DE3207237A1

DE3207237A1 - Gewindeverbindung fuer oelfeldrohre

Info

Publication number: DE3207237A1
Application number: DE19823207237
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. 4040 Neuss Versch
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1982-02-25
Filing date: 1982-02-25
Publication date: 1983-09-08
Also published as: DE3207237C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Gewindeverbindung gemäß Gattungsbegriff
des Anspruches 1. Bei den Ulfeldrohren, die der Fortleitung von Erdöl und Erdgas an die Erdoberfläche dienen und die in den Spezifikationen des American Petroleum Institute (API) als TUBING bezeichnet sind, liegen besondere Verhältnisse vor. Die Rohre werden vielfach während der Förderdauer einer Erdbohrung zu Revisionszwecken entschraubt und wieder verschraubt und nach dem Versiegen einer Bohrung auch in anderen Bohrungen wiederverwendet. Diese Verbindungen müssen bei jeder Verschraubung zuverlässig gasdicht und an der Stoßstelle im Rohrinnern möglichst glatt sein. Dabei handelt es sich um Rohre mit Durchmessern von etwa 115 mm und kleiner und Wanddicken zwischen etwa 4 bis 10 mm.
Zum erheblichen Teil wird die Wanddicke von dem konischen Gewinde in Anspruch genommen. Nur eine kleine radiale Erstreckung der Wanddicke steht zur Bildung der Schulter als Einschraubbegrenzung und einer Abdichtung zur Verfügung.
Ganz allgemein sind schon Gewindeverbindungen für Ulfeldrohre bekannt, die mit weichelastischen (Gummi) oder unelastischen (PFTE) Abdichtungen versehen sind. Erstere sind fürdie'hohen Drücke ungeeignet. Letztere haben in der Praxis keine Breite Verwendung für diese Rohrsorte gefunden, da es unter anderem in kleinen Querschnitten konstruktive Schwierigkeiten bereitet, das Kriechverhalten des Materials zu verhindern (FR-PS 13 60 257).
Daneben gibt es mehrere Vorschläge mit Abdichtungen von der Art Metall auf Metall und in Verbindung mit Schultern, z. B. DE-PS 930 185 und DE-GMS 19 06 009. In diesen Beispielen und anderen Ausführungen wird die besondere Kontur des einen Rohrelementes gegen die andere gepreßt.
Dabei wird die Abdichtung entweder nur durch elastische oder außerdem durch plastische Verformung beim Verschrauben bewirkt. Insbesondere bei der zuletzt genannten Art kann es bei einer der erstmaligen Verschraubung zu so großen plastischen Verformungen kommen, daß die Verbindung als zerstört angesehen werden muß. Mindestens ist bei einer weiteren Verschraubung die Abdichtung nur noch zufällig zu erreichen.
Diese Zerstörung kann natürlich um so leichter eintreten, je kleiner die geometrischen Verhältnisse der Verbindung sind, wie dies bei Tubings der Fall ist.
Eine erste Abdichtung zwischen den Umfangsflächen der Rohrelemente kann nach der Erfindung beispielsweise von einem balligen Zapfen in einem sich entgegen der Einschraubrichtung erweiternden Konus erfolgen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, trotz Einschraubbegrenzung durch eine Schulter und ungünstige Konstruktionsbedingungen die Dichtheit der Verbindung von der Art Metall auf Metall bei wiederholter Verschraubung sicherzustellen und zu verbessern.
Die Aufgabe löst eine Gewindeverbindung mit kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Dabei ist das entscheidende der Erfindung, daß nicht die Rohrelemente selbst an den die Abdichtung bildenden Konturen durch den vorausgehenden Gebrauch für den späteren wiederholten Gebrauch zerstört werden können, sondern bei jeder Verschraubung wird die Abdichtung durch die plastische Verformung eines neuen Ringes verwirklicht.
fl1fl/flg In aller Regel soll einer neuer Ring vor demVerschraubenin dieEindrehungin dem zweiten Rohrelement eingelegt werden.
Die Olfeldrohre werden immer aus hochfesten, teilweise aus hochlegierten Stählen hergestellt, z. B. API-Gütestufe N-80 mit einer Streckgrenze von mindestens 562 N/mm2 oder P-105 mit einer solchen von mindestens 738 N/mm2, um hohe Abstreiffestigkeit im Gewinde und ggf.
hohe Korrosionsbeständigkeit gegen,aggressive Medien zu erlangen.
Demgegenüber ist es leicht, einen Stahltyp für den Ring auszuwählen, der auch nach einer gewissen Verfestigung durch plastische Verformung beim Verschrauben noch unter dem Streckgrenzenwert des Rohrwerkstoffes bleibt. Ring und Eindrehung müssen wie vorgeschlagen ist aufeinander abgestimmt sein, um dem Zweck zu dienen.
Als vorteilhaft wird es angesehen, für die Eindrehung eine Form mit großen Abrundungen und für die erzeugende Fläche des Ringes eine möglichst einfache Form vorzusehen, wie dies der Anspruch 2 empfiehlt.
Es ist auch darauf zu achten, daß die Ringform einen schmalen ersten Berührungskreis mit den Rohrelementen gestattet und beim plastischen Verformen eine glatte, mit dem Innendurchmesser der Rohrelemente bündige Innenoberfläche erlangt.
Abgesehen von einer ebenen zur Rohrachse senkrechten Schulterfläche gleich Stirnfläche am ersten Rohrelement kann diese auch profiliert sein. Als vorteilhaft wird angesehen die Stirnfläche mit einer wenig tiefen Eindrehung oder einer Konizität gemäß den Ansprüchen 3 und 4 zu versehen.
Eine Ausbildung der Schulterflächen in der erfindungsgemäßen Weise, die jedoch nicht am rohrinnenseitig nächstgelegenen Gewindeende, sondern am rohraußenseitig nächstgelegenen Gewindeende angeordnet sind, wird als unter den Patentschutz fallend angesehen.
Die Erfindung wird anhand der nachstehend erläuterten, in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine Futterrohrverbindung im Längsschnitt als Übersicht.
Figuren 2 bis 5 zeigen Ausführungsbeispiele für die Gestaltung der Schulterflächen mit dem eingelegten Weicheisenring. Die Figuren mit dem Zusatz a zeigen die Stellung der Rohrelemente zueinander bei Handverschraubung und die mit der Zusatzbezeichnung b zeigen die Stellung bei vorschriftsmässiger Kraftverschraubung.
In der Figur 1 besteht die Verbindung aus einem ersten Rohrelement 1 mit konischem Außengewinde und einem zweiten Rohrelement 2 mit zum Gewinde des ersten Rohrelementes bei 4 verschraubbaren Innengewinde.
Das zweite Rohrelement 2 ist in der Figur eine Muffe mit Bund 3, dessen Innendurchmesser gleich dem der zu verschraubenden Rohre im Bereich des Zapfenendes 6 ist. Die Integralverschraubung von Rohren ist analog.
In Figur 1 ist weiter die Abdichtung der Umfangsfläche im Anschluß an das rohrinnenseitige Gewindeende bei 5 zu erkennen. Die Umfangsfläche am Zapfen 6 ist ballig ausgebildet. Die Umfangsfläche am zweiten Rohrelement 2 ist ein sich zum Gewinde hin erweiternder Konus.
Zwischen den Schulterflächen 8,9 der Rohrelemente 1,2 befindet sich der Weicheisenring 7. Verschiedene Ausbildungen dieses Ringes 7 und der Schulterflachen 8 am ersten Rohrelement 1 und 9 am zweiten Rohrelement 2 sind vergrößert in den Figuren 2 bis 5 dargestellt.
In der Figur 1 sind die Schulterflächen 8,9 orthogonal zur Rohrachse 11 eben ausgebildet. Die erzeugende Fläche der ursprünglichen Ringform 7 ist etwa ein Quadrat, die durch die Kraftverschraubung zum Rechteck wird. In den Figuren 2 bis 5 ist die Schulterfläche 9 mit einer Eindrehung versehen, die den Ring 7 teilweise aufnimmt. In Figur 2 und 3 ist die Schulterfläche 8 orthogonal zur Rohrachse 11 eben, wie in Figur 1. In Figur 4 ist die Schulterfläche 8 flachkonisch nach außen vorspringend. In Figur 5 ist die Schulterfläche 9 ebenfalls mit einer Eindrehung versehen, die im dargestellten Längsschnitt der Verbindung als Ellipsenbogen erscheint.
Die Ringe 7 haben in Figur 2a eine Ellipsenfläche, in Figur 3a eine Rautenfläche und in den Figuren 4a und 5a eine Kreisfläche zur erzeugenden. Daraus werden durch die Kraftverschraubung in den Figuren mit dem Zusatz b flachere Flächen gebildet. Die Ringe 7 haben im kraftverschraubten Zustand, wie in den zuletzt genannten Figuren dargestellt ist, mit den Schulterflächen 8,9 gas- und flüssigkeitsdichte Berührungsflächen von mehr oder weniger großer radialer Erstreckung. Die Auswahl der erzeugenden Flächen für den Ring soll außerdem danach erfolgen, daß im kraftverschraubten Zustand in den Figuren mit Zusatz b der Spalt 10 unter einem Millimeter Breite bleibt oder teilweise von dem verquetschten Ringquerschnitt ausgefüllt wird, wie dies in Figur 3b dargestellt ist. Dasselbe soll bei einem Ring nach Figur 1 erreicht sein.
Zusammenfassung

Claims

Gewindeverbindung für Ulfeldrohre Patentansprüche: Gewindeverbindung für Wfeldrohre, die der Fortleitung des Erdöls oder Erdgases an die Erdoberfläche dienen und die mehrfach verschraubbar und entschraubbar sein müssen, bestehend aus einem ersten Rohrelement mit konischem Außengewinde und einem zweiten Rohrelement mit zum Gewinde des ersten Rohrelementes verschraubbarem Innengewinde, die am rohrinnenseitig nächstgelegenen Gewindeende im verschraubten Zustand mit gewindefreien Umfangsflächen eine Abdichtung von der Art Metall auf Metall bilden und die auf derselben Gewindeseite mit Schulterflächen versehen sind, von denen die des zweiten Rohrelementes ggf. mit einer Eindrehung versehen ist, auf die oder in die ggf. vor dem Verschrauben ein Dichtring eingelegt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Dichtring ein Metallring ist, dessen Werkstoff eine Elastizitätsgrenze kleiner als die des Rohrwerkstoffes besitzt und dessen ursprüngliche Form so bemessen ist, daß das Ringvolumen kleiner und die axiale Ringdicke größer ist als das Volumen und die axiale Tiefe der Eindrehung.
2. Gewindeverbindung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Eindrehung im Rohrlängsschnitt als Halbellipse oder Halbkreis erscheint und die erzeugende Fläche des Ringes etwa ein Kreis, Quadrat, Raute oder Halbkreis ist.
3. Gewindeverbindung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schulterfläche des ersten Rohrelementes ebenfalls mit einer, jedoch flacheren Eindrehung als in der des ersten Rohrelementes von elliptischer Form versehen ist.
4. Gewindeverbindung nach Anspruch 1 oder 2, d a durch g e k e n n z ei c h n e t, daß die Schulterfläche des ersten Rohrelementes flachkonisch nach außen vorspringt.