DE2846465C2

DE2846465C2 - Bohrstrangelement sowie Vorrichtung und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2846465C2
Application number: DE2846465A
Authority: DE
Inventors: William Robert Conroe Tex. Garrett
Original assignee: Smith International Inc
Current assignee: Smith International Inc
Priority date: 1977-07-25
Filing date: 1978-10-25
Publication date: 1986-10-23
Also published as: FR2438738B1; US4146060A; DE2846465A1; FR2438738A1; GB2031046A; CA1100127A; GB2031046B

Description

Stelle geschaffene nicht metallische Manschetten haben nicht den gleichen Abriebwiderstand wie Metallhülsen.

Verschleißhülsen 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 Patentschriften: US-PS 22 59 023 (Gummi zwischen Rohr und Hülse), US-PS 22 81 632 (Hülse auch am Rohr angeschweißt), US-PS 2295873 (Gummi zwischen

Rohr und Hülsen verklebt), US-PS 28 77 062 (Metall- io (durch Keile in ihrer Lage gehaltene Stahlhülse),"Anstreifen zwischen Rohr und Hülse), US-PS 33 60 846 merkung: Hülse ist am Stabilisierungsdorn befestigt, um (Umfangsschweißung), US-PS 36 67 817 (mit Gewebe " ~
verstärkter, harzhaltiger Einsatz zwischen Hülse und
Rohr), US-PS 36 97 141 (Gummieinsatz zwischen Hülse
und Rohr). Die größte Schwierigkeit bei geschweißten
Metaühfllsen besteht in den Kosten für den Schweißvorgang und in der Notwendigkeit, das darunterliegende Material vor einer Beeinträchtigung durch die Wärmeentwicklung beim Schweißvorgang zu schützen.

Eine Verschleißhülse aus Metall, die an einer Seite aufgespalten und auseinandergestreckt wird, um sie auf einem Bohrgestänge anzubringen, ist in der US-PS 34 99 210 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 Spannungskonzentration, wenn sich das Rohr biegt, und es besteht die Gefahr, daß das Rohr bricht.

Ein ähnlicher Aufbau wie in der US-PS 34 99 210 ist auch in der US-PS 35 07 525 offenbart, gemäß der ein U-förmiges Metallelement um eine Bohrstange herum geformt und zu einer Hülse geschweißt wird, wobei ein innerhalb der Hülse angeordnetes absorbierendes Futter anschwillt und dadurch die Hülse und das Rohr erfaßt.

Wie schon gesagt, sind Schweißkonstruktionen teuer und bringen die Gefahr mit sich, daß das zugrunde liegende Material beschädigt wird. Die Erfindung sieht

keinerlei Schweißung vor, die sich in axialer Richtung 40 beiten normalerweise unter Druck in der Nähe des under Hülse oder radial durch die ganze Hülse erstreckt tern Endes eines Bohrstranges statt unter Zug in einem Es sei noch darauf hingewiesen, daß das Vorhandensein Hohlbohrgestänge. Es sei noch darauf hingewiesen, daß einer Schweißnaht oder Schweißstelle anhand der un- das Innenrohr eines Schwingungsdämpfers nicht an beiterschiedlichen Struktur und physikalischen Eigenschaf- den Enden Werkzeugverbindungsstellen hat, sondern ten des Metaüs an der Schweißsteile im Vergleich zum 45 daß eine Werkzeugverbindung am Außenrohr vorgese-Metall an der einen oder anderen Seite der Schweißstel- hen ist

Ie erkennbar ist Dieser heterogene Charakter von Es ist bekannt eine Rohrkupplung an den einander

Schweißverbindungsstellen ist näher erläutert in »The benachbarten Enden von zwei Rohren mit kleinerem Science of Engineering Materials« von Charles Außendurchmesser als dem Innendurchmesser der Ver-O. Smith, Prentice-Hall, Ina, Copyright 1977, 50 bindung dadurch zu befestigen, daß der Ringraum zwi-S. 371—379, insbesondere S. 378, Fig. 12—61. Diese he- sehen ihnen an jedem Ende blockiert und mit einem terogene Natur steht in scharfem Gegensatz zu einer in fließfähigen, aushärtbaren Material durch eine am Ende Umfangsrichtung homogenen, nahtlosen Stahlhülse ge- des Ringraumes vorgesehene Tülle gefüllt wird, wie die maß der Erfindung. Es sei noch hinzugefügt daß die US-PS 21 80 695 zeigt Zu den vorgeschlagenen Werknahtlose Stahlhülse gemäß der Erfindung gleichmäßige 55 stoffen gehören Asphalt Erdöldestillationsrückstände, physikalische Eigenschaften und eine in Umfangsrich- Wachs, Harz, Wachsharz und Blei mit verschiedenen

hinübergleiten kann. Dies zeigen z. B. die folgenden Patentschriften: US-PS 23 18 878 (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; US-PS 28 55 052 (Keilringe innerhalb Stahlhülse). Anmerkung: Hülse ist unterteilt und geschweißt, wenn Rohr an beiden Enden gestaucht; US-PS 32 76 824

die Stabilisierungshülse zu halten; US-PS 34 11 837 (zwei innen verjüngte Ringe, die durch Schweißspannungskeil gegen inneren, unerteilten Schweißring zusammengezogen sind); US-PS 34 82 889 (Stabilisierungskörper auf Bohrkragen mit Abfangkeil verkeilt). An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß ein zwischen einer Stahlverschleißhülse und einem Hohlbohrgestänge angeordneter Stahlkeil zu Spannungskonzentrationen führen kann, die Brüche im Rohr hervorrufen. Es ist auch bekannt, eine einstückige Ausweitung oder Erweiterung an einem Bohrgestänge zwischen den Werkzeugverbindungsenden vorzusehen, wie die US-PS 34 84 122, 37 73 359, 37 84 238 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.

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 US-PS 22 12 153, 20 33 011 und 30 99 918. Diese Werkzeuge sind jedoch keine Schutzvorrichtungen gegen Verschleiß, denn wenn das Außenrohr abgenutzt wird, muß das Werkzeug außer Dienst gestellt werden. Die Werkzeuge ar-

tung in der Hülse fortschreitende Innenspannung aufweist, und daß bei Herstellung der Hülse aus einer Legierung oder einem kohlenstoff reich en oder anderen, durch Wärme behandelbaren Stahl keine durch Wärme beeinträchtigte Zone besteht die sich in axialer Richtung der Hülse erstreckt wie das bei einer gespaltenen oder axial unterteilten und zusammengeschweißten Hülse der Fall wäre.

Es ist auch bereits bekannt, eine einstückige 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 Füllstoffen und Beimengungen. Die Einrichtung zum Blockieren der Enden des Ringraums vor dem Füllen besteht in einer Seüabdichtung. 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, sondem daß sie eher plastisch sind, denn sie verformen sich bei geringer Belastung unelastisch. Ferner haben sie, außer dem Blei, niedrige Schmelzpunkte, so daß die Tendenz besteht, daß sie bei Temperaturen leicht über

Normalbedingungen (20°C) 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.

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 werden, 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 Fall 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 Wärme 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, z. 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.

Für 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 Frados, Copyright 1976, S. 53—82 hingewiesen. Eine Schilderung hochpolymercr Stoffe, einschließlich von Elastomeren, Kunststoffen und Fasern 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 Nex Encyclopaedia Brittanica«, Encyclopaedia Brittanica, Ina, 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 Äthylen-Propylen Terpolymerisat handelt. EPDM ist in der Konstruktion des bereits erwähnten US-PS 36 97 141 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 der US-PS 21 80 695 ist in der US-PS 34 06 967 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 34 06 967 ist von Bohrgestänge und Verschleißhülsen insofern zu unterscheiden, als der Außenumfang bei dieser Hülse durch axiale Flansche 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 der US-PS 28 45 657 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 Kunst-

stoff 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 Kautschuk. Nach dem Einspritzen erfolgt eine Wärmeaushärtung und Verbindung mit den Rohren. Die Abdeckungen werden zur erneuten Verwendung entfernt. Ein ähnlicher Aufbau ist in der US-PS 28 64 130 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 der US-PS 36 08 049 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 Rohre.
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 OiId Field Equipment and Services«, Ausgabe 1976/77 ist auf Seite 4561 eine Anzeige der PA Incorporated für deren Dienstleistungen in der Rohrbeschichtung enthalten und darin auf eine Vielzahl von Überzugsmaterialien hingewiesen, deren zugrunde liegendes 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, McGraw Hill Book Company, Copyright 1971, z.B. S.277—282 ist die Sprühbeschichtung von Metallen mit organischen Überzügen beschrieben. Die Sprühbeschichtung mit Plastisolen, insbesondere Vinyldispersionen ist in dem schon genannten »Plastics Engineering Handbook«, 4. Auflage, S. 419 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrstrangelement der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß es eine dauerhafte, gut befestigte und mit

geringem Aufwand anzubringende Verschleißhülsenanordnung aufweist. Außerdem sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines solchen Bohrstrangelements geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 definierte Rohrstrangelement gelöst. Ein Verfahren zu dessen Herstellung ist im Anspruch 10 angegeben. Die Vorrichtung zum Herstellen des erfindungsgemäßen Bohrstrangelements ist im Anspruch 8 angegeben.

Um das Bohrstrangelement herum wird auf einer vorbereiteten äußeren Umfangsfläche desselben eine Metallhülse angebracht, die eine vorbereitete Innenfläche und einen Innendurchmesser hat, der groß genug ist, so daß die Hülse über die Schweißstauchstelle an einem Ende des Bohrstrangelements 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 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 Halterungsschicht kann eine Dicke im Bereich von 1,587 bis 6,350 mm (Vi6 bis 'AZoll) und einen Elastizitätsmodul von nicht mehr als 5% des Elastizitätsmoduls von Stahl sowie eine elastische Scherstärke von z. B. 35—211 kg/ cm² haben und bis zu Temperaturen von ca. 120⁰C bis 15O⁰C stabil sein. Die Dicke der Halterung und deren physikalische Eigenschaften verhindern eine Spannungskonzentration im Rohr duch das einfache Anbringen der Verschleißhülse und durch die von der Verschleißhülse verursachte Einschränkung der Rohrbiegemöglichkeit und verhindern eine elektrolytische 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 Bohrstrangelement geschaffen, um dessen Rohr herum z. B. in der Mite zwischen den an den Enden vorgesehenen Werkzeuganschlußteilen eine einstückige Verschleißhülse aus Metall befestigt ist, deren Innenumfang lose auf das Rohr des Bohrgestänges paßt, z. B. innerhalb ca. 3,175 mm (V₈ Zoll) in radialer Richtung. Der Außendurchmesser der Hülse ist vorzugsweise etwa ebenso groß wie der der an den Enden des Rohres angeschweißten Werkzeuganschlußteile oder kleiner als dieser. Die Befestigung der Verschleißhülse am Bohrstrangelement erfolgt durch einen hochpolymeren Werkstoff, z. B. Kunststoff und/oder einen elastomeren 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. 120 bis 150⁰C beständig sein und sein Elastizitätsmodul sollte nicht mehr als ca. 5% des Elastizitätsmoduls von Stahl betragen, und er sollte eine Scherslärke von vorzugsweise ca. 21 bis 211 kg/cm² 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 Schweißslauchstcl-Ie vor dem Anschweißen eines Werkzeuganschlußtcils am Rohrende hinüber paßt, und daß sie dann trot/. Schwankungen im Außendurchmesser des Rohres innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen 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 innerhalb der Hülse biegt. Ein radialer Spielraum von 1,587 bis 6,350 mm (¹A₆ bis V₄ Zoll) ist angemessen.

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

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vortcilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen Halbschnitt durch ein Stück Bohrgestänge gemäß der Erfindung;

F i g. 2 einen axialen Halbschnitt durch ein Stück des Rohres des Bohrgestänges gemäß Fig. 1 mit einer um die Verschleißhülse herum angeordneten Form, wobei eine Stufe im Herstellungsverfahren des Bohrgestänges nach dem Anbringen des Kunststoffutters und vor dem Einführen von Kunststoffkleber in die Form zum Befestigen der Verschleißhülse dargestellt ist;

F i g. 3 den Schnitt in der Ebene 3-3 gemäß F i g. 2;
F i g. 4 eine Stirnansicht der Verschleißhülse allein;
F i g. 5 einen axialen Teilschnitt durch die Verschlcißhülse in der Ebene 5-5 in F i g. 4 zur Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Oberflächengestaltung des Innenumfangs der Verschleißhülse;

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

F i g. 7 eine Ansicht ähnlich F i g. 2 eines abgewandelten Ausführungsbeispiels;

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

In F i g. 1 ist ein Bohrstangenelement 9 mil einem Rohr 11 gezeigt. An den Enden des Rohres 11 sind Stauchstellen 13, 15 zum Schweißen vorgesehen. Normalerweise sind die Rohrenden größtenteils an der In-

nenseite 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 Bohrstangenelements 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 Feststoff zu verwandeln. Im Fall eines Epoxybelages wird z. B. vier Stunden bei ca. 204⁰C (400"F) 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 weiteren hier genannten Veröffentlichungen. Spezielle Vorrichtungen und Verfahren gehen auch aus den US-PS 35 07 251,

35 16 385 und 35 25 314 hevor und aus dem »Composite Catalogue of Oilfield Equipment & Services«, Ausgabe 1974/75, S. 215,216:4158,4159.

Geeignete Kunststoffe für den Überzug am Innenumfang des Bohrstangenelements sind auf S. 4561 der Ausgabe 1976/77 des schon genannten »Composite Catalogue of Oil Field and Pipe Line Equipment« genannt. Dort sind die Eigenschaften der Kunststoffüberzüge unterschiedlicher Zusammenstellung und Dicke aufgeführt. Für die Erfindung wird die Benutzung von Epoxy-, Epoxy-Phenol- oder Phenolharz bevorzugt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Auswahl des jeweiligen Beschichtungsmaterials von dem beabsichtigten Einsatzzweck des Bohrstrangelements abhängt, insbesondere von den zu erwartenden Temperaturen beim Gebrauch, wie in der Tabelle der obengenannten Katalogliste angeführt. Weitere bei der Auswahl zu berücksichtigende Faktoren sind die Härtetemperaturen und der Zyklus, die vorzgusweise die gleichen sein sollten wie für die Befestigungseinrichtung der Verschleißhülse oder zumindest mit diesen verträglich, wie weiter unten noch näher erläutert.

Um den Außenumfang des Rohres ist in der Mitte zwischen den Werkzeuganschlußteilen eine aus Stahl bestehende Verschleißhülse 27 befestigt. Diese Verschleißhülse 27 ist ein einteiliges, rohrförmiges Element bzw. eine Hülse aus Stahl, wie auch das Rohr 11 und die Wcrkzeuganschlußteile. Die Verschleißhülse 27 ist beispielsweise in der Mitte ihrer Länge mit einer ringförmigen Nut 29 zum Anzeigen des Verschleißes versehen. Diese kann z. B. etwa die Hälfte der Dicke der Verschlcißhülse ausmachen, wie bei dem schon genannten US-PS 36 97 141. Wenn gewünscht, ist vorzugsweise die Verschleißhülse und das Werkzeuganschlußteil für den Drehstahl auf dem Außenumfang mit geeigneten Hartmetallauflagen wie Bändern 31, 33 oder Einsätzen aui Wolframkarbid versehen. Beispiele für solche Hartmetallauflagen finden sich in den genannten US-PS

36 97 141 und 36 67 817 und für Werkzeuganschlußteile

in den US-PS 22 81 632, 22 93 997, 23 34 350, 25 92 854 und 30 54 647.

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 Rohr gehört. Hochpolymere Kleber sind auf S. 697 — 705 der genannten Veröffentlichung »Polymers and Resins« beschrieben. Wegen der obengenannten, 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 (siehe Fig.4—6), die ein leichtes Vorbeibewegen der Verschleißhülse an Vorsprüngen aus der Seitenwand eines Bohrlochs ermöglichen, wenn das Bohrgestänge angehoben oder abgesenkt wird. Dadurch werden 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 F i g. 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 AnIagefläche 39 führt. Aus Gründen der Klarheit sind die Gewinde und die dabei entstehenden Anlageflächen in F i g. 1 und den anderen Zeichnungen weggelassen.

Zweck des Anrauhens des inneren Umfangs der Verschleißhülse ist es, eine gegenseitige mechanische Verriegelungswirkung zwischen der Verschleißhülse und der Halterungsschicht hervorzurufen, die die Haftwirkung des Klebers unterstützt. Die Kombination aus rechts- und iinksgängigen 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 der US-PS 36 97 141 oder der US-PS 36 67 817 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 zu gewährleisten, daß die klebende Halterungsschicht 35 Metall des Rohres und nicht an Schmutz oder Zunder auf dem Rohr haftet.
In den F i g. 2 und 3 ist eine Stufe im Herstellungsverfahren des Bohrstrangelements gemäß F i g. 1 gezeigt.

Die einstückige, in Umfangsrichtung einstückige, homogene (nicht durch Schweißnähte unterbrochene), einheitliche Verschleißhülse 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 KJemmringe 47,4B in ihrer Lage gehalten ist Ein im Klemmring 47 an einem Ende der Form vorgesehenes Loch 51 erlaubt das Ansetzen eines Verbindungselements 5Z 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, so daß dieses Material durch die Einlaßöffnung 53 unter Druck in den Formhohlraum eingespritzt wird, den es anfüllt F i g. 4 zeigt eine Stufe im Verfahren vor dem Einspritzen des Polymerisats.

Die Ringform 41 ist an ihren Enden 55, 57 außen konisch verjüngt Der Innenumfang der Klemmringe 47, 49 ist entsprechend den Enden 55,57 konisch verjüngt und die Klemmringe 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 passende Ringform nicht stören.

Jenseits der verjüngten Wandbereiche 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 Bohrstrangelement zum anderen geringfügig schwankt können 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 gewährleistet 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 53 der Ringform in Verbindung.

Wenn die Teile die in F i g. 2 gezeigte Stellung einnehmen, wird ein hochpolymerer, klebender Stoff, z. B. ein Epoxy-, Phenol- oder Epoxy-Phenolharz ähnlich wie das für den Innenbelag 25 verwendete Harz (Fi g. 1) unter einem Druck von z. B. 70 kg/cm² durch die Einlaßöffnung 53 eingespritzt, so daß es den Ringraum 71 ausfüllt. Der Ringraum 71 erstreckt sich über die Enden der Verschleißhülsen 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 beschrieben. Weitere Einzelheiten finden sich in verschiedenen Kapiteln des gleichfalls schon genannten »Plastics Engineering 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 Federvorspannung stehende Kugelrückschlagventil 74 hält das Polymerisat in der Form unter Druck. Das Polymerisat wird dann ausgehärtet indem es beispiels¹-weise der nötigen Härtetemperatur in einem Ofen ausgesetzt wird. Vorzugsweise erfolgt das Härten des Polymerisats, welches die zur Befestigung der Verschleißhülse dienende Halterungsschicht 35 darstellt (Fig. 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 Eine Beschreibung für EPDM findet sich auf S. 140—142 der Veröffentlichung »Natural Rubber and the Synthetics« von P. W. Allen, Crosby Lockwood, Copyright 1972. Siehe auch S. 13 hinsichtlich EPDM, ein nützliches verwandtes Material. Ein weiterer für die Halterungsschicht der Verschleißhülse geeigneter Stoff ist der Kunststoff, der die Basis des gemäß US-PS 36 67 817 verwendeten Einsatzes bildet, nämlich Devcon C. Dieser Stoff kann gewärmt mit Härtemittel angesetzt angeordnet und ausgehärtet werden, wie in dem genannten Patent beschrieben. Nur wird das flüssige Epoxyharz eingespritzt statt mit einer Auftragvorrichtung angebracht

Nach dem Aushärten der Anbringungseinrichtung für die Verschleißhülse, d.h. der Halterungsschicht 35 (Fig. 1) wird auf jeden Fall 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 Form von der Außenseite der Verschleißhülse 27 abgenommen.
In Zusammenfassung des Verfahrens zum Zusammensetzen des Bohrstrangelements 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 Werkzeuganschlußteile am Rohr angeschweißt die Schweißstellen duch Erwärmen auf eine geeignete Temperatur spannungsfrei gemacht, das überschüssige Schweißmaterial abgearbeitet, die Schweißbereiche weiter wärmebehandelt, die Hülse in geeigneter Weise zeitweilig verankert, damit sie nicht auf dem Rohr entlangrutscht, und die Anordnung der Kunststoffbeschichtungsstation zugeführt Der im Röhrenwalzwerk auf das Rohr aufgebrachte Schutzlack-Tauchüberzug wird durch Erhitzen des Rohres auf hohe Temperatur entfernt. Dann wird der Innenumfang des Rohres im Sandstrahlverfahren gereinigt und die Stelle, an der die Verschleißhülse 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 F i g. 7 zeigt kann das Polymerisat, statt einen polymeren Kleber durch ein Ende in die Form einzuspritzen, auch durch eine radiale Einlaßöffnung 81 in der Vcrscbleißhülse 27 selbst eingespritzt werden. Das durch Rückschlagventil gesteuerte Verbindungselement 52 ist hier in eine Gewindeöffnung 81 eingeschraubt und durch eine Zugangsöffnung 51Λ in der Formhälfte 45Λ eingesetzt

Die Form 41Λ gemäß F i g. 7 ist kürzer als die Ringform 4» 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 41/4 so wie das in F i g. 2 unten gezeigte Ende der Ringform 41 ausgebildet sind.

Im Gegensatz zu F i g. 2 zeigt F i g. 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 Form 41A und des Verbindungselements 52 in beliebiger Weise, z. B. durch einen eingeschraubten Stopfen geschlossen werden, wie F i g. 8 zeigt.

Aus Fig. 7 und 8 geht auch hervor, daß die Verschlcißhülse befestigt werden kann, ehe das Bohrstrangelement mit Innenbelag versehen wird, oder daß ein solcher Innenbelag ganz fehlen kann. F i g. 8 zeigt ferner, daß die Verschleißhülse befestigt werden kann, ehe einer oder beide Werkzeuganschlußteile am Rohr des Bohrgestänges angeschweißt werden. In diesem Fall brauchen die Klemmringe 47,47 A 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 Figuren mit ca. 3,175 mm (Ve 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 F i g. 8 angegeben. Der Außendurchmesser an den Schweißstauchstellen beträgt 130,175 mm (5V₈ Zoll), d. h. er ist 1,587 mm (V₆ Zoll) radial größer als der Rest des Rohres. Der Innendurchmesser der Verschleißhülse 27 beträgt 133,350 mm (5V₄ Zoll), d. h. er ist 1,587 mm (¹Ab Zoll) radial größer als die Stauchstellen 13,15, so daß ausreichend Spielraum besteht, der das Aufschieben der Verschleißhülse 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 (V₈ Zoll) plus oder minus Toleranzen oder Schwankungen im Außendurchmesser des Rohres und im Innendurchmesser der Verschleißhülse. Wie schon erwähnt, ist eine radiale Dicke der Halterungsschicht 35 im Bereich von 1,587 bis 6,350 mm (¹Ae bis 'Λ Zoll) geeignet und verhindert Spannungskonzentrationen im Bohrgestange durch das Anbringen der Verschleißhülse und durch Biegung des Rohrs innerhalb der Hülse und verhindert elektrolytische Korrosion.

Die Verschleißhülse hat typischerweise eine Länge im gleichen Größenordnungsbereich wie die Abschnitte mil maximalem Durchmesser jedes der Werkzeuganschlußtcile, üblicherweise ca. ⁴Λ des Rohraußendurchmessers, oder 203,200 mm (8 Zoll) bei einem Bohrgestänge mit einem Außendurchmesser von 127,000 mm (5 Zoll). Mit anderen Worter, die Verschleißhülse hat eine Länge, die etwa 1 -2mal ihrem Außendurchmesser entspricht der in F i g. 8 mit 158,750 mm (6'Λ Zoll) angegeben ist Die Dicke der Verschleißhülse liegt im Bereich von 1—³/₂mal der Rohrdicke, die mit 12.700 mm ('/2 Zoll) angegeben ist. Der Außendurchmesser der Verschleißhülse ist etwa derselbe wie der der Werkzeuganschlußteile.

Die Klemmringe für die Form haben vorzugsweise so große Innendurchmesser, daß sie über den Außendurchmesser der Werkzeuganschlußteile passen, der in F i g. 8 z. B. mit 165,100 mm (6V₂ Zoll) angegeben ist Die kleineren Kegeldurchmesser an den Enden der Form ergeben sich folglich als 177,800 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 links- als 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 Werkzeuganschlußteile; 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. 150°C, Beständigkeit gegen Verschleiß und Angriff sowie Verschlechterung durch das Bohrfluid, Haften am Stahl des Bohrstrangelements, kompatibles Aushärten, Stärke, z. B. Scherstärke der Halterungsschicht von 21 bis 211 kg/cm² 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 Bohrstrangelement gewählt.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rohrförmiges Bohrstrangelement, mit einem Rohr (11), an dessen Enden Stauchstellen (13, 15) s vorgesehen sind, an die einstückig Werkzeuganschlußteile (17, 19) angeschweißt sind, welche die Rohrenden bilden, und mit einer Verschleißhülsenanordnung, die das Rohr zwischen den Stauchstellen und von diesen beabstandet umgibt und mit der Außenumfangsfläche des Rohrs verbunden ist, wobei die Außendurchmesser der Werkzeuganschlußteile (17,19) und der Verschleißhülsenanordnung größer sind als der Außendurchmesser des Rohrs, und der Innendurchmesser der Verschleißhülsenanordnung kleiner ist als der Außendurchmesser der Werkzeuganschlußteile, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißhülsenanordnung eine gleichförmig durchgehende Metallhülse (27) aufweist, die als einstückiges, homogenes Metallstück ausgebildet ist

2. Bohrstrangelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauchstellen an den Rohrenden innen ausgebildet sind, daß die Hülse (27) derart um das Rohr herum koaxial zu diesem mit einem radialen Abstand angeordnet ist, daß zwischen Rohr 2s und Metallhülse ein Ringraum definiert wird, und daß zum Verbinden der Metallhülse mit dem Rohr eine ringförmige Befestigungseinrichtung aus polymerem Material in dem Ringraum angeordnet ist, wobei die Metallhülse (27) an dem Rohr gegen axiale und Dreh-Bewegungen gesichert ist.

3. Bohrstrangelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauchstellen an den Enden des Rohrs außen ausgebildet sind, daß die Metallhülse (27) mindestens einen Abschnitt enthält, der die Rohrachse um volle 360° umgibt, wobei dieser Abschnitt frei von Anschlußteilen ist, daß die Metallhülse (27) durch einen hochpolymeren Klebstoff zwischen Rohr und Hülse mit dem Rohr verbunden ist, und daß die Metallhülse (27) einen minimalen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der Außendurchmesser mindestens einer der externen Stauchstellen an den Rohrenden.

4. Bohrstrangelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenumfang der Metallhülse (27) innen sowohl mit einem linksgängigen als auch mit rechtsgängigen Gewinde versehen ist.

5. Bohrstrangelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallhülse (27) von dem Rohr (11) radial beabstandet ist und daß sie mittels einer Schicht Kunstharzmaterials zwischen Hülse und Rohr mit dem Rohr verbunden ist, wobei die Kunstharzschicht eine Dicke von weniger als 6,35 mm und eine Scherfestigkeit von mindesens 700 kg/cm² aufweist.

6. Bohrstrangelement nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (11) und die Metalliiülse (27) beide aus Stahl bestehen, daß die Hülse und das Rohr beide innen f»inp KnnctctnffKpcr'hiphtiinaf aufu/Aican nnH Haft -Hio

Kunststoffbeschichtung der Metallhülse diese an dem Rohr(ll) befestigt.

7. Bohrstrangelement nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bei dem das Rohr eine Länge von 6,10 bis 12,19 m und eine Wandstärke von 2,54 bis 25,4 mm und einen Außendurchmesser von 101,60 bis 406,40 mm aufweist und die Werkzeuganschlußteile (17, 19) beide einen Außendurchmesser besitzen, der um 25,40 bis 101,60 mm größer lsi als der des Rohrs, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuganschlußteile ebenso wie die Metallhülse aus Stahl bestehen und über den Umfang homogen ausgebildet sind, daß die Metallhülse eine maximale Dicke zwischen 5,08 und 50,80 mm und eine Länge hat, die Ά bis 4mal dem Außendurchmesser des Rohrs entspricht, und daß die Metallhülse dadurch mit dem Rohr verbunden ist, daß zwischen der Metallhülse und dem Rohr eine ringförmige Halterungsschicht vorgesehen ist, deren Dicke zwischen I39 und 635 mm beträgt, die aus polymerem Material hergestellt ist, welches ein Molekulargewicht von mindestens 1000 und einen Polymerisationsgrad von mindestens 100 aufweist und ausreichend vernetzt ist, um bis zu Temperaturen von ca. 12i° stabil zu sein, und einen Elastizitätsmodul zwischen 10,5 und 105,450 kg/cm² sowie eine Scherfestigkeit im Bereich von 21 bis 211 kg/cm² hat, wobei dieses Material aus der aus hitzehärtbaren Kunststoffen und Elastomeren bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und daß die Schicht am Außenumfang des Rohres und dem Innenumfang der Hülse haftet

8. Vorrichtung zum Herstellen eines rohrförmigen Bohrstrangelements, welches ein Rohr aufweist das an die Rohrenden angeschweißte Werkzeuganschlußteilir mit größerem Außendurchmesser als das Rohr aufweist und zwischen dessen Enden eine Verschleißhülse befestigt ist, welche über eines der Rohrenden schiebbar ist, bevor das Werkzeuganschlußteil an diesem Ende angeschweißt ist, wobei zwischen der Verschleißhülse und dem Rohr ein Verbindungsmaterial eingebracht ist, mit einer diametral geschlitzten Ringform, die über der Verschleißhülse derart anbringbar ist, daß die Enden des Ringraums zwischen Rohr und Hülse geschlossen sind, und mit Klemmringen, die über die Enden des Rohrs auf die Enden der Ringform bringbar sind, wobei die Enden der Ringform und das Innere der Klemmringe zueinander passend konisch ausgebildet sind sowie die Klemmringe auf den konischen Abschnitten der Ringformenden angeordnet sind und die Ringfornlenden gegen das Rohr drücken, dadurch gekennzeichnet, daß die verjüngten Enden (55,57) der Ringform (41) durch einen ringförmigen Bereich (65) miteinander verbunden sind, der so dünn ist, daß die Ringformenden (55,57) radial nach innen beweglich sind, wobei die Klemmringe (47,49) axial entlang der verjüngten Enden (55,57) der Ringform (41) in Richtung auf den ringförmigen Abschnitt (65) beweglich und in feste Anlage mit den Ringformenden (55,57) zu bringen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, zur Verwendung bei einer Verschleißhülse mit sich verjüngenden Enden, dadurch gekennzeichnet daß der rohrförmige Bereich (65) der Ringform (41) so bemessen ist, daß er von der Verschleißhülse (27) radial nach außen beabstandet ist, wobei der Innenumfang der Ringform (41) verjüngt und über die sich verjüngenden Enden '37^ der Hülse '27^X schiebbar ist, ar.d daß eine Einrichtung vorgesehen ist zum Abdichten zwischen den verjüngten Enden (37; 55,57) der Hülse (27) und des sich verjüngenden Innenumfangs der Ringform (41) bei auf die Ringformenden (55, 57) festgezogenen Klemmringen (47,49).

10. Verfahren zum Herstellen eines Bohrstrangelements aus einem Rohr, an dessen Enden Werk-

zeuganschlußteile mit größerem Außendurchmesser als das Rohr angeschweißt sind, und aus einer Verschleißhülse, die zwischen den Rohrenden um das Rohr herum verklebt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißhülse über ein Ende des Rohres aufgeschoben wird, daß danach in beliebiger Reihenfolge ein Werkzeuganschlußteil mit diesem Ende des Rohres verschweißt wird und daß danach Haftmaterial in einen Ringraum zwischen der Verschleißhülse und dem Rohr eingeformt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Formgebung zwei Hälften einer diametral geschlitzten Ringform um die Verschleißhülse herum so angebracht werden, daß die Enden des Ringraumes zwischen dem Rohr und der Hülse geschlossen werden, daß die Hülse koaxial mit dem Rohr angeordnet wird und daß Klemmringe über die Enden des Rohres auf die Enden der Form aufgeschoben werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Formgebung unter Druck Siehendes, fließfähiges Klebematerial in den Ringraum zwischen Rohr und Hülse eingefüllt wird und diesen ausfüllt, während Luft durch Entweichen zwischen den Enden der Form und dem Rohr aus dem Ringraum abgelassen wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das fließfähige Material in den Ringraum zwischen Rohr und Hülse durch eine Kanaleinrichtung in der Form eingespritzt wird, die mit dem Ringraum in Verbindung steht.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das fließfähige Material durch eine Kanaleinrichtung in der Verschleißhülse in der Nähe des Mittelbereichs der Verschleißhülse, die mit dem Ringraum in Verbindung steht, in diesen eingespritzt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das fließfähige Material durch eine Kanaleinrichtung in den Ringraum 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.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, 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.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche ί 0 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Rohres mit Kunststoff beschichtet wird, wobei die Kunststoffbeschichtung im Inneren des Rohres und das Verbindungsmaterial zwischen der Verschleißhülse und dem Rohr gleichzeitig ausgehärtet werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Furni und das Innere der Klemmringe mit entsprechenden Verjüngungen versehen werden, und daß die Klemmringe über die Abschrägung der Formenden vorgetrieben und die Enden der Form gegen das Rohr gepreßt werden.

Die Erfindung betrifft ein Bohrstrangelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.

Ein rohrförmiges Bohrstrangelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist zum Beispiel aus der US-PS 36 97 141 bekannt. Zu den Schwierigkeiten, die bei den Verschleißhülsenanordnungen solcher Bohrstrangeiemente auftreten, gehören unter anderem: Wegen Schnittverletzungen können Gummimanschetten in einem offenen Bohrloch nur eine geringe Lebensdauer haben; die durch Spannungskonzentration hervorgerufene nachteilige Auswirkung von unmittelbar am Bohrgestänge angebrachten Metallhülsen; die Kosten für das Anbringen und Anschweißen von komplizierteren Bauelementen sowie die Tendenz einiger Verschleißhülsen, auf dem Bohrgestänge durch Schläge oder Verdrehung locker zu werden und von der Mitte des Rohres zu einer Werkzeugverbindung an einem Rohrende zu rutschen, wo die Hülse wenig nützlich ist.

Man hat schon rohrförmige Gummimanschetten 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 Patentschriften hevor: US-PS 19 07 012 (eingebettete Schraubenfeder), US-PS 20 02 892 (eingebettete Metallhülse), US-PS 30 63 760 (Manschette durch ein mittels Nadel eingespritztes Epoxy- oder Phenol- oder ein anderes mittels Katalysator ausgehärtetes Harz am Rohr befestigt, so daß das Gummi nach dem Überstreifen über die Werkzeugverbindung nicht so stark gestreckt zu werden braucht), US-PS 34 80 094 (Manschette am Rohr angeklebt oder mechanisch befestigt und außen mit Keramik bespickt), US-PS 35 88 199 (zweite Gummimanschette um innere Gummimanschette). Die Tatsache, daß das Gummi bei im Schnappsitz angebrachten Gummimanschetten unier Reifenspannung steht, verursacht, daß bei geringfügigen Einschnitten die Gefahr besteht, daß sie aufreißen.

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 Patentschriften zeigen: US-PS 19 38 822 (auch innere Teile), US-PS 19 94 819, 21 97 531,22 51 428,26 28 134,26 36 787 (Bohrgestängeschutzvorrichtung), US-PS 29 59 453, 33 97 017 (in zwei Hälften unterteilt), US-PS 34 10 613 (in zwei Hälften unterteilt, US-PS 34 25 757, 34 49 022, 34 84 141 (axial versetzte Hälften aus Kunststoff), US-PS 37 09 569. Ein Problem dieser durch Umwickeln angebrachten Gummimanschetten besteht in den Kosten für die Verriegelungsvorrichtung für die Manschetten und deren Verletzlichkeit.

An Ort und Stelle geformte, nicht metallische Manschetten: Diesbezüglich isi es bciciisi uckaniH, uüiiiiücibar an einem zylindrischen Innenleil eine nicht metallische Manschette zu formen, wie folgende Patentschriften zeigen: US-PS 18 63 823 (Rohrkupplungs-Gummimanschette-Kupplung mit Gewindeaußenfläche), US-PS 34 90 526 (Bohrstangen-Gummiführung), US-PS 39 48 575 (Rohrschutz z. B. Aus Epoxy- oder Urethanharzl. Anmerkuns: zeiet unterteilte Form. An Ort und