DE3245819C2

DE3245819C2 -

Info

Publication number: DE3245819C2
Application number: DE3245819A
Authority: DE
Inventors: James R. Huffman Tex. Us Hall; Robert A. Bellaire Tex. Us Cunningham
Original assignee: Hughes Tool Co
Current assignee: BH TOOL JOINTS, INC., HOUSTON, TEX., US
Priority date: 1981-12-17
Filing date: 1982-12-10
Publication date: 1989-07-27
Also published as: FR2518635B1; FR2518635A1; MX159396A; IT8224800A0; JPS58110793A; JPS6221956B2; IT8224800A1; DE3245819A1; IT1155427B; CA1182490A

Description

Die Erfindung betrifft einen Bohrgestängeverbinder der im Ober betriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Tiefbohrlöcher für Öl und Gas werden mit einem Drehbohr meißel gebohrt, der durch einen Bohrgestängestrang in Dre hung versetzt wird. Das Bohrgestänge ist aus einzelnen Ab schnitten zusammengesetzt, von denen jeder eine Länge von etwa 9,1 m hat. Die Gestängeabschnitte werden durch eine Gewindeverbindung, einen sogenannten Bohrgestängeverbinder, aneinander befestigt. Der Bohrgestängeverbinder muß das normale Drehmoment aushalten, das während des Bohrens auf tritt, und außerdem für eine Abdichtung sorgen, um zu ver hindern, daß Spülflüssigkeit, die in dem Bohrgestänge nach unten gepumpt wird, an dem Bohrgestängeverbinder herausleckt.

Eine Leckage an dem Bohrgestängeverbinder würde aufgrund der Schleifwirkung der Spülflüssigkeit einen Verschleiß verursachen, der zu einem vorzeitigen Ausfall führen würde.

Die DE-AS 10 00 311 beschreibt einen Bohrgestängeverbinder der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art und befaßt sich mit dem Problem, daß bei einem Bohrgestänge, das den Zweck hat, auf den Bohrmeißel einen dem Bohrfortschritt und dem weg zubohrenden Gebirge angepaßten Druck auszuüben, der unmittelbar über dem Bohrmeißel liegende Bohrgestängestrang außer auf Ver drehung auch auf Druck und somit auf Knickung beansprucht wird. Infolge seiner großen Länge knickt der Bohrgestängestrang aus und legt sich in mehreren Punkten an die Bohrlochwand an, wo bei er je nach Länge und Druckkraft kürzere oder längere Wellen bildet. Die Änderung der ursprünglich geraden elastischen Linie der Achse des Bohrgestängestranges ruft Biegemomente hervor, die proportional zu der Krümmung der Biegelinie sind und auf den Bohrgestängeverbinder übertragen werden. Der in der DE-AS 10 00 311 beschriebene Bohrgestängeverbinder ist deshalb so gestaltet, daß die Beanspruchung in seinem Zapfen gegenüber bisher üblichen Ausführungsformen um ein Mehrfaches verringert wird, um dadurch die häufig auftretenden Brüche an diesem Zapfen zu vermeiden. Wenn ein solcher Bohrgestängeverbinder an der Erdoberfläche zusammengesetzt wird, wird er normalerweise mit einem Drehmoment zusammengebaut, das einen Druck, der etwa halb so groß wie die Streckgrenze ist, zwischen der Buchsenstirnfläche und der äußeren Schulter des Zapfens ausübt. Sollte während des Bohrens zusätz liches Drehmoment auftreten, beispielsweise weil der Bohrmeißel oder das Bohrgestänge hängenbleibt, ist es möglich, daß die Streckgrenze des Zapfens und der Buchse überschritten wird und der bekannte Bohrgestängeverbinder zerreißt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Bohrgestängeverbinder der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so auszu bilden, daß er wesentlich höhere Drehmomente als bisher übliche Ausführungsformen aushält, ohne daß der Zapfen oder die Buchse zusätzlich dicker ausgeführt zu werden brauchen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem Bohrgestängeverbinder nach der Erfindung ist die Buchse mit einer inneren Schulter versehen, und die Abmessungen des Zapfens und der Buchse sind so berechnet, daß sie beim normalen Zusammenschrauben des Bohrgestänges und Anziehen des Bohrge stängeverbinders bis zu seinem normalen Zusammenbaudrehmoment gegenseitig wenig oder keinen Druck übertragen, daß aber, wenn während des Bohrvorganges zusätzliches Drehmoment auftritt, die Zapfenstirnfläche an der inneren Schulter der Buchse festge spannt wird. Der Bohrgestängeverbinder nach der Erfindung ist deshalb in der Lage, hohe Drehmomente auszuhalten, vorzugsweise solche, die über dem des Bohrgestänges selbst liegen.

Wenn während des Bohrvorganges zusätzliches Drehmoment auftritt, wird der Bohrgestängeverbinder nach der Erfindung weiter angezogen, was zur Folge hat, daß die Zapfenstirnfläche die innere Schulter berührt und sich an dieser festspannt. Der Senkbohrungsabschnitt der Buchse sowie der Basis- und der Nasenabschnitt des Zapfens sind so gewählt, daß der Nasenabschnitt seine Streckgrenze unge fähr in demselben Zeitpunkt und nicht später erreicht, in welchem der Senkbohrungsabschnitt der Buchse und der Basisabschnitt des Zapfens ihre Streckgrenzen erreichen. Die innere Schulter erhöht die Größe des Drehmoments, das erforderlich ist, um den Bohrge stängeverbinder nach der Erfindung zu zerreißen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Längsschnittansicht eines Bohrgestängeverbinders nach der Erfindung.

Gemäß der Figur ist ein oberer Bohrgestängeabschnitt 11 in einem unteren Bohrgestängeabschnitt 13 befestigt. Die mit einander verbundenen Enden der Bohrgestängeabschnitte 11 und 13 werden als Bohrgestängeverbinder be zeichnet. Ein Zapfen 15 ist an dem unteren Ende des oberen Bohrgestängeabschnitts 11 und ebenso an dem unteren Ende (nicht dargestellt) des unteren Bohrgestängeabschnitts 13 befestigt. Der Zapfen 15 hat eine äußere, ringförmige Schulter 17. Ein Freistich 19 befindet sich an dem inneren Umfang der äußeren Schulter 17.

Ein Basisabschnitt 21 erstreckt sich von der äußeren Schul ter 17 aus nach unten. Der Basisabschnitt 21 ist zylin drisch und ist nicht mit Gewinde versehen. Eine Fixpunktschul ter 23 ist in kurzem Abstand unterhalb der äußeren Schulter 17 gebildet und dient zum Messen der Menge an von der äußeren Schul ter 17 abgetragenem Metall, wenn diese nachgearbeitet wird. Ein Außengewinde 25 ist an dem Zapfen 15 unterhalb des Basisab schnitts 21 gebildet. Das Außengewinde 25 ist konisch und endet in einem zylindrischen Nasenabschnitt 27. Der Nasenabschnitt 27 endet in einer Zapfenstirnfläche 29, bei der es sich um einen kreisförmigen Rand handelt, welcher in einer zu der Achse des oberen Bohrgestängeabschnitts 11 rechtwinkeligen Ebene angeord net ist.

Das obere Ende des unteren Bohrgestängeabschnitts 13 sowie das obere Ende (nicht dargestellt) des oberen Bohrgestänge abschnitts 11 ist mit einer Buchse 31 versehen. Die Buchse 31 nimmt den Zapfen 15 auf und hat eine Buchsen stirnfläche 33 an ihrem oberen Ende. Die Buchsenstirnfläche 33 ist eine kreisförmige, ebene Fläche, die in einer zu der Achse des unteren Bohrgestängeabschnitts 13 rechtwinkeligen Ebene angeordnet ist. Die Buchsenstirnfläche 33 berührt die äußere Schulter 17 des Zapfens 15. Die Innenbohrung der Buchse 31 hat eine nach oben weisende Schulter 35, die in kurzem Ab stand unterhalb der Buchsenstirnfläche 33 gebildet ist und als Fixpunkt dient. Die Fixpunktschulter 35 ermöglicht dem Be nutzer, festzustellen, wieviel Material beim Nacharbeiten von der Buchsenstirnfläche 33 abgetragen worden ist.

Ein zylindrischer Senkbohrungsabschnitt 37 ist unmittelbar unterhalb der Fixpunktschulter 35 angeordnet. Der Senkboh rungsabschnitt 37 erstreckt sich etwa über dieselbe Länge wie der Basisabschnitt 21, hat aber einen Innendurchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser des Basisabschnitts 21. Das ergibt einen ringförmigen Hohlraum zwischen dem Ba sisabschnitt 21 und dem Senkbohrungsabschnitt 37. Ein Innen gewinde 39 ist unterhalb des Senkbohrungsabschnitts 37 vor gesehen. Das Innengewinde 39 ist konisch und so dimensioniert, daß es das Außengewinde 25 aufnehmen kann.

Die Buchse 31 hat einen zylindrischen Basisabschnitt 41, der unterhalb des Innengewindes 39 angeordnet ist. Der Basisabschnitt 41 endigt in einer ringförmigen, nach oben weisenden inneren Schulter 43. Die innere Schulter 43 ist in einer zu der Achse des unteren Bohrgestängeabschnitts 13 rechtwinkeligen Ebene an geordnet und mit der Zapfenstirnfläche 29 in Berührung bring bar. Ein Freistich 45 ist an der Schnittstelle der inneren Schulter 43 und des Basisabschnitts 41 gebildet. Ein axialer Kanal 47 der Buchse 31 unterhalb der inneren Schulter 43 hat den gleichen Durchmesser wie ein axialer Kanal 49 des Zapfens 15. Ein ringförmiger, abgesetzter Bereich 51 ist an der äußeren Seitenwand des Senkbohrungsabschnitts 37 ge bildet. Der abgesetzte Bereich 51 hat einen Durchmesser, der etwas kleiner ist als der Außendurchmesser des das Innenge winde 39 enthaltenden Teils.

Die Buchse 31 und der Zapfen 15 sind so bemessen, daß der Abstand von der äußeren Schulter 17 zu der Zapfenstirnfläche 29 etwas kleiner ist als der Abstand von der Buchsenstirn fläche 33 zu der inneren Schulter 43. Die Buchse 31 und der Zapfen 15 sind so bemessen, daß an der Erdoberfläche, wenn die beiden Bohrgestängeabschnitte 11 und 13 ohne die Verwen dung von Schraubenschlüsseln oder Werkzeugen von Hand zu sammengebaut und angezogen werden, ein Spalt zwischen der Zapfenstirnfläche 29 und der inneren Schulter 43 verbleibt. Nach dem manuellen Anziehen ist kein Druck zwischen der Buchsenstirnfläche 33 und der äußeren Schulter 17 vorhanden, obgleich sie sich gegenseitig berühren.

Im Betrieb werden die Bohrgestängeabschnitte 11 und 13 bis zu einem Drehmoment angezogen, das einen Druck ergibt, der etwa gleich der Hälfte der Streckfestigkeiten des Ba sisabschnitts 21 und des Senkbohrungsabschnitts 37 ist. Die Streckfestigkeit ist bei Beanspruchung der Druck oder der Zug, bei dem ent weder der Basisabschnitt 21 des Zapfens 15 oder der Senkboh rungsabschnitt 37 der Buchse 31 sich dauerhaft verformt. Wenn ein Dreh moment ausgeübt wird, wird der Senkbohrungsabschnitt 37 zu sammengedrückt und der Basisabschnitt 21 gelängt, was dazu führt, daß sich die Zapfenstirnfläche 29 nach unten be wegt. Beim Zusammenbaudrehmoment wird sich die Zapfenstirn fläche 29 in engem Abstand von oder möglicherweise sogar in Berührung mit der inneren Schulter 43 befinden. Jedweder Druck, der an der inneren Schulter 43 ausgeübt wird, ist jedoch kleiner als an der äußeren Schulter 17 beim Zusam menbauen.

Die Bohrgestängeabschnitte 11, 13 werden dann zum Bohren in das Bohrloch abgesenkt und gedreht. Während des Bohrens kann ein zusätzliches Drehmoment auftreten, wenn der Bohrmeißel am unteren Ende des Bohrgestängestranges hän genbleibt. Weiteres Zusammendrücken des Senkbohrungsab schnitts 37 und weiteres Längen des Basisabschnitts 21 durch das zusätzliche Drehmoment werden bewirken, daß die Zapfenstirnfläche 29 gegen die innere Schulter 43 ge preß und fest angezogen wird. Im Idealfall sind die Ab messungen so, daß die Streckgrenze des Nasenabschnitts 27 ungefähr zur selben Zeit oder nicht später als zu der Zeit erreicht wird, zu der die kumulativen Streckgrenzen des Basisabschnitts 21 und des Senkbohrungsab schnitts 37 erreicht werden. Der zusätzliche Druck, der durch die Zapfenstirnfläche 29 auf die innere Schulter 43 ausgeübt wird, vergrößert das Drehmoment, das erforderlich ist, um den Bohrgestängeverbinder beträchtlich zu verformen.

Der Basisabschnitt 21, der Senkbohrungsabschnitt 37 und der Nasenabschnitt 27 dienen als Federvorrichtung, die be wirkt, daß sich die Buchsenstirnfläche 33 an der äußeren Schulter 17 bis zu einem Druck beim Zusammenbaudrehmoment festspannt, der über dem Druck, falls vorhanden, liegt, den die Zapfenstirnfläche 29 auf die innere Schulter 43 ausübt. Die Längen sind so gewählt, daß sich eine ausrei chende Federung ergibt, um die Durchbiegung dieser Teile und das Anlegen an die innere Schulter 43 zu bewirken, wenn ein zusätzliches Drehmoment während des Bohrvorganges auf tritt. Zur Erläuterung, wie diese Abmessungen festgelegt werden, wird eine Modifizierung eines A. P. I. (American Petroleum Institute)-Standard-3¹/₂ inch (88,90 mm)-I. F.- Gestängeverbinders beschrieben. Erstens, die Kanäle 47 und 49 sind Bohrungen mit Standarddurchmesser für diese Gestängeverbindergröße, wobei diese Abmessung 68,28 mm be trägt. Der Außendurchmesser des Basisabschnitts 21 wird mit 93,17 mm gewählt, was der Mindestaußendurchmesser eines Standardgestängeverbinderzapfens an seinem letzten in Ein griff befindlichen Zapfengewindegang ist. Diese Mindest dicke des Basisabschnitts 21 wird gewählt, um sicherzu stellen, daß der Zapfen 15 keine geringere Festigkeit als ein Basisabschnitt eines bekannten Zapfens hat. Die Quer schnittsfläche des Basisabschnitts 21 berechnet sich zu 3156,12 mm².

Um sicherzustellen, daß der Senkbohrungsabschnitt 37 nicht wesentlich früher als der Zapfenbasisabschnitt 21 versagt, wird die Querschnittsfläche des Senkbohrungsabschnitts 37 so gewählt, daß sie im wesentlichen gleich der des Basisab schnitts 21 ist. In der bevorzugten Ausführungsform wird, um das zu erreichen, der Senkbohrungsdurchmesser durch den Standardsenkbohrungsdurchmesser einer Gestängeverbinder buchse bestimmt. Der Außendurchmesser des abgesetzten Be reiches 51 wird dann so berechnet, daß sich eine Quer schnittsfläche des Senkbohrungsabschnitts 37 ergibt, die im wesentlichen gleich der des Basisabschnitts 21 ist. Der abgesetzte Bereich 51 dient dazu, einen Verschleiß am Außenumfang des Senkbohrungsabschnitts 37 zu verhindern, der sonst die Querschnittsfläche unter die Entwurfsgröße verringern könnte. Bei einer Verringerung unter die Ent wurfsgröße könnte der Senkbohrungsabschnitt 37 früher ver sagen als der Basisabschnitt 21. In der bevorzugten Ausfüh rungsform hat der abgesetzte Abschnitt 51 einen Außendurch messer von 122,55 mm. In der bevorzugten Ausführungsform werden für den Innendurchmesser 103,58 mm gewählt, was eine Querschnittsfläche von 3310,96 mm² ergibt. Die Differenz in den Querschnittsflächen des Basisabschnitts 21 und des Senkbohrungsabschnitts 37 beträgt 154,84 mm², was eine Differenz von etwa 5% ist.

Danach wird die Länge des Senkbohrungsabschnitts 37 gewählt. Diese Länge muß ausreichend groß sein, damit sich eine nennenswerte Durchbiegung ergibt, wenn das Drehmoment aus geübt wird. In der bevorzugten Ausführungsform wurde eine Länge von 50,80 mm für den Senkbohrungsabschnitt 37 ge wählt. Das ergibt eine Länge des Basisabschnitts 21, die wegen des Eingriffs der Gewinde etwas größer ist und 55,63 mm beträgt.

Das Ausmaß der Durchbiegung an der Streckgrenze kann dann bestimmt werden, indem die Streckgrenze für den Stahl dieses Bohrgestän geverbinders durch den Elastizitätsmodul dividiert wird, also 827,4 MPa dividiert durch 197197 MPa, was 0,004 mm pro Millimeter ergibt. Das heißt, bei der Streckspannung von 827,4 MPa, die auf ein Stahlteil dieses Typs ausgeübt wird, wird sich das Teil um 0,004 mm für jeden Millimeter Länge des Teils durch biegen, und zwar bei Beanspruchung entweder auf Druck oder auf Zug.

Beim Zusammenbauen wird sich der Senkbohrungsabschnitt 37 zusammendrücken und der Basisabschnitt 21 dehnen. Bei einem Drehmoment, das die Hälfte der Streckgrenze ergibt, nämlich 413,7 MPa, wird die Dehnung des Basis abschnitts 21 55,63 mm multipliziert mit 0,004 mm pro Millimeter und dividiert durch 2, also gleich 0,11 mm be tragen. Der Senkbohrungsabschnitt 37 wird in einem Ausmaß zusammengedrückt, das gleich 50,80 mm in der Länge mal 0,004 mm pro Millimeter, dividiert durch 2, und multipli ziert mit dem Verhältnis der Querschnittsfläche des Basis abschnitts 21 zu der Querschnittsfläche des Senkbohrungs abschnitts 37, beträgt. Das ergibt eine Gesamtdurchbiegung bei der Hälfte der Streckgrenze von 0,10 mm. Infolgedessen ist die gesamte Relativbewegung der Zapfenstirnfläche 29 bei der Hälfte der Streckgrenze die Summe aus 0,11 mm und 0,10 mm oder gleich 0,21 mm. Bei Dreiviertel der Streck grenze beträgt die Durchbiegung 0,31 mm und bei der vollen Streckgrenze 0,42 mm.

Die Abmessungen des Nasenabschnitts 27 werden gewählt, indem eine Länge gewählt wird, die bewirkt, daß der Nasenabschnitt die Streckgrenze gleichzeitig mit oder etwas früher als der Basisabschnitt 21 und der Senkbohrungsabschnitt 37 er reicht. Um zu vermeiden, daß die Länge größer als notwendig wird, wurde das Kriterium, daß die Zapfenstirnfläche 29 die innere Schulter 43 zum ersten Mal erst bei Dreiviertel der Streckgrenze berührt, gewählt. An diesem Punkt werden der Basisabschnitt 21 und der Senkbohrungsabschnitt 37 die Zapfenstirnfläche 29 um 0,31 mm nach unten bewegt ha ben. Zum Erreichen der vollen Streckgrenze müssen sich der Basisabschnitt 21 und der Senkbohrungsabschnitt 23 um zusätzliche 0,10 mm durchbiegen. Der Nasenabschnitt 27 wird wegen dieser Durchbiegung um 0,10 mm zusammengedrückt. Die Länge des Nasenabschnitts 27 wird so gewählt, daß die volle Streckgrenze bei einer Zusammendrückung um 0,10 mm erreicht wird. Oben ist angegeben, daß die Durchbiegung bei diesem Typ von Stahl die Streckgrenze dividiert durch den Elastizitäts modul oder 0,004 mm pro Millimeter ist. Da in dem Nasenab schnitt 27 ungefähr 0,10 mm Zusammendrückung benötigt werden, damit die volle Streckgrenze zur gleichen Zeit wie bei dem Basisabschnitt 21 und dem Senkbohrungsabschnitt 37 er reicht wird, sollte der Nasenabschnitt 27 eine Länge von 25,40 mm haben.

Für den Außenumfang des Nasenabschnitts 27 wurden die Ge winde 25 und 39 so weit wie möglich abgestumpft, ohne ihre Festigkeit zu verringern. Die gewählte Länge beträgt etwa 60,45 mm. Ein Durchmesser von etwas weniger als dem Mindest außendurchmesser an dem abgestumpften Ende der Gewinde wurde als Außendurchmesser des Nasenabschnitts 27 gewählt, der in der bevorzugten Ausführungsform 80,98 mm beträgt.

Die nächste Abmessung, die zu bestimmen ist, ist die Lage der inneren Schulter 43. Ein Kriterium dabei ist, daß bei dem vollen Zusammenbaudrehmoment, das der Hälfte der Streck grenze an der äußeren Schulter 17 entspricht, die Zapfenstirn fläche 29 wenig, wenn überhaupt, Druck auf die innere Schul ter 43 ausüben wird. Es ist weiter oben ermittelt worden, daß die Zapfenstirnfläche 29 sich um 0,21 mm bei vollem Zu sammenbaudrehmoment und der Hälfte der Streckgrenze nach unten bewegt. Ein Spalt von 0,30 mm zwischen der Zapfen stirnfläche 29 und der inneren Schulter 43 beim Anziehen des Bohrgestängeverbinders von Hand würde daher auf etwa 0,10 mm bei vollem Zusammenbaudrehmoment abnehmen, und zwar we gen der Bewegung von 0,21 mm aufgrund der Durchbiegung des Basisabschnitts 21 und des Senkbohrungsabschnitts 37. Ein zusätzliches Drehmoment, das bei bis zu Dreiviertel der Streckgrenze an der äußeren Schulter 17 auftritt, würde zu einer Durchbiegung des Zapfenbasisabschnitts 21 und des Senkbohrungsabschnitts 37 um zusätzliche 0,10 mm führen. Dadurch wird die Zapfenstirnfläche 29 zum ersten Mal mit der inneren Schulter 43 bei Dreiviertel der Streckgrenze in Berührung gebracht. Zusätzliches Drehmoment ab Dreivier tel der Streckgrenze bis zur vollen Streckgrenze würde be wirken, daß die Zapfenstirnfläche 29, wenn sie nicht festgehalten wäre, um zusätzliche 0,10 mm nach unten bewegt würde. Da jedoch die Zapfenstirnfläche 29 die innere Schulter 43 bei Dreiviertel der Streckgrenze berührt hat, wird der Na senabschnitt 27 um 0,10 mm zusammengedrückt. Das ist das Ausmaß an Durchbiegung, das der Nasenabschnitt 27 bei der vollen Streckgrenze erfährt. Das führt dazu, daß in dem Na senabschnitt 27 die volle Streckgrenze zur gleichen Zeit wie bei dem Basisabschnitt 21 und dem Senkbohrungsab schnitt 37 erreicht wird.

Zum Erzielen des gewünschten Spalts von 0,30 mm zwischen der Zapfenstirnfläche 29 und der inneren Schulter 43 beim Anziehen des Bohrgestängeverbinders von Hand wird die Strecke von der Buchsenstirnfläche 33 zu der inneren Schulter 43 um 0,30 mm größer als die Strecke von der Zapfenschulter 17 zu der Zapfenstirnfläche 29 oder 145,85 mm gewählt. Während das die ideale Abmessung ist, beträgt in Wirklichkeit die Fertigungstoleranz für diese Abmessungen plus 0 und minus 0,13 mm von den Gesamtabmessungen von 145,54 mm und 145,85 mm. Das ergibt bei von Hand angezogenem Bohrgestängeverbinder einen Spalt zwischen der Zapfenstirnfläche 29 und der inne ren Schulter 43 von mindestens 0,18 mm und im Idealfall einen Höchstwert von 0,30 mm. Wenn ein Bohrgestängeverbinder den minimalen Spalt statt des idealen Spalts hat, wird der Nasenabschnitt 27 die Streckgrenze erreichen, bevor der Basisabschnitt 21 oder der Senkbohrungsabschnitt 37 die Streckgrenze erreicht. Außerdem wird bei vollem Zusam menbaudrehmoment die Zapfenstirnfläche 29 einen gewissen Druck auf die innere Schulter 43 ausüben. Das ist der Fall, weil bei einer Gesamtdurchbiegung von 0,21 mm beim Anziehen des Bohrgestängeverbinders von Hand bis zur halben Streckgrenze ein Mindestspalt von 0,18 mm den Nasenabschnitt 27 um 0,03 mm zusammendrücken wird. Eine Durchbiegung von 0,03 mm bringt den Nasenabschnitt 27 bis zu einem Viertel der Streckgrenze, während sich der Zapfenbasisabschnitt 21 und der Senkbohrungsabschnitt 37 bei der halben Streckgrenze be finden werden. Der Nasenabschnitt 27 wird seine volle Streckgrenze bei einer Zusammendrückung von 0,101 mm errei chen. Beim Vergrößern des Drehmoments von der Hälfte der Streckgrenze bis zu Dreiviertel der Streckgrenze des Basisabschnitts 21 und des Senkbohrungsabschnitts 37 ergibt sich eine Durchbiegung von 0,1038 mm dieser Teile. Infolgedessen wird der Nasenabschnitt 27 die volle Streck grenze etwas vor dem Zeitpunkt erreichen, in welchem der Basisabschnitt 21 und der Senkbohrungsabschnitt 37 Drei viertel der Streckgrenze erreichen. Das könnte zwar zum Reißen des Nasenabschnitts 27 führen, das wird jedoch we niger nachteilig sein als wenn das Reißen in dem Basisab schnitt 21 oder dem Senkbohrungsabschnitt 37 auftreten würde.

Das Reißen des Nasenabschnitts 27 wird nicht dazu führen, daß das Bohrgestänge zerreißt. Bis zu dem Punkt, an dem der Nasenabschnitt 27 die Streckgrenze erreicht, und über diesen Punkt hinaus liefert er zusätzlichen Widerstand gegen das Drehmoment.

Durch Standardberechnungen ergibt sich, daß das Drehmo ment bei der Streckgrenze des Basisabschnitts 21 oder des Senkbohrungsabschnitts 37 bei dem oben beschriebenen Bohr gestängeverbinder und den idealen Abmessungen 34,14 kNm beträgt. Ein herkömmlicher Bohrgestänge verbinder, der einen Außendurchmesser von 127 mm und einen Innendurchmesser von 68,33 mm hat, wie es bei diesem Bohrge stängeverbinder der Fall ist, kann ein Drehmoment von nur 24,02 kNm bei der vollen Streck grenze aushalten. Diese Vergrößerung des Drehmoments, die für das Erreichen der Streckgrenze eines Gestängeverbinders erforderlich ist, reduziert die Gefahr des Zerreißens des Bohrgestänges während des Bohrens weiter. Die Vergrößerung der Festigkeit des Gestängeverbinders wird erreicht, ohne daß dickeres Metall oder ein Stahl höherer Festigkeit be nutzt wird.

Claims

1. Bohrgestängeverbinder mit einem Zapfen (15) mit Außengewinde (25) zwischen einer äußeren Schulter (17) und einer Zapfen stirnfläche (29),
mit einer Buchse (31) mit unter einer Buchsenstirnfläche (33) angeordnetem Innengewinde (39) zum Verbinden mit dem Zapfen (15),
mit einem Senkbohrungsabschnitt (37) zwischen dem Innengewin de (39) und der Buchsenstirnfläche (33),
mit einem Basisabschnitt (21) des Zapfens (15) zwischen der äußeren Schulter (17) und dem Außengewinde (25), und
mit einem Nasenabschnitt (27) zwischen der Zapfenstirnfläche (29) und dem Außengewinde (25),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Buchse (31) eine innere Schulter (43) hat,
daß die Längen und die Dicken des Senkbohrungs-, des Basis- und des Nasenabschnitts (37, 21, 27) so gewählt sind, daß, wenn der Bohrgestängeverbinder zusammengebaut und bis zur Hälfte seiner Streckfestigkeit angezogen wird, die Buchsenstirnfläche (33) sich an der äußeren Schulter (17) bis zu einem Druck fest zieht, der jeden Druck übersteigt, welcher durch die Zapfen stirnfläche (29) auf die innere Schulter (43) ausgeübt wird, wobei sich die Zapfenstirnfläche (29) an der inneren Schul ter (43) festzieht, wenn zusätzliches Drehmoment während des Bohrens auftritt,
daß weiter die Längen und die Dicken des Senkbohrungs-, des Basis- und des Nasenabschnitts (37, 21, 27) so gewählt sind, daß der Senkbohrungsabschnitt (37) ausreichend elastisch zu sammengedrückt und der Basisabschnitt (21) ausreichend ela stisch gedehnt wird, damit die Zapfenstirnfläche (29) die innere Schulter (43) berühren kann, bevor die Streckgrenzen des Basis- und des Senkbohrungsabschnitts erreicht werden, und
daß der Basis- und der Senkbohrungsabschnitt (21, 37) jeweils eine größere Länge als der Nasenabschnitt (27) haben und die Länge und die Dicke des Nasenabschnitts (27) so gewählt ist, daß sich der Nasenabschnitt (27) elastisch zusammendrückt und die Streckfestigkeit nicht später als zu der Zeit erreicht, zu der der Basis- und der Senkbohrungsabschnitt (21, 37) ihre Streckfestigkeit erreichen.

2. Bohrgestängeverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Abstand von der Buchsenstirnfläche (33) zu der inneren Schulter (43) größer ist als der Abstand von der Zapfenstirnfläche (29) zu der äußeren Schulter (17), was ei nen Spalt zwischen der Zapfenstirnfläche (29) und der inneren Schulter (43) ergibt, wenn die Buchsenstirnfläche (33) und die äußere Schulter (17) beim Zusammenbauen von Hand festge zogen werden.

3. Bohrgestängeverbinder nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Längen und die Dicken des Basis- und des Senkbohrungsabschnitts (21, 37) so gewählt sind, daß diese sich unter einer Belastung, die gleich der vollen Streckfestigkeit des Basis- und des Senkbohrungsabschnitts (21, 37) ist, um eine Strecke durchbiegen, die nicht kleiner ist als der Spalt plus die Zusammendrückung in der Länge, die der Nasenab schnitt (2) unter einer Belastung erfährt, welche gleich der vollen Streckfestigkeit des Nasenabschnitts ist.

4. Bohrgestängeverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Buchse (31) in dem Senkbohrungsabschnitt (37) kleiner ist als der Außendurchmesser der Buchse in dem Gewindeabschnitt (39), um Verschleiß an der Außenseite des Senkbohrungsabschnitts zu vermeiden.