DE2846465A1

DE2846465A1 - Hohlbohrgestaenge und verfahren zum zusammensetzen desselben

Info

Publication number: DE2846465A1
Application number: DE19782846465
Authority: DE
Inventors: William Robert Garrett
Original assignee: Smith International Inc
Current assignee: Smith International Inc
Priority date: 1977-07-25
Filing date: 1978-10-25
Publication date: 1980-05-08
Also published as: US4146060A; FR2438738A1; GB2031046B; DE2846465C2; FR2438738B1; GB2031046A; CA1100127A

Description

Hohlbohrgestänge und Verfahren zum Zusammensetzen desselben

Die Erfindung bezieht sich auf Erdbohrungen im Rotary-Bohrverfahren, wie es üblicherweise bei Erdölbohrungen angewendet wird und betrifft insbesondere ein Hohlbohrgestänge, welches ein Rohr aufweist, an dessen Enden Werkzeuganschlußteile angeschweißt sind und das zwischen seinen Enden von einer Verschleißhülse umgeben ist, sowie ein Verfahren zum Zusammensetzen eines derartigen Hohlbohrgestänges.

Pur eine Erläuterung der beim Anbringen einer Verschleißhülse an einem Bohrgestänge auftretenden Schwierigkeiten wird auf US-PS 3 697 141 hingewiesen. Zu den Schwierigkeiten, die bei bekannten Verschleißgürteln oder Verschli-ißhülsen auftreten, gehören u.a. die Unmöglichkeit, "Gummi -

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manschetten in einem offenen Bohrloch wegen Schnittverletzungen eine lange Lebensdauer zu geben, die durch Spannungskonzentration hervorgerufene nachteilige Auswirkung von unmittelbar am Bohrgestänge angebrachten iistallhülsen, die Kosten für das .Anbringen und Anschweißen von komplizierteren Bauelementen sowie die Tendenz einiger Verschleißhülsen, auf dem Bohrgestänge durch Schläge oder Verdrehung gelockert zu werden und von der Mitte des Rohres zu einer Werkzeugverbindung an einem Ende des Rohres zu rutschen, wo die Hülse weniger nützlich ist. .

Mit 'Schnappsitz angebrachte Gummimanschetten. - Man hat schon rohrförmige Gummimansehetten um Bohrgestängelängen herum angebracht, um das Steigrohr oder Mantelrohr vor Verschleiß durch das Bohrgestänge und das Rohr vor Verschleiß durch das Steigrohr oder das offene Bohrloch zu schützen. Meistens wird die Manschette gestreckt, damit sie auf dem Rohr angebracht und dort in ihrer Lage gehalten werden kann. Beispiele für diese Art von Konstruktion und verschiedene Abwandlungen gehen aus den folgenden TJS Patentschriften hervor 1 907 012 (eingebettete Schraubenfeder), 2 002 892 (eingebettete Metallhülse), 3 063 760 (Manschette durch ein mittels Nadel eingespritztes Epoxy- oder Phenol- oder ein anderes mittels-Katalysator aus-' gehärtetes Harz am Rohr befestigt, so daß das Gummi nach dem Überstreifen über die Werkzeugverbindung nicht so stark gestreckt zu werden braucht), 3 480 094 (Manschette am Rohr angeklebt oder mechanisch befestigt und außen mit Keramik

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bespickt), 3 588 199 (zweite Gummimanschette "um innere Gummimanschette). Die Tatsache, daß das Gummi "bei im Schnappsitz angebrachten Gummimanschetten unter Reifenspannung steht, verursacht, daß bei geringfügxgen Einschnitten die Gefahr besteht, daß sie aufreißen.

Umgewickelte Gummimanschetten. - In anderen bekannten Fällen ist die gesamte Schutzvorrichtung aufgespalten oder unterteilt, so daß sie um das Bohrgestänge geschlungen und dann befestigt werden kann, wie folgende ITS Patentschriften zeigen: 1 938 822 (auch innere Keile), 1 994 819, 2 197 531,

2 251 428, 2 628 134, 2 636 787 (Bohrgestängeschutzvorrichtung), 2 959 453, 3 397 017 (in zwei Hälften unterteilt),

3 410 613 (in zwei Hälften unterteilt), 3 425 757, 3 449 022, 3 484 141 (axial versetzte Hälften aus Kunststoff), 3 709 569. Ein Problem dieser durch Umwickeln angebrachten Gummiman-Bchetten besteht in den Kosten für die verriegelungsvorrichtung für die Manschetten und deren Verletzlichkeit.

An Ort und Stelle geformte, nicht metallische Manschetten. - Es ist auch bereits bekannt, unmittelbar an einem zylindrischen Innenteil eine nicht metallische Manschette zu formen, v/ie folgende US Patentschriften zeigen: 1 863 823 (Rohrkupplungs-Gummimanschette - Kupplung mit Gewindeaußenfläche), 3 490 526 (Bohrstangen-Guramifülirung), 3 948 575 (Rohrschutz z.B. aus Epoxy- oder Urethanharz), Anmerkung: zeigt unterteilte Form. An Ort und Stelle geschaffene nicht

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metallische Manschetten haben nicht den gleichen Ahriebwideinstand wie Stahlhülsen.

Metallhülse aus zwei zusammengeschweißten halbzylindrischen Teilen. - Yerschleißhülsen aus Metall sind bereits aus zwei zusammengeschweißten halbzylindrischen Teilen hergestellt worden, die auf verschiedene Weise um das Bohrgestänge herum befestigt wurden, siehe z.B. folgende US-PS: 2 259 (Gummi zwischen Rohr und Hülse), 2 281 632 (Hülse auch am Rohr angeschweißt), 2 295 873 (Gummi zwischen Rohr und Hülsen verklebt), 2 877 062 (Metallstreifen zwischen Rohr und Hülse), 3 360 84-6 (Umfangsschweißung), 3 667 817 (mit Gewebe verstärkter, harzhaltiger Einsatz zwischen Hülse und Rohr), 3 697 141 (Gummieinsatz zwischen Hülse und Rohr). Die größte Schwierigkeit bei geschweißten Metallhülsen besteht in den Kosten für den Schweißvorgang und in der Notwendigkeit, das darunterliegende Material vor einer Beeinträchtigung durch die Wärmeentwicklung beim Schweißvorgang zu schützen.

Im Schnappsitz angebrachte, unterteilte Metallhülse. Eine Verschleißhülse aus Metall, die an einer Seite aufgespalten und auseinandergestreckt wird, um sie auf einem Bohrgestänge anzubringen ist in US PS 3 499 210 gezeigt. Die Unterteilungsstelle wird verschweißt, um die Hülse durch Schrumpfen mit dem Rohr in Eingriff zu bringen.

Wenn eine Metallhülse das Rohr berührt, entsteht an den Enden der Hülse eine Spammngskonsentration, wenn, sich das

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Rohr biegt, und es besteht die Gefahr, daß das Rohr bricht.

Ein ähnlicher Aufbau wie im US PS 3 499 210 ist auch im US PS 3 507 525 offenbart, gemäß dem ein U-förmiges Metallelement um eine Bohrstange herum geformt und zu einer Hülse geschweißt wird, wobei ein innerhalb der Hülse angeordnetes absorbierendes Putter anschwillt und dadurch die Hülse und das Rohr erfaßt.

Wie schon gesagt, sind Schweißkonstruktionen teuer und bringen die Gefahr mit sich, daß das zugrundeliegende Material beschädigt wird. Die Erfindung sieht keinerlei Schweißung vor, die sich in axialer Richtung der Hülse oder radial durch die ganze Hülse erstreckt. Es sei noch darauf hingewiesen, daß das Vorhandensein einer Schweißnaht oder Schweißstelle anhand der unterschiedlichen Struktur und physikalischen Eigenschaften des Metalls an der Schweißstelle im Vergleich zum Metall an der einen oder anderen Seite der Schweißstelle erkennbar ist. Dieser heterogene Charakter von Schweißverbindungsstellen ist näher erläutert in "The Science of Engineering Materials" von Charles 0. Smith, Prentice-Hall, Inc., Copyright 1977, S. 371-379, insbesondere S. 378, Fig. 12-61. Diese heterogene Fatur steht in scharfem Gegensatz zu einer in Umfangsrichtung homogenen, nahtlosen Stahlhülse gemäß der Erfindung. Es sei noch hinzugefügt, daß die nahtlose Stahlhülse gemäß der Erfindung gleichmäßige physikalische Eigenschaften und eine in Umfangsrichtung in der Hülse fortschrei-

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tende Innenspannung aufweist, und daß bei Herstellung der Hülse aus einer Legierung oder einen kohlenstoffreichen oder anderen, durch Wärme behandelbaren Stahl keine durch Wärme "beeinträchtigte Zone "besteht, d^-i.e sich in axialer Richtung der Hülse erstreckt, wie das bei einer gespaltenen oder axial unterteilten und zusammengeschweißten Hülse der Pail wäre.

Mechanisch festgehaltene, integrale Metallhülse. Es ist auch bereits bekannt, eine integrale Stahlhülse auf verschiedene Art und Weise um ein Bohrgestängeelement herum zu befestigen, welches mindestens an einem Ende von Stauchungen frei ist, so daß die Hülse hinübergleiten kann. Dies zeigen z.B. die folgenden US Patentschriften: 2 318 878 (übergroße Stahlhülse, die um eine im Streckverfahren angebrachte Gummimanschette angeordnet und durch geschweißte, unterteilte Endringe in ihrer Lage gehalten ist), Anmerkung: Manschette kann sich innerhalb der Hülse drehen, 2 855 052 (Keilringe innerhalb Stahlhülse), Anmerkung: Hülse ist unterteilt und geschweißt, wenn Rohr an beiden Enden gestaucht, 3 276 824 (durch Keile in ihrer Lage gehaltene Stahlhülse), Anmerkung: Hülse ist am Stabilisierungsdorn befestigt, um die Stabilisierungshülse zu halten, 3 411 837 (zwei innen verjüngte Ringe, die durch Schweißspanmtngskeil gegen inneren, unterteilten Schweißring zusammengezogen sind), 3 482 889 (Stabilisierungskörper auf Bohrkragen mit Abfangkeil verkeilt). An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß ein zwischen einer Stahlverschleißhülse und einem Hohlbohrgestänge angeordneter

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Stahlkeil zu Spannungskonzentrationen führen kann, die Brüche im Rohr hervorrufen.

Integrale Erweiterung, - Es ist auch bekannt, eine integrale Ausweitung oder Erweiterung an einem Bohrgestänge zwischen den Werkzeugverbindungsenden vorzusehen, wie die US PS 3 484 122, 3 773 559, 3 784 258 zeigen. Das Problem bei integralen Verschleißhülsen sind die Anfangskosten für ein Rohr, welches groß genug ist, um den gewünschten Außendurchmesser für die Verschleißhülse zu schaffen. Hinzu kommen noch die Kosten zum Abdrehen des Rohres mit großem Durchmesser zu einem Rohr der gewünschten Wandstärke und Flexibilität sowie des gewünschten Gewichts.

Durch gegossenes oder geformtes Ringmaterial an einem Innenrohr befestigte Hülse oder Manschette. - Es ist bekannt, einen Schwingungsdämpfer herzustellen, der aus einem inneren und äußeren Metallrohr besteht, die mit zwischen ihnen angeordnetem Gummi verbunden sind, dies zeigen z.B. die TJS PS: 2 212 153, 2 033 011, 3 099 918. Diese Werkzeuge sind jedoch keine Schutzvorrichtungen gegen Verschleiß, denn wenn das Außenrohr abgenutzt wird, muß das Werkzeug außer Dienst gestellt werden. Die Werkzeuge arbeiten normalerweise unter Druck in der ITähe des unteren Endes eines Bohrstranges statt unter Zug in einem Hohlbohrgestänge. Es sei noch darauf hingewiesen, daß das Innenrohr eines Schwingungsdämpfers nicht an beiden Enden Werkzeugverbindungsstellen hat, sondern daß eine

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Werkzeugverbindung am Außenrohr vorgesehen ist.

Es ist "bekannt, eine Rohrl-rupplung an den einander "benachbarten Enden von zwei Rohren mit. kleinerem Außendurchmesser als dem Innendurchmesser der Verbindung dadurch zu "befestigen, daß der Ringraum zwischen ihnen an jedem Ende "blockiert und mit einem fli ess fähigen, aushärfbaren Material durch eine am Ende des Ringrauines vorgesehene Tülle gefüllt wird, wie US PS 2 180 695 zeigt, zu den vorgeschlagenen Werkstoffen gehören ^As~ phalt/Erdöldestillationsrückstände,Wachs,Harz,Wachsharz und Blei mit verschiedenen Füllstoffen und Beimengungen. Die Einrichtung zum Blockieren der Enden des Ringraums vor dem Pullen besteht in einer Seilabdichtung. Luft wird während des Füllvorganges aus dem Ringraum abgelassen und entweicht durch eine an dem der Fülltülle entgegengesetzten Ende des Ringraums vorgesehene Öffnung.

Es sei erwähnt, daß die in dem zuletzt genannten Patent aufgezählten Stoffe nicht sehr elastisch sind, sondern daß sie eher plastisch sind, denn sie verformen sich bei geringer Belastung unelastisch. Ferner haben sie, außerdem Blei, niedrige Schmelzpunkte, so daß die Tendenz besteht, daß sie bei Tempera türen leicht über llormalbe dingungen (20 G) plastischer ja sogar fluid werden. Bei niedrigen Temperaturen hingegen, wie sie z.B. in der Arktis oder an beliebiger anderer Stelle im Winter auftauchen, werden sie spröde»

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An dieser Stelle sei noch darauf hingewiesen, daß ein Unterschied zwischen plastischem Werkstoff, wie Asphalt, Wachs oder Blei und Plasten oder Kunststoffen besteht. Kunststoffe, die manchmal auch als "Plastomere" bezeichnet v/erden, lassen sich als hochpolymere Stoffe bezeichnen, d.h. als Stoffe mit einem Molekulargewicht über 1000 und normalerweise einem Polymerisationsgrad über 100, mit oder ohne Vernetzung, die, während sie sich z.B. in flüssigem oder plastischem Zustand befinden, durch Aufbringen von Druck, wie in Spritzmaschinen oder hydraulischen Pressen oder Spritzgußformen zu nützlichen Produkten geformt werden können. Das Material kann, sobald es erwärmt wird, plastisch formbar sein. In diesem Fall wird es als thermoplastisches Material oder Thermoplast bezeichnet. Andererseits kann aber auch ein einmal ausgehärtetes Material bei Erwärmen nicht plastisch bleiben. In diesem Pail wird es als hitzehärtbares Material oder Duroplast bzw, Duromer bezeichnet. Ursprünglich galt der Ausdruck Duroplast nur für einen Kunststoff, der durch Aufbringen von Wärme irreversibel aus plastischen in festen Zustand überführt wurde. Durch Ausdehnung des Begriffs werden aber auch andere Kunststoffe, die anders als durch Wärme durch eine chemische Einwirkung irreversibel ausgehärtet werden, als Duroplaste bzw. Duromere oder hitzehärtbare Stoffe bezeichnet, denn sie werden durch Aufbringen von V/ärme nicht in plastischen Zustand versetzt. Beispiele für die unter Duroplaste fallenden Kunststoffe sind Phenol-, Furan-, Harnstoff-, Melamin-, Alkyd-, Polyester-, Epoxy-, Urethan- und Silikon-Kunststoffe. Einige dieser Stoffe „

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25.B. die Silikone können in nichtplastischem Zustand einen niedrigen Elastizitätsmodul und eine "beträchtliche elastische Dehnung ähnlich dem Kautschuk aufweisen. Die als Elastomere bezeichneten Stoffe lassen sich so gruppieren, daß die Duroplaste die für die Zwecke der Erfindung bevorzugten Stoffe sind.

Pur eine Beschreibung von Kunststoffen, einschließlich der Thermoplaste und Duroplaste sowie Tabellen, aus denen viele Eigenschaften vieler der Kunststoffe hervorgehen, wird auf das Buch "Plastics Engineering Handbook", 4. Auflage, Van Nostrand Reinhold Company, Herausgeber Joel Prados, Copyright 1976, S. 53-82 hingewiesen. Eine Schilderung hochpolymerer Stoffe, einschließlich von Elastomeren, Kunststoffen und Pasern findet sich in "Polymers and Resins", Brage Golding, Van Nostrand Reinhold Company, Copyright 1959, insbesondere S. 1-11 (Definitionen), 18-22, 62, 105-116 (Eigenschaften), 157-164 (Naturkautschuk), 242-247 (Phenoplaste), 355-357 (Epoxy-Harze), 474-488 (aliphatische Diene).

Synthetischer Kautschuk ist in "The New Encyclopedia Brittanica", Encyclopaedia Brittanica, Inc., 15. Auflage, Copyright 1974, Bd. 15, S. 1177-1180 beschrieben. Hier sind auch die neueren synthetischen Stoffe beschrieben, die als EPR (Äthylen-Propylen-Kautschuk) und EPDM bezeichnet werden. Das letzte Akronym steht für modifiziertes Äthylen-Propylen Dien,bei dem es sich um ein Ä'thylen-Propylen Terpolymerisat handelt. EPDM ist in der Konstruk-

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tion des bereits erwähnten TJS PS 3 697 141 verwendet. Eine allgemeine Erklärung der Herstellung hochpolymerer Stoffe, einschließlich von Thermoplasten, Duroplasten und Elastomeren findet sich in der schon genannten Veröffentlichung " The Science of Engineering Materials", S. 379.

Ein Aufbau ähnlich dem US PS 2 180 695 ist im US PS 3 406 967 offenbart, außer daß die Verbindung diametral unterteilt und das Füllmaterial ein elastomeres oder synthetisches Harz, vorzugsweise ein hitzehärtbarer Kunststoff, wie ein Epoxy-Harz ist. Der Aufbau gemäß US PS 3 406 967 ist von Bohrgestängen und Verschleißhülsen insofern zu unterscheiden, als der Außenumfang bei dieser Hülse durch axiale Plansche zum gegenseitigen Verbinden der beiden Hälften unterbrochen ist und die Hülse radiale Vertiefungen in Berührung mit dem Rohr hat und das Rohr selbst aus zwei Teilen besteht, da die Hülse eine Verbindung darstellt.

Aus US PS 2 845 657 geht ein Verfahren zum Herstellen eines Federbundes aus zwei ineinander eingeschobenen Metallrohren mit zwischen ihnen vorgesehenem Kunststoffmaterial hervor. Die Rohre werden durch Endabdeckungen in koaxialem Verhältnis gehalten. Der Ringraum wird durch Einspritzen von Kunststoff unter Druck durch eine Öffnung im Außenrohr in der Mitte zwischen beiden Enden gefüllt. Nach .dem Einspritzen kann ein Dorn nach unten gebogen werden, um die Öffnung zu schließen. Bei dem plastischen Material handelt es sich um

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Kautschuk:. Nach dem Einspritzen erfolgt eine Wärmeaushärtung und Verbindung mit den Rohren. Die Abdeckungen werden zur erneuten Verwendung entfernt* Ein ähnlicher Aufbau ist im US PS 2 864 130 gezeigt, außer daß hier der Ringraum gefüllt und Luft durch einen Enddeckel abgelassen ist.

Die Verwendung einer äußeren, entfernbaren Form um zwei konzentrische Rohre herum, bei denen der Innenrohr-Ringraum mit Kautschuk gefüllt und dieser unter Druck vulkanisiert ist, geht aus TJS PS 3 608 049 hervor. Die Form ist in Querrichtung nicht diametral unterteilt, wobei eine Hälfte eine Öffnung hat, die eng um das Innenrohr herum paßt, bis dieses vom in den Ringraum eingespritzten Kautschuk aufgeweitet wird. Die beiden zuletzt genannten Patente zeigen, daß ringförmige Gummizwischenschichten bekannt sind. Diese Konstruktionen sind jedoch zur Verwendung als elastomere Stützen gedacht. Das Innenrohr ist keine leitung, und die Dicke der Wand des Kautschuks übersteigt die der Rohre.

Mit Kunststoff ausgekleidetes Rohr. - Seit einer Reihe von Jahren ist es üblich, Bohrgestänge dadurch vor Korrosion zu schützen, daß deren Innenfläche mit Kunststoff beschichtet oder überzogen wird. In dem "Composite Catalog of Oil Field Equipment and Services", Ausgabe 1976/77 ist auf Seite 4561 eine Anzeige der P A Incorporated für deren Dienstleistungen in der Rohrbeschichtung enthalten und darin auf eine Vielzahl von Überzugsmaterialien hingewiesen, deren zugrundeliegendes

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Harz je nach dem beabsichtigten Verwendungszweck des Rohres ein Vinyl-, Epoxy-, Phenol- oder Epoxy-Phenol-Harz ist. Beläge oder Beschichtungen für Rohre sind auch in dem schon genannten Buch "Polymers and Resins" von Brage Golding, z.B. Seite 636-639» 681-682 und 705-708 beschrieben. In der Veröffentlichung "Surface Preparation and Finishes for Metals", Herausgeber James A. Murphy, Me&raw Hill Book Company, Copyright 1971, z.B. S. 277-282 ist die Sprühbeschichtung von Metallen mit organischen Überzügen beschrieben. Die Sprühbeschichtung mit Plastisolen, insbesondere Viny!dispersionen ist in dem schon genannten "Plastics Engineering Handbook", 4. Auflage, S. 419 beschrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit minimalen Kosten ein Hohlbohrgestänge zu sclraffen, welches eine dauerhafte, gut befestigte Verschleißhülse aufweist.

XIm das Hohlbohrgestänge herum wird auf einer vorbereiteten äußeren Umfangsfläche desselben ein Verschleißgürtel bzw. eine Verschleißhülse aus Stahl angebracht, die eine vorbereitete Innenfläche und einen innendurchmesser hat, der groß genug ist, so daß die Hülse über die Schweißstauchstelle an einem Ende des Hohlbohrgestänges aufgesetzt aber zu klein ist, als daß die Verschleißhülse über die Werkzeugverbindungen gleiten könnte. Vorzugsweise ist der Außendurchmesser der Verschleißhülse derselbe wie der der Werkzeugverbindungen oder

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kleiner als dieser. Die Verschleißhülse wird aufgesetzt, ehe eine oder "beide Werkzeuganschlußteile am Rohr angeschweißt werden. Die Verschleißhülse wird am Rohr durch eine Halterungsschicht aus einem hochpolymeren Werkstoff, z.B. Kunststoff oder einem Elastomer befestigt, der vorzugsweise selbstklebend und hitzehärtbar ist und zwischen die vorbereiteten Oberflächen aufgetragen wird. Die Haiterungsschicht kann eine Dicke im Bereich von 1,587 bis 6,350 mm (1/16 bis 1/4 Zoll) und einen Elastizitätsmodul von nicht mehr als 5 $> des Elastizitätsmoduls von Stahl sowie eine elastische Scherstärke von z.B. 35-211 kg/cm² (500 bis 3000 psi) haben und bis zu Temperaturen von ca. 121° C bis 149° C (250 bis 300° Fahrenheit) stabil sein. Die Dicke der Halterung und deren physikalische Eigenschaften verhindern eine Spannungskonzentration im Rohr durch das einfache Anbringen der Verschleißhülse und durch die von der Verschleißhülse verursachte Einschränkung der Rohrbiegemöglichkeit und verhindern eine elektrolytisehe Korrosion zwischen dem Rohr und der Verschleißhülse. Das Rohr ist an der Innenseite von Werkzeuganschlußteil bis Werkzeuganschlußteil mit Kunststoff beschichtet oder überzogen. Der Innenüberzug und die Verschleißhülsenhalterung werden vorzugsweise gleichzeitig ausgehärtet und können beide aus phenol- oder Epoxyharz, oder vorzugsweise aus einem Phenol-Epoxy-Syntheseharz bestehen. Ansonsten wäre ein Elastomer für die Hülsenhalterung bevorzugt.

Gemäß der Erfindung wird also ein Hohlbohrgestänge geschaffen, um dessen Rohr herum z.B. in der Mitte zwischen

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den an den Enden vorgesehenen Werkzeugansehlußteilen eine integrale Verschleißhülse aus Metall befestigt ist, deren Innenumfang lose auf das Rohr des Bohrgestänges paßt_y z.B. innerhalb ca. 3j 175 mm (V⁸ Zoll) in radialer Richtung. Der Außendurchmesser der Hülse oder des Gürtels ist vorzugsweise etwa ebenso groß wie der der an den Enden des Rohres angeschweißten V/erkzeugan Schluß teile oder kleiner als dieser. Die Befestigung der Verschleißhülse am Bohrgestänge erfolgt durch einen liochpolyiaeren Werkstoff, z.B. Kunststoff und/oder einen elastoraeren Stoff, der unter Druck in den ringförmigen Spielraum zwischen dem Innenumfang der Hülse und dem Außenumfang des Rohres eingespritzt ist. Vorzugsweise ist der hochpolymere Stoff ein hitzehärtbarer Kunststoff, z.B. ein Phenoplast oder ein Epoxyharz oder ein Phenol-Epoxyharz oder ein Elastomer, wie synthetischer Kautschuk. Das Polymerisat sollte bis zu Temperaturen von ca. 121° C bis 149° C (250 bis 300° Fahrenheit) beständig sein und sein Elastizitätsmodul sollte nicht mehr als ca. 5$ des Elastizitätsmoduls von Stahl betragen, und er sollte eine Seherstärke von vorzugsweise ca. 21 bis 211 kg/cm² (300 bis 3000 psi) haben und elektrisch nicht leitfähig sein. Das Polymerisat füllt den Spielraum zwischen dem Rohr des Bohrgestänges und der Hülse und ist sowohl mit dem Rohr als auch mit der Hülse verhaftet, weil es selbst ein Klebstoff ist.

Der Spielraum ist groß genug, um sicherzustellen, daß die Hülse über jegliche an einem Ende des Rohrs des Bohrgestänges vorgesehene äußere Schweißstauchstelle vor dem An-

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schweißen eines Werkzeuganschlußteils am. Rohrende hinüber paßt und daß sie dann trotz Schwankungen im Außendurchinesser des Rohres innerhalt "bestimmter loleranzgrenzen auf dem Rohr gleiten kann. Der Spielraum sollte auch groß genug sein, um eine elektrolytische Korrosion zwischen dem Rohr und der Hülse zu vermeiden und die Verschleißhülse daran zu hindern, daß sie im Rohr Spannungskonzentrationen verursacht, und zwar sowohl anfangs aufgrund ihrer Befestigung als auch später im Gebrauch, wenn sich das Rohr innei^halh der Hülse "biegt. Ein radialer Spielraum von 1,587 "bis 6,350 mm (1/16 bis 1/4 Zoll) ist angemessen.

Vorzugsweise werden beide Werkzeuganschlußteile an Rohr des Bohrgestänges angeschweißt und das Rohr und die Werkzeuganschlußteile an der Innenseite mit Kunststoff beschichtet, ehe der ringförmige Spielraum zwischen dem Rohr des Bohrgestänges und dex* bereits aufgeschobenen Verschleißhülse mit nicht ausgehärtetem Polymerisat gefüllt wird. Dann wird uni die Hülse herum eine Form angeordnet und nicht ausgehärtetes Polymerisat unter Druck in den Ringraum eingespritzt. Während ein Rückschlagventil don Druck in der Form aufrechthält, wird das gesamte Bohrgestänge zusammen mit der Porm in einen Ofen gegeben, um gleichseitig das Polymerisat zum Anbringen der Verschleißhülse und den Innenüberzug aus Kunststoff im Bohrgestänge zu härten. Danach wird die Porm entfernt ,

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Die Außenfläche des Rohres des Bohrgestänges wird mechanisch, z.B. durch Sandstrahlbehandlung vorbereitet, um jeglichen Schmutz und Zunder und sonstige lose Stoffe zu entfernen und eine saubere Oberfläche des Basismetalls zu schaffen, die sich für eine Verbindung mit der Halterungsschicht eignet. Die Innenfläche der Verschleißhülse wrird vor dem Zusammenbau mechanisch vorbereitet, damit sie mit der Halterungsschicht eine mechanische Verriegelung eingehen kann, die gegen Scherbeanspruchung in axialer Richtung und im Drehsinn fest ist. Eine bevorzugte Form der mechanischen Vorbereitung des Innenumfangs der Verschleißhülse besteht in der Anordnung einer Kombination aus rechts- und linlcsgängigem Gewinde, was zu einem Muster aus Schultern führt, die Bewegungen der Hülse gegenüber den Rohr sovfohl in axialer Richtung als auch im Drehsinn entgegenstehen.

Die Erfindung schafft auch ein Eohlbohrgestänge, gekennzeichnet durch ein Rohr, Werkzeuganschlußteile, die an beiden Enden des Rohres befestigt sind und größere Außendurchmesser haben als das Rohr, eine in Umfangsrichtung homogene Stahlhülse mit einem Innendurchmesser, der kleiner ist als die Außendurchmesser der Werkzeuganschlußteile aber größer als der Außendurchmesser des Rohres, um das herum die Hülse koaxial mit dam Rohr angeordnet ist und von dem sie radial einen Abstand hat, der ein Ringvolumen zwischen der Hülse und dem Rohr begrenzt, und durch eine ringförmige Befestigungseinrichtung in dem Ringvolumen.

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Die Erfindung schafft ferner ein Bohrelement, dadurch gekennzeichnet _t daß ein Rohr mit einem Verschleißgürtel um das Rohr zwischen seinen Enden vorgesehen ist, daß die Verschleißhülse und das Rohr an der Innenseite mit Kunststoffbeschichtung versehen sind, daß die Kunststoffbeschichtungen im Inneren des Rohres und der Verschleißhülse beide aus hitzehärtbaren Kunststoffen bestehen, die in einem gleichzeitigen Härtungszyklus für beide härtbar sind.

■ Im folgenden ist die Erfindung mit v/eiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Pig. 1 einen Halbschnitt durch ein Stück Bohrgestänge gemäß der Erfindung;

Pig. 2 einen axialen Halbschnitt durch ein Stück des Rohres des Bohrgestänges gemäß Pig. 1 mit einer um die Verschleißhülse herum angeordneten Porm,'wobei eine Stufe im Herstellungsverfahren des Bohrgestänges nach dem Anbringen des Kunst-

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stoffutters und vor dem Einführen von Kunststoffkleber in die Form zum Befestigen der Verschleißhülse dargestellt ist;

Pig. 5 den Schnitt in der Ebene 5-5 gemäß Fig. 2; Fig. 4 eine Stirnansicht der Verschleißhülse allein;

Fig. 5 einen axialen Teilschnitt durch die Verschleißhülse in der Ebene 5-5 in Fig. 4 zur Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Oberflächengestaltung des Innenumfangs der Verschleißhülse;

Fig. 6 eine Ansicht ähnlich Fig. 5, aber in der Ebene 6-6 in Fig. 4, die gegenüber der Ebene für Fig. 5 um 90° gedreht ist;

Fig. 7 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 eines abgewandelten Ausführungsbeispiels;

Fig. 8 einen Axialschnitt durch ein abgewandeltes, teilweise fertiggestelltes Bohrgestänge.

in Fig. 1 ist ein Stück eines Bohrgestänges 9 mit einem Rohr 11 gezeigt. An den Enden des Rohres 11 sind Stauchstellen 15, 15 zum Schweißen vorgesehen. Normalerweise sind

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die Rohrenden größtenteils an der Innenseite aber auch geringfügig außen gestaucht. Mit den Stauchstellen 13 und 15 sind Werkzeuganschlußteile 17, 19 für einen Verbindungszylinder bzw. einen Drehstahl verschweißt. Die Schweißnähte oder Schweißstellen werden vorzugsweise im Schmelz-, Reibungs-, Trägheits- (inertia welding) oder Schutzgasschweißverfahren hergestellt. Die Schweißflächen an den Enden der Stauchstellen 13_} 15 sind durch gestrichelte Linien 21, 23 kenntlich gemacht. Das innere des Bohrgestänges 9 ist mit einem Innenbelag 25 aus Kunststoff überzogen, der das Rohr vor Korrosion und anderen schädlichen Einflüssen während seines Einsatzes schützt.

Verfahren zum Anbringen des Innenbelags aus Kunststoff sind bekannt und können beispielsweise die Vorbereitung der Oberfläche z.B. eine Sandstrahlbehandlung zum Reinigen des Rohres bis auf das Grundmetall einschließen. Darauf folgt ein Sprüh- oder Wischauftrag mit flüssigem Kunststoff und ein Härten bei Temperaturen, die höher sind als die normale Umgebungstemperatur an der Erdoberfläche, um den flüssigen Kunststoff zu einem Peststoff zu verwandeln. Im Pail eines Epoxybelages wird z.B. vier Stunden bei ca. 204° C (400° P) gehärtet. Eine allgemeine Beschreibung polymerer Überzüge findet sich auf S. 636-637 der genannten Veröffentlichung "Polymers and Resins" sowie in den Abschnitten über Beschichtung der v/eiteren hier genannten Veröffentlichungen. Spezielle Vorrichtungen und Verfahren gehen auch aus den US-PS 3 507 251, 3 516 385 und 3 525 3H hervor und aus dem "Composite Catalogue of Oilfield Equipment & Services", Aus-

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gäbe 1974/75, S. 215, 216; 4158, 4159.

Geeignete Kunststoffe für den Überzug am innenuiafang des Bohrgestänges sind auf S. 4561 der Ausgabe 1976/77 des schon genannten "Composite Catalogue of Oil Pield and Pipe Line Equipment" genannt. Dort sind die Eigenschaften der Kunststoffüberzüge unterschiedlicher Zusammenstellung und Dicke aufgeführt. Pur die Erfindung wird die Benutzung von Epoxy-, Epoxy-Phenol- oder Phenolharz bevorzugt, d.h. diejenigen Stoffe, die in dem genannten Katalog unter den Handelsbezeichnungen "Plasticap 200, 300, 400 oder 501" aufgeführt sind. Es sei darauf hingewiesen, daß die Auswahl des jeweiligen Beschichtungsmaterials von dem beabsichtigten Einsatzzweck des Bohrgestänges abhängt, insbesondere von den zu erwartenden Temperaturen beim Gebrauch, wie in der Tabelle der oben genannten Katalogliste angeführt. Weitere bei der Auswahl zu berücksichtigende Paktoren sind die Härtetemperatüren und der Zyklus, die vorzugsweise die gleichen sein sollten wie für die Befestigungseinrichtung der Verschleißhülse oder zumindest mit diesen verträglich, wie weiter tinten noch näher erläutert.

Um den Außenumfang des Rohres ist in der Mitte zwischen den Werkzeuganschlußteilen eine Verschleißhülse 27 befestigt. Diese Verschleißhülse 27 ist ein einteiliges, rohrförmiges Element bzw₀ eine Hülse aus Stahl, wie auch das Rohr 11 und die Werkzeuganschlußteile. Die Verschleißhülse 27 ist beispielsweise in der Mitte ihrer Länge mit einer rxngförmi-

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gen Fut 29 zum Anzeigen des Verschleisses versehen, iäese kann z.B. etwa die Hälfte der Dicke der Verschleißhülse ausmachen, wie "bei dein schon genannten US-PS 3 697 HL Wenn gewünscht ist vorzugsweise die VersehVr'plxülse und das Werkzeuganschlußteil für den Drehstahl auf eiern Außenuinfang mit geeigneten Hartmetallauflagen wie Bändern T' » 33 oder Einsätzen aus Wolframkarbid versehen. Beispiele für solche Hartmetallauflagen finden sich in den genannten US-PS 3 697 141 und 3 667 817 und für Werkzeuganschlußteile in den US-PS 2 281 632, 2 293 997, 2 334 350, 2 592 854 und 3 054 647.

Die Verschleißhülse 27 ist auf dem Rohr 11 durch eine Halterung befestigt, zu der eine ringförmige Halterungsschicht 35 aus einem klebenden, hochpolymeren Werkstoff zwischen der Hülse und dem Bohr gehört. Hochpolymere Kleber sind auf S. 697-705 der genannten Veröffentlichung "Polymers and Resins" beschrieben. Wegen der oben genannten, hier zu erfüllenden Erfordernisse, wie Scherfestigkeit, Elastizitätsmodul und Temperaturbeständigkeit sind nicht alle der genannten Kleber für die Halterungsschicht 35 geeignet, insgesamt läßt sich sagen, daß hitzehärtbare Kunststoffe, z.B. Phenol- und Epoxyharze und synthetische Elastomere, wie EPDM geeignet sind, was sich aus den in den genannten Veröffentlichungen enthaltenen !Tabellen der Eigenschaften ergibt.

Die Verschleißhülse ist um ihre Enden 37 herum mit konischen Abschrägungen 36 ausgebildet (s. Pig. 4-6), die ein leichteres Vorbeibewegen der Verschleißhülse an Vor-

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Sprüngen aus der Seitenwand eines Bohrlochs ermöglichen, wenn. das Bohrgestänge angehoben oder abgesenkt wird. Dadurch v/erden Scherbeanspruchungen durch Aufprall an der Stelle der Befestigungsschicht reduziert und verhindert, daß die Verschleißhülse losgeschlagen wird. Zu dem gleichen Zweck ist der Innenumfang der Verschleißhülse vorzugsweise angerauht. Wie Pig. 5 und 6 zeigen, kann der Innenumfang der Hülse z.B. abgedreht sein und rechts- und linksgängige grobe Gewinde mit flachen Scheiteln bilden, was zu einem rautenförmigen Muster aus Anlagefläche 39 führt. Aus Gründen der Klarheit sind die Gewinde und die dabei entstehenden Anlageflächen in Pig. 1 und den anderen Zeichnungen weggelassen.

Zweck des Anrauhens des inneren Umfangs der Ver-Bchleißhülse ist es, eine gegenseitige mechanische Verriegelungswirkung zwischen der Verschleißhülse und der Halterungsschicht hervorzurufen, die die Haftwirkung des Klebers unterstützt. Die Kombination aus rechts- und linksgängigen Gewinden bietet nicht nur Widerstand gegen eine Bewegung der Hülse in axialer Richtung und im Drehsinn um das Rohr sondern ist außerdem billig herzustellen. Es können auch andere Aufrauhmuster verwendet werden, z.B. die in den ITS-PS 3 697 141 oder 3 667 817 für Verschleißhülsen gezeigten.

Der Bereich des Außenumfanges des Rohres, in dem die Verschleißhülse befestigt ist, ist auch vor dem Anbringen der Verschleißhülse vorbereitet worden. Das Rohr wird bis auf das Grundmetall z.B. durch ein Sandstrahlverfahren gereinigt, um

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zu gewährleisten, daß die klebende Halterungsschicht 35 am Metall des Rohres und nicht an Schmutz oder Zunder auf dem Rohr haftet.

In den Pig. 2 und 3 ist eine Stufe im Herstellungsverfahren des Hohlbohrgestänges gemäß Pig. 1 gezeigt.

Die einstückige, in Umfangsrichtung integrale, homogene (nicht durch Schweißnähte unterbrochene), einheitliehe Yerschleißhülse 27 ist auf das Rohr 11 in einem Zeitpunkt aufgesetzt worden, als zumindest einer der Werkzeuganschlußteile 17 bzw, 19 noch nicht befestigt war. Der Innendurchmesser der Hülse ist dabei groß genug, daß sie an einer Schweißstauchstelle oder Erweiterung am Rohrende vorbei paßt, aber zu klein, als daß die Hülse über das eine oder andere Werkzeuganschlußteil hinübergleiten könnte. Die Verschleißhülse 27 ist um einen Bereich 40 des Rohres 11 herum angeordnet, der vorher im Sandstrahlverfahren gereinigt wurde. Um die Verschleißhülse herum ist eine Ringform 41 angeordnet, die diametral in zwei Hälften 43, 45 unterteilt und durch Klemmringe 47» 49 in ihrer lage gehalten ist. Ein im Klemmring an einem Ende der Porm vorgesehenes Loch 51 erlaubt das Ansetzen eines Verbindungselements 52, welches durch ein Rückschlagventil gesteuert ist und in eine radiale Einlaßöffnung 53 eingeschraubt wird, durch die dann polymeres Material in die Form eingespritzt wird. Das Verbindungselement 52 wird an eine hier nicht gezeigte Quelle eines unter Druck stehenden, fließfähigen, adhesiven, polymeren Materials angeschlossen,

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so daß dieses Material durch die Einlaßöffming 53 unter Druck in den Formhohlraum eingespritzt wird, den es anfüllt. Pig. zeigt eine Stufe im Verfahren vor dein Einspritzen des Polymerisats.

Die Ringform 41 ist an ihren Enden 55, 57 außen konisch verjüngt. Der Innenutafang der Kleinmringe 47, 49 ist entsprechend den Enden 55> 57 konisch verjüngt, und die Kleima-,ringe sind axial auf die Formhälften gezogen, um diese eng zusammenzuhalten. Die Klemmringe können z.B. durch Hammerschläge in ihre Klemmposition gebracht sein.

Der innere Umfang der Ringform 41 ist in Wandbereichen 59» 61 mit dem gleichen Neigungswinkel konisch verjüngt wie die Enden 37 der Verschleißhülse, so daß die Form eng auf die Enden paßt und verhindert, daß polymeres Material zwischen ihnen hindurchfließt, wenn es in die Form eingespritzt wird. Der innere Umfang 63 des mittleren Bereichs 65 der Ringform hat einen radialen Abstand vom Außenumfang der Verschleißhülse, wodurch sichergestellt ist, daß die Enden der eng um die Enden der Verschleißhülse passenden Ringform nicht stören.

Jenseits der verjüngten Uandbereiche 59, 61 sind die inneren Umfangsflächen der Enden der Ringform 41 zylindrisch und passen eng um das Rohr 11, wie bei den Wandbereichen 67, 69 gezeigt. Auch wenn der Außendurchmesser des Rohres 11 von einem Bohrgestänge zum anderen geringfügig sehwankt, können

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die Klemmringe 47, 49 doch, die Enden der Ringform so eng auf das Rohr zusammenziehen, daß nur ein minimaler Spielraum besteht. Es ist wichtig, daß am Anfang ein gewisses Spiel vorhanden ist, damit gewahr leistet ist, daß die "beiden Formhälften eng aneinander anliegen.

Das Ergebnis des oben beschriebenen Aufbaus besteht darin, daß der Formhohlraum größtenteils vom Rohr 11 und von der Verschleißhülse 27 ausgefüllt ist, zwischen denen nur ein Ringraum 71 bleibt. Dieser Ringraum steht über einen sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal 73 mit der Einlaßöffnung der Ringform in Verbindung.

Wenn die Teile die in Fig. 2 gezeigte Stellung einnehmen, wird ein hochpolymerer, klebender Stoff, z.B. ein Epoxy-, Phenol- oder Spoxy-Phenolharz ähnlich wie das für den Innenbelag 25 verwendete Harz (Fig. 1) unter einem Druck von z.B. 70 kg/cm (1000 psi) durch die Einlaßöffnung 53 eingespritzt, so daß es den Ringraum 71 ausfüllt. Der Ringraum 71 erstreckt sich über die Enden der Verschleißhülse hinaus, so daß auch eine gewisse Menge Kleber über die Enden der Verschleißhülse hinausreicht.

Geeignete Spritzgußverfahren und die dazugehörigen Vorrichtungen sind in der genannten Veröffentlichung "Polymers and Resins», S. 576, 579-581 und 587-592 besehrieben« Weitere Einzelheiten finden sich in verschiedenen Kapiteln des gleichfalls schon genannten "Plastics Engineering

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Handbook", insbesondere S. 241-252»

Nach dem Einspritzen des Polymerisats wird die Verbindung zwischen der hier nicht gezeigten Quelle des unter Druck stehenden, fließfähigen Polymerisats und dem Verbindungselement 52 unterbrochen, und das unter Pedervorspannung stehende Kugelrückschlagventil 74 hält das Polymerisat in der Form unter Druck. Das Polymerisat wird dann ausgehärtet, indem es beispielsweise der nötigen Härtetemperatur in einem Ofen ausgesetzt wird. Vorzugsweise erfolgt das Härten des Polymerisats, welches die zur Befestigung der Verschleißhülse dienende Halterungsschicht 35 darstellt (Pig. 1) gleichzeitig mit dem Aushärten des Innenbelags 25. Ein solches gleichzeitiges Härten ist selbst dann möglich, wenn der Innenbelag 25 und die Halterungsschicht 35 aus verschiedenen Kunststoffen bestehen, vorausgesetzt daß die Härtezyklen miteinander verträglich sind. Die Halterungsschicht 35 kann z.B. aus einem Epoxyharz bestehen, während der Innenbelag 25 aus Epoxy-Phenolharz besteht. Wenn gewünscht oder nötig, kann jedoch die Halterungsschicht für die Verschleißhülse auch unabhängig vom Innenbelag des Bohrgestänges gehärtet werden.

Wird die Halterungsschicht der Verschleißhülse gesondert gehärtet, dann wird ein Elastomer für die Halterungsschicht 35 bevorzugt, z.B. der genannte Stoff EPDM. Naturkautschuk ist kein bevorzugter elastomerer Stoff, weil er den in tiefen Bohrungen auftretenden hohen Temperaturen nicht standhält und nicht ölbeständig ist. Sine Beschreibung für

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EEDM findet sich auf S. 140-142 der Veröffentlichung "latural Rubber and the Synthetics" von P.W. Allen, Crosby Lockwood, Copyright 1972. Siehe auch S. 13 hinsichtlich EEDM, ein nützliches verwandtes Material. Ein v/eiterer für die HaI-terungsschicht der Verschleißhülse geeigneter Stoff ist der Kunststoff, der die Basis des gemäß US-PS 3 667 817 verwendeten Einsatzes bildet, nämlich Devcon C. Dieser Stoff kann gewärmt, mit Härtemittel angesetzt, angeordnet und ausgehärtet werden, wie in dem genannten Patent beschrieben, liur wird das flüssige Epoxyharz eingespritzt statt mit einer Auftragvorrichtung angebracht.

Baeh dem Aushärten der Anbringungseinrichtung für die Verschleißhülse, d.h. der Haiterungsschicht 35 (Pig. 1) wird auf jeden Pail das Verbindungselement 52 aus der Einlaßöffnung 53 herausgeschraubt, die Klemmringe 47, 49 werden von den Enden der Ringform 41 abgenommen, und die beiden Hälften 43, 45 der Porm von der Außenseite der Verschleißhülse 27 abgenommen.

In Zusammenfassung des Verfahrens sum Zusammensetzen des Bohrgestänges ist zu sagen, daß die Verschleißhülse auf das Rohr des Bohrgestänges aufgesetzt wird, ehe zumindest einer der Werkzeuganschlußteile mit dem Rohr verschweißt wird. Dann werden alle noch unbefestigten V'erkzeuganschlußteile am Rohr angeschweißt, die Schweißstellen durch Erwärmen auf eine geeignete Temperatur spannungsfrei gemacht, das überschüssige Schweißmaterial abgearbeitet, die Schweißbereiche weiter war-

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mebehandelt, die Hülse in geeigneter Weise zeitweilig verankert, damit sie nicht auf dein Rohr entlangrutscht, und die Anordnung der Kunststoff "b e s chi chtungs stat ion zugeführt. Der im Röhrenwalzwerk auf das Rohr aufgebrachte Schutzlack-Tauehüber-2Ug wird durch Erhitzen des Rohres auf hohe Temperatur entfernt. Dann wird der Innenumfang des Rohres im Sandstrahlverfahren gereinigt, und die Stelle, an der die Yerschleißhülse ihren Platz finden soll, in ähnlicher Weise gereinigt. Danach wird die Form um die Hülse herum angebracht. Die Halterungsschicht wird eingespritzt, das Rohr mit Innenbelag versehen und das ganze Bohrgestänge einschließlich der Verschleißhülse durch einen Ofen geschickt, um den Rohrüberzug und die Halterung der Verschleißhülse auszuhärten.

Wie Fig. 7 zeigt, kann das Polymerisat, statt einen polymeren Kleber durch ein Ende in die Form einzuspritzen, auch durch eine radiale Einlaßöffnung 81 in der Verschleißhülse 27 selbst eingespritzt werden. Das durch Rückschlagventil gesteuerte Verbindungselement 52 ist hier in eine G-ewindeöffnung 81 eingeschraubt und durch eine Zugangsöffnung 51A in der Formhälfte 45A eingesetzt.

Die Form 41A gemäß Fig. 7 ist kurzer als die Ringform 41 gemäß Fig. 2, da keine Notwendigkeit besteht, am einen Ende der Form einen Einlaß für den Kleber vorzusehen. Das bedeutet, daß beide Enden der Form 41A so wie das in Fig. 2 unten gezeigte Ende der Ringform 41 ausgebildet sind.

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Im Gegensatz zu Pig. 2 zeigt Pig. 7 die Herstellungsstufe nach dem Einspritzen der polymeren Halterungsschicht 35 und nach deren Aushärten, jedoch vor dem Entfernen der Form. Gegebenenfalls kann die Gewindeöffnung 81 in der Seite der Verschleißhülse nach dem Entfernen der Porin 41A und des Verbindungselement s 52 in beliebiger Weise, z.B. durch einen eingeschraubten Stopfen geschlossen werden,, wie Pig· 8 zeigt.

Aus Pig. 7 und 8 geht auch hervor, daß die Verschleißhülse befestigt werden kann, ehe das Bohrgestänge mit Innenbelag versehen wird, oder daß ein solcher Innenbelag ganz fehlen kann. Pig. 8 zeigt ferner, daß die Verschleißhülse befestigt werden kann, ehe einer oder beide Werkzeuganschlußteile am Rohr des Bohrgestänges angeschweißt werden. In diesem Pail brauchen die Klemmringe 47, 47A, 49 nicht so groß sein, daß sie über die Werkzeuganschlußteile passen, sondern nur so groß, daß sie über die Enden des Rohres 11 gleiten können welches am Ende möglicherweise Stauchungen oder sonstige Erweiterungen aufweisen kann. Die Dicke der Halterungsschicht 35. (oder 35A) ist in den verschiedenen Piguren mit ca. 3»175 mm (1/8 Zoll) gezeigt. Typische Abmessungen für ein Bohrgestänge mit einem nominalen Außendurchmesser von 127 mm (5 Zoll) und geringfügigen äußeren Stauchstellen 13,15 an den Enden sind in Pig. 8 angegeben. Der Außendurchmesser an den Schweißstauchstellen beträgt 130,175 mm (5 1/8 Zoll), d.h. er ist 1,587 mm (1/16 Zoll) radial größer als der Rest des Rohres. Der Innendurchmesser der Verschleißhülse 27

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beträgt 133,350 mm (5 1/4 Zoll), d.h. er ist 1,587 mm (1/16 Zoll) radial größer als die Stauchsteilen 13, 15, so daß ausreichend Spielraum besteht, der das Aufschieben der Verßchleißhülse über eine Schweißstauchstelle ermöglicht, selbst wenn die Abmessungen beiderseits in der nähe der Toleranzgrenzen liegen. Es ergibt sich eine Dicke der Halterungsschicht 35 von 3,175 mm (1/8 Zoll) plus oder minus Toleranzen oder Schwankungen im Außendurchmesser des Rohres und im Innendurchmesser der Verschleißhülse, ¥ie schon erwähnt, ist eine radiale Dicke der Halterungsschicht 35 im Bereich von 1,587 bis 6,350 mm (1/16 bis 1/4 Zoll) geeignet und verhindert Spannungskonzentrationen im Bohrgestänge durch das Anbringen der Verschleißhülse und durch Biegungen des Rohrs innerhalb der Hülse und verhindert elektrolytische Korrosion.

Die Yerschleißhülse hat typischerweise eine Länge im gleichen Großenordnungsbereich wie die Abschnitte mit maximalem Durchmesser jedes der Werkzeuganschlußteile, üblicherweise ca. 4/3 des Rohraußendurchmessers, oder 203, 200 mm (8 Zoll) bei einem Bohrgestänge mit einem Außendurchmesser von 127,000 mm (5 Zoll). Hit anderen Worten, die Verschleißhülse hat eine Länge, die etwa 1-2 Bial ihrem Außendurchmesser entspricht, der in Pig. 8 mit 158,750mm (6 1/4 Zoll) angegeben ist. Die Dicke der Verschleißhülse liegt im Bereich von 1-3/2 mal der Rohrdicke, die mit 12,700 mm (1/2 Zoll) angegeben ist. Der Außendurchmesser der Verschleißhülse ist etwa derselbe wie der der Yferkzeuganschlußteile.

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Die Klemmringe für die Form haben vorzugsweise so große Innendurchmesser, daß sie über den Außendurchinesser der Werkzeugansehlußteile passen, der in Fig. 8 z.B. mit 165,100 mm (6 1/2 Zoll) angegeben ist. !Die kleineren Kegeldurchmesser an den Enden der Form ergeben sich folglich als 177,8o>mm (7 Zoll) groß.

Die Innenfläche der Verschleißhülse ist zwar hier mit einfachen, entgegengesetzt laufenden Gewindesteigungen gezeigt, die eine gegenseitige mechanische Verriegelung mit der Polymerisatschicht schaffen. Es können aber auch entgegengesetzt laufende Gewinde mit mehrfachen Steigungen vorgesehen sein, z.B. mit vierfacher Steigung, und zwar sowohl linksals auch rechtsgängig.

Zu den Werkstoffen, aus denen das Bohrgestänge besteht, gehören Stahl und Aluminium. Die Werkzeuganschlußteile sind aus hochfestem Kohlenstoffstahl hergestellt. Die Verschleißhülse könnte aus dem gleichen Werkstoff bestehen wie die Werkzeugansehlußteile; aber normalerweise ist sie aus kohlenstoffarmem Stahl hergestellt und durch das Band 33 aus Hartmetall vor Verschleiß geschützt.

Um die verschiedenen Anforderungen für die Auswahl der Werkstoffe der inneren Kunststoffbeschichtung des Bohrgestänges und der Halterungsschicht aus hochpolymerem Stoff für die Verschleißhülse zu erfüllen, z.B. Temperaturbeständigkeit bis zu ca. 149° 0 (300° F), Beständigkeit gegen Ver-

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schleiß und Angriff sowie Verschlechterung durch das Bohrfluid, Haften am Stahl des Bohrgestänges, kompatibles Aushärten, Stärke, z.B. Scherstärke der Halterungsschicht von 21 bis 211 kg/cm² (300 bis 3000 psi) und Elastizitätsmodul von nicht mehr als 5$ des Elastizitätsmoduls für Stahl werden vorzugsweise Phenolzusammensetzungen sowohl für das Material des Innenbelags des Rohres als auch für die Halterungsschicht der Verschleißhülse verwendet» Eine mehr ins einzelne gehende Beschreibung eines solchen Stoffs findet sich in "Phenolic Resins", von A.A.K. Whitehouse, E.G.K. Pritchett, G. Barnett, American Elsevier Publishing Company, Inc., Copyright 1967.

In einem anfänglichen Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde Urethan-Epoxy-Polymerisat für die polymere Schicht zwischen der Verschleißhülse und dem Bohrgestängerohr gewählt.

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Leerseite

Claims

DIPL-CHEM. DR. ELISABETH JUNG" 80C0MÜNCHEN40,

CLEULNSSTRA33E 30 P. O. COX 40.·: 68

DIPL-PHYS. DR. JÜRGEN SCHIRDEWAHN · telefon 34so6?

D R.-IN G.GERHARD SCHMITT-NILSON Ϊ™™^ ^{invent/mönchen}

PATENTANWÄLTE

u.Z.: L 939 M

1341-.Π9 -X-

Ansprüchc:

1. Holilbohr ge stange _t

gekennzeichnet duroh nin Rohr ( 11 ) mit inneren Stauchungen am Ende, Werkzeuganschlußteile ( 17t ^ 9 )t die an beide Enden des Rohres an den Stauchstellen angeschweißt sind und größere Außnndurchraesser haben als das Rohr, eine in Umfangsrichtung homogene Stahlhülse, die kurzer ist als der Abstand zwischen den Verkzeuganschlußtoilen und einen Innendurchmesser hat, der kleiner ist als die Außendurchmesser der Werkzeuganschlußteile aber größer als der Außendurchmesser des Rohrßs. urn das herum die Hülse koaxial mit dem Rohr angeoi-dnet ist und von dem sie radial einen Abstand hat, der ein Ringvoluinen zwischen der Hülse und dem Rohr begrenzt, wobei die TKil.se so angeordnet ist, daß ihre Enden axial einen Abstand von den Werkzeuganschlußteilen haben, und durch eine ringförmige Befestigungseinrichtung aus einem polymeren Stoff in dem Ringvolumen, die die Hülse am Rohr gegen eine relative

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ORIGINAL INSPECTED

translatorische Bewegung und gegen Drehbewegung sichert.

2. Hohlbohi· ge stange, insbesondere nach /mspruch 1, gekennzeichnet durch ein Rohr mit äußeren Stauchstollen ( 13» 15 ) aJ* seinen Enden und mit an diese Enden angeschweißten Werkzeuganschlußteilen ( 17» 19 )» eine das Rohr ( 11 ) umgebende Metallhülse, die mindestens einen Bereich hat, der sich um volle 36o° um die Rohrachse erstreckt und von Verbindungsstellen frei ist, und dm-ch einen hochpolymeren Kleber zwischen dem Rohr und der Hülse, wobei die Hülse eine minimale Innenabmessung in Querrichtung hat,, die groß genug ist, um die Hülse über mindestens eine der Stauchstellen an den Enden des Rohres gleiten zu lassen, aber zu klein, als daß die Hülse über den einen oder anderen Werkzeuganschlußteil verschiebbar wäre.

3. Hohlbohrgestänge/ insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Rohr ( 11 ) mit Stauchstellen ( 13» 15 ) zum Schweißen an seinen Enden und Werkzeuganschlußteilen ( 17» 19 ). die mit den Enden integral verschweißt sind und durch eine das Rohr umgebende Verschleißhülse ( 27 ) , die zwischen den Enden und vorzugsweise mit Abstand von diesen angeordnet und mit dem Außenumfang des Rohres verklebt ist, wobei die Werkzeuganschlußteile und die Verschleißhülse Außendux'chinesser haben, die größer sind als der des Rohres und die Vorschleißliülse einen Inncndtirchmesser hat, der kleiner ist als die Außendurchmesser· der Werkzougaiischluß-

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teile, und wobei die Verscnleißhülse ein einstückiges, integrales, homogenes Metallstück aufweist.

4. Hohlbohrgestänge nach Anspruch 3»

dadurch gekennzeichnet , daß der Innenumfang der Verschleißhülse ( 27 ) sowohl mit linksgängigem als auch mit rechtsgängigem Innengewinde versehen ist.

5· Bohrstrangelement,

gekennzeichne t durch einen rohrförmigen Metallkörper mit rohrförmigen Verbindungseinrichtungen an jedem Ende zum Herstellen einer Verbindung mit weiteren Bohrstrangelementen, wobei die Verbindungseinrichtungen jeweils einen größeren Außendurchmesser haben als der Körper, wodurch Bereiche des Körpers in der Nähe der Verbindungseinrichtungen einen Abstand von den Wänden eines zylindrischen Lochs haben, in welchem das Element anbringbar ist, und durch eine Verschleißhülseneinrichtung, die einen mittleren Bereich des Körpers umgibt und von den Verbindungseinrichtungen weiter entfernt ist als die den \^rerbindungseinrichtungen benachbarten Bereiche, wobei der mittlere Bereich einen Abstand von den
Lochwänden hat, und wobei die Verschleißhülseneinrichtung eine gleichmäßig kontinuierliche Metallhülse umfaßt, die sich um den mittleren Bereich erstreckt und zu klein ist, als daß sie über die Verbindungseinrichtungen paßt, jedoch radial einen Abstand von dem Körper hat, und eine Schicht aus Kunststoff

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zwischen der Hülse und dem Körper angeordnet ist, wobei der Kunststoff eine Dicke von weniger als 6,35 nun_f vorzugsweise weniger als 0,51 mm und eine Scherfestigkeit von mindestens 703 kg/cm² (10.000 psi) hat.

6. Bohrelement,

dadurch gekennzeichnet , daß an die Enden eines Stahlrohres Werkzeuganschlußteile aus Stahl angeschweißt sind, daß das Rohr zwischen seinen Enden von einer rohrförmigen Verschleißhülse aus Stahl umgeben ist, daß die Verschleißhülse und das Rohr an der Innenseite mit Kunststoffbeschichtung versehen sind, daß die Kunststoffbeschichtungen im Inneren des Rohres und der Verschleißhülse beide aus hitzehärt— baren Kunststoffen bestehen, und daß die Verschleißhülse integral und homogen ist und einen kleineren Innendurchmessei" hat als der Außendurchmesser des Rohres,

7· Verfahren zum Zusammensetzen eines Hohlbohrgestänges mit einem Rohr, an dessen Enden Werkzeuganschlußteile mit größerem Außendurchmesser als das Rohr angeschweißt sind und mit einer Verschleißhülse, die zwischen den Rohrenden um das Rohr herum verklebt ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Verschleißhülse über ein Ende des Rohres aufgeschoben wird, und daß danach in beliebiger Reihenfolge ein ¥erkzeuganschlußteil mit diesem Ende des Rohres verschweißt wird und Haftmaterial zwischen der Verschleißhülse und dem Rohr geformt wird.

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8. Verfahren nach Anspruch J,

dadurch gekennzeichnet , daß bei der Formgebung· zwei Hälften einer diametral unterteilten Ringform um die Verschleißhülse herum so angebracht werden, daß die Enden des Ringraumes zwischen dem Rohr und der Hülse geschlossen werden, und daß die Hülse koaxial mit dem Rohr angeordnet wird, und daß Klemmringe über die Enden des Rohres auf die JCnden der Form aufgeschoben werden.

9· Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,

dadurch gekennzeichnet , daß bei der Formgebung unter Druck stehendes, fließfähiges Klebematerial in den Spielraum eingefüllt wird und diesen ausfüllt, während Luft durch Entweichen zwischen den Enden der Form und dem Rohr aus dem Spielraum abgelassen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß das fließfähige Material in den Spielraum durch eine Kanaleinrichtung in der Form eingespritzt wird, die mit dem Spielraum in Verbindung steht.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß das fließfähige Material durch eine Kanaleinrichtung in der Verschleißhülse in der Nähe des Mittelbereichs der Verschleißhülse, die mit dem Spielraum in Verbindung steht, in den Spielraum eingespritzt wird.

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12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß das fließfähige Material durch eine Kanaleinrichtung in den Spielraum eingespritzt wird, die anschließend zum Aufrechterhalten von Druck auf dem fließfähigen Material durch eine Verschlußeinrichtung geschlossen wird, und daß das fließfähige Material dann bei geschlossen gehaltener Kanaleinrichtung einer Wärmehärtung ausgesetzt wird.

13- Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Formgebung auch die Verschlußeinrichtung, die Klemmringe und die Form entfernt werden, und daß die Klemmringe über die Enden des Rohres wieder abgestreift werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Innenseite des Rohrgestänges mit Kunststoff beschichtet wird, und daß die Kunststoffbeschichtung im Inneren des Rohres und das Verbindungsmaterial zwischen der Verschleißhülse und dem Rohr gleichzeitig ausgehärtet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Enden der Form und das Innere der Klemmringe mit entsprechenden Verjüngungen λ'ΌΓβοΙιοιι werden, und daß die Klemmringe über die Abschrägungen der Formenden vorgetrieben werden und die Enden

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dor Form gegen das Rohr pressen,

16♦ Verfahren nach Anspruch 15»

dadurch gekennzeichnet , daß die verjüngten Enden der Form durch einen rohrförmigen Bereich verbunden sind, der so dünn ist, daß die Formenden beim Vortreiben der Klemmringe auf die Enden radial nach innen bewegt werden.

17· Verfahren nach Anspruch 16,

dadurch gekennzeichnet , daß der rohrförmigo Bereich der Form radial nach außen einen Abstand von der Verschleißhülse hat, daß die Verschleißhülse zu ihren Enden hin abgeschrägt ist, daß der Innenumfang der Form der Verjüngung der Enden der Verschleißhülse entsprechend abgeschrägt ist, und daß zwischen den verjüngten Enden der Verschleißhülse und dem verjüngten Innenumfang der Form eine Abdichtung geschaffen wird, wenn die Klemmringe auf die Formenden vorgetrieben werden.

18. Hohlbohrgestänge, insbesondere nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet , daß ein Metallrohr eine Länge im Bereich von 6,10 bis 12,19 m ( 20 bis hO Fuß ) und eine "Wandstärke von 2,5'l· bis 25,4 mm ( 0,1 bis 1,0" ), und einen Außendurchmesser von 101,60 bis ho6,kO mm ( k bis 16" ) hat, daß ein erstes rohrförmiges Verbindungselement an einem Ende des Rohres befestigt ist, daß ein zweites rohr— förmiges Verbindungselement am anderen Ende des Rohres befestigt ist, daß die Verbindungselemente beide eine2\ Außen-

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durchmesser haben, der um 25>40 bis 101,6o mm ( 1 bis 4 " ) größer ist als der des Rohres und daß die Verbindungselemente aus Stahl hergestellt sind, daß um das Rohr herum zwischen den Verbindungseiementen eine Stahlhülse angeordnet ist, daß die Außendurchmesser der Verbindungselemente mindestens so groß sind wie der Außendurchmesser der Stahlhülse, daß die Stahlhülse einen Innendurchmesser hat, der kleiner ist als der Außondurchmesser der Verbindungselemente und daß die Stahlhülse in Umfangsrichtung homogen ist, daß die Stahlhülse eiro maximale Dicke zwischen 5jO8 und 50,80 mm ( 0,2 und 2,0 " ) und eine Länge hat, die von 1/4 bis 4 mal dem Außendurchmesser der Rohres entspricht, und daß zwischen der Hülse und dem Rohr eine ringförmige Halterungsschicht vorgesehen ist, deren Dicke zwischen 1,59 und 6,35 mm ( 1/16 bis 1/4" ) beträgt, die aus polymerem Material hergestellt ist, welches ein Molekulargewicht von mindestens 1000 und einen Polymerisationsgrad von mindestens 100 hat und ausreichend vernetzt ist, um bis zu Temperaturen von ca. 121 C ( 250 F ) stabil zu sein,

und'einen Elastizitätsmodul zwischen 10,5 und 105.4-50 kg/cm ( 150 bis 1.500.000 psi ) sowie eine Scherstärke im Bereich von 21 bis 211 kg/cm ( 300 bis 3000 psi ) hat, wobei dies Material aus der aus hitzehärtbaren Kunststoffen und Elastomeren bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und daß die Schicht am Außemimfang des Rohres und am Innenumfang der Hülse haftet.

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19· Hohlbohrgestange nach Anspruch 18,

dadurch gekennzeichnet , daß das polymere Material bis zu Temperaturen von ca. 149°C ( 300°F ) stabil ist und aus der aus Phenol—Epoxy-und Phenol-Epoxy-IIarzen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

20. Hohlbohrgestänge nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet , daß das Rohr an seiner Innenseite mit einem Überzug aus dem gleichen Material wie die Halterungsschicht versehen ist,

21. Hohlbohrgestänge nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet , daß das polymere Material ein synthetischer elastomerer Stoff ist.

22. Hohlbohrgestänge nach Anspruch 21,

dadurch gekennzeichnet , daß der polymere Stoff EPDM ist.

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