tragkörper für Arbeits- und Meßwerkzeuge ausgebildeten Hülse (10) besteht, gegen die das nächste Bohrstrangelement (12) verschraubbar

ist.

17. Schwerstange mit einem Anschlußgewinde an beiden Enden, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem Gewinde (18) ein Schrumpfsitz (4) an jedem Ende der Schwerstange vorgesehen ist.

18. Schwerstange nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der muffenförmige Verbindungsteil eine öffnung für den Anschluß eines Druckspeichers (19) aufweist

15. Verwendung einer Montageeinricntung mit einer einzelnen Druckwelle für eine Schwerstange nach Anspruch 4.

20. Verwendung einer Montageeinrichtung mit eine:n Druckspeicher zum Aufweiten des Schrumpfsitzes einer Schwerstange nach den Ansprüchen 1 bis 6,10,15,17 und 18.

Die Erfindung betrifft Schwerstangen mit Gewindeverbindern für die Bohrindustrie.

Schwerstangen werden über dem Bohrwerkzeug eingesetzt, um die für das Bohren erforderlichen Belastungen werkzeugnah zur Verfügung zu haben. Schwerstangen haben in der Tiefbohrtechnik eine Normlänge von neun Metern und werden im Bohrstrang bis zu mehreren hundert Metern Länge zusammengesetzt.

Um Schwerstangen miteinander zu einem Bohrstrang verbinden zu könne, werden meist Gewindeverbindungen, vorzugsweise kegelförmige Gewinde, verwendet. Dabei werden die Gewinde zur sicheren Übertragung der auftretenden Beanspruchungen und zur Abdichtung gegen hohe Flüssigkeitsdrucke gegen eine Gewindeschulter kraftverschraubt. Solche Gewindeverbinder sind hohen Beanspruchungen ausgesetzt. Sie verschleißen relativ schnell und müssen zur Reparatur in eine Spezialwerstatt transportiert werden. In der Werkstatt ist eine Nachbearbeitung des Gewindebereiches erforderlich, da durch die Beanspruchung und die häufigen Verschraubungen beim Ein- und Ausbau des Bohrstranges die Gewinde (Zapfen- und Muffengewinde) sowie deren Schulterflächen beschädigt oder zerstört werden. Ein Bohrstrang muß bekanntlich bei jedem Wechsel des Bohrwerkzeuges ausgebaut werden.

Um die Häufigkeit der Beschädigungen herabzusetzen, werden Schwerstangen für die Bohrindus'rie aus vergüteten hochfesten Stählen gefertigt. Es ist auch bekannt, nur die Enden der Schwerstangen aus vergütetem Material zu fertigen, wobei entweder die Enden allein vergütet oder vergütete Endstücke an nichtvergütetes Körpermaterial angeschweißt werden.

Die für die Verbindung von Schwerstangen verwendeten Gewinde müssen mit besonderer Sorgfalt gefer-

t'igt, aufmerksam gehandhabt und regelmäßig gewanet werden. Zusätzlich ist eine regelmäßige kontrolle erforderlich, um Beschädigungen und Annsse tcszusteiler und damit Folgeschäden zu vermeiden, die oh mii hohen Kosten verbunden sind. Durch Nacharbeiten des Gewindebereiches wird die Schwerstange zwangsläufig um einen bestimmten Betrag verkürzt. Vm beim EirT- und Ausbau eine sichere Handhabung der Schwerstange zu gewährleisten, muß die Schwerstange nach Erreichen einer minimalen Lange wieder auf das alte Nennmaß gebracht werden. Ein bekanntes Verfahren zur Durchführung dieser Aufgabe ist das sogenanme Vorschuhen. Dabei wird ein entsprechend !ang bemessenes Schwerstangenstück angeschweißt. Sowohl das Nacharbeiten des Gewindebereiches als auch das Vorscnuhen erfordert Geräte und Verfahren, die nur von wenigen Spezialwerkstätten in der Welt durehgeführi werden können. Das Verlängern der Schwerstangen durch Vorschrauben eines kurzen Schwerstangenteiis ist ir. den meisten Fällen keine annehmbare technische Losung, da hierbei eine zusätzliche Gewindeverbindung geschaffen wird, die eine weitere Schwachstelle irr Bohrstrang darstellt und außerdem — wie alle Gewindeverbindungen des Bohrstranges — Wartung erfordert.

Zur Herabsetzung von Gewindebeschädigungen ■* ar es auch bekannt, die Schwerstangen nur mit Zapfen z. versehen und als Verbindungselemente Zwischenstücke aus hochfestem Material mit beidseitigen Muffengewinden zu verwenden (US-PS 35 72 771). Za'.jfenschäden mit den beschriebenen Nachteilen müssen jedoen nach wie vor in aufwendiger Weise behoben werden.

Es ist ferner versucht worden, die anfälligen Gewindeverbindungen durch andere Verbindungselemente zu ersetzen. Die bekannt gewordenen Elemente (US-PS 35 08 773 und 34 94 640 sowie DT-PS 12 15 080) erfordern jedoch für die Montage einen relativ hohen Zeitaufwand und konnten sich daher im praktischen Bohrbetrieb nicht durchsetzen. Bei diesen Verbindungseiementen handelt es sich im wesentlichen um muffenförmige Friktionsverbinder, die über zapfenförmige Enden der Schwerstangen geschoben und mit diesen gewindefrei verbunden, z. B. geschrumpft wurden.

Da für die Praxis des Bohrbetriebes der Schwerstangentyp mit beidseitigen Gewindeverbindern wegen seines leichten Ein- und Ausbaus vorteilhaft ist. liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu finden, mit der die Haltbarkeit der Gewinde erhöht und die Inanspruchnahme von Spezialwerkstätten herabgesetzt werden kann.

Die Erfindung besteht bei einer Schwerstange mit einem Anschlußgewinde an beiden Seiten darin, daß die das Anschlußgewinde tragenden Teile auswechselbar mit dem Schwerstangenkörper verbunden sind. Die gewindetragenden Teile sind vorzugsweise als Zwischenstück so ausgebildet und an das zugehörige Ende des Schwerstangenkörpers angepaßt, daß die Zwischenstücke auf den Schwerstangenkörper aufschrumpfbar sind. Der Schrumpfsitz wird bei einer bevorzugten Ausführungsform als hydraulischer Schrumpfsitz ausgeführt, da diese Verbindung eine leichtere und schnellere Montage und Demontage erlaubt. Bei gegebener Wandstärke der Schwerstangen ist der Schrumpfsitz geometrisch symmetrisch ausgebildet und gegen eventuell hohen Innendruck zur Bohrung hin abgedichtet. Eine Verbesserung der Kraftübertragung bei Schrumpfsitzen wird durch reibungserhöhende Mittel auf den Schrumpfsitzflächen erzielt.

Hierbei hai sich dst Verwendung einer kopjndhaäugen Paste bewährt.

Die Erfindung besieh: bei einer Schwerstange mi: AnschäuBgewinde an beiden Εποεη des weiteren α^πη. daS zusätzlich zu dem Gewinde ein Schrumpfsitz zr, <eat~ Ende der Schwerstange vorgeseher, ist.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden irr folgenden mehrere Austührungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen ir.

F i g. 1 eine Schwerstange mi: auswechselbaren Zw s ■ scben5;tücken für Zapf enge *:nc;e (links) uia Mufierigewinde (rechis)

F ; g. 2 ein Zwischenstück i;s Tragkörper fur Arseiis- und Meßwerkzeuge

F i g. 3 ein Zwischenstück m;t Gewinde zwischcr. dem Schwersisngenkörper und dem Zwischenstück.

F : ϊ:. 4 ein-e Montageeinnchtung für das hydraulische Auf- bz*. Abziehen der Zwischenstucke,

F i g. 5 eine Moniageeinrichtung für das hydraulische Auf- bz*. Abziehen der Zwischenstücke.

Ir, F ι g. 5 is; eine Schwerstange so geteilt dargestellt. ühii d-ie beioen Enden des Schwerstangenkörpers 5 iewei'v resets und hnks sichtbar sind. Beide Enden sind m;i Zwischenstücken 2 bzw, 7 versehen, die em An scnluägewinde t. &, z_ B. ein Muftengevinde ί ^reeht^ bzw em Zapfengewinde S (hnks) tragen. Zur Verbindung cies Schwerstangenkörpers 5 mit den Zwischenstücken 2. 7 sind die Verbindungsflächen 4 des Schwerstargenkörpers 5 und der Zwischenstücke 2. 7 so aufeinander abgestimmt, daß sie miteinander auswechselbar verbunden werden können. Zu diesem Zweck sind die Enden der Schwerstange zapfenförmig ausgebildes mn einem insbesondere konischen Verlauf. Das zugehörige Ende der Zwischenstücke 2. 7 ist muffenförmig mit ebenfalls konischem Verlauf der Innenfläche ausgebildet. Die Verbindung geschieht durch Aufschrumpfen (thermisch oder hydraulisch). Der beim Einsatz der Schwerstangen auftretende hohe Innendruck ist durch Verwendung von Dichtringen 3 zum Zwischenstück 2. 7 hm abgedichtet. Die Anbringung von gewindetragenden Zwischenstücken an im wesentlichen gewindefreien Schwerstangenkörpern ermöglicht die zusätzliche gewindefreie Einfügung von Verschleißringen 6 oder anderen Hülsen mit besonderen Aufgaben, z. B. Räumerrollen oder Meßwerkzeugen. Die Verschleißringe und zusätzlichen Hülsen können gleichermaßen aufgeschrumpft werden.

F i g. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Zwischenstück 7 nach F i g. I ist hier als Hülse 10 ausgebildet und auf den Schwerstangenkörper aufgeschrumpft. Dabei schlägt die Hülse 10 mit ihrer einen Schulter 9 an die entsprechende Schulter des Schwerstangenkörpers 5 an. Die Hülse 10 ist als Tragkörper für Arbeits- und Meßwerkzeuge ausgebildet. In F i g. 2 ist die Hülse 10 mit drei Räumerrollcn 15 bestückt, die in der Hülse 10 drehbar gelagert sind. Das Zwischenstück wird entweder durch einen Gewindeabschluß nach F i g. 1 abgeschlossen oder durch einen zusätzlichen Gewindekörper 12 über ein zusätzliches Gewinde 13 des Schwerstangenkörpers 5 kraftverschraubt, wobei der Gewindekörper 12 gegen eine Schuher 14 der Hülse 10 druckt.

In F i g. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dei l'r findurig dargestellt. Zur Erzielung einer auswechselbaren Verbindung /wischen dem Schwerstangenkörper 5 und dem Zwischenstück 2 (oder 7) isi auf den einander zugewandten Verbindungsflächen (4 in F i g. I) ein Gewinde 16 unterschiedlicher Steigung (/.. B. ein von dorr

Wissel-Gewinde) vorgesehen. Ein solches Gewinde erlaubt zwar nicht die rasche Ausbautechnik der kegeligen Gewinde hält aber wesentlich höheren Belastungen im Dauerbetrieb stand als die üblichen kegeligen Gewinde. Ähnlich gute Eigenschaften wie das Gewinde 16 unterschiedlicher Steigung haben auch Gewinde 17 mit eingelegten Spiralen, wie sie im linken geschnittenen Teil der F i g. 3 dargestellt sind.

F i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Einrichtung zum hydraulischen Aufschrumpfen des Zwischenstücks 7 (oder 2) auf den Schwerstangenkörper. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Schwerstangenkörper 5 zusätzlich zur Verbindungsfläche 4 mit einem Montagegewinde 18 versehen, welches eine besonders einfache Montage erlaubt. Der für die Montage erforderliche Axialschub wird über das Montagegewinde 18 aufgebracht, während der Druck für die Aufweitung des Zwischenstücks 2, 7 im Bereich der Verbindungsfiäche 4 über einen Druckspeicher 19 aufgebracht wird. Der Druckspeicher besteht im wesentlichen aus einem Multiplikator, dessen obere Zylinderfläche 20 mit einem konstanten Gasdruck beaufschlagt wird und dadurch im unteren Druckraum 21 den vorbestimmten Montagedruck erzeugt. Der Druckraum 21 wird beim Einschrauben des Druckspeichers 19 in die Drucköffnung des Zwischenstückes selbsttätig durch Öffnung der Ventilkugel 22 mit dem zwischen den Verbindungsflächen 4 von Schwerstange 5 und Zwischenstück 2, 7 bestehenden Preßfugenraum verbunden. Sobald das Zwischenstück 2, 7 entsprechend aufgeweitet ist, kann es durch das Montagegewinde 18 weiter auf den Schwerstangenkörper aufgeschraubt werden, bis es an die Schulter des Schwerstangenkörpers 5 stößt. Beim Abschrauben des Druckspeichers 19 schließt sich die Ventilkugel wieder, und das Zwischenstück 2,7 wird fest auf den Schwerstangenkörper 5 aufgeschrumpft. Dichtungen sorgen auch hier sowohl für eine Abdichtung des Preßfugenraumes gegen Entweichen des Druckes als auch gegen Überdruck aus dem Innenraum der Schwerstange 5 während des Betriebes.

In F i g. 5 ist eine Montageeinrichtung für das auswechselbare Zwischenstück 2, 7 dargestellt, welche im wesentlichen über einen hydraulischen Zylinder 23, Zugstangen 24, ein Querhaupt 25 und einen geteilten Ring 26 die für die Montage erforderlichen Axialkräfte aufbringt. Der Tragekörper für den hydraulischen Zylinder ist für die Montage mit dem Zwischenstückgewinde verbunden und drückt das Zwischenstück gegen den Schwerstangenkörper 5, wenn die in F i g. 5 unten ίο links sichtbaren Druckkammern mit Druckgas beaufschlagt werden.

Durch die Erfindung bleibt die im Bohrbetrieb bewährte Gewindeverbindung erhalten. Die ist jedoch so austauschbar, daß direkt an der Bohrstelle beschädigte Gewinde schnell und einfach ausgewechselt werden können. Dadurch ist es zusätzlich möglich auf eine besondere Vergütung der Gewinde zu verzichten und die Vergütung der Schwerstangengewinde durch Verwendung höherwertiger Materialien für die Zwischenstükke zu ersetzen. Diese können im Bedarfsfalle zusätzlich vergütet werden. Der große teure Schwerstangenkörper erfordert aber keine besondere Behandlung mehr. Durch die Auswechselbarkeit werden die Transportkosten reduziert, günstige Lagerhalterung erreicht und alle Teile schnell zur Verfügung gestellt. Außerdem erlaubt die Auswechselbarkeit der Zwischenstücke 2, 7 eine kostengünstigere Nachbearbeitung des Gewindeteils, da dies nun mit einer normalen Maschine geschehen kann. Nur wegen der großen Länge der Schwerstangen und ihres großen Gewichts waren bisher die Spezial-Rohrdrehmaschinen notwendig. Besonders vorteilhaft ist auch, daß bei Weiterbildung der Erfindung mit den Zwischenstücken 2, 7 Arbeitswerkzeuge wie Stabilisatoren Räumerteile, Verschleißringe, Bohrlocherweiterer und Meßwerkzeuge wie Drehmoment-, Temperatur- und Kraftmeßgeräte kombiniert werden können. Bereits durch häufigen Verschleiß stark verkürzte Schwerstangen können in einfacher Weise durch die Zwischenstücke gemäß der Erfindung wieder einsatzbereit gemacht werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schwerstange mit einem Anschlußgewinde an beiden Enden, dadurch gekennzeichnet, daß die das Anschlußgewinde tragenden Teile auswechselbar mit dem Schwerstangenkörper (5) verbunden sind.

2. Schwerstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Anschlußgewinde tragen- «o den Teile als Zwischenstücke (2, 7) ausgebildet sind, welche an einer Seite mit dem Anschlußgewinde versehen und an der anderen Seite als eine ein zapfenförmig ausgebildetes Ende des Schwerstangenkörpers (5) übergreifende Muffe ausgebildet sind.

3. Schwerstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerstangenkörper (5) und die das Anschlußgewinde (1,8) tragenden Teile durch einen Schrumpfsitz miteinander verbunden sind.

4. Schwerstange nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrumpfverbindung für eine hydraulische Montage und Demontage des Schrumpfsitzes ausgebildet ist.

5. Schwerstange nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schrumpfsitz ein reibungserhöhendes Material, wie Korund, eingebracht ist.

6. Schwerstange nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsfläehe (4) zwischen dem Schwerstangenkörper (5) und dem das Anschlußgewinde tragenden Teil Druckabdichtungen zugeordnet sind.

7. Schwerstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerstangenkörper (5) und die das Anschlußgewinde (1, 8) tragenden Teile durch ein Gewinde gleicher Tragfähigkeit über die gesamte Verbindungslänge miteinander verbunden sind.

8. Schwerstange nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde (16) zwischen den das Anschlußgewinde tragenden Teilen und dem Schwerstangenkörper (5) ein von dem Wissel-Gewinde ist.

9. Schwerstange nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde (17) zwischen den das Anschlußgewinde tragenden Teilen und dem Schwerstangenkörper (5) in die Gewindeflanken eingelegte Spiralen aufweist.

10. Schwerstange nach einem der Ansprüche 1 bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerstangenkörper (5) und die das Anschlußgewinde (1, 8) tragenden Teile durch eine kombinierte Schrumpf-Schraub-Verbindung (4, 18) miteinander verbunden sind.

11. Schwerstange nach einem der Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß die das Anschlußgewinde tragenden Teile aus einem hochfesten Werkstoff bestehen.

12. Schwerstange nach einem der Ansprüche 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß die das Anschlußgewinde tragenden Teile als Tragkörper für Arbeits- und Meßwerkzeuge ausgebildet sind.

13. Schwerstange nach einem der Ansprüche 1 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schwerstangenkörper (5) und den das Anschlußgewinde tragenden Teilen Bohrstrangteile, insbesondere ein Verschleißring (6), eingefügt sind.

14. Schwerstange nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstükke (2,7) mit unterschiedlichen Anschlußgewinden (1, 8) versehen sind.

15. Schwerstange nach Anspruch lO, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrumpfverbindung für die Axialbewegung beim Aufschrumpfen der Zwischenstücke (2, 7) ein Montagegewinde (18) zugeordnet