DE3100527C2

DE3100527C2 - Schutzkappe und Schutznippel für Enden von Rohren, insbesondere von Ölfeldrohren

Info

Publication number: DE3100527C2
Application number: DE19813100527
Authority: DE
Inventors: Wilhelm 4700 Hamm Strödter
Original assignee: WILHELM STROEDTER MASCHINEN- und APPARATEBAU 4700 HAMM DE; Wilhelm Stroedter Maschinen und Apparatebau 4700 Hamm
Current assignee: Drilltec Patents and Technologies Co Inc
Priority date: 1981-01-10
Filing date: 1981-01-10
Publication date: 1984-01-12
Also published as: DE3100527A1

Abstract

Bekannte Schutzkappen und Schutznippel für Enden von Rohren, speziell von Ölfeldrohren mit Gewinden und Dichtungsflächen, sind in verschiedenen Fällen nur risikoträchtig einsetzbar wegen des verwendeten Materials und/oder ihrer Bauart. Es wird ein optimierter Typ von Schutzkappen und Schutznippeln für die Enden von Ölfeldrohren vorgeschlagen, der aus Strahl mit integriertem Gewinde besteht und dessen die Gewinde und die Dichtungsflächen berührende Teile mit einer dünnen stoßdämpfenden Umhüllung aus Kunststoff versehen sind.

Description

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Die Erfindung betrifft Schutzkappen und Schutznippel nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ölfeldrohre, insbesondere Futter- und Steigrohre für Tiefbohrungen, werden heute oft so mit Gewinde und sjDichtungsflächen am Rohrende zum Verbinden der Rohre ausgestattet, daß keine zusätzlichen Dichtelemente aus z. B. Weichmetail oder organischen Stoffen benötigt werden, also eine Dichtungspaarung Stahl-Stahl vorliegt, die höchsten Drücken standhält.

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, die gänzlich aus Stahl bestehen und auf das Rohr geschraubt

werden (PE-PS 7S7R<1S Ahh 1 ?) Der Srhut7 des

Rohrenden gegen Beschädigung durch Korrosion Ist dabei naturgemäß relativ gering, da Gewindeabweichungen zwischen dem Schutz und dem Rohr zu Kapillarspalten führen, die das Eindringen korrosiver Medien begünstigen. Bei Schiagbeanspruchung wird die Energie nicht Surcrl· stoßdärnpfenäe Aüskleidini^mBMirbieTtvisönclern die Deformation der Schützkappe" hat Beschädigungen der zu schützenden Gewinde- und Dlchtungsflächeritelle zur Folge. Trotz Verwendung des meist für Ölfeldrohre vorgeschriebenen Fettes nach APl muß außerdem bei diesem Schutz ein relativ großer Aufwand für die Her-Stellung genauer Gewinde (geringe Flankenwinkel-, Längen-, Durchmesser-, Radientoleranten und Oberflächenrauhigkeit) getrieben werden, da zur Vermeidung des Festfressens oder der Reibung der Gewinde ineinander eine genau definierte Passung auf dem Rohrgewinde erforderlich ist. Bei der Verschraubung auf Jem Rohrende läßt sich darüber hinaus häufig ein Zerkratzen der empfindiichen metallischen, häufig für besonders hohe Ansprüche glasgestrahlten und phosphatierten Dichtungsflächen und Gewinde nicht vermeiden. Sollte das API-Fett aufgrund hoher Temperaturen schmr'zen, entstehen minimale Spalte, die der Spaltkorrosion Vorschub leisten.

Es sind weiterhin Schutzkappen und Schutznippel bekannt (DE-PS 7 57 845, 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, Lagerung zerfließt und somit der Schutz gegen Schläge verloren geht. Des weiteren benötigt Bitumen bei der Herstellung eine gewisse Aushärtezeit, 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-PS 22J2 423, 30 00 402, 40 20 873, 40 20 874 auf. Diese Schutzkappe^ 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 Dichtungsflächen am Rohrende umfaßt.

Bei einigen Schutzvorrichtungen (US 22 12 423, 30 00 402) 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 gewindetragende Bauteil vom Rohrende zu lösen. Im übrigen erlauben die Systeme kein Lehren des Rohres mit dem Prüfdorn (Driften) bei eingeschraubten Schutznippel.

Diese Nachteile hat der Schutz gemäß DE-OS 28 00 747/TTicht. 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 Abreißen des stoßdämpfenden Materials vom Metallmantel bei axialer SchlagbeanspruchungJ^ie es häufig hplm Stapeln und Transport der Ölfeldrohre auftritt, ist aber auch hler möglich.

Drei entscheidende Nachteile weisen aber diese zum Stand der Technik gehörenden Schutzkappen und Schutznippel mit gewindetragender, relativ dicker Kunststoffschicht auf:

- erstens eine Anfälligkeit gegen Temperaturwechsel, 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 bls_

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Al? w_" A b s t r β i -f b eons ρ r· u c h u η c;

etwa 140 C) zerlließi die Auskleidung;

- zweitens zeigt die Praxis an den Bohrstellen, daß die bei der Handhabung (Kranumschlag im Herstellerwerk, Hafen. Baustelle) eingebeulten Metallmantel (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 Ölfeldrohres möglich ist. Die daraus resultierenden Kosten und Probleme für Rücktransport und/oder Neuanfertigung der Rohre sind enorm;

- drittens sind sie relativ aufwendig zu fertigen

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe "--gründe, die bekannten Schutzkappen und Schjtznippel derart zu verbessern, daß unter Beibehaltung c Korrosions- und Sioßschutzes für die Rohrenden fiw:.. ue* sicheren Sitzes ^2Ü auf dem Rohrgewinde beim ii.nsnort ein Lösen und Abstreifen der s'.oßabsorbierenden Schicht mit metallenen Körper uimöglich ist, und daß ein Festklemmen der sloßabsorbierenden Schicht im Gewinde des Ölfeldrohres bei verbeultem metallenem Körper vermieden wird und ²S zudem unter Verwendung preiswerter Materialien die Schutzkappen und Schutznippel schnell und rationell zu fertigen sind.

Diese Aufgabe wird durch die kennze^;chnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausbildüngen der erfindungsgemäßen Schutzkappen und Schutznippel sind in den Unleransprüchen erfaßt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schutzkappen und Schutznippel ist darin zu sehen, daß neben dem Korrosions- und Stoßschutz für die Rohrenden sowie sicherem ^J5 Sitz auf dem Rohrgewinde beim Transport vom Herstellungszum Verwendungsort, die Schutzkappen und Schutznippei an sich sehr widerstandsfähig gegen Zerstörung sind und ein Lösen und Abstreifen der Umhüllung vom metallenen Körper durch den vorhandenen Form- und ReibschluP zwischen ihnen unmöglich ist. Schutzkappe und Schutznippei sind leicht und einfach aus preiswertem Rohrmaterial oder Blech mit geschnittenem oder gerolltem Gewinde herstellbar, auf das nur noch Kunststoff aufgebracht wird. ⁴^

Besonders vorteilhaft is! die Möglichkeit, zunächst das

Gewinde nur grob vorzudrehen und die Paßgenauigkeit des Gewindes in der Schutzkappe oder auf dem Schutznippel durch Aufbringen der stoßabsorbierenden Schicht aus Kunststoff zu erzielen.

Trotz der dünnen Schicht läßt sich, wie die Praxis zeigt, eine ausreichende Stoßdämpfung für das Gewinde des Ölfeldrohres erreichen. Insbesondere wird mangels Masse vermieder, daß sich bei verbeultem metallenen Körper der Schutzkappe die stoßabsorbierende Schicht im pj'Gewinde des Ölfeldrohres festklemmt.

S Dip K iinQKtnff-irhirhfiiirkp kann auf {|Ia Tnlorinr,

breite (maximales Spiel) der jeweiligen Gewindepaarung beschränkt werden, sollte jedoch aus qualitäts- und ferti- |. gungstechnischen Gründen 0,2 mm Dicke nicht unter- !schreiten. Diese Methode spart Werkstoff und läßt zugleich die Möglichkeit des Lehrens eines Rohres durch [den eingeschraubten Schutzriippel zu, da; die⁴Dicke des !metallenen Körpers und der stoßabsorbiereriden Schicht 'der entsprechenden Rohrwanddicke angepaßt werden kann.

Als besonders vorteilhaft für die verschiedenen Anwendungsfälle haben sirh die Kunststoff Polyamid (PA), Polytetrafluorethylen (PTFE) und Epoxid-Harz (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 fur iange, empfindliche Gewinde und Dichtungsflächen einsetzen, so daß leichtes Auf- und Abschrauben der Schuizkappen und Schutznippel möglich ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. I einen axialen Teil-Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Schutznippel in eingeschraubtem Zustand,

Fig. 2 einen axialen Teil-LängsschniH durch eine erfindungsgemäße Schutzkappe in aufgeschraubtem Zustand,

Fig. 3 eine Einzelheit der erfindungsgorr^ßen Schutzkappe gemäß Anordnung in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein Muffenende 1 eines Ölfeldrohres mit Gewinde 4 und Dichtungsfläche 7 mit eingeschraub;em Schutznippel, der ebenfalls aus einem metallenen Körper 3 mit Körpergewinde 5 und stoßabsorbierender Schicht 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 stoßabsorbierenden Schicht 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 abgesägt. Bohrung 10 eingebracht, vorgedreht und dann in einem Schnitt - grobtoleriert - das Buttress-Gewinde erzeugt. Hierbei ist es nicht erforderlich die genauen Toleranzen für die Flankenwinkei, R ien. Durchmesser und Längen sowie der Oberflächenrauhigkeit d■■'. Zähne das Gewindes 4 des Ölfeldrohres einzuhalten, wie sie nach API vorgeschrieben sind.

Es genügt eine Grobtoleranz mit Untermaß, die natürlich erhebliche Fertigungskosten erspart.

Der metallene Körper 3 wird nach der Entfettung aufgeheizt und unter Hinzufügung eines Haftvermitilers mit einer 0,5 mm dicken Schicht aus PTFE (z. B. Teflon R) beschichtet.

Die der Dichtungsfläche 7 gegenüberliegende Gegenfläche 11 der Schutzkappe (Fig. 3) ist ebenfalls mit Untermaß gedreht, so daß genügend Raum für eine PTFE-Beschichtung bleibi. Die fertige Schutzkappe läßt sich soweit aufschrauben, daß die flexible verformbare Schicht 6 aus PTFE sich satt an die Dichtungsfläche 7 sowie die Zahnflanken 8 des Gewindes 4 anlegt, obwohl

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Exaktheit in den Toleranzen aufweisen. Die Umhüllung kompensiert die »Fertigungsfehler«. Auch größere Oberflächenrauhigkeiten ( j& Körpergewindes 5 führen bei Aufschrauben der Schutzkappe auf das Rohrende wegen der aufgebrachten stoßabsorbierenderi Schicht 6 zu keinerlei Beschädigung der Gewhfde 4 oder Dlchlungsflächen 7.

Bezpgszeichenllste

I Muffenende

Vaterrohrende Körper, metallen Gewinde
Körpergewinde sloßabsorblerende Schicht

7 Dlchtungsfläche

8 Zahnflanke, Gewinde

9 Zahnflanke, Körpergewinde 10 Bohrung

Π Gegenflüche

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Dieses Blatt dient nur der Erkennung einer nach Behebung von Druckfehlern vorgenommenen Neuverfilmung und ist

NICHT BESTANDTEIL DER ANMELDUNG

Claims

Patentansprüche:

1. Schutzkappe und Schutznippel für Enden von Rohren, insbesondere von Olfeldrohrer^ mit Gewinde und Dichtungsflächen, bestehend aus einem metalleneS) Körper und aus einer mi! diesem kraftschlüssig verbundenen, stoßabsorbierenden Kunststoffschicht, an der ein Paßgewinde für das zu schützende Rohrgewinde und einef Anlagefiäche zum Schutz der Rohrdichtungsfläche ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der metallene Körper (3) in bezug auf das zu schützende Rohrende (1,2) ein grob toleriertes, unterbemaßtes Körpergewinde (5) und eine grob tolerierte, unterbemaßte Gegenfiäche (II) zur Rohrdichtungsfläche aufweist, und daß die stoßabsorbierende Schicht (6) auf dem Körpergewinde (5) unti der Gegenfläche (11) aufgebracht ist, wobei die Schichtdicke im Bereich des Körpergewindes (5) dünn und annähernd konstant ist.

2. Schulzkappe und Schutznippe! für Enden von Rohren, insbesondere von Ölfeldrohren^mit Gewinde, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, c* 1 die stoßabsorbicrende Schicht (6) nur im Bereich d<. >örpergewindes (5) aufgebracht ist.

3. Schutzkappe und Schutznippel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stoßabsorbierende Schicht (6) mindestens 0,2 mm dick ist.

4. Schutzkappe und Schutznippel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der stoßabsorbierenden Schicht (6) der max. Toleranzabweichung zwischen Körpergewinde (5) und Gewinde (4) des Ölfeldrohres entspricht.