DE3224798C2 - Verbindungsvorrichtung für zylindrische oder rohrförmige Körper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Verbindungsvorrichtungen kommen insbesondere beim Niederbringen von Öl- oder Gasbohrungen bei der Verbindung einzelner Gestängeabschnitte zur Anwendung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verbindungsvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Verbindung auch unter ungünstigen Bedingungen zuverlässig und einfach herzustellen und bei auftretenden Belastungen ausreichend sicher ist.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Aufgrund der vorgeschlagenen Abhängigkeit der Gewindekonizität von den Durchmessern der Führungsabschnitte bzw. Aufnahmeräume wird erreicht, daß die zylindrischen Führungsabschnitte und Aufnahmeräume zur Wirkung kommen, bevor die Gewindeabschnitte miteinander in Eingriff treten. Durch die rückwärts geneigten Belastungsflächen der Gewindeabschnitte kann, vor allem bei Belastungen, die bestrebt sind, den Muffenteil auszudehnen, eine Keilwirkung an den in Eingriff befindlichen Gewindeabschnitten erreicht werden.

Aus der GB 32 50 ist zwar eine Verbindungsvorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, jedoch ist hier kein Hinweis darauf zu entnehmen, daß eine Abhängigkeit der Gewindekonusse von den Durchmessern der Führungsabschnitte bzw. Aufnahmeräume bestehen könnte. Aus der US 2 207 005 wiederum ist eine Verbindungsvorrichtung bekannt, bei der die Gewindeabschnitte rückwärts geneigte Belastungsflächen haben, jedoch sind keine vergleichbaren Führungsabschnitte vorgesehen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1-4 beispielsweise erläutert:

Es zeigt

Fig. 1 und Fig. 2 teilweise im Schnitt den Steckteil bzw. den Muffenteil der Verbindungsvorrichtung,

Fig. 3 Steck- und Muffenteil in teilweiser Verbindung, und

Fig. 4 Steck- und Muffenteil in vollständiger Verbindung.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Verbindungsvorrichtung, die aus einem Steckteil 10 (Fig. 1) und einem Muffenteil 12 (Fig. 2) besteht.

Wie Fig. 1 zeigt, ist der Steckteil 10 durch eine Schweißnaht 16 an einem rohrförmigen Körper 14 befestigt, der eine Bohrung 18 hat. Der Steckteil 10 ist ebenfalls rohrförmig und hat eine Bohrung 20 als Verlängerung der Bohrung 18.

Der Steckteil 10 hat einen Verbindungsabschnitt 22 , der denselben Durchmesser aufweist wie der Körper 14. Der Verbindungsabschnitt 22 bildet einen Bereich zur Befestigung des Steckteils 10 am Körper 14 durch die Schweißnaht 16. An den Abschnitt 22 schließt sich ein abgesetzter Abschnitt 24 mit einem größeren Durchmesser an. Auf den abgesetzten Abschnitt 24 folgt ein zylindrischer, oberer Führungsabschnitt 26, der dazu dient, den Steckteil 10 im Muffenteil 12 zu führen. Als nächstes ist nahe dem Boden des Steckteils 10 ein konischer Gewindeabschnitt 28 mit Gewindegängen 30 vorhanden. Die Konizität des Gewindeabschnitts 28 beträgt etwa 7,5 cm pro 30 cm. Am oberen Ende 32 des Gewindeabschnitts 28 weisen die Gewindegänge 30 im wesentlichen denselben Durchmesser auf oder sind nur geringfügig kleiner als der Durchmesser des oberen Führungsabschnitts 26. Die Konizität des Gewindeabschnitts 28 ist so gewählt, daß sie ein Einstecken des Gewindeabschnitts 28 in den dazu passenden Gewindeabschnitt innerhalb des Muffenteils 12, wie im folgenden beschrieben, ermöglicht, bevor der Gewindeeingriff beginnt. Dem unteren Ende des Steckteils 10 am nächsten liegt ein unterer zylindrischer Führungsabschnitt 36, der eine abgerundete untere Kante 38 hat. Die Bohrung 20 des Steckteils 10 weist zwei zylindrische, von Wänden 40 und 42 begrenzte Räume auf, die durch einen kegelstumpfförmigen Raum verbunden sind, welcher, wie aus der Zeichnung ersichtlich, von einer Wand 44 begrenzt ist. Die Wand 44 hat im wesentlichen denselben Durchmesser wie die Bohrung 18 und ist größer als die Wand 40. Die Wand 40 ist an ihrem unteren Ende 46 abgeschrägt.

Der Muffenteil 12 ist durch eine Schweißnaht 50 mit einem rohrförmigen Längskörper 52 verbunden. Auf ihrer Außenseite hat der Muffenteil 12 einen zylindrischen Verbindungsabschnitt 54, der im wesentlichen denselben Durchmesser hat wie der Längskörper 52. An den Abschnitt 54 schließt sich ein rohrförmiger Endabschnitt 56 an, der einen größeren Durchmesser als der Abschnitt 54 sowie ein abgeschrägtes Ende 58 hat. Der Abschnitt 56 hat Innengewindegänge, die zu den Gewindegängen 30 des Steckteils 10 komplementär sind. Der Übergang vom Abschnitt 54 zum Endabschnitt 56 wird von einer Ringschulter 60 gebildet, die zur Abstützung des Körpers 52 und anderer mit diesem verbundener ähnlicher Körper dienen kann, wenn z. B. ein Rohrstrang hergestellt wird.

Der Muffenteil 12 hat im Längskörper 52 eine zylindrische Bohrung 62, die mit einer zylindrischen Bohrung 66 in Verbindung steht. Nahe dem Längskörper 52 hat die Bohrung 66 eine Wand 68, welche am Abschnitt 54 einen zylindrischen Raum begrenzt. Die Wand 68 ist über eine kegelstumpfförmige Wand mit einer Wand 72 verbunden. Als nächstes folgt in Richtung auf das obere Ende des Muffenteils 12 ein zylindrischer, von einer Wand begrenzter Raum 74, deren Durchmesser größer ist als derjenige der Wand 72. Eine Schulter 73 verbindet die Wand 72 mit der Wand 74 eines Aufnahmeraums für den unteren Führungsabschnitt 36 des Steckteils 10 und hat eine Ringnut 75 zur Aufnahme einer O-Ringdichtung 78.

An den Aufnahmeraum 74 schließt sich in Richtung des oberen Endes des Muffenteils 12 ein konischer Gewindeabschnitt 80 mit Gewindegängen 81 derselben Steigung wie sie die Gewindegänge 30 des Gewindeabschnitts 28 des Steckteils 10 aufweisen an.

Wenn der Gewindeabschnitt des Steckteils 10 im Muffenteil 12 aufgenommen ist, liegt das den kleineren Durchmesser aufweisende untere Ende 82 des Gewindeabschnitts 80 neben dem Aufnahmeraum 74, während das größere obere Ende 84 in Richtung des oberen Endes des Muffenteils 12 angeordnet ist. Nahe dem oberen Ende des Muffenteils 12 befindet sich ein innerer zylindrischer Raum, der von einer Wand 86 begrenzt wird, eine abgeschrägte Lippe 88 hat und so bemessen ist, daß er den oberen Führungsabschnitt 26 des Steckteils 10 aufnehmenn kann.

Die Gewindegänge 30 und 81 des Steckteils 10 bzw. des Muffenteils 12 haben eine Steigung von etwa 4 Gewindegängen pro 2,5 cm. Die Unterseite 90 jedes Ganges 30 ist nach unten zu unter einem Winkel von etwa 45° abgeschrägt. Die Oberseite 92 ist ebenfalls nach unten abgeschrägt und bildet nach innen einen spitzen Winkel von etwa 85° in bezug auf die Längsachse des Steckteils 10, so daß im wesentlichen eine Keilform entsteht. Beide Gewindeabschnitte 28 und 80 haben rückwärts geneigte Belastungsflächen 92 bzw. 94. Wenn die Gewindeabschnitte vollständig in Eingriff stehen, bewirkt die Keilform nicht nur eine Verschraubungssicherheit in Längsrichtung der Verbindung, sondern auch in Querrichtung. Dadurch wird verhindert, daß die Verbindung bei Ausdehnung des Muffenteildurchmessers unter Belastung versagt, also ein Zustand eintritt, der in der englischen Fachsprache als "belling" bekannt ist.

Fig. 3 zeigt die Verbindungsvorrichtung bei teilweisen Eingriff. Zur Herstellung der Verbindung wird ein Abschnitt des Rohrkörpers, bei dem sich der Steckteil 10 unten befindet, über einen anderen Rohrkörpers gebracht, dessen Muffenteil 12 nach oben weist und in Längsrichtung mit dem Steckteil auf einer Linie liegt. Der Muffenteil 12 kann von einem Aufzug oder einer anderen Vorrichtung abgestützt werden, die mit der Stützschulter 60 in Eingriff steht. Vorzugsweise wird somit der Rohrstrang zusammengebaut, wenn der Muffenteil 12 nach oben und der Steckteil 10 nach unten gerichtet sind.

Sobald das kleinere und untere Ende des Steckteils 10 in ausreichendem Maße mit dem verhältnismäßig großen oberen Ende des Muffenteils 12 fluchtend ausgerichtet ist, wird der Steckteil 10 in den Muffenteil 12 gesenkt. Wenn der Steckteil 10 in den Muffenteil 12 eintritt, kann die nach unten abgeschrägte Unterseite 40 der Gewindegänge 30 des Steckteils 10 mit den nach oben abgeschrägten Oberseiten 96 der Gewindegänge 81 des Muffenteils 12 in Berührung treten. Aufgrund der komplementär abgeschrägten Flächen der Gewindegänge 30 und 81 bewegt sich der Steckteil 10 gleitend weiter nach unten in den Muffenteil 12, wobei er sich selbst zentriert. Eine ähnliche gleitende Berührung kann auch zwischen dem abgeschrägten oberen Rand 96 der Gewindegänge 81 und dem abgeschrägten Ende 38 an dem unteren Führungsabschnitt 36 stattfinden.

Wenn der Steckteil 10 im Muffenteil 12 zentriert ist, tritt der untere Führungsabschnitt 36 in den Aufnahmeraum 74 und der obere Führungsabschnitt 26 in den Aufnahmeraum 86 ein.

Durch die Berührung der im Querschnitt flachen Teile, die von den Wänden der Aufnahmeräume 74 und 86 gebildet werden, werden die oberen und unteren Führungsabschnitte 26 bzw. 36 in die senkrechte Fluchtungslage gedrückt. Sobald der Steckteil 10 und der Muffenteil 12 auf diese Weise ausgerichtet sind, kann der untere Führungsabschnitt 36 in dem unteren Aufnahmeraum 74 aufgenommen werden, während der obere Führungsabschnitt 26 in den oberen Aufnahmeraum 86 tritt, wobei zwischen den beiden Gewindeabschnitten 28 und 80, wie aus Fig. 3 ersichtlich, keine Berührung stattfindet. Demzufolge werden die Gewindegänge 30 und 81 zwangsläufig in Bezug aufeinander so ausgerichtet, daß der richtige Gewindeeingriff stattfindet, und sie werden in dieser ausgerichteten Lage gehalten, bevor der Eingriff beginnt. Dadurch wird ein Abscheren bzw. Verkanten verhindert.

Danach wird dann der Steckteil 10 weiter in den Muffenteil 12 bewegt und gedreht, bis die Verbindung festgezogen ist. Gewöhnlich werden etwa zwei Umdrehungen benötigt, um die Verbindung festzuziehen, sobald die Gewindeabschnitte zunächst in kämmenden Eingriff gebracht worden sind. Wenn der untere Führungsabschnitt 36 in den inneren Aufnahmeraum 74 eintritt, berührt der untere Führungsabschnitt 36 die Innenseite des O-Rings 78, wodurch zwischen dem Innenraum und dem Außenraum des Rohrstrangs eine Abdichtung hergestellt wird. In Fig. 4 sind der Steckteil 10 und der Muffenteil 12 in der Lage dargestellt, in der sie vollständig miteinander in Eingriff stehen. Das Hineinbewegen des Steckteils 10 in den Muffenteil 12 wird dadurch begrenzt, daß das Steckteilende auf der Innenschulter 73 des Muffenteils aufsitzt. Auf dem unteren Ende des Steckteils 10 sitzt der untere Führungsabschnitt 36 innerhalb des Aufnahmeraums 74. Die Gewindeabschnitte 28 und 80 stehen dadurch in Verriegelungseingriff, daß die Oberseiten 92 der Gewindegänge 30 mit den Unterseiten 94 der Gewindegänge 81 verkeilt sind. Dieser wechselweise Eingriff verhindert, daß sich der Muffenteil 12 ausdehnt, wodurch wiederum verhindert wird, daß die Gewindeabschnitte durch Ausbeulen des Muffenteils außer Eingriff kommen, da jedes Ausdehnungsbestreben des Muffenteils dazu führt, daß sich die Gewindegänge des Steckteils auf den Gewindegängen des Muffenteils radial nach innen ziehen.

Claims (7)

1. Verbindungsvorrichtung für zylindrische oder rohrförmige Körper, bestehend aus einem Steckteil (10) mit einem konischen Gewindeabschnitt (28) und zylindrischen Führungsabschnitten (26, 36) beiderseits des Gewindeabschnitts (30) und einem Muffenteil (12) mit einem komplementären Gewindeabschnitt (80) und komplementären zylindrischen Aufnahmeräumen (74, 86),
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gewindeabschnitte (28, 80) komplementäre, entgegen der Einsteckrichtung rückwärts geneigte Belastungsflächen (92, 94) aufweisen, und daß der Durchmesser der Gewindeabschnitte (28, 80) von etwa dem Durchmesser des einen Führungsabschnitts (26) bzw. des einen Aufnahmeraumes (74) bis etwa auf den Durchmesser des anderen Führungsabschnitts (36) bzw. Aufnahmeraums (86) abnimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer (36) der Führungsabschnitte des Steckteils (10) und einer (74) der Aufnahmeräume des Muffenteils (12) nahe dem Ende des Steckteils (10) bzw. des Muffenteils (12) liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Muffenteil (12) eine Schulter (73) zur Begrenzung der Bewegung des Steckteils (10) im Muffenteil (12) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Muffenteil (12) eine Stützschulter (60) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, gekennzeichnet durch eine Dichtungseinrichtung (76, 78) am Muffenteil (12).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Führungsabschnitt (26) und der eine Aufnahmeraum (86) des Steckteils (10) bzw. des Muffenteils (12) einen größeren Durchmesser aufweisen, als der andere Führungsabschnitt (36) und der andere Aufnahmeraum (74).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität der Gewindeabschnitte (28, 80) derart gewählt ist, daß die Führungsabschnitte (26, 36) mit den Aufnahmeräumen (74, 86) in Eingriff gelangen, bevor die Gewindeabschnitte in Eingriff kommen.