DE2530048A1

DE2530048A1 - Rohrkupplung

Info

Publication number: DE2530048A1
Application number: DE19752530048
Authority: DE
Inventors: Ben F Giebeler
Original assignee: Byron Jackson Inc
Current assignee: Byron Jackson Inc
Priority date: 1974-07-05
Filing date: 1975-07-04
Publication date: 1976-01-22
Also published as: NO752049L; RO72080A; GB1490628A; US3922009A; NL7507669A; FR2277270B1; FR2277270A1; DE2530048C3; JPS5131359A; CA1029418A; DK134790C; NO142143C; DK134790B; AT341976B; DK275175A; DE2530048B2; NO142143B; IT1039487B; ATA512775A

Description

Patentanwälte

Dipl. Ing. H. Hauck

Dipl. Phys. W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Graalfs Dipl. Ing. W. Wehnert Dipl. Phys. W. Carstens 8 München 2 Mozartstr. 23

Byron Jackson Inc.

6505 N. Paramount Blvd.

Long Beach,Calif.90805,USA München, 4. Juli 1975

Aktenzeichen M-3573

Rohrkupplung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rohrkupplung.

Es sind Kupplungen oder Steckverbindungen zum Schnellschluß zylindrischer Kupplungsteile bekannt, die mit unterbrochenen G-ewindegängen versehene Einschub- und Aufnahmeteile aufweisen; wenn das Einschubteil ordnungsgemäß in das Aufnahmeteil eingesetzt ist und gedreht wird, wirken die Gewindegänge zusammen und kuppeln die Kupplungsteile aneinander.

Kupplungen dieser Art werden beispielsweise bei der Erdölgewinnung verwendet, wo etwa ein Zementierkopf an ein Futterrohr angekuppelt wird, um ein Bohrloch zu zementieren. In diesem Fall sind die zylindrischen Kupplungsteile im allgemeinen sehr lang, und der Zementierkopf ist ebenfalls lang, unhandlich und schwer, Der Zementierkopf wird rasch abgesenkt, in die mit dem Futterrohr zusammenwirkende Lage geführt und gedreht, und der Zementierkopf und das Futterrohr werden miteinander gekuppelt, so

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daß der Zement in das futterrohr eingeführt werden kann.

Bei derartigen Kupplungen sind die Gewindegänge zumeist mit einem Steigungswinkel versehen oder als selbstsperrende Gewinde ausgebildet, um eine Abdichtung zu erzielen. Bei einigen Kupplungen läßt sich die Verbindung durch Drehen des Kopfes in beiden Richtungen herstellen.

Insgesamt schafft die Erfindung eine Kupplung mit einem Einschub- und einem Aufnahmeteil, die jeweils mit in Umfangsrichtung und seitlich auf Abstand gehaltenen, unterbrochenen Gewindegängen, Nocken oder Nasen versehen sind, welche keinerlei Steigungswinkel aufweisen und jeweils mit im wesentlichen senkrecht zu den Wänden des zugehörigen Kupplungsteils verlaufenden Anlageflächen versehen sind.

Zum Kuppeln der beiden Kupplungsteile muß das Einschubteil vollständig in das Aufnahmeteil eingesetzt sein. In dieser Stellung sind die Gewindegänge, Nocken oder Nasen der beiden Kupplungsteile relativ zueinander derart angeordnet, daß bei einer Relativdrehung des Einschubteils gegenüber dem Aufnahmeteil über einen geringen Winkel von etwa 30° die Gewindegänge, Nocken oder Nasen ineinander greifen und eine Verriegelung bewirken.

In der ordnungsgemäßen Relativlage der beiden Kupplungsteile

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sind miteinander zusammenwirkende Anschlagnasen, Gewindegänge oder Nocken auf beiden Kupplungstßilen in Umfangsrichtung derart fluchtend zueinander ausgerichtet, daß bei Drehung des Einschubteils die Relativdrehung zwischen den Kupplungsteilen begrenzt wird. Diese Anschlagnasen oder dgl. stellen ferner sicheg daß ein Kuppeln der beiden Kupplungsteile bei Drehung des Einschubteils gegenüber dem Aufnahmeteil in der entgegengesetzten Richtung verhindert wird. Eine in Richtung eines Kuppeins wirksame Relativdrehung ist somit nur in einer Drehrichtung möglich. Bei Drehung in der entgegengesetzten Richtung werden die Kupplungsteile entkuppelt, woraufhin das Einschubteil aus der mit dem Aufnahmeteil ausgerichteten Lage angehoben werden kann.

Im Anwendungsfall des Bohrlochzementierens sind dem Zementierkopf Sperrglieder zugeordnet, die mit Ausnehmungen in dem am ihitterrohr befestigten Kupplungsteil zusammenwirken, um eine Drehung des Zementierkopfes in beiden Drehrichtungen zu verhindern. Bis zum Entriegeln der Sperrglieder kann somit der Zementierkopf nicht vom Futterrohr getrennt werden«. Am Zementierkopf ist ein Zementverschluß für die Bohrlochzementierung lösbar angeordnet.

Kurz gesagt schafft die Erfindung eine Kupplung mit einem zylindrischen Aufnahmeteil und einem längs einer vorgegebenen Weglänge in das Aufnahmeteil einführbaren Einschubteil, die

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jeweils mehrere, axial auf Abstand gehaltene und in Umfangsrichtung unterbrochene Gewindegänge aufweisen, die bei Drehung eines der beiden Kupplungsteile zusammenwirken und die Kupplungsteile lösbar miteinander verbinden, sowie an jedem der Kupplungsteile in Umfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordneten Anechlagnasen, die bei längs der vorgegebenen Weglänge in das Aufnahmeteil eingesetztem Einschubteil fluchtend zueinander ausgerichtet sind, wobei die Anschlagnasen eine Relativdrehung der beiden Kupplungsteile auf einem streckenmäßig der Länge eines der G-ewindegänge entsprechenden Bruchteil einer Umdrehung begrenzen und ein Kuppeln der beiden Kupplungsteile nur bei deren Relativdrehung in der einen Drehrichtung und ein Entkuppeln der beiden Kupplungsteile nur bei deren Relativdrehung in der anderen Richtung ermöglichen, und die Anschlagnasen auf jedem der beiden Kupplungsteile wirken mit den G-ewindegängen des jeweils anderen Kupplungsteiles nach Art einer Schraubverbindung zusammen, wenn die beiden Kupplungsteile lösbar miteinander gekoppelt sind, wodurch die gegenseitige Eingriffsfläche der Kupplungsteile und somit die Festigkeit der Kupplung vergrößert wird.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen.

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Es zeigen:

Pig. 1 eine teilweise gebrochene Darstellung eines Zementierkopfes mit einem daran befestigten Aufnahmeteil und eines Futterrohres mit einem daran befestigten Einschubteil im zerlegten Zustand bei erfindungsgemäßer Ausbildung der beiden Kupplungsteile;

Mg. 2 die Aufsicht des Einschubteils;

Pig. 3 einen Horizontalschnitt des Aufnahmeteile längs der Linie 3-3 der Fig. 1;

Fig. 4 eine Darstellung des Aufnahmeteils in der auf das Einschubteil aufgesetzten Lage vor dessen Drehung in Richtung eines gegenseitigen Eingriffs der G-ewindegänge, wobei das Aufnahmeteil zwecks Darstellung der Vorderfläche des Einschubteils teilweise gebrochen dargestellt und dei Gewindegänge des Aufnahmeteils in gestrichelten Linien gezeigt sind;

Pig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 der Pig. 4

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durch die Kupplung in der in Pig. 4 gezeigten Stellung;

Mg. 6 eine der Pig. 4 entsprechende Darstellung, wobei jedoch das Aufnahmeteil "bei Blickrichtung von oben im Uhrzeigersinn gedreht ist und sich in einer Stellung befindet, in der die Crewindegänge der Kupplungsteile ineinandergreifen;

Pig. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 der Pig. 6 durch die Kupplung in der in Pigo 6 gezeigten Lage;

Pig. 8 einen Teilschnitt längs der Linie 8-8 der Pig. 4, wobei sich die Anschläge außer Eingriff befinden;

Pig. 9 einen Teilschnitt längs der Linie 9-9 der Pig. 6 in der Eingriffslage der Anschläge;

Pig. 10 eine Barstellung der Sperrglieder; und

Pig. 11 einen Schnitt längs der Linie 11-11 der Pig.

Die Pign., und insbesondere Pig. 1, zeigen einen Zementier-

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kopf 10 mit einem Futterrohr 12. Am Zementierkopf 10 ist ein Aufnahme-Kupplungsteil 14 und am Futterrohr 12 ein Einschub-Kupplungsteil 16 befestigt. Das Kupplungsteil 16 ist in üblicher Weise mit dem Futterrohr 12 verbunden, beispielsweise verschraubk Auf gleiche Weise kann das Kupplungsteil 14 am Zementierkopf 10 befestigt sein.

Der Zementierkopf 10 wird etwa mit Hilfe eines nicht gezeigten Krans oder Aufzugs angehoben und verstellt, wobei zum Eingriff der Kranhaken Bügel 18 an einem Deckel 19 befestigt sind, der über eine Schraubverbindung lösbar mit dem Kupplungsteil 14 verbunden ist. Der Zementierkopf 10 wird über eine Leitung 20 mit Zement versorgt, wobei ein Ventil zur Steuerung des Zementstroms von einer nicht gezeigten Versorgungsstelle zum Zementierkopf und von dort zum Futterrohr 12 vorgesehen sein kann.

Anschlußstücke 22a am Zementierkopf 10 dienen zur Aufnahme von nicht gezeigten Verschlußstiften, die einen ebenfalls nicht gezeigten Zementverschluß im Zementierkopf für den Zementiervorgang abstützen. Beim Entfernen dieser Stifte wird der Zementierverschluß gelöst, so daß er durch denifcer die Leitung 20 in den Zementierkopf 10 einströmenden Zementbrei nach unten

/und
in'durch das Futterrohr 12 getrieben wird.

Die Kupplung besteht aus dem Aufnahmeteil 14 und dem Einschub-

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teil 16. Das Einschubteil 16 enthält einen Abschnitt 22 verringerten Durchmessers, der an einer Schulter 24 endet, die nach dem Einschieben in das Aufnähmet eil 14 an einem Endflansch 26 des Aufnahmeteils 14 anliegt. Der Abschnitt 22 verringerten Durchmessers des Einschubteils 16 ist an seinem Ende mit zwei Nuten 28, 30 versehen, in denen jeweils ein elastischer O-Ring 32 bzw. 34 sitzt, so daß eine verhältnismäßig strö'mungssichere Abdichtung mit einem zylindrischen Abschnitt 36 des Aufnahmeteils 14 gebildet wird. Anstelle zweier O-Ringe kann auch eine andere Anzahl von O-Ringen vorgesehen sein.

Wie gezeigt, ist das Einschubteil 16 mit mehreren unterbrochenen, in ümfangsrichtung auf Abstand gehaltenen Gewindegängen, Nocken oder Ansätzen MI versehen, die ohne Steigungswinkel ausgebildet sind. Wie gezeigt, sind axiale Reihen von Gewindegängen 38, 40 und 42 und eine Reihe von als Anschläge wirkenden G-ewindegängen 44 vorhanden.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Gewindegänge 38, 40 und 42 in Axialrichtung zueinander fluchtend angeordnet, wobei die Länge jedes Gewindegangs im wesentlichen gleich der Bogenlänge eines Scheitelwinkels von etwa 30° ist. Die Gewindegänge sind um etwa 30° von dem jeweils unmittelbar benachbarten Gewindegang der gleichen Reihe auf Abstand gehalten« Der Axialabstand der einen von der nächsten Gewindegangreihe

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entspricht jeweils etwa der Breite jedes G-ewindegangs. Jede Anschlagnase in der die Anschlagnasen bildenden G-ewindegangreihe 44 ist ani einen Ende fluchtend mit dem Ende der Gewindegänge MT ausgerichtet; die Länge der Anschlagnasen 44 ist jedoch beträchtlich kleiner als die der G-ewindegänge MT, beispielsweise nur halb so groß. Die Anschlagnasen 44 sind von der Schulter 24 um eine Strecke auf Abstand gehalten, die gleich der Breite eines G-ewindeganges ist, und liegen dicht neben den G-ewindegängen 42.

/mit

Das Aufnahmeteil 14 ist'mehreren unterbrochenen in Umfangrichtung auf Abstand gehaltenen G-ewindegängen, Nocken oder Nasen ST versehen, die keinerlei Steigungswinkel aufweisen. Wie gezeigt, sind axiale Reihen von G-ewindegängen 46, 48 und 50 und eine Reihe von als Anschlagnasen wirkenden G-ewindegängen 52 vorhanden. Die G-ewindegänge 46, 48 und 50 sind in Axialrichtung zueinander fluchtend ausgerichtet und ihre Länge ist im wesentlichen gleich der Bogenlänge eines Scheitelwinkels von etwa 30°. Die G-ewindegänge in jeder Reihe sind im wesentlichen um die gleiche Strecke auf Abstand gehalten, d.h. ihr Abstand ist gleich der Bogenlänge eines Scheitelwinkels von etwa 30°. Die G-ewindegänge 46 sind an oder in der Nähe des Endes 26 des Aufnahmeteils 14 angeordnet. Neben den G-ewindegängen 46 befinden sich die Anschlagnasen 52, die am einen Ende fluchtend zu den Enden der G-ewindegänge 46, 48 und 50

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der geweiligen Gewindegangreihe ausgerichtet sind. Die Anschlagnasen 52 sind in Axialrichtung geringfügig von den Gewindegängen 46 auf Abstand gehalten und von den Gewindegängen 48 um eine Strecke entfernt, die im wesentlichen gleich der Breite der Gewindegänge ist. In gleicher Weise sind die Gewindegange 48 und -50 auf Abstand gehalten. Sämtliche Gewindegänge 38, 40, 42, 46, 48 und 50 haben im wesentlichen die gleiche Länge, die gleiche Wandstärke in ümfangsrichtung und die gleiche Axialbreite. Wie gezeigt, haben auch sämtliche Anschlagnasen im wesentlichen die gleiche Länge und Breite.

Jede der Anschlagnasen 44 und 52 ist mit einer Stirnfläche 54 bzw. 56 versehen, die im zusammengebauten Zustand der Kupplungsteile aneinander anliegen. Diese Stirnflächen 54, 56 sind bezüglich einer Axialebene geneigt, können jedoch auch gewünschtenfalls in Axialrichtung verlaufen. Die anderen Stirnflächen 58 und 60 sind derart ausgebildet, daß sie die Drehbewegung des Einschubteils 16 auf die weiter unten beschriebene Weise begrenzen.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Anschlagnasen zwar getrennt von dem unmittelbar benachbarten Gewinde ausgebildet, jedoch können das unmittelbar benachbarte Gewinde und die Anschlagnasen ggf. auch ohne Abstand einteilig ausgebildet sein.

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Wie die Fign. 10 und 11 und teilweise Fig. 1 zeigt, enthält der Zementierkopf 10 eine Verriegelung L, die mit Schlitzen im Kupplungsteil 16 zusammenwirkt. Diese Verriegelung L verhindert beim Zementieren eines Futterrohrs eine Relativdrehung (und somit ein Entkuppeln) der Bauteile. Die S_chlitze 62 sind in gleicher Weise wie die Gewindegänge auf Abstand, gehalten, d.h. sie haben eine Länge von etwa 30°. Das Kupplungsteil 14 des Zementierkopfes 10 ist mit sich diametral gegenüberliegenden, auf Abstand gehaltenen Trägern 64 versehen, an denen ein im wesentlichen T-förmiges Sperrglied 66 angelenkt ist. Die Anlenkung erfolgt mit Hilfe einer Schraube 68. Das Sperrglied 66 greift mit seinem Kopf 70 in einen Schlitz 62 und wird in dieser Eingriffslage durch einen Stift 72 verriegelt, der durch Öffnungen 74 in den Trägern 64 und eine Öffnung 76 im Sperrglied 66 verläuft. Um zu verhindern, daß der Stift 72 verlorengeht, ist er über eine Kette 78 mit dem Zementierkopf 10 verbunden. Um das Sperrglied 66 in seiner Eingriffsstellung oder in seiner Entriegelungsstellung, in der sein Kopf 70 außer Eingriff mit dem Schlitz 62 steht, zu verrasten, sind voneinander entfernte, federbelastete Riegelzapfen 80 vorgesehen. Es sind zwar zwei derartige Verriegelungen gezeigt, jedoch können auch weniger oder mehr vorgesehen sein.

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Betriebsweise:

Der Zementierkopf 10 wird über das Einschubteil 16 abgesenkt, und wenn die Abschnitts 24, 26 aufeinandertreffen, sitzt das Einschubteil 16 vollständig auf dem Aufnahmeteil 14. Das Einschubteil läßt sich vorzugsweise in sechs unterschiedlichen Stellungen auf das Aufnahmeteil aufsetzen, d.h. die Gewindegänge MI und FT sind jeweils derart zueinander ausgerichtet, daß sich die Kupplungsteile in Axialrichtung relativ zueinander verschieben lassen. Gewünschtenfalls können die Gewindegänge natürlich auch in unterschiedlichen Umfangsabständen angeordnet sein.

Nach dem vollen Aufsetzen wird der Zementierkopf 10 um 30° gedreht, so daß die Flanken der Gewindegänge 50 mit den benachbarten Flanken der Gewindegänge 58 und 40 zusammenwirken; Die Flanken der Gewindegänge 48 wirken mit den benachbarten Flanken der Gewindegänge 40 und 42 zusammen; und die eine Flanke der Anschlagnasen 52 wirkt mit der benachbarten Flanke der Gewindegänge 42 zusammen, während die Flanken der Gewindegänge 46 mit den benachbarten Flanken der Anschlagnasen 44 und der Schulter 24 des Kupplungsteils 16 zusammenwirken.

Die Drehbewegung wird begrenzt, wenn die Stirnflächen 54 und

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56 der Anschlagnasen 44 und 52 aufeinandertreffen.

Nach dem vollständigen Aufsetzen und Drehen der Kupplungsteile verschwenkt der Bedienungsmann die Sperrglieder 66 um dessen Drehachse, so daß deren Kopf 70 in einen Schlitz 62 eingreift, wodurch der Zementierkopf 10 in der Betriebsstellung verriegelt wird. Zum Zementieren des Futterrohrs kann nunmehr dem Zementierkopf 10 Zement zugeführt werden.

Nach dem Zementieren werden die Sperrglieder entriegelt und der Zementierkopf 10 wird in der entgegengesetzten Richtung gedreht. Die Drehbewegung wird dadurch begrenzt, daß die Stirnflächen 58 und 60 der Anschlagnasen aufeinandertreffen. Daraufhin kann der Zementierkopf angehoben und entfernt werden.

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Claims

tar iwälte Dipl. Ing. H. hauck Dipl. Phys. W. Schmitz

DFpI. Ing. E. Graalfs - 14 - Dipl. ing. W. Wehnert Dipl. Phys. VV. Carstens

8 München 2 Byron Jackson Inc. Mozartstr. 23

N. Paramount Blvd. München, 4. Julil975

Long Beach,Calif.9OBO5,üSA Anwaltsakte M-3573

Patentansprüche

Rohrkupplung mit einem zylindrischen Einschubteil und einem zylindrischen Aufnahmeteil, die längs einer vorgegebenen Weglänge ineinanderschiebbar sind und jeweils mehrere axial auf Abstand gehaltene, in umfangsrichtung unterbrochene Gewindegänge aufweisen, die bei Drehung eines der beiden Kupplungsteile ineinandergreifen und die Kupplungsteile lösbar miteinander verbinden, sowie an jedem der Kupplungsteile in ümfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordneten Anschlagnasen, die bei längs der vorgegebenen Weglänge in das Aufnahmeteil eingesetztem Einschubteil fluchtend zueinander ausgerichtet sind, wobei die Anschlagnasen eine Relativdrehung der beiden Kupplungsteile auf einen streckenmäßig der Länge eines der Gewindegänge entsprechenden Bruchteil einer Umdrehung begrenzen und ein Kuppeln der beiden Kupplungsteile nur bei deren Relativdrehung in der einen Drehrichtung und ein Entkappein der Kupplungsteile nur bei einer Relativdrehung in der anderen Richtung ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagnasen (44, 52) auf jedem der beiden Kupplungsteile (14, 16) in deren lösbar gekoppelten

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Lage zwecks Vergrößerung der gegenseitigen Eingriffsfläche der Kupplungsteile und der Festigkeit der Kupplung mit den Gewindegängen (38, 40, 42, 46, 48,50) des jeweils anderen Kupplungsteils nach Art einer Schraubverbindung zusammenwirken.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindegänge (38, 40, 42, 46, 48, 50) und Anschlagnasen (44_f 52) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und einen Steigungswinkel von O⁰ aufweisen.
3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagnasen (44, 52) jeweils einander entsprechende beim Kuppeln der Kupplungsteile (14, 16) miteinander zusammenwirkende Anlageflächen (54, 56) aufweisen.
4. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurehgekennzeichnet, daß die Länge der Anschlagnasen (44, 52) kleiner als die der Gewindegänge (38, 40, 42, 46, 48, 50) bemessen ist.

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