DE3207237C2

DE3207237C2 - Gewindeverbindung für Ölfeldrohre

Info

Publication number: DE3207237C2
Application number: DE3207237A
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: 1984-06-07
Also published as: DE3207237A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gewindeverbindung für Ölfeld rohre, 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 gegebenenfalls mit einer Eindrehung versehen ist, auf die oder in die gegebenenfalls vor dem Verschrauben ein Dichtring eingelegt ist. Um 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 wird vorgeschlagen, 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.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gewindeverbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei den Ölfeldrohren, 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 sowie 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 Ölfeldroiire bekannt, die mit weichelastischen (Gummi) oder unelastischen (PFTE) Abdichtungen versehen sind. Erstere sind für die hohen Drücke ungeeignet. Letztere haben in der Praxis keine breite Verwendung fur diese Rchrsorte gefunden, da es unter anderem in kleinen Querschnitten konstruktive Schwierigkeiten bereitet, das Kriechverhalten des Materials zu verhindern (FR-PS 13 60 257).

Eine Gewindeverbindung der eingangs genannten Art ist aus der DE-AS 15 25 928 bekannt, wobei der zwischen die Schulterflächen eingelegte Metalldichtring aus hartem Stahl bestehen soll, so daß dessen Härte

ίο größer sein dürfte als die Härte der Rohreleruente selbst Hierdurch kann es zu Beschädigungen der Schultern bei wiederholter Verschraubung kommen.

Aus der DE-AS 52 34 162 und der GB-PS 3 57 271 ist es darüber hinaus bekannt, zum Abdichten der Gewindeverbindung Metallringe aus einem weicheren Material ε !s das der Rohrelemente einzusetzen.

Es ist schließlich auch bekannt. Dichtungen in ihrer ursprünglichen Form so zu bemessen, daß das Ringvolumen kleiner und die axiale Ringdicke größer sind z!s das Volumen bzw. die axiale Tiefe der Eindrehung (siehe DE-OS 31 06 210, US-PS 42 91 768, US-PS 42 02 410, DE-OS 27 55 591, DE-OS 26 36 179 und DE-AS 17 58 690).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, trotz Ein-Schraubbegrenzung durch eine Schulter und ungünstiger Konstruktionsbedingungen die Dichtheit der Verbindung von der Art Metall-auf-Metall zu verbessern und insbesondere auchiiei wiederholter Verschraubung sicherzustellen.

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. In aller Regel soll ein neuer Ring vor dem Verschrauben in die Eindrehung in dem zweiten Rohrelement eingelegt werden.

Die Ölfeldrohre werden immer aus hochfesten, teilweise aus hochlegierten Stählen hergestellt, z. B. API-Gütestufe N-80 mit einer Streckgrenze von mindestens 562 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 müsscn, 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 flacheren Eindrehung oder einer Konizität gemäß den Ansprüchen 3 und 4 zu versehen.

Eine entsprechende Ausbildung der beiden sich gegen-

überliegenden Schulterflächen in der erfindungsgemäßen, mit dem Richtring gekoppelten Weise, wobei diese jedoch nicht arnrohrinnenseitiggelegenenGewindeende, sondern an einem rohraußenseicig gelegenen Gewindeendeangeordnetsind,ist ebenfalls möglich.

Die Erfindung wird anhand der nachstehend erläuterten, in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig.! zeigt eine Futterrohrverbindung im Längsschnitt als Übersicht

F i g. 2bis5zejgen Ausführungsbeispiele für dieGestaltung 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 Fig. 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.

!n Fig. 1 ist weiter die Abdichtung der Umfangsfläche im Anschluß an das rohrinnenseitige Gewindeende bei 5 zu erkennen. Die Umfangsfläche am Zapfen 6 isi 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 Schulterflächen 8 am ersten Rohrelement 1 und 9 am zweiten Rohrelement 2 sind vergrößert in den F i g. 2 bis 5 dargestellt.

In der F i g. 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 Fig. 2 bis 5 ist die Schulterfläche 9 mit einer Eindrehung versehen, die den Ring 7 teilweise aufnimmt. In F i g. 2 und 3 ist die Schulterfläche 8 orthogonal zur Rohrachse 11 eben, wie in Fig. 1. In Fig.4 ist die Schulterfläche 8 flachkonisch nach außen vorspringend. In Fig. 5 ist die Schulterfläche 9 ebenfalls mit einer Eindrehung versehen, die im dargestellten Längsschnitt der Verbindung als Ellipsenbogen erscheint.

Die Ringe 7 haben in Fig. 2a eine Ellipsenfläche, in Fig. 3a eine Rautenfläche und in den Fig.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 kraftveischraubten Zustand in den Figuren mit Zusatz b der Spalt 10 unter einem to Millimeter Breite bleibt oder teilweise von dem verquetschten Ringquerschnitt ausgefüllt wird, wie dies in F i g. 3b dargestellt ist. Dasselbe soll bei einem Ring nach F i g. 1 erreicht sein.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gewindeverbindung für mehrfach ver- und entschraubbare ölfeldrohre zum Fördern von Erdöl oder Erdgas aus einer unterirdischen Lagerstätte an die Erdoberfläche, bestehend aus einem ersten Rohrelement mit konischem Außengewinde und einem zweiten Rohrelement mit einem mit dem Gewinde des ersten Rohrelements verschraubbaren Innengewinde, wobei die beiden Rohrelemente im verschraubten Zustand am rohrinnenseitig gelegenen Ende der Gewindeverbindung mittels gewindefreier Umfangsflächen eine Metall-auf-MetallAbdichtung bilden und jeweils mit Schulterflächen versehen sind, von denen die des zweiten Rohrelements mit einer Eindrehung versehen ist, in die vor dem Verschrauben der Verbindung ein Dichtring aus Metall eingelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (7) aus einem Metall besteht, dessen Elastizitätsgrenze keiner ist als die des Werkstoffs der Rohreleniente ? 1 2^ und dessen UrSP^1-Un^lIcHe Form so bemessen ist, daß das Ringvolumen kleiner und die axiale Ringdicke größer sind als das Volumen bzw. die axiale Tiefe der Eindrehung (9).

2. Gewindeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindrehung (9) im Rohrlängsschnitt eine Halbellipse oder ein Halbkreis und die erzeugende Fläche des Ringes (7) etwa ein Kreis, ein Quadrat, eine Raute oder ein Halbkreis ist.

3. Gewindeverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulterfläche (8) des ersten Rohrelements (1) ebenfalls mit einer, jedoch flacheren Eindrehung als der des zweiten Rohrelements (2) versehen ist, wobei diese Eindrehung eine elliptische Form aufweist.

4. Gewindeverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulterfläche (8) des ersten Rohrelements (1) flachkonisch nach außen vorspringt.