DE2316059C3

DE2316059C3 - Gewinderohrverbindung für Verrohrungen, insbesondere von Ölbohrlöchern

Info

Publication number: DE2316059C3
Application number: DE2316059A
Authority: DE
Inventors: Yasuhide Fujioka; Mitami Inagaki; Wakayama Kainan; Takeshi Ryujin; Shuji Yoshida
Original assignee: KAINAN STEEL TUBE CO Ltd KAINAN WAKAYAMA; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: KAINAN STEEL TUBE CO Ltd KAINAN WAKAYAMA; Nippon Steel Corp
Priority date: 1972-03-31
Filing date: 1973-03-30
Publication date: 1974-11-28
Also published as: CA970411A; NL7304475A; FR2178947B1; IT986631B; US3850461A; DE2316059A1; GB1413230A; AR206593A1; CS180613B2; DE2316059B2; NL152956B; FR2178947A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gewinderohrverbindung für Verrohrungen, insbesondere von ölbohrlöchern, deren Rohrlängen konische, mit Außengewinde versehene Endabschnitte aufweisen, welche durch Kupplungsmuffen mit den Außengewinden der Rohrabschnitte angepaßten Innengewinden verbunden sind, die jeweils innenseitig des Innengewindes einen sich radial nach innen erweiternden gewindefreien Abschnitt, der um ein bestimmtes Maß gegenüber einer konischen, durch die Kämme des Innengewindes gebildeten Profillinie erhöht ist und dessen Innenfläche sich parallel zu dieser Profillinie erstreckt, und eine ringförmige Nut zwischen dem gewindefreien Abschnitt und dem Innengewinde aufweisen, weiche eine Dichtung aufnimmt, wobei die Endabschnitte der Rohrlängen außenseitig jeweils ein gewindefreies Vorderende mit gleicher Konizität

jo und im wesentlichen gleicher axialer Länge wie der erhöhte Abschnitt der Kupplungsmuffe besitzen und eine erste Metall-auf-Metall-Abdichtung zwischen dem erhöhten Abschnitt der Muffe und dem außenzeitigen gewindefreien Vorderende des Rohrabschnit-

tes sowie eine zweite Abdichtung zwischen der Dichlung und der ringförmigen Nut der Muffe und dem vordersten Gewindekamm des Außengewindes des Rohrabschnittes gebildet sind.

Eine Gewinderohrverbindung dieser Art ergibt sich aus der USA.-Patentschrift 3 307 860.

Die Bedingungen, unter denen die Rohre verwen-Jet werden und die Erfordernisse, die an solche Rohre gestellt werden, haben sich von Jahr zu Jahr immer schwieriger gestaltet. Erdöl- und Erdgasbohrungen sind häufig bis in eine Tiefe von mehr als 5000 m vorgetrieben worden, und der Typ der mit Gewinde versehenen rohrförmigen Auskleidungen, die für solche Bohrungen verwendet wurden, ist über die vielen Jahre einem Wandel unterzogen worden und verschiedene neue Typen von Gewinderohrverbindungen sind vorgeschlagen und auch benutzt worden. Es ist einzusehen, daß bei einem Rohrstrang, der sich in eine Tiefe von mehr· als 5000 m erstreckt, die oberste Rohrverbindung das gesamte Gewicht der Verrohrung aufnehmen muß, selbst wenn keine äußere Kraft ausgeübt wird und die Verrohrung in einfacher Weise aufgehängt ist. Da die üblicherweise benutzten Rohre heute zwischen 6 und 50 kg/m Rohrlänge wiegen, entstehen riesige Belastungen, die durch die Gewinde aufgenommen werden müssen. Falls die Verrohrung dazu benutzt wird, das Bohrloch zu bohren, muß die Kupplung zusätzlich zu der Zugbelastung einer hohen Drchmomentbelastung widerstehen können.

Eine im Zusammenhang mit der Verrohrung auftretende Schwierigkeit besteht darin, daß die Kuppi_ung zwischen einander zugeordneten, mit Gewinde versehenen Elementen beim Auftreten einer großen Zugbelastung locker wird, was zu einer Beeinflussung der lecksicheren Eigenschaften der Kupplung führt.

Zwar sind bei der eingangs genannten bekannten Gewinderohrverbindung für Verrohrungen zwei Abdichtungen vorgesehen, und zwar eine erste Metallauf-Metall-Abdichtung zwischen dem erhöhten Abschnitt der Muffe und dem außenseitigen gewindefreien Vorderende des Rohrendabschnitts und eine zweite Abdichtung zwischen der Dichtung in der ringförmigen Nut der Muffe und dem vordersten Gewindekamm des Außengewindes des Rohrendabschnittes gebildet, doch ist eine weitere Verbesserung der Abdichtung wünschenswert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine lecksichere Verbindung zu schaffen, die die obenerwähnten gro-

6g ßen Kräfte aufnehmen kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der erste Gewindekamm des Außengewindes jedes Rohrendabschnittes rohrendseitie ein

Fußteil aufweist, durch dessen Kontakt mit der dem Der gewindefreie Abschnitt 6 ist um ein Maß C in erhöhten Abschnitt der Kupplungsmuffe benachbar- be*ug auf die Verlängerung der Profillinie iO erhöht, ten Seitenwand der Nut eine weitere Metall-auf-Me- d. h. in bezug auf die radiale Abmessung eines kotall-Abdichtung gebildet ist. Durch diese dritte Dich- nisch zulaufenden Vorderende!>9 des Rohrendablung, die eine weitere Metall-auf-Metall-Abdichlung 5 schnittes. Nach theoretischen Bemessungen ist eine darstellt, wird nicht nur die Gesamtabdichtung ent- zusätzliche Dicke C von 0,05 bis 0,20 mm geeignet, sprechend der zusätzlichen Dichtwirkung verbessert, Berücksichtigt man jedoch die Genauigkeit des Gesondern die Abdichtwirkung der Dichtung in der Nut windeschneidens und die Genauigkeit bei dem Zuwird wesentlich erhöht, da sie unter extrem hohem sammensetzen und Verschrauben der Verbindung, so Druck auf Grund der dritten Abdichtung steht, die io ist es besser, diesen Wert im Bereich zwischen 0,10 eine Metall-auf-Metall-Abdichtung ist. bis 0,40 mm zu wählen. Wenn der Rohrabschnitt in

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise die Kupplungsmuffe eingeschraubt wird, trifft das

dargestellt. Es zeigt vordere Ende des Außengewindes 11 auf die Dich-

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine bekannte Ge- tung 12, die aus Tetrafluoräthylen bestehen kann,

winderohrverbindung, t₅ und drückt diese gegen den Boden der Nut 7. Bei

Fig.2 eine vergrößerte Darstellung eines Teil- einem weiteren Eindringen des Rohrendabschnittes 1

schnittes durch einen zentralen Teil der Kupplungs- übergreift das Vorderende 9 möglicherweise die

muffe, der durch den Kreis mit gestrichelter Linie in Nut 7, und es tritt ein Reibschluß zwischen dei äuße-

Fig. 1 angedeutet ist, ren Fläche 8 des VorderenJc;9 und des inneren Ab-

F ig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Teil- 20 Schnitts 6 der Kupplungsmuffe ein. Da die radiale

schnittes durch einen erfindungsgemäl.' ausgebildeten Abmessung des Abschnittes 6 um das Maß C verrin-

Rohrabschnitt, und gen ist, wird der Kontaktdruck zwischen den inein-

F i g. 4 und 5 Teilschnitte entsprechend den F i g. 2 andergreifenden Flächen der Abschnitte 6 und 8 pro-

und 3 einer abgeänderten Ausführungsform der Ge- gressiv erhölu, wenn das Vorderende 9 unter Dre-

winderohrverbindung gemäß der Erfindung. 35 hung durch Ausüben eines progressiv ansteigenden

In Fig. I ist eine Kupplungsmuffe dargestellt, de- Drehmomentes vorgeschoben wird, das die Reibung

ren linke Seite mit einem Rohrabschnitt verbunden zwischen diesen beiden Flächen übersteigt. Auf diese

ist, und in den F i g. 2 und 3 sind Ausschnitte aus der Weise kann ein flächenkontak·., bei dem Metall auf

Kupplung und dem Rohrabschnitt in vergrößertem Metall liegt, mit einem Kontaktdruck, der "größer als

Maße dargestellt. _3C der auf die Tetrafluoräthylenpackung einwirkende

Die dargestellte Gewinderohrverbindung besteht Druck ist, erhalten werden, wenn der Rohrendab-

aus einem mit Außengewinde versehenen Röhrend- schnitt in die beabsichtigte Endstellung am Ende des

abschnitt eines Rohrabschnittes 1 und einem zugehö- Zusammenbaus gebracht ist. Die Länge der Kontakt-

rigen Teil einer Kupplungsmuffe4, wobei der Rohr- fläche, d.h. der Fläche des Kontaktes zwischen den

abschnitt mit einem anschlaglosen Außengewinde 35 Abschnitten 6 und 8, sollte das Ein- bis Zweifache

entsprechend dem API-Standard (Amerikanisches der Gewindesteigung nicht überschreiten, damit sich

Petroleum Institut), das auf einem konischen Teil mit das gewindefreie Vorderende 9 nicht verbiegt oder

einer Monizität von '/m geschnitten ist. und die eine ständige Deformation erfährt. Außerdem sollten

Kupplung mit Innengewinde entsprechend dem beide ineinandergreifende Teile so dick wie möglich

API-Standard versehen ist, das auf einem entspre- 40 ausgeführt werden.

cncnd konisch zulaufenden Abschnitt der gleichen Zusätzlich zu diesen beiden Abdichtungen ist eine Konizität geschnitten ist. Der Innendurchmesser der dritte Abdichtung vorgesehen, die im Zusammen-Kupplungsmuffe 4 ist im Bereich des Zentrums die- hang mit den F i g. 2 und 3 näher erläutert ist. Sie ist scr Kupplung verringert. Die Kupplungsmuffe A ver- dadurch gebildet, daß der Kontakt zwischen der Seijüngt sich nach innen bzw. erweitert sich nach außen 45 tenwancl 27 der die Dichtung 12 aufnehmenden Nut und weist eine maximale Wandstärke und einen mi- an der dem Zentrum 5 zugewandten Seite der nimalen inneren Durchmesser im Zentrum bzw. in Kupplungsmuffe4 in Fig.2 mit dem ersten Gewindedcr Mitte zwischen den einander gegenüberliegenden kamm 11 des Gewindes des Rohrendabschnittes geEnden auf. maß F i g. 3 besonders vollkommen ausgebildet ist.

Die Kupplungsmuffe 4 weist einen sich nach innen 50 Dies wird durch die Anordnung eines senkrechten erweiternden gewindefreien zentralen Abschnitt 6 Fußteiles g am ersten Gewindekamm erzielt. Bei auf, der sich zumindest über einen axialen Bereich, dieser Ausgestaltung kann der Fußteile, selbst der mit 6 bezeichnet ist, entsprechend dem Ein- bis wenn das vordere Ende des Gewindes unvollkommen Zweifachen einer Gewindesteigung zu beiden Seiten ist, eine perfekte Flächenberührung mit der entsprcdes Zentrums mit einer Konizität von 'm erstreckt, 55 chenden Eckfläche der Seitenwand 27 der Nut 7 wobei der zentrale Bereich an beiden Enden in einer herbeiführe.1 und durch die Flächenberührung mit ringförmigen Nut 7 endet, die eine Dichtung 12 auf- einem Metall-auf-Mctall-Kontakt eine dichte Abnimmt und sich in axialer Richtung über einen Be- sperrung erzielt werden. Hierdurch kann ein extrem reich entsprechend dem 1- bis l,5fachen einer Gc- hoher Druck auf die Dichtung ausgeiib« werden, und windcsteigung erstreckt. Das anschlaglose Gewinde 60 eine Leckage durch diese Fläche kann somit vollist über einen nach außen sich erstreckenden, von ständig vermieden werden. Versuche haben bewieder ringförmigen Nut ausgehenden Bereich vorgese- sen, daß die wirksamste Höhe des Fußteilsg im wehen. Der Rohrabschnitt 1 weist ein gewindcfieies scntlichcn unabhängig von der Größe der Verbin-Vorderendc9 auf, das sich nach seiner Richtung mit dung ist und etwa zwischen 0,40 und 0,80 mm liegt, der gleichen Koniziiät und im wesentlichen der glei 65 sofern rs sich um ein Anschlaggewinde entsprechend chen axialen Länge wie der erhöhte Abschnitt 6 der dem APl-Standard handelt.

Kupplungsmuffe erweckt, um hierdurch einen engen Die Fig. 4 und 5 zeigen eine andere Ausführungs-

Flächenkontakt zwischen diesen Flächen zu erzielen. form der Gewindemfirverhindnntr Dipsp Ansfüh-

5 6

rungsform stimmt grundsätzlich mit der weiter oben F i g. 4 und 5 in Form der einfachsten Flächenberühbeschriebenen mit der Ausnahme überein, daß die rungsabdichtung mit zwei ebenen Flächen ausgebil-Kupplungsmuffe4 bei dieser Ausführungsform eine dct ist, ist es möglich, einzigartige und zusätzliche innere Schulter 15 aufweist, die eine dritte Abdich- Wirkungen durch Veränderungen der Abdichtflächen tung bildet, wenn an ihr die Stirnfläche 16 des Vor- 5 zu erzielen. Beispielsweise kann die Abdichtung in derendes9 des Rohrendabschnittes 1 anliegt. Jede der Art einer Abdichtung mit verschiebbarem Kon-Seite der Schulter 15 dient als Abdichtung, wie dies takt mit kugelförmigen oder flachen Flächen oder bei 17 angezeigt ist, und wird durch die Stirnfläche einer Kombination hieraus aufgebaut sein, oder sie 16 des Vorderendes 9 am Ende des Zusammen- kannn aus ineinandergreifenden konvexen und konschraubens nach der Vollendung der weiter obencr- io kavcn Flächen bestehen.

wähnten ersten und zweiten Abdichtung berührt. Auf Wie dies weiter oben beschrieben wurde, ist es mit diese Weise kann das Zusammenschrauben beendet der Gewinderohrverbindung gemäß der vorliegenden werden durch das Feststellen eines plötzlichen Dreh- Erfindung, bei welcher ein zwangläufiger Metall-gemomentanstieges beim Auftreffen der Stirnfläche 16 gen-Metall-Kontakt und falls notwendig ein zusätzlian der Anschlagfläche 17. Auf diese Weise wird 15 eher Metall-gcgen-Metall-Kontakt zwischen der Annicht nur eine zusätzliche wirksame Abdichtung im schlagfläche 17, gebildet durch eine innere zentrale Zusammenhang mit der zusätzlichen dritten Abdich- Schulter an der Kupplungsmuffe, und einer Stirntung auf Grund eines Metall-auf-Metall-Kontaktes fläche 16 des Vorderendes des Rohrendabschnittes zusätzlich zu den obenerwähnten ersten und zweiten zur lecksicheren Abdichtung zwischen den mit GeAbdichtungen, sondern auch ein weiterer Vorzug er- ao winde versehenen Elementen zusätzlich zu der Abzielt, der darin besteht, daß man in der Lage ist, das dichtung durch die Dichtung vorgesehen sind, mög· Ende des Zusammenschraubens auf Grund des An- lieh, eine perfektere und wirkungsvollere Abdichtung stieges des ausgeübten Drehmomentes festzustellen, zu erhalten, als dies bei den bekannten Rohrverbinwas im Hinblick auf die Rationalisierung der Gelän- düngen möglich war. Die vorliegende Erfindung er dearbeitskontrollen vorteilhaft ist. Während die as möglici.t somit eine Rohrverbindung mit überlegener dritte Abdichtung bei der Ausführungsform nach den lecksicheren Eigenschaften.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gewinderohrverbindung für Verrohrungen, insbesondere von ölbohrlöchern, deren Rohrlängen konische, mit Außengewinde versehene Endabschnitte aufweisen, weiche duch Kupplungsmuffen mit den Außengewinden der Rohrenüabschnitte angepaßten Innengewinden verbunden sind, die jeweils innenseitig des Innengewindes einen sich radial nach innen erweiternden gewindefreien Abschnitt, der um ein bestimmtes Maß gegenüber einer konischen, durch die Kämme des Innengewindes gebildeten Profillinie erhöht ist und dessen Innenfläche sich parallel zu dieser Profillinie erstreckt, und eine ringförmige Nut zwischen dem gewindefreien Abschnitt und dem Innengewinde aufweisen, weiche eine Dichtung aufnimmt, wobei die Endabschnitte der Rohriängen außenseiiig jeweils ein gewindefreies Vorderende mit gleicher Konizität und im wesentlichen gleicher axialer Länge wie der erhöhte Abschnitt der Kupplungsmuffe besitzen und eine erste Metall-auf-Metall-Abdichtung zwischen dem erhöhten Abschnitt der Muffe und dem außenseitigen gewindefreien Vorderende des Rohrendabschnitts sowie eine zweite Abdichtung zwischen der Dichtung in der ringförmigen Nut der Muffe und dem vordersten Gewindekamm des Außengewindes des Rohrenüabschnittes gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gewindekamm (11) des Außengewindes (2) jedes Rohrendabschnittes (1) röhret iseitig ein Fußteil (g) aufweist, durch dessen Kontakt mit der dem erhöhten Abschnitt (6) der Kupplungsmuffe (4) benachbarten Seitenwand (27) der Nut (7) eine weitere Metall-auf-Metall-Abdichtung gebildet ^lst·

2. Gewinderohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das konstante Maß (C), um welches der gewindefreie Abschnitt (6) erhöht ist, zwischen 0,1 und 0,4 mm und die axiale Erstreckung des Abschnittes (6) das Einbis Zweifache einer Gewindesteigung betragen.

3. Gewinderohrverbindung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmuffe (4) einen weiteren inneren Voriprung bzw. eine innere Schulter (15) mit einer Anschlagfläche (17) aufweist, wobei eine dritte Metall-gegen-Metall-Abdichtung zwischen der Stirnfläche (16) des Rohrendabschnittes (1) und der Anschlagfläche (17) gebildet ist.

4. Gewinderohrverbindung nach den Ansprüchcn 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (12) aus Tetrafluoräthylen besteht.