-
Schutzkappe und Schutznippel für Ölfeldrohre
-
n Die Erfindung betrifft Schutzkappe und Schutznippel für Enden von
Rohren, insbesondere von Ölfeldrohren mit Gewinde oder mit Gewinde und Dichtungsflächen,
aus einem metallenen Körper mit einem zum Ölfeldrohr passenden Gewinde.
-
Ölfeldrohre, insbesondere Futter- und Steigrohre für Tiefbohrungen
werden heute oft so mit Gewinde und Dichtungsflächen am Rohrende zum Verbinden der
Rohre ausgestattet, daß keine zusätzlichen Dichtelemente aus z.B. Weichmetall oder
organischen Stoffen benötigt werden, also eine Dichtungspaarung Staht-Stahl vorliegt,
die höchsten Drucken stendhält.
-
Diese Dichtmethode erfordert jedoch, daß die mit hoher Genauigkeit
geschnittenen Gewinde und Dichtungsflächen der Verbindung keine Korrosions- oder
Schlagstellen aufweisen dürfen, wie sie bei Transport, Lagerung oder Handhabung
leicht entstehen können. Während des Transportes zwischen Herstellungs- und Anwendungsort
werden daher die Rohrenden mit Schutzkappen und Schutznippel versehen.
-
Es sind Schutzkappen und Schutznippel bekannt (DE-PS 75784@, Abb.
3 ff), bei denen eine stoßdämpfende Auskleidung aus z.B. Bitumen durch z.B. Gießen
fest mit einem Körper aus Metall verbunden ist und ein Gewinde aufweist, Nachteilig
hierbei ist, daß die Bitumenauskleidung insbesondere bei Erwärmung durch Sonneneinstrahlung
während des Transportes, Lagerllng verfließt und somit der Schutz gegen Schläge
verloren geht. Des wo terpen ben(itlge. Biturllen bei der Her@tellung
eine
gewisse Aushirtezeit die eine wirtschaftliche Fertigung behindert. Darüber hinaus
wird bei diesem bekannten Schutz lediglich das Gewinde durch Metallkappen und stoßdämpfende
Auskleidung geschützt, nicht jedoch die ebenfalls gefährdeten Dichtungsflächen am
Rohrende.
-
Weitere Möglichkeiten für den Rohrendenschutz zeigen die US-Patentschriften
2212 423, 3000402, 4020873, 4020874 auf.
-
Diese Schutzkappen und Schutznippel bestehen aus zwei Bauteilen, einem
äußeren aus Metall oder Kunststoff mit einem darin eingelegten Bauteil aus flexiblem
Material, welches ein Gewinde aufweist und in der Regel auch die Dichtungsfläche
am Rohrende umfaßt.
-
Bei einigen Schutzvorrichtungen (US 2212 423, 3000402) besteht die
Gefahr, daß Stöße auf sie in Rohraxialrichtung den Mantel von dem gewindetragenden
Teil abstreifen, insbesondere wenn sich durch Temperaturschwankungen die Teile aufgrund
unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten voneinander lösen.
-
Alle Vorrichtungen haben gemeinsam den Nachteil, daß sie höheren Drehmomenten
bei Verschraubung nicht gewachsen sind und die Bauteile voneinander getrennt werden
können, so daß außerordentliche Schwierigkeiten auf der Baustelle entstehen, das
gewind.etrage nde Bauteil vom Rohrende zu lrbsen Im übrigen erlauben die Systeme
kein Lehren des Rohres mit dem Prüfdorn (Driften) bei eingeschraubten Schutznippel.
-
Diese Nachteile hat der Schutz gemäß DE-OS 2800747 nicht.
-
Das gewindetragende stoßdämpfende Material ist mit dem Metallmantel
fest verbunden, kann so höhere radiale Kräfte aufnehmen und bietet auch Schutz für
die Dichtungsflächen am Rohrende. Ein Areinen des stoßdämpfenden Materials vom Metallmantel
bei axialer Schlagbeanspruchung, wie es häufig beim Stapeln und Transport der Ölfeldrohre
auftritt, ist aber auch hier möglich.
-
Drei entscheidende Nachteile weisen aber die bisher zum Stand der
Technik genörenden Schutzkappen und Schutznippel
mit gewindetragender,
relativ dicker Kunststoffschicht auf: - erstens eine Anlliykeit gegen Teperaturweci:-el,
der zwangsläufig bei Transport und Verwendung in arktischen oder äquatorialen Gegenden
auftritt; bei tiefen Temperaturen wird das Material spröder und reißt, bei hohen
Temperaturen (Aufheizung des Stahles bis etwa 1400 C) zerfließt die Auskleidung;
- zweitens zeigt die Praxis an den Bohrstellen, daß die bei der Handhabung (Kranumschlag
im Herstellerwerk, Hafen, Baustelle) eingebeulten Metallmäntel (meist relativ dünnes
Blech im Verhältnis zur Rohrwandung) der Schutzkappen die Kunststoff-Auskleidung
zerquetschen und so stark in die häufig sägezahnartigen, teils gasdichten Rohrgewinde
pressen, daß ein Lösen der Schutzkappe nur mit Gewalt unter Beschädigung der Gewinde
des Ölfeidrohres möglich ist.
-
Die daraus resultierenden Kosten und Probleme für Rücktransport und/oder
Neuanfertigung der Rohre sind enorr.; - drittens sind sie relativ aufwendig zu fertigen.
-
Es sind weiterhin Schutzkappen und Schutznippel bekannt, die gänzlich
aus Stahl bestehen und auf das Rohr geschraubt werden (DE-PS 757845, Abb. 1,2).
Der Schutz der Rohrenden gegen Beschädigung durcn Korrosion ist dabei naturgemäß
relativ gering, da Gewindeabweichungen zwischen dem Schutz und dem Rohr zu Kapilarspalten
führen, die das Eindringen korrosiver Medien begünstigen. Bei Schlagbeanssruchung
wird die Energie nicht durch stoßdämpfende Auskleidung absorbiert, sondern die Deformation
der Schutzkappe hat Beschädigungen der zu schützenden Gewinde- und Dichtungsflächenteile
zur Folge.
-
Trotz Verwendung des meist für Ölfeldrohre vorgeschriebenen Fettes
nach API muß außerdem bei diesem Schutz ein relativ großer Aufwand für die Herstellung
genauer Gewinde (geringe Flankenwinkel-, Längen-, Durchmesser-, Radientoleranzen
und Oberflächenrauhigkeit) getrieben werden, da zur Verrneirjurq des Festfressens
oder der Reibung der Gewinde ineinander
eine genau definierte Passung
auf dem Rohrgewinde erfordlXrlich ist. Bei der Verschraubung auf dem Rohrende läßt
sich darüber hinaus häufig ein Zerkratzen der empfindlichen metallischen, häufig
für besonders hohe Ansprüche glasgestrahlten und phosphatierten Dichtungsflächen
und Gewinde nicht vermeiden. Sollte das API-Fett aufgrund hoher Temperaturen schmelzen,
entstehen minimale Spalte, die der Spaltkorrosion Vorschub leisten.
-
Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für Rohre, die
an den Enden mit Gewinde oder mit Gewinde und Dichtungsflächen versehen sind, Korrosion
und mechanische Beschädigungen der Gewinde und Dichtungsflächen verhindernde Schutzkappen
und Schutznippel zu schaffen, welche auch bei starkem Temperaturwechsel nicht durch
Zerfließen, Reißen, Brechen oä. sowie bei längsaxialer Schlagbeanspruchung zerstört
werden, aber trotzdem während Transport und Lagerung der Rohre einen sicheren Halt
auf dem Rohrende haben, ein schonendes leichtes Auf- und Abschrauben ohne Beschädigung
der Oberflächen von Gewinde und Dichtungsflächen ermöglichen, ein Driften der Rohre
bei aufgeschraubtem Schutz erl<iuben und zudem schnell und rationell zu fertigen
sind unter Verwendung preiswerter Materialien.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichenteil des
ersten Anspruches dargestellten Merkmale gelöst.
-
Vorteilhafte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Schutzkappen und Schutznippel
sind in den weiteren Ansprechen erfaßt.
-
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schutzkappen und Schutznippel ist
darin zu sehen, daß neben dem Korrosions- und Stoßschutz für die Rohrenden sowie
sicherem Sitz auf dem Rohrgewinde beim Transport vom Herstellungs- zum Verwendungsort,
die Schutzkappen und Schutznippel an sich sehr widerrt:andsfahiq gegerl Zerstörung
sind und ein Lösen und Abstreifen der Umhüllung vom metallenen Körper durch den
vorhandenen Forrn- und Reibschluß zwischen ihnen unmöglich ist. Scbuzkappe und Schutznippel
sind leicht und einfach
aus preiswertem Rohrmaterial oder Blech
mit geschnittenem oder gerolltem Gewinde herstellbar, auf das nur noch Kunststoff
aufgebracht wird.
-
Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit, zunächst das Gewinde nur
grob vorzudrehen und die Paßgenauigkeit des Gewindes in der Schutzkappe oder auf
dem Schutznippel durch Aufbringen der Umhüllung aus Kunststoff zu erzielen.
-
Trotz der dünnen Umhüllung läßt sich, wie die Praxis zeigt, eine ausreichende
Stoßdämpfung für das Gewinde des Ölfeldrohres erreichen. Insbesondere wird mangels
Masse vermieden, daß sich bei verbeultem metallenen Körper der Schutzkappe die Kunststoffumhüllung
im Gewinde des Ölfeldrohres festklemmt.
-
Die Kunststoffschichtdicke kann auf die Toleranzbreite (maximales
Spiel) der jeweiligen Gewindepaarung beschränkt werden, sollte jedoch aus qualitäts-
und fertigungstechnischen Gründen 0,2 mm Dicke nicht unterschreiten. Diese Methode
spart Werkstoff und läßt zugleich die Möglichkeit des Lehrens eines Rohres durch
den ein7schraubten Sc.hutznippel zu, da die Dicke des metallenen Körpers und der
stoßdämpfenden Umhüllung der entsprechenden Rohrwanddicke angepaßt werden kann.
-
In manchen Fällen ist eine Wiederverwendung der Schutzkappen oder
Schutznippel geplant. Zu diesem Zweck ist es sinnvoll, Vorsorge gegen Korrosion
zu treffen und den gesamten metallenen Körper mit einer Umhüllung aus Kunststoff
Zl1 versehen.
-
Als besonders vorteilhaft für die verschiedenen Anwendungsfälle haben
sich die Kunststoffe Polyamid (PA), Polytetrafluoräthylen (PTFE) und Epoxid-;iarz
(EP) erwiesen.
-
Während PA und PTFE extremen Temperaturschwankungen gewachsen sind
und sehr hohe Zugfestigkeit und Reißdehnung haben, läßt sich für Anwendungsfälle
mit eingeschränktem Temperaturbereich die leichte Verarbeitung von EP ausnutzen.
-
PTFE hat bekanntlich einen sehr geringen Reibbeiwert. Es läßt sich
daher hervorragend für lange, empfindliche Gewinde und Dichtungsflächen einsetzen,
so daß leichtes Auf- und Abschrauben der Schutzkappen und Schutznippel möglich ist.
-
Im folgenden wird die Erfindung anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden.
-
Es zeigen Fig. 1 einen axialen Teil-Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Schutznippel in eingeschraubtem Zustand, Fig. 2 einen axialen Teil-Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Schutzkappe in aufgeschraubtem Zustand, Fig. 3 eine
Einzelheit der erfindungsgemäßen Schutzkappe gemäß Anordnung in Fig. 2.
-
Fig. 1 zeigt ein Muffenende 1 eines Ölfeidrohres mit Gewinde 4 und
Dichtungsfläche 7 ttit eingeichraubtem Schutznip-el, der ebenfalls aus einem metallenen
Körper 3 mit Körpergewlnrie 5 .und stoßdämpEender Umhüllung 6 aus Kunststoff besteht
sowie eine Bohrung 10 aufweist.
-
Auf das Vaterrohrende 2 eines Ölfeldrohres mit Gewinde 4 und Dichtungsflächen
7 ist eine Schutzkappe bestehend aus einem metallenen Körper 3 mit dem Körpergewinde
5 und der Umhüllung 6 aufgeschraubt (Fig. 2). Das Aufschrauben wird durch einen
in die Bohrung 10 der Schutzkappe einsteckbaren Bolzen (nicht dargestellt) erleichtert.
-
Der metallene Körper 3 wird von einem passenden Rohr abgeseigt, Bohrung
10 einq?bracht, vorgedreht und dann in einem Schnitt - grobtoleriert - das Buttress-Gewinde
erzeugt.
-
Hierbei ist es nicht erforderlich, die genauen Toleranzen für die
Flankenwinkel, Radien, Durchmesser und Längen sowie der Oberflächenrauhiqkeit der
Zähne des Gewindes 4 des Ölfeldrohres einzuhalten, wie sie nach API vorgeschriehen
sind.
-
Es genügt eine Grobtoleranz mit Untermaß, die natürlich erhebliche
Fertigungskosten erspart.
-
Der metallene Körper 3 wird nach der Entfettung aufgehei3t und unter
Hinzufugung eines Haftvermittlers mit einer 0,5 mm dicken Schicht aus PTFE (z.B.
Teflon ) beschichtet.
-
Die der Dichtungsfläche 7 gegenüberliegende Flache der Schutzkappe
(Fig. 3) ist ebenfalls mit Untermaß gedreht, so daß genügend Raum für eine PTFE-Schicht
bleibt. Die fertige Schutzkappe läßt sich soweit aufschrauben, daß die flexible
verformbare Umhüllung aus PTFE sich satt an die Dichtungsfläche 7 sowie die Zahnflanken
8 des Gewindes 4 anlegt, obwohl die Zahnflanken 9 des Körpergewindes nicht die gleiche
Exaktheit in den Toleranzen aufweisen. Die Umhüllung kompensiert die "Fertigungsfehler.
Auch größere Oberflächenrauhigkeiten des Körpergewindes 5 führen bei Aufschrauben
der Schutzkappe auf das Rohrende wegen der aufgebrachten Umhüllung zu keinerlei
Beschädigung der Gewinde 4 oder Dichtungsflächen 7.
-
Bezugszeichenliste 1 Muffenende 2 Vaterrohrende 3 Körper, metallen
4 Gewinde 5 Körpergewinde 6 Umhüllung 7 Dichtungsfläche 8 Zahnflanke, Gewinde 9
Zahnflanke, Körpergewinde 10 Bohrung