DE2641767A1

DE2641767A1 - Gewindeverbindung fuer oelfeldrohre

Info

Publication number: DE2641767A1
Application number: DE19762641767
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Hellmund; Gerhard Dipl Ing Krug; Gerhard Missaire; Kurt Dipl Ing Roether; Paul Schatton
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1976-09-14
Filing date: 1976-09-14
Publication date: 1978-03-16
Also published as: CA1084553A; JPS6030877B2; GB1589069A; RO74789A; MX143577A; CS214654B2; NO160025B; SU993829A3; FR2364322A1; AR222779A1; NO772078L; FR2364322B1; IT1115293B; US4153283A; JPS5336024A; BR7704270A; NO160025C; DE2641767B2

Description

Meissner & Meissner

PATE NTANWALTS BÜRO

BERLIN — MÜNCHEN

•6

PATENTANWÄLTE

DlPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL.-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)

HERBERTSTR. 22, 1000 BERLIN 33

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unsere Zeichen Berlin, den

Fall 11 765/M/Hk 14. September 1976

Mannesmann Aktiengesellschaft, 4000 Düsseldorf 1

"Gewindeverbindung für Ölfeldrohre"

Die Erfindung betrifft eine Gewindeverbindung für Ölfeldrohre, bestehend aus Bolzen- und Muffenrohrelement mit komplementären konischem Gewinde und einer konischen Anschlagfläche an einem Gewindeende und einer ebenen Anschlagfläche am anderen Gewindeende eines jeden Rohrelementes und Gegenflächen mit derselben Neigung zur Rohrachse am jeweils anderen Rohrelement, wobei mindestens eine der Anschlagflächen im verschraubten Zustand der Verbindung auf der Gegenfläche zur Anlage kommt.

Eine derartige Gewindeverbindung, bei der die Anschlagflächen an beiden Gewindeenden zur Anlage kommen, bewirkt ein Abdichten des Gewindes an beiden Gewindeenden, was in manchen Anwendungsfällen gewünscht wird. Es ist aber nicht erkannt, daß beide Anschlagflächen unterschiedlich nachgiebig sein können, so daß je nach dem Zusammentreffen verschieden bemessener Bolzen- und Muffenelemente die Anschlagflächen in nicht voraussehbarer Weise tragen.

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BORO MÖNCHEN:	TELEX:	TELEGRAMM:	TELEFON:	BANKKONTO:	POSTSCHECKKONTO:
ST. ANNASTR. 11	1 -86644	INVENTION	BERLIN	BERLINER BANK AG.	W. MEISSNER, BLN-W
8000 MÖNCHEN 22	INVEN d	BERLIN	030/8856037	BERLIN 31	12282-109
TEL: 089/22 36 44			030/886 23 82	3696718000

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Um ein gleichmäßiges Tragen der Anschlagflächen an beiden Gewindeenden zu bewirken, ist außerdem vorgeschlagen worden, eine Ringnut an einem Gewindeende vorzusehen, womit dieser Anschlag nachgiebiger als der andere wird. Ist die Ringnut an dem Ende des Gewindes angeordnet, an dem sich eine ebene Anschlagfläche befindet, so wird deren Einschraubhemmung vermindert·

Liegt dem vorbeschriebenen Stand der Technik das Bemühen zugrunde, mehrere Anschlagflächen gleichmäßig zum Tragen zu bringen, so liegt der gegenwärtigen Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Sicherung gegen überhöhten Kraftanzug bei Gewindeverbindungen mit konischer Anschlagfläche zu schaffen. Dabei soll aber der Kraftanzug auf der konischen Anschlagfläche bei jedem Verschrauben beliebiger Bolzen- und Muffenrohrelemente ein vorgegebenes Mindestmaß an Flächenpressung erreichen.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Merkmale des spruches. Die Aufgabe wird in besonders vorteilhafter und zuverlässiger Weise durch das Merkmal des Anspruches 2 gelöst.

Durch die Maßnahmen der Erfindung wird erreicht, daß die konische Anschlagfläche zuerst zur Anlage kommt. Sie ist im Vergleich zur ebenen Anschlagfläche weich und nachgiebig wegen der radialen Verschieblichkeit des Rohrelementes auf der konischen Anschlagfläche. Mit dieser Verschieblichkeit kann ein zuverlässiger Dichtsitz durch begrenzten Kraftzug erzeugt werden (Mindestverschraubmoment). Bei gasdichten Rohrverbindungen besteht jedoch die Gefahr, daß die Bohrmannschaft aus Sicherheitsgründen, um eine zuverlässige Dichtung zu erreichen oder vorsätzlich, um eine festsitzende Verbindung zu lösen, oder auch nur aus Achtlosigkeit die Verbindung mit einem höheren Kraftanzug verschraubto Damit wird zwar die Dichtheit der Verbindung dieser Verschraubung kaum gefährdet; wohl aber die Wiederverschraubbarkeit mit einem

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neuen oder mit einem schon anderweitig mehrfach verschraubten Rohrelement beeinträchtigt. Wird nun das Verschraubmoment über das Mindestverschraubmoment hinaus erhöht, so trifft nach der Erfindung die ebene Anschlagfläche auf die Gegenfläche und schon ein kleiner Schraubweg erhöht das Anzugsmoment relativ mehr als die konische Anschlagfläche das Moment erhöhen würde. Da die Bohrmannschaften sich nicht nach dem Einschraubweg, sondern nur nach dem Verschraubmoment richten, können jetzt große Momente aufgebracht werden, ohne daß damit unzulässige Einschraubwege erreicht werden· Das Verhindern des weiteren Einschraubens bei Erhöhung des Verschraubmomentes ist die Wirkung der erfindungsgemäßen Maßnahmen.

Die konische Anschlagfläche wird auf der Rohrinnenseite angeordnet, wenn mit einer überwiegenden Innendruckbeanspruchung gerechnet wird und auf der Rohraußenseite angeordnet, wenn bevorzugt gegen einen Außendruck abzudichten ist.

Die Vorteile der Erfindung gegenüber herkömmlichen Gewindeverbindungen bestehen darin, daß die beabsichtigte Dichtung auf der konischen Anschlagfläche und auf einer besonderen Fläche in ihrer Nachbarschaft unbeeinflußt von dem Zusammentreffen der Rohrelemente auf der ebenen Anschlagfläche erfolgt und damit zuverlässig durch Einhaltung des Mindestverschraubmomentes bewirkt wird. Bei weiterer Erhöhung des Verschraubmomentes verhindert der wenig nachgiebige Sitz der ebenen Anschlagfläche, daß ein Verquetschen der konischen Anschlagfläche und der metallischen Abdichtung stattfindet und die Wiederverschraubbarkeit insbesondere des Rohrelementes, dessen Ende die konische Anschlagfläche trägt, beeinträchtigt wird_o

Des weiteren wird verhindert, daß die konischen Gewinde so tief ineinander verschraubt werden, daß das Bolzenrohrelement das

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Muffenrohrelement aufzuweiten trachtet und unter tangentiale Zugspannungen setzt. Gerade diese tangentialen Zugspannungen sind für die im Bohrbetrieb beocachteten Muffenbrüche verantwortlich. Sie entstehen einerseits bei der Verschraubung selbst oder werden andererseits erst im Betrieb durch Spannungsrißkorrosion in sauren Erdölfeldern ausgelöst.

Schließlich wird es als Vorteil angesehen, daß sich die von der Vorspannung der konischen Anschlagfläche berührende axiale Zugspannung in einem Rohrelement eine Druckspannung von der Verspannung der ebenen Anschlagfläche überlagert, so daß die axiale Zugspannung auf der Gewindelänge mindestens teilweise abgebaut wird. Die erfindungsgemäße Verbindung soll deswegen auch mit einem größeren Moment als dem Mindestverschraubmoment angezogen werden. Insgesamt erweist sich die Maßnahme nach dem gegenwärtigen Vorschlag als eine zuverlässige Sicherung der Verbindungselemente, insbesondere der Muffe vor Beschädigungen oder Zerstörungen durch Anwendung eines zu hohen Verschraubmomentes oder durch ungünstige korrosive Einflüsse·

Soweit die Rohrwanddicke es zuläßt, wird darüberhinaus empfohlen, die radiale Erstreckung der ebenen Anschlagfläche größer auszuführen als die radiale Erstreckung der konischen Anschlagfläche. Damit ist es möglich, mit einer zur Streckgrenze des Rohrwerkstoffes kleinen Flächenpresung eine optimale Entlastung des zugspannungsbelasteten Rohrelementes und gleichzeitig eine große Sicherung vor Zerstörungen bei Anwendung eines überhöhten Verschraubmomentes zu bewirken.

Die Erfindung wird an dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen die Gewindeverbindung im zusammengeschraubten Zustand im Längsschnitt einmal mit außenliegender und zum anderen mit innenliegender konischer Anschlagfläche·

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Figur 3 A, B, und C zeigen die Ausschnitte A, B, C der Gewindeverbindung nach Figur 2 bei der ersten Berührung der konisehen Anschlagfläche.

Die Gewindeverbindung besteht in allen Figuren aus dem Bolzenrohrelement 1 und dem Muffenrohrelement 2, die durch das konische Gewinde 3, 4 miteinander verschraubt sind. An beiden Rohrelementen 1, 2 sind den Gewindeenden benachbart Anschlagflächen vorhanden. In Figur 1 sind die außenliegenden Anschlagflächen 5, 6 von konischer Form und die innenliegenden Anschlagflächen 7, 8 von ebener Form.

In Figur 2 sind die außenliegenden Anschlagflächen 5, 6 von ebener Form und die innenliegenden Anschlagflächen 7» 3 von konischer Form.

Die Flächen sind in den Figuren 3 A und C vergrößert dargestellt. Die radiale Erstreckung der Kontaktfläche 10 der ebenen Anschlagflächen 5, 6 ist größer als die radiale Erstreckung der Kontaktfläche 9 der konischen Anschlagflächen 7, 8. In dem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß nicht die Anschlagflächen selbst oder ganz allein die Abdichtung bewirken· Vielmehr sind zur Abdichtung oder zur zusätzlichen Abdichtung konische 11, 12 und ballige 13* 14 Umfangsabschnitte der Rohrelemente 1, 2 außerhalb des Gewindes 3, 4 vorgesehen· Jeweils eine ballige Fläche 13, 14 eines Rohrelementes tritt bei der Verschraubung mit einer konischen Fläche 11, 12 dichtend in Kontakt, wobei der Kontakt von der konischen Anschlagfläche 7, 8 verstärkt wird.

Von den Rohrelemente 1, 2 nach Figur 2 und 3 A, B, C hat das Bolzenrohrelement 1 das Übermaß 15» wie Figur 3 A zeigt. Beim Verschrauben treffen zunächst die konischen Anschlagflächen 7» 8 aufeinander, siehe Fig. 3 C.

Bei weiterer Verschraubung mit steigendem Verschraubmoment wird über den Kraftfuß im Gewinde das Muffenrohrelement einer axialen

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Zugspannung und damit einer elastischen Dehnung und die konischen Anschlagflächen 7, 8 einer Flächenpressung und der gewindelose Zapfen 16 einer radialen elastischen Spreizung ausgesetzte Es tritt durch elastische Verformungen eine Ausgleichung der Abstände zwischen den Anschlagflächen an beiden Rohrelementen 1, 2 ein und die ebenen Anschlagflächen 5, 6 treffen beim Erreichen des Mindestverschraubmomentes aufeinander, wie in Fig. ersichtlich.

Bei noch weiterer Erhöhung des Verschraubmomentes kommt es auch zu wachsenden Flächenpressungen auf den ebenen Anschlagflächen 5, 6o Diese verhindern ein weiteres Ansteigen der axialen Zugspannung in dem Muffenrohrelement 2. Diese mindern außerdem das Eindringen des Bolzenrohrelementes 1 in das Muffenrohrelement 2 und verhindern damit die Erzeugung von tangentialen Zugspannungen in dem Muffenrohrelement 2 durch die Zahnköpfe der Gewinde 3, 4 wie in Figur 3B angedeutet ist. Des weiteren steigt die Flächenpressung der konischen Anschlagfläche 7, 8 nicht in dem Maße, wie das Verschraubmoment ansteigt. Eine Gefahrenstufe wird erreicht bei einem Verschraubmoment, das mehrfach größer sein kann als das Mindestverschraubmoment. Dieses Überschreiten beeinträchtigt aber noch keineswegs die Betriebsbereitschaft der Verbindung durch ungünstige Spannungszustände oder läßt sie zu Bruch gehen«, Bei der vorgeschlagenen Gewindeverbindung ist somit die metallische Dichtung und insbesondere das Muffenrohrelement 2 vor den Folgen einer Verschraubung mit zu großen Verschraubmoment gesicherte

Schließlich ist dafür gesorgt, daß keine Umfangszugspannungen im Muffenrohrelement 2 durch Zahnüberdeckung im Gewinde 3, 4 erzeugt werden. Zu dem Zweck ist gemäß Figur 3B der Flankendurchmesser 18 des Muffengewindes 20 größer als der Flankendurchmesser 17 des Bolzengewindes 19 und selbst bei größtmöglicher Ver-

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schraubung tritt keine Spreizwirkung vom Bolzenrohrelement 1 auf das Muffenrohrelement 2 ein«,

- Patentansprüche - 8 -

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Claims

Patentansprüche:

, Gewindeverbindung für Ölfeldrohre, bestehend aus Bolzen- und Muffenrohrelement mit komplementärem konischen Gewinde und einer konischen Anschlagfläche an einem Gewindeende und einer ebenen Anschlagfläche am anderen Gewindeende eines Rohrelementes und Gegenflächen mit derselben Neigung zur Rohrachse am jeweils anderen Rohrelement, wobei mindestens eine Anschlagfläche in versehraubtem Zustand der Verbindung auf der Jeweiligen Gegenfläche zur Anlage kommt, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrelement mit der konischen Anschlagfläche am Ende von einer bis zur anderen Anschlagfläche mit Übermaß bemessen ist gegenüber dem Abstand der Gegenflächen am anderen Element und der Flankendurchmesser des Muffengewindes gleich oder größer als der Flankendurchmesser des Bolzengewindes ist«,
2. Gewindeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übermaß zwischen 0,5 bis 2,5 %o des Abstandes der Anschlagflächen an einem Rohrelement beträgt_o
3. Gewindeverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Erstreckung der ebenen Anschlagfläche größer ist als die der konischen Anschlagfläche.

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