DE2843701C2

DE2843701C2 - Verfahren zum Verschrauben zweier Rohre in extrem kalter Umgebung und Vorrichtung zum Erwärmen eines Rohrverbindungsteils

Info

Publication number: DE2843701C2
Application number: DE2843701A
Authority: DE
Inventors: Charles A. Houston Tex. Bollfrass; George E. Arcadia Calif. Lewis
Original assignee: Hydril LLC
Current assignee: Hydril LLC
Priority date: 1977-10-06
Filing date: 1978-10-05
Publication date: 1986-12-11
Also published as: CA1106923A; GB2006587B; US4133095A; FR2412682A1; DE2843701A1; JPS5493219A; FR2412682B1; GB2006587A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschrauben zweier mit jeweils einem Bolzen- und einem Muffenteil versehener Rohre in extrem kalter Umgebung, bei dem zumindest Teile der Rohre mittels einer elektrischen Spule erhitzt werden und eine Behandlungsflüssigkeit auf das Gewinde mindestens eines der Rohre aufgetragen wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Erwärmen eines mit einem Gewinde versehenen, stählernen Rohrverbindungsteils, aus einer durch Wechselstrom aufheizbaren Induktionsspule zylindrischer Gestalt, die um das zu erwärmende Verbindungsteil herum anzuordnen ist.

Beim Herstellen der Rohr- und Auskleidungsanlagen in ölbohrlöchern müssen sämtliche Fremdkörper und -stoffe entfernt werden. Nach dem Säubern und Prüfen der Gewinde und Dichtungen auf Transportschäden werden sie geschmiert und miteinander verschraubt. Unter normalen Außentemperaturen lassen diese Arbeitsgänge sich im Feld leicht durchführen. Im arktischen Winter jedoch können die Verbindungsstellen mit

so den meisten Lösungsmitteln nicht einwandfrei gesäubert werden. Das Schmiermittel deckt nicht einwandfrei und die Schraubverbindungen lassen sich unter den gewöhnlich aufgebrachten Drehmomenten und Verfahren nicht einwandfrei herstellen. Hierbei verhindert die Viskosität des kalten Gewindeschmiermittels ein vollständiges Ineinandergreifen der Gewindegänge. Nachdem das Rohr in das Bohrloch eingesetzt worden ist, taut unter der erhöhten Temperatur das Schmiermittel, lokkert die Verbindungen und verursacht möglicherweise Lecksteiien.

Es ist versucht worden, die Rohrleitungen mit Dampf zu reinigen, worauf sich aber beim Kondensieren des Dampfes eine harte Eisschicht bildete. Diese Eisbildung auf der Gewindeverbindung verursacht ähnliche Schwierigkeiten. Auch sind zur Herstellung der Rohrverbindungen beheizte Gebäude aufgebaut und diejenigen Bereiche beheizt worden, durch die die Rohrleitungen laufen müssen, wenn sie in das Bohrloch eingesetzt

werden. Dieses Verfahren ist jedoch sehr kostspielig und auch nicht voll zufriedenstellend.

Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art (US-PS 18 17 808) wird nur das Vtrbindungsteil erhitzt, wodurch dieses eine axiale Ausdehnung erfährt und dann mit einem Gewinde auf dem Bolzenteil in Eingriff gebracht wird. Zum Erwärmen des Verbindungsteils wird eine um dieses in Stellung bringbare, mit Wechselstrom aufheizbare Induktionspule zylindrischer Form verwendet Ein Schmiermittelfluß zwischen Verbindungs- und Bolzenteil der beiden Rohre wird bei diesem Verfahren nicht ermöglicht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit dem die beiden bei extrem kalter Umgebung zu verschraubenden Rohrenden auf verhältnismäßig einfache und schnelle Weise auf eine ein Säubern, Prüfen und sicheres Zusammensetzen von Bolzen- und Muffenteil gewährleistende Temperatur erhitzt werden könn;n. Weiterhin soll eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so ausgestaltet werden, daß sie handlich um das zu erwärmende Verbindungsteil angeordnet werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß man zunächst die Spule auf das Bolzenteil des ersten Rohres aufsetzt, dann elektrischen Strom durch die Spule leitet und das Bolzenteil induktiv auf eine Temperatur zwischen 24°C und 260⁰C erwärmt danach die Spule stromlos schaltet und vom Bolzenteil des ersten Rohres abnimmt sie anschließend auf das Muffenteil des zweiten Rohres aufsetzt, dann wiederum elektrischen Strom durch die Spule leitet und das Muffenteil induktiv auf etwa die gleiche Temperatur wie das Bolzenteil des ersten Rohres erwärmt sowie abschließend die Spule stromlos schaltet und von dem Muffenteil des zweiten Rohres abnimmt und beide Verbindungsteile in im wesentlichen gleich stark erwärmten Zustand miteinander verschraubt

Vorteilhafterweise wird der Behandlungsflüssigkeit ein Gleitmittel zugegeben, mittels dem das Verschrauben der Verbindungsteile erleichtert wird.

Die Spule kann von Hand bis zu einer bestimmten, durch einen an ihr ausgebildeten Anschlag vorgegebener Tiefe auf das jeweilige Verbindungsteil aufgesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich aus durch eine die Spule tragende Hülse, die teleskopartig auf das Verbindungsteil aufsetzbar ist und einen Griff trägt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Patentansprüchen 5 bis 11.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist anwendbar bei einem als Muffe mit Innengewinde ausgebildeten Verbindungsteil, bei einem als Bolzenrohrteil mit Außengewinde ausgebildeten Verbindungsteil und in Verbindung mit als Bolzenrohr- und als Muffenteil ausgebildeten Verbindungsteilen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise einen Schmiermittelfluß zwischen den Verbindungsteilen bei deren Zusammensetzung. So wird durch die induktive Erwärmung des boizenteiis auf eine Temperatur zwischen 24°C und 26O⁰C der Wärmeübergang zum Schmiermittel erleichtert, so daß dessen Viskosität z. B. in kalten oder arktischen Gegenden sinkt. Auf diese Weise kann das Schmiermittel in innige Berührung mit den Gewindeflächen des Steckrohr- und des Muffenteils fließen, so daß die Muffenverbindung sich leichter herstellen läßt, beispielsweise in einem Bohrturm, wo längere Rohrstränge oder -ständer aus in das Bohrloch ein- und aus ihm herauslaufenden Rohrleitungen hergestellt und auseinandergenommen werden.

Durch die von der teleskopartig auf das Verbindungsteil aufsetzbare Hülse getragene Induktionsspule können die Verbindungsteile je nach den Witterungsbedingungen geeignet auf die vorbestimmte Temperatur erhitzt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können die ίο Gewinde einwandfrei gereinigt werden, ohne spezielle Lösungsmittel oder Umhüllungen einsetzen zu müssen. Abhängig vom Gev/icht und der Größe der erwärmten Verbindungsteile kann ein Temperaturanstieg von 56° C in einer typischen Heizzeit von fünf bis zwölf Sekunden erreicht werden. Nach dem Säubern und Prüfen werden die Verbindungsteile dann erneut erwärmt um das normale Schmiermittel aufzubringen und die Verbindung auf normale Weise und ohne spezielle Umhüllungen oder dergleichen zusammenzusetzen.

Bei der Herstellung bestimmter Rohrverbindungen ist zuweilen eine besondere Dichtigkeit erforderlich. Indem das Bolzenteil und das Muffenteil unterschiedlich erwärmt werden, wird eine selektive bzw. Aufschrumpfverbindung zu erhalten. Da weiterhin der Erwärmungs-Vorgang sehr schnell abläuft kann dieses Verfahren verwendet werden, um die Muffe einer Rohrverbindung zu erwärmen und dann aufzuschrauben, die ansonsten zu fest sitzt um ohne schwere Geräte getrennt werden zu können.

Durch den Anschlag der Hülse kann deren Aufsetzen auf den Rohrverbindungsteil begrenzt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich schnell und bequem handhaben.
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nun anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen ist

F i g. 1 ein Seitenriß und Vertikalschnitt durch die Vorrichtung, die auf einem Bolzenteil eines Rohres aufgesetzt ist,

F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung, die die Vorrichtung auf dem Muffenteil eines Rohres angeordnet zeigt,

F i g. 3 eine Stirnansicht auf der Linie 3-3 der F i g. 1, F i g. 4 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung, die eine andere Ausführungsform der Vorrichtung zeigt,
F i g. 5 eine Ansteuerschaltung vor die Vorrichtung, F i g. 6 eine Darstellung, die die Vorrichtung im Einsatz zeigt
Die F i g. 1 und 3 zeigen zunächst eine Vorrichtung 10, mit der sich beispielsweise mit einer Induktionserwärmung eine Bohrloch-Rohrverbindung in Stahlkonstruktion behandeln läßt. Ein solcher Verbindungsteil 11 ist in Form eines Rohres gezeigt, das ein Gewinde 12 trägt und dort ein Schmiermittel 60 aufnimmt.

Die Vorrichtung 10 weist eine elektrische Spule 13 zylindrischer Gestalt auf, die teleskopartig beispielsweise auf das Bolzenteil der Verbindung aufgeschoben werden kann. Über eine Steuereinrichtung !4 ist der Spule 13 Wechselstrom zuführbar. Leitungsanschlüsse 15, 16 sind mit Anschlüssen 17,18 der Spule 13 verbindbar.

Es ist eine Hüise zum Tragen der Spuie i3 vorgesehen, die typischerweise in Axialrichtung langgestreckte Hülrenteile 19, 20 außer- und innerhalb der Spule 13 aufweist. Die Hülsenteile 19,20 können aus einem nichtleitenden Werkstoff bestehen, der weicher ist als der Stahl der Rohrverbindung, damit die Gewinde der Rohrverbindung nicht beschädigt werden können. PVC ist z. B. geeignet. Die Hülsenteile sind so bemessen, daß

sie teleskopartig auf bzw. in den Verbindungsteil 11 passen, wobei der Hülsentei! 20 typischerweise den Verbindungsteil 11 eng umgibt. Stirnringe 21, 22 sind am Hülsenteil 20 befestigt und der äußere Hülsenteil 19 kann lösbar am Ring 21 mittels Befestigungselementen 23 befestigt werden, so daß durch Abnehmen des Hülsenteils 19 Zugang zur Spule 13 zwecks Prüfung und/oder Reparaturen erhalten wird. Ein weiterer Ring 24 verläuft an dem zum Ring 22 nächstliegenden Ende der Spule 13, wobei ein Raum 25 gebildet ist, so daß Spulen-Zuleitungen 17a, 18Z> im Raum 25 zusammengefaßt und dann durch den Ring 22 zur Steuereinrichtung 14 geführt werden können. Die Ringe 21, 22, 24 können mit dem Hülsenabschnitt z. B. klebend fest verbunden werden. Auf der Hülse 19,20 ist ein Griff 27 vorgesehen, mit !5 dem die Hülse 19,20 und die Spule 13, die verhältnismäßig schwer sind, teleskopartig auf den jeweiligen Verbindungsteil aufgesetzt und von ihm abgenommen werden können. Der Mittelteil 27a des Griffs ist auf die Rohrverbindung ausgerichtet, und die gegenüberliegenden Enden 27b können von Hand außerhalb des von dem Hülsenteil 19 gebildeten Zylinders erfaßt werden. Der Griff 27 ist am Ring 22 am Hülsenteil 20 mittels der Befestigungselemente lösbar befestigt. Weiterhin ist ein Anschlag 29 vorgesehen, der die relative Aufsetzbewegung der Hülse 19, 20 auf das Verbindungsteil 11 begrenzt. Der Anschlag 29 ist am Mittelteil 27a des Griffs 27 mittels der Befestigungselemente befestigt, wobei der Anschlag 29 in das Hülsenteil 20 hinein vorsteht und einen Außendurchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Hülsenteils 20 ist Die Stirnfläche 29a des Anschlags 29 liegt radial einwärts der Spule 13 nahe dem Ring 24. Um die Rohrverbindung nicht zu beschädigen, besteht der Anschlag 29 vorzugsweise aus einem weicheren Werkstoff als dem Stahl der Rohrverbindung, beispielsweise wie der Griff 27, aus Hartholz.

Bei der Durchführung des Verfahrens zum Verschrauben zweier mit jeweils einem Bolzen- und einem Muffenteil versehener Rohre wird die die Spule 13 tragende Hülse 19, 20 so auf ein Rohrende aufgebracht daß die Spule 13 um dieses herumverläuft Dieser Punkt läßt sich vorteilhaft durch den Anschlag 29 bestimmen. Dann wird ein elektrischer Wechselstrom durch die Spule 13 geführt, um das Leitungsende induktiv auf eine Temperatur zwischen etwa 24° C und 260° C zu erwärmen, so daß das Rohrende sich schnell erwärmt und die Wärme auf das Scnmiermittel auf den Gewindegängen übergeht dessen Viskosität gesenkt wird und das in innige Berührung mit den Gewindegängen fließt Das Rohrende kann dann bei extrem kalter Umgebung !sieht mit einem weiteren Rohrende vsrschrsiibt und die Rohrverbindung auf diese Weise hergestellt werden. Die Vorrichtung ist in F i g. 1 auf einem Bolzenteil, in F i g. 2 auf einem Muffenteil dargestellt Falls erwünscht, kann das Muffenteil stärker als das Bolzenteil erwärmt werden, so daß es sich stärker ausdehnt und das Bolzenteil leichter aufnehmen kann.

Fig.4 zeigt eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung, bei der die Griffteile 1276 von einem Griffring 128 abstehen, der auf die Hülse 19 aufgeschoben und an ihr befestigt ist Die Vorrichtung kann auf dem Rohr bis zu der Verbindungsstelle 129 vorgeschoben und diese dann erwärmt werden, um das Gleitmittel zu erweichen und das Muffenteil auszudehnen, damit die Muffenverbindung 129a, 1296 sich leichter lösen läßt

F i g. 5 zeigt eine Ansteuerschaltung für die Vorrichtung mit der Steuereinrichtung 14, die in den Spulenleitungen 17a, 18a der aufheizbaren Induktionsspule 13 liegende Kontakte 40a, 40f> aufweist. Ein Transformator

42 mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung 42a bzw. 42b dient zur galvanischen Trennung beim Betrieb der Ansteuerschaltung. Ein Zeitsteuerrelais 43 mit einem Ruhekontakt 43a sowie ein Schaltrelais 40 mit den zugeordneten Kontakten 40a, 40b sind vorgesehen, um den Strom in der Induktionsspule zu steuern und ein Hilfskontakt 40czu schalten. Ein Drucktaster 44 schließt im Schließzustand einen Stromkreis, der sowohl das Zeitsteuerrelais 43 als auch das Schaltrelais 40 über den Kontakt 43a erregt hält. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem Erregen des Zeitsteuerrelais

43 öffnet der Kontakt 43a und macht das Zeitsteuerrelais 43 und das Steuerrelais 40 stromlos, so daß die Induktionsspule 13 abgeschaltet wird.

In F i g. 6 ist gezeigt, wie die Vorrichtung 10 von Arbeitern mit ihren Händen 61 in einer Arbeitslage gehalten ist, um ein abwärts vorstehendes Bolzenteil 62 in einem ölbohrturm zu bringen. Im nächsten Arbeitsschritt wird die Vorrichtung 10 umgedreht, um sie abwärts bei 10a auf das aufwärts vorstehende Muffenteil 63 auf dem Ende 64 aufzusetzen, das sich durch ein Arbeitsdeck 65 an der Bohrstelle nach unten erstreckt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verschrauben zweier mit jeweils einem Bolzen- und einem Muffenteil versehener Rohre in extrem kalter Umgebung, bei dem zumindest Teile der Rohre mittels einer elektrischen Spule erhitzt werden und eine Behandlungsflüssigkeit auf das Gewinde mindestens eines der Rohre aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst die Spule auf des Bolzenteil des ersten Rohres aufsetzt, dann elektrischen Strom durch die Spule leitet und das Bolzenteil induktiv auf eine Temperatur zwischen 24° C und 260⁰C erwärmt, danach die Spule stromlos schaltet und vom Bolzentei! des ersten Rohres abnimmt, sie anschließend auf das Muffenteil des zweiten Rohres aufsetzt, dann wiederum elektrischen Strom durch die Spule leitet und das Muffen teil induktiv auf etwa die gleiche Temperatur wie das Bolzenteil des ersten Rohres erwärmt sowie abschließend die Spule stromlos schaltet und von dem Muffenteil des zweiten Rohres abnimmt und beide Verbindungsteile in im wesentlichen gleich stark erwärmtem Zustand miteinander verschraubt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsflüssigkeit ein Gleitmittel zugegeben wird, mittels dem das Verschrauben der Verbindungsteile erleichtert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule von Hand bis zu einer bestimmten durch einen an ihr ausgebildeten Anschlag vorgegebenen Tiefe auf das jeweilige Verbindungsteil aufgesetzt wird.

4. Vorrichtung zum Erwärmen eines mit einem Gewinde versehenen, stählernen Rohrverbindungsteils, aus einer durch Wechselstrom aufheizbaren Induktionsspule zylindrischer Gestalt, die um das zu erwärmende Verbindungsteil herum anzuordnen ist, gekennzeichnet durch eine die Spule (13) tragende Hülse (19, 20), die teleskopartig auf das Verbindungsteil (11) aufsetzbar ist und einen Griff (27) trägt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (19, 20) mit einem inneren Anschlag (29) in Form eines Blockes versehen ist, der einteilig mit der Hülse (20) und/oder dem Griff (27) ausgebildet ist und beim teleskopartigen Aufsetzen der Hülse (19, 20) auf das Verbindungsieii (11) die Aufschieblänge begrenzt, wobei der Anschlag (29) eine Fläche (29a,) aufweist, gegen die das Ende des Verbindungsteils (U) anlegbar ist, und die Härte des Anschlags (29) und der Anschlagfläche (29a,) geringer ist als die des Rohrverbindungsteils (11).

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Griff (27) vorläufig abnehmbar am Ende der Hülse (19,20) angebracht ist und quer zur Längsachse der Hülse (19,20) verläuft.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (29) in die Hülse (19,20) eingepaßt und am Griff (27) befestigt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (19,20) und die Spule (13) mit enger Passung auf das Verbindungsteil (11} aufsetzbar sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei der der die Aufsetzlänge begrenzende Anschlag am Griff befestigt ist und in die Hülse hinein vor-

steht dadurch gekennzeichnet daß der Griff (27) quer zur Längsachse der Hülse (19,20) verläuft und abnehmbar an einem Ende der Hülse (19,20) befestigt ist

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß der Griff (27) rundum quer gegenüber der Längsbohrung der Hülse (19, 20) versetzt verläuft, wobei die Hülse (19,20) und die Spule (13) entlang des Verbindungsteils (11) in die angestrebte Lage verschiebbar sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, gekennzeichnet durch eine mit der Spule (13) verbundene Einrichtung (14) zum Zuführen von Wechselstrom zur Spule (13) und Steuern der Dauer der Stromzuführung.

12. Anordnung nach einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 11 bei einem als Muffe mit Innengewinde ausgebildeten Verbindungsteil.

13. Anwendung einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 11 bei einem als Bolzenrohrteil mit Außengewinde ausgebildeten Verbindungsteil.

14. Anwendung einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 11 in Verbindung mit als Bolzenrohrund als Muffenteil ausgebildeten Verbindungsteilen.