DE701558C - Schraubverbindung der Futterrohre fuer Tiefbohrloecher - Google Patents

Schraubverbindung der Futterrohre fuer Tiefbohrloecher

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DE701558C
DE701558C DE1936S0121379 DES0121379D DE701558C DE 701558 C DE701558 C DE 701558C DE 1936S0121379 DE1936S0121379 DE 1936S0121379 DE S0121379 D DES0121379 D DE S0121379D DE 701558 C DE701558 C DE 701558C
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/08Casing joints

Description

  • Schraubverbindung der Futterrohre für Tiefbohrlöcher Die Erfindung betrifft eine Verbindung, um rohrförmige Glieder aneinander zu sichern, und ein Verfahren iur Herstellung einer solchen Verbindung. Insbesondere bezieht sich ,die Erfindung-auf die Form und Ausbildung der zusammengehörigen, mit Gewinde versehenen und zur Abdichtung dienenden Teile .der Verbindung und auf .die Wirksamkeit der Verbindung.
  • Die Erfindung .ist zur Vereinigung von Rohren, Kupplungen o. dgl. verwendbar. Insbesondere ist die Erfindung dazu bestimmt, nahtlose Stahlrohre, die zum Auskleiden oder Einfassen von Ölquellen benutzt werden, miteinander zu vereinigen. Seit Jahren sind bei ,der Verwendung von Rohren zum Einfassen von Quellen große Schwierigkeiten aufgetreten, d. h. es haben sich in diesem Felle erhebliche Mängel bemerkbar gemacht und es hat sich die Vereinigung der genannten Rohre als sehr umständlich erwiesen. Tatsächlich findet die Zusammensetzung der Rohre und Rohrverbindungen beim Auskleiden einer Ölquelle unter ungünstigen Bedingungen statt, die sich a) aus (der großen Tiefe der Quellen und dem hierdurch bedingten Gewicht der Auskleidung, b) aus Stößen und Abnutzung und c) aus einem hohen äußeren Druck ergeben. Ebenso sind bisher Schwierigkeiten insofern aufgetreten, als a) die Verbindungen nicht flüssigkeitsdicht sind, b) die Verbindungen bei :der Zusammensetzung zier Auskleidung zerstört werden, c) die Verbindungen nicht gleichmäßig wirksam sind und d) es darauf ankommt, die Auskleidung bzw. die Verbindungen genügend stark auszubilden, ohne daß das Gewicht, die Kosten und die Bohrlochgröße unnötig erhöht werden.
  • Bei einem Versuch, einige der vorher er-Krähnten Schwierigkeiten zu beseitigen, hat das American Petroleum Institute, im folgen-,den als A. P. I. bezeichnet, normale Gewinde für Ouellenausklei;dun.g- gewählt, welche allgemein in :den ganzen Ölfeldern der Welt als Grundlage _ für mit Schraubengewinde versehene Verbindungen für Einfassungsrohre benutzt werden. Das normale A. P. L-Einfassungsgewinde entspricht der scharfen V-Type mit einer verhältnismäßig flachen Verjüngung von entweder 0,95 cm oder 1,9 cm pro 0,3 m auf -den Durchmesser und mit entweder 8 oder ro Gängen pro a,54 cm.
  • Es hat sich jedoch herausgestellt, @daß durch ,das A. P. I.-Gewinde die vorher erwähnten Aufgaben nicht gelöst sind, vielmehr in diesem Falle sogar noch weitere Schwierigkeiten hinzukamen, die beispielsweise im folgenden bestanden: a) eine Spannungskonzentration in den V-@%- indungen, b i Entstehung federnder Kanten in den V-Windungen. woraus sich ein sehr unerwünschtes Aufreiben und ein plastiches Fließen in den Windungen ergab, s s c) hohe Anforderungen bezüglich der Ge-> rtauigkeit bei der Herstellung der Gewinde, d) 'Neigung zur Beschädigung der Gewinde bei der Benutzung dieser Gewinde, e) Schwierigkeiten beim Ineinandersteclzen flacher verjüngter Mutter- lind Vaterteile und f) Zeitaufwand bei der Zusammensetzung der Einfassung.
  • Der allgemeine Zweck der Erfindung besteht darin, die Schwierigkeiten, die bei bekannten Schraubenverbindungen für Quellenauskleidungen o. dgI. auftraten, dadurch zu vermeiden und diese Schraubenverbindungen -dadurch zu verbeisern, daß eine neue und vorteilhafte Schraubenverbindung verwendet wird.
  • Ein anderer allgemeiner Zweck der Erfindung besteht darin, eine Verbindung für eine nuellenauskleidung von solcher Beschafenlieit herzustellen, daß diese Verbindung eine allgemeine, erwünschte Wirksamkeit besitzt: Ferner besteht ein allgemeiner "Zweck der Erfindung darin, ein '\-erfahren zur Herstellung der genannten Verbindung zu scharen.
  • Auf der Zeichnung ist eine Schraubenverbindung nach ,der Erfindung in einer Ausführungsford dargestellt.
  • Fig. i ist ein diametrischer Längsschnitt durch eine Rohrverbindung, in welcher die Grundgedanken der Erfindung verwirklicht sind, wobei nur die eine Hälfte der Verbindung dargestellt und der übrige Teil weggebrochen ist. Die ineinandergreifenden Rohre und die Gewinde dieser Rohre sind in ihren relativen Stellungen am Ende einer senkrechten Ineinandersteckbewegung, die dein Zusatnmenschrauben der Rohre vorangeht, dargestellt.
  • Fig. 2 ist ein ähnlicher Längsschnitt wie Fig. i, jedoch sind die relativen Stellungen der Rohrgewinde in dein Fall .dargestellt, daß die Verbindung in die band- oder seildichte Lage geschraubt ist.
  • Fig.3 ist ein ähnlicher Längsschnitt wie Fig. i, jedoch sind die relativen Stellungen der ineinandergreifenden, imit Gewinde versehenen Teile in dem Falldargestellt, daß die Verbindung vollständig hergestellt ist.
  • Fig.-I stellt in größerem Maßstab einen Längsschnitt durch einen Teil der Verbindung dar und veranschaulicht irn einzelnen einen Umriß des Gewindes nach der Erfindung, wobei die mit Gewinde versehenen Teile in der Endstellung ihres gegenseitigen Eingrifffs und teilweise weggebrochen veranschaulicht sind.
  • Fig.5 stellt in größerem Maßstab einen L:ingsschn.itt -dar, der die relativen Stellungen der ineinandergreifenden Gewinde nach denn Ineinanderstecken der zusammenzufügenden Rohre veranschaulicht, wobei der größere Teil der Rohre weggebrochen ist.
  • Fig.6 stellt in größerem Maßstab einen Längsschnitt durch einen Teil der Rohrverbindung dar und veranschaulicht eine zufällig vorkommende relative Stellung ineinandergreifender Rohre, welche ineinandergreifende Gewinde mit Kämmen und Wurzeln haben, die parallel zu den kegelförmigen Flächen der Rohre, also nicht parallel zu den Rohrachsen wie beim Erfindungsgegenstand verlaufen.
  • Fig.7 stellt in größerem Maßstab einen Längsschnitt durch :einen Teil der Rohrverbindung dar und veranschaulicht eine zufällig vorkommende relative Stellung ineinandergreifender Gewinde, die nach der Erfindung ausgebildet sind, wobei sich das Innenglied in der Stellung entsprechend einem Gewindegang über der Stellung befindet, in der das Innenglied tatsächlich in das Außenglied eingesteckt ist.
  • Fig.8 stellt in größerem Maßstab einen Längsschnitt durch einen Teil der Verbindung dar und veranschaulicht die gegenseitige Abdichtung der Verbindungsglieder.
  • Fig.9 stellt in größerem Maßstab einen Längsschnitt durch einen Teil der ineinandergreifenden, mit Gewinde versehenen Rohre dar, wie sie bei der praktischen Verwirklichung der Erfindung benutzt werden.
  • Die Grundgedanken der Erfindung sind am i besten zunächst aus Fig. 9 ersichtlich, welche schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Schraubenverbindung nach der Erfindung und insbesondere die Beziehung der an den ineinandergreifenden Teilen der Schraubenverbindung vorgesehenen Gewinde sowie die Wurzel- und Kammlinien veranschaulicht, nach welchen diese Gewinde bestimmt und ausgebildet sind. Mit i ist allgemein ein Rohrabschnitt bezeichnet. der einen Mutterteil io aufweist, während mit 2 allgemein ein ergänzender Rohrabschnitt bezeichnet ist, der mit dein Vaterteil 12 versehen ist. .Die Konstruktionslinien 3 bzw. 4, die parallel zur konischen oder Verjüngungsfläche des Mutterteiles io verlaufen, bestimanen die Lage der mittleren Höhe der Wurzeln und der Kämme des Gewindes i i, das entsprechend diesen Linien gebildet ist. In ähnlicher Weise bestimmen die Konstruktionslinien 5 bzw. 6, die parallel zur konischen oder Verjüngungsfläche verlaufen, die mittlere Höhe der Wurzel- und Kammlinien des. Gewindes 13, das am Vaterteil 12 vorgesehen ist.
  • Aus Fig. 9 geht hervor, daß die Gewinde 11 und 13 im mittleren Teil der mit Gewinde versehenen Verbindung im wesentlichen die gleiche Höhe besitzen,- jedoch sich in allmählich abnehmender Höhe entsprechend den folgenden Konstruktions- oder Erzeugungslinien verjüngen. Es laufen daher im Punkt i4b und außerhalb :dieses Punktes die Wurzeln des Gewindes i i mit der Konstruktionslinie 7 zusammen, welche parallel zur Achse 16' des Rohrs verläuft. Die Kämme des Gewindes, dessen Wurzeln entsprechend der Konstruktionslinie 7 gebildet sind, werden jedoch durch Fortsetzung der schrägen Konstruktionslinie 4 bestimmt, bis diese Linie die parallele Linie 7 schneidet, an welchem Punkt das Gewinde verschwindet.
  • Diese Verringerung :der Höhe des Muttergewindes am weiten Ende des Kegels ist zu dem Zweck vorgesehen, am äußeren Ende des Mutterteils eine möglichst große Stärke des Werkstoffs zu sichern, um der Beanspruchung beim Herstellen der Verbindung Widerstand zu bieten und außerdem die allgemeine Stärke der Verbindung Zu erhöhen. Durch die Verringerung der Tiefe des Vatergewindes am kleinen Ende des Kegels isst bezweckt, sowohl die allgemeine Stärke des Vaterendes zu erhöhen als auch die Bearbeitungsvorgänge zu vereinfachen.
  • Zu idemGewinde i i, das entsprechend der Konstruktionslinie 7 gebildet ist, paßt das Gewinde 13 am großen Ende des Vaterteils. Von dem Punkt 14a nach dem großen Ende des Vaterteils 12 sind die Kämme des Gewindes 13 entsprechend der Konstruktionslinie 17 gebildet, die parallel zur Achse des Rohres verläuft. Die Wurzeln des Gewindes 13 sind jedoch entsprechend einer Fortsetzung der schrägen Konstruktionslinie 5 gebildet. Die Entfernung X von der Konstruktionslinie 17 zur Achse 16' der Rohrverbindung ist etwas geringer als die Entfernung Y zwischen der Konstruktionslinie 7 und der Achse 16'. Es ist :daher ersichtlich"daß, wenn die Vater-und Mutterteile vereinigt werden, die Kämme des auf der Konstruktionslinie 17 gebildeten Gewindes 13 !den Boden oder die Wurzeln des auf der Konstruktionslinie 7 des Mutterteils io gebildeten Gewindes ii nicht berühren, sondern daß ein in Fig. 3 mit tob bezeichneter Zwischenraum zwischen den genannten Teilen vorgesehen ist. Es besteht jedoch kein Zwischenraum zwischen den Kämmen des Muttergewindes und den Wurzeln des Vatergewindes am größerenEnde desGewindes, die durch die Konstruktionslinien 4 und 5 bestimmt sind. Die Kämme des Muttergewindes, die durch die Konstruktionslinie 4 be- 1 stimmt sind, befinden sich in dichter Berührung mit den Wurzeln des Vatergewindes, die durch die Konstruktionslinie 5 bestimmt sind, und zwar vollständig bis zu dem Punkt, an dein der Kamm des Vatergewindes auf dem Zylinder 17 verschwindet. Mit Rücksicht auf elastische Ablenkungen berührt .der Kamm des Muttergewindes den Zylinder 17 auf eine kurz@e.Entfernung über den Punkt hinaus, an dem die Wurzel des Vatergewindes verschwindet. Der Druck dieser Berührung nimmt an aufeinanderfolgenden Punkten, die mehr entfernt von dem Verschwindungspunkt der Wurzel :des Vaterteils sind, schnell ab und erreicht gegebenenfalls den Nullwert. Jenseits des Punktes des Nullberührungsdruckes nimmt der Abstand des Kammes des Muttergewindes von dem Zylinder 17 .bis zu dem Punkte zu, wo der Kamm des Mutterteils auf dem Zylinder 7 verschwindet.
  • Wird nun das kleine Ende des Mutterteils io betrachtet, so ist ersichtlich, daß das Gewinde i i sich nahezu, jedoch zweckmäßig nicht vollständig bis zu einem Verschwindungspunkt in der gleichen Weise verjüngt w ie ,das Vatergewinde 13 am großen Ende des Vaterteils. Mit anderen Worten, die Konstruktionslinie 8 :des Mutterteils, welche die schräge Linie. bei> i5b schneidet, liegt parallel zur Achse 16' der Schraubenverbindung, und diese Konstruktionslinie bestimmt die Kämme :des verschwindenden Muttergewindes i i. Die Wurzeln des verschwindenden Muttergewindes sind jedoch :durch die Konstruktionslinie 3 bestimmt, welche auf dem Kegel der Schraubenverbindung liegt. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß die Gewinde zweckmäßig kurz vor dem Schnittpunkt der konvergierenden Linien 3 und 8 unterbrochen sind.
  • Mit :dein verschwindenden Muttergewinde i i am kleinen Ende des Mutterteils wirkt ein Vatergewinde 13 zusammen, dessen Wurzeln auf der Konstruktionslinie 9 gebildet sind, welche parallel zu der Achse 16' der Rohre verläuft und welche die schräge Konstruktionslinie 5 bei i5a schneidet. Die Kämme des verschwindenden Vatergewindes 13 am kleinen Ende des Vaterrohres können auf der Konstruktionslinie 6 gebildet sein, welche mit der Verjüngung oder dem Kegel der ineinandergesteckten Rohrabschnitte zusammenfällt. Es ist daher ersichtlich, daß die Konstruktionslinien 8 und 9 parallel zu der Achse 16' verlaufen, jedoch ist zweckmäßig die Entfernung i''' ein wenig größer als die Entfernung X', so daß zwischen den Kämmen des Muttergewindes und den Wurzeln des Vatergewindes am kleineren Ende des Gewindes ein i hinreichender Zwischenraum aoa (Fig. 3) besteht. Es hat sich jedoch als zweckmäßig herausgestellt, das Vatergewinde am kleinen Ende des Vaterteils 12 auf einer etwas schärferen Z`erjüngung zum Verschwinden zu bringen, als der Konstruktionslinie 6 entspricht. Die schärfere Verjüngung ist in Fig. 9 .durch die gestrichelte Konstruktionslinie 6' angegeben. Diese Konstruktionslinie kann die Konstruktionslinie 6 an dein in der Zeichnung dargestellten Punkt i4c schneiden. Hierdurch ist ein verhältnismäßig rasches Verschwindendes Vatergewindes zum Zweck der Verkürzung der überall bearbeiteten Länge der Verbindung gesichert. Die auf der Konstruktionslinie 6' liegenden Kämme des Gewindes können, um die zur Herstellung des Gewindes benutzten Werkzeuge zu vereinfachen, erforderlichenfalls eher mit der Linie 6' zusammenfallen, als daß sie parallel zur Achse 16' verlaufen.
  • Nach der Erfindungsoll die Entfernung L', welche die Länge ,der die Kämme des -Iuttergewindes bildenden Linie 8 darstellt, größer als die Entfernung til' sein, welche :die Länge der Konstruktionslinie 9 darstellt und welche die Wurzeln des verschwindenden Vätergewindes bestimmt. Hierdurch ist gesichert, daß das Ende des Vaterteils 12 anit genügendein Spielraum in den -Mutterteil io greift. Am anderen Ende der Verbindung ist die Entfernung I_ größer gewählt als die Entfernung -Il.
  • Ein wichtiges -Merkmal der Erfindung besteht darin, daß alle Kämme 14 und alle Wurzeln 15 der Gewinde so geformt sind, daß der größte Teil der sich in der Längsrichtung erstreckenden Oberflächenelemente dieser Kämme und Wurzeln parallel zu der Achse 16' der Schraubenverbindung oder der einzelnen Rohre verläuft. Wenn daher die Wurzeln und Kämme der Gewinde durch die schrägen Konstruktionslinien 3, 4, 5 und 6 bestimmt sein sollen, so ist hiermit gemeint, daß diese schrägen Konstruktionslinien sich im -wesentlichen durch die gleiche Stelle, beispielsweise durch die -Mitte aller Wurzeln und Kämme, erstrecken, deren Oberflächen, wie erwähnt ist, parallel zu der Achse verlaufen. Diese Anordnung ist deutlich in Fig. 9 veranschaulicht.
  • Die Teile in Fig.9 sind nicht genau im -Maßstab der anderen Figuren dargestellt, vielmehr sind die verschiedenen Winkel, -'erjüngungen usw. übertrieben gezeichnet, um die Grundgedanken der Erfindung besser zu erklären. Bei der praktischen Ausführung des I @i-findtingsgegenstandes kann nie Tiefe der Gewinde i i und 13 allmählich in beiden Richtungen von einer Zone größter Gewindetiefe in der -litte der Länge der Gewindeteile verringert -werden, und es können sich hieran gekrümmte Konstruktionslinien anschließen, welche so nahe wie möglich den allgemeinen, vorher beschriebenen Konstruktionslinien entsprechen. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind jedoch die Gewinde im wesentlichen entsprechend den beschriebenen Konstruktionslinien ausgebildet, und es ist der Winkel zwischen den schrägen und parallelen Linien berücksichtigt, um das Verschwinden oder die Verringerung des Gewindes herbeizuführen: Es ist ersichtlich, daß die verschiedenen Konstruktionslinien 3, 4, 7 und 8 bzw. 5, 6, 9 und 17 Parallelogramme bilden, deren Seiten teilweise auf der Verjüngung der Schraubenverbindung und teilweise parallel zu der Achse der Schraubenverbindung liegen.
  • Bei der besonderen Ausführungsform der Erfindung nach Fig. i bis 8 beträgt die Verjüngung der Gewinde und infolgedessen die Neigung der Konstruktionslinien 3, 4, 5 und 6 zweckmäßig annähernd 3,18 cm im Durchinesser pro 0,3 in in der Achsenrichtung, und die Anzahl der Gewindegänge beträgt annähernd sechs pro 2,54 cm. Nach der Erfin-,dung kann jedoch jede Verjüngung gewählt werden, die mehr als 1,9 cm pro 0,3 m beträgt, und zwar zweckmäßig zwischen annähernd 2,54 cm und annähernd 5,o8 cm pro 0,3 m. In ähnlicher Weise kann die Anzahl der Gewindegänge pro 2,54 cm beliebig geringer als acht gewählt werden.
  • In Fig. i ist die Beziehung der Teile nach dem anfänglichen Einsteckvorgang veranschaulicht. In Fig. 5 ist ebenfalls, jedoch im größeren Maßstab, die Beziehung der Zähne der ineinandergreifenden Rohrabschnitte nach dem erwähnten Einsteckvorgang dargestellt. Mit Rücksicht auf die Ausbildung der Kämme 14 der Gewinde in solcher Weise, daß sie parallel zur Achse 16' der Rohrverbindung verlaufen, ist erreicht, daß beim Einsteckvorgang die Verjüngung der Mutter- und Vaterteile veranlaßt, daß die Gewinde i i und 13 .in der am besten aus Fig. 5- ersichtlichen Weise miteinander in Berührung kommen. Infolgedessen wird der durch den Einsteckvorgang verursachte Stoß zwischen einer Mehrzahl von Gewindegängen übertragen, die sich mit ihren Schultern an den verschiedenen in Fig. 5 dargestellten Punkten berühren.
  • L m den Einsteckvorgang deutlicher zu veranschaulichen, sei auf Fig.7 Bezug genommen. In Fig. 7 ist eine mögliche Beziehung der zueinander passenden Gewindeteile gerade einen Gewindegang über dem Einsteckeingriff dargestellt. In dieser Stellung ist die radiale Entfernung zu den Kämmen des Muttergewindes etwas größer als oder im wesentlichen die gleiche wie die radiale Entfernung zu den Gewindekämmen des Vaterteils, so daß der Mutterteil io relativ hinter den Vaterteil 1z gleiten kann, wodurch die Gewinde in die Eingriffsstellung nach Fig. 5 gebracht werden, in welcher sie Schulter an Schulter anliegen. In gewissen seltenen Fällen kann die radiale Entfernung zu den Kämmen des Mutterteils um einige Tausendstel eines Zolls (2,5q. cm) geringer sein als die radiale Entfernung zu den Kämmen des Vaterteils, so daß ein gewaltsames Einpassen zwischen den Gewindeflächen verursacht wird. Durch das Eigengewicht des Rohrs werden entweder die Flächen veranlaßt, aneinander in die Stellung nach Fig. 5 zu gleiten, oder es bewegen sich, Wenn dies nicht eintritt, die Gewinde, sobald der Aufschlag- oder Aufdrehvorgang der Rohrverbindung stattfindet, in die in Fig. 5 dargestellte Stellung.
  • Fig. 6 veranschaulicht den Vorgang, welcher eintreten kann, wenn eine Schraubenverbindung vorgesehen ist, bei welcher die Gewinde Kämme haben, die entsprechend einem Kegel ausgebildet sind. In Fig.6 ist angenommen, daß (der Vaterteil i2a in den Mutterteil ioa bewegt worden ist, bis ,die Gewinde miteinander in Berührung gelangt sind. Es ist ersichtlich, daß bei fortgesetzter Zusammenbewegung der Abschnitte entweder ein Teil 28 des Gewindes des Mutterteils abgeschert wird, wobei ein entsprechender Teil 29 am Vatergewinde ebenfalls abgeschert wird, oder @daß sonst bei einem Gewinde der ganze Werkstoff ab geschert wird, wie dies bei 30 in dem nächstfolgenden Gewindegang dargestellt ist. Es hat sich herausgestellt, daß dieser Abschervorgang eintritt, wenn schwere Rohrabschnitte, die mit Gewinde der früher gebräuchlichen Art versehen sind, ineinandergesteckt werden. Ferner ist festgestellt worden, daß in diesem Fall eine Beschädigung oder ein starkes Aufreiben der Gewiüde während der Herstellung der Verbindung eintritt. Es ist nahezu unmöglich, die Verbindung herzustellen, wenn dieser Abschervorgang mehrfach eingetreten ist.
  • An dem Vater teil ist ein Anschlag oder eine Schulter 22 vorgesehen, welche positiv gegen das Ende 2q. des Mutterteils io stoßen kann. Hierdurch wird die Endstellung der Verbindung sehr .bestimmt begrenzt, und es wird hierdurch eine deutliche Markierung erzielt, die als Schutz gegen eine Spaltbildung dient, bei welcher die Möglichkeit. eintritt, daß die Schraubenverbindung undicht wird. Ferner wird hierdurch im wesentlichen eili Überdrehen verhütet, wodurch die Gefahr eines Aufreibens oder einer Überbeanspruchung :der Schraubenverb indung bedingt wäre.
  • Ein neues Merkmal der Erfindung besteht darin, daß eine verbesserte Alxdichtung in der Verbindung (vgl. Fig.8) vorgesehen ist. DieseAbdichtung ist mit einem abgestumpften Kegel 30 versehen, Tier am Ende des Vaterteils vorgesehen ist und sich vom Punktar zum Punkt 3a erstreckt. In Übereinstimmung mit der Abdichtungsfläche 30 ist am Mutterteil eine abgestumpft kegelförtnige Abdichtungsfläche 34 vorgesehen, welche sich vom Punkt 35 zum Punkt 36 erstreckt. Dadurch, daß am inneren Ende der ineinandergreifen--den Gewinde der Zwischenraum 20a vorgesehen ist, ist zwischen den Abdichtungs- und Gewindeflächen eine Zone der Biegsamkeit geschaffen. Hierdurch ist gestattet, daß sich .das kleine Ende des Vaterteils selbst radial einstellt, so daß zwischen den Abdichtungsflächen 39 und 3.4 eine sehr gute Ausrichtung erzielt werden kann.
  • Aus vorstehendem ist ersichtlich, daß die Abdichtungsfläche an dem Vaterteil beträchtlich länger als die Abdichtungsfläche an dem Mutterteil ausgebildet ist. =Dies ist ein wichtiges Merkmal des Erfindungsgegenstandes, weil hierdurch eine richtige Wirkung der Abdichtung gewährleistet ist.
  • Um Abdichtungsflächen mit den günstigsten Eigenschaften zu erzielen, ist festgestellt worden, :daß die Verjüngung der Abdichtungsflächen verhältnismäßig flach gewählt werden muß, wie dargestellt und beschrieben ist. Während diese Verjüngung richtig als verhältnismäßig flach für Abdichtungsflächen bezeichnet wird, kann die gleiche-Verjüngung, für Gewinde, die auf der früheren Praxis beruhten, als verhältnismäßig steil bezeichnet werden. Durch viele Versuche ist festgestellt worden, daß die Verjüngung :der abgestumpft kegelförmigen Abdichtungsflächen zufriedenstellend ist, wenn diese Flächen unter der Voraussetzung, daß die Vaterabdichtung gut geschmiert und stark axial in die Mutterabdichtung gedrückt ist, in ihrer Lage verbieiben,'bis sie außer Berührung gedrückt werden. Eine Verjüngung, welche diesen Anforderungen entspricht, ist im folgenden als bindende Verjüngung bezeichnet. Eine solche bindende Verjüngung ist bei der Schraubenverbindung nach der Erfindung vorgesehen. Durch diese verhältnismäßig flache Verjüngung ist zusammen. mit dem positiven Aneinanderstoßen der Schultern an der Verbindung gewährleistet, daß innerhalb der Bearbeitungstoleranzen und unter Betriebsbedingungen eine wirksame Abdichtung erzielt ist.
  • Das kleine Ende des Vaterteils ist mit einem Teil 38 versehen, der sich etwas über die zugehörige Abdichtungsfläche 3o hinaus erstreckt. Hierdurch ist der doppelte Zweck erreicht, daß die Ausrichtungs- oder Einsteckvorgänge unterstützt werden und daß das Me- i tall verstärkt wird, das sich in der Nähe der Abdichtungsfläche des Vaterteils befindet. Um ferner die Zentrierung des Vaterteils ini Mutterteil hei dein Einstedworgang zu unterstützen und um eine Besch@idiguiig cies Gewindes und der Abdichtungsflächen bei diesem Vorgang zu verhindern, ist der zusätzliche Teil 38 des Vaterteils zweckmäßig finit einer abgestumpft I>egelf@irmig@n Fläche 39 versehen, deren Verjüngung steiler als diejenige der Abdichtungsflächen ist.
  • Die abgestumpft kegelförmige Zone 39 wirkt als Anschlagschulter, um während des Einsteckvorganges das Vaterrohr in eine dichtere axiale Ausrichtung finit dem 1lutterrohrende zu drücken und hierdurch die Abdichtungs- und Gewindeflächen zii schützen. Durch den nicht in Berührung kommenden Vorsprung 38 wird die Abdichtungsfläche des Vaterteils gegen zufällige Beschädigung während der Handhabung und Beförderung ge- schützt. Manche Stöße, die sonst gegen die Kante der Abdichtung wirken würden, werden von der vorstehenden -Nase aufgenommen. Es ist belanglos, wenn die Nase Schrammen oder -Narben aufweist. weil sie nicht mit einem anderen Teil in Berührung kommt, wenn die Verbindung hergestellt ist. 'Um die Verbindung weiter zu verbessern, sind die Vater- und Mutterteile an ihren inneren und äußeren Flächen. wie bei .-I und .I6 dargestellt ist. konzentrisch zu den Gewindeflächen bearbeitet, um rings um die Verbindung eine gleichmäßige Wandstärke vorzusehen. Infolgedessen sind die Drücke auf die Gewin:ie und auf die Ab,diclitungsflächen gleichmäßig über die ganze Umfangsfläche der genannten Teile verteilt. Auf diese Weise, ergibt sich ein gleichinälliger Druck ohne Spannungskonzentration am Umfang der Verbindung. lach der Erfindung werden die miteinander in Berührung kommenden Flächen der Rohre mit einem metallischen Schutz- und Schmierüberzug versehen, der zweckmäßig aus Zink besteht. Der genannte Überzug wird in geschmolzenem Zustand auf die Flächen der Verbindung aufgespritzt, nachdem diese Flächen zunächst einer leichten Behandlung durch ein Sandstrahlgebläse ausgesetzt worden sind. Der erwähnte Überzug gestattet, daß die Verbindung wiederholt hergestellt wird. und verdeckt Markierungen, die bei der Behandlung auf den Verbindungsflächen entstanden sind. Ferner wird durch den erwähnten Überzug die Erzielung einer gleichmäßigeren gegenseitigen Berührung der zusaniinenwirkenden Verbindungsflächen unterstützt.
  • Aus Fig. 2, in welcher die Verbindung in der seil- oder handdichten Stellung dargestellt ist, ist ersichtlich, daß das Ende 24 des --Mutterteils io sich in der Nähe der an dein Vaterteil vorgesehenen Schulter 22 befindet, welche endgültig die Abdichtung der Verbindung begrenzt. Zu ungefähr der gleichen Zeit beginnen die zusaninienwirkenden kegelförmigen =Xbdiclitungsflächen an dein kleinen Ende des \ "aterteils und der entsprechende Teil des Mutterteils miteinander in Berührung zu gelangen.
  • 111 Fig. 3 ist die Verbindung in ihrer fertigen Stellung veranschaulicht, in welcher das Ende 2-1 des Mutterteils die Schulter 22 des Vaterteils positiv berührt, wodurch eine weitere Abdichtung der Verbindung begrenzt wird. Ein wichtiges Merkmal der Ertindung besteht darin, daß die zusainnienwirkenden Gewinde ii und 13 in solcher Weise ausgebildet sind, daß sich die Klimme der Gewinde eines Gewindegliedes in starker Bodenberührung finit den Wurzeln des Gewindes des anderen Einsteckgliedes in der fertigen Stellung befinden. Zweckmäßig liegen die Kämme des Muttergewindes an den Wurzeln des VatergeNvindes an. Es hat sich als unzweckmäßig herausgestellt, die Kimme sowohl des Vaterals auch des Muttergewindes mit den entsprechenden Wurzeln der ineinandergreifenden Gewinde in Bodenberührung; zu bringen. In diesem Falle Ware eine genaue Bearbeitung erforderlich, so daß die Herstellungskosten erlieblich überhöht würden. Infolgedessen ist zweckmäßig zwischen den Wurzeln des Muttergewindes und den Kämmen des Vaterge-,vindes ein Spielraum vorgesehen, so daß die anliegenden oder berührenden Flächen, d. h. die Kämme des Mutterteils und die Wurzeln des Vaterteils, während der Handhabung der Rohrabschnitte finit Rücksicht auf ihre besondere Aushildunz zeschützt sind. Die vorher beschriebene besondere Bodenberührung ist für die beim Erfindungsgegenstand verwendete Gewindeform gut geeignet. Die Kämme und Wurzel sind breit und flach und widerstehen einem starken radialen Druck bei der Herstellung der Verbindung. Die Werkzeuge, mit deren Hilfe dieses Gewinde geschnitten wird, haben breite Schneidkanten, welche im Vergleich mit den mit einer scharfen Spitze ausgerüsteten Werkzeugen, die zum Schneiden des Gewindes der A. P. I-Einfassung benutzt werden, sich langsam abnutzen. Sobald sich die Spitzen der Werkzeuge, die zum Schneiden des Gewindes der A. P. I.-Einfassung verwendet werden, abnutzen, werden die durch diese Spitzen im Werkstück geschnittenen Wurzeln nicht so tief, wie sie hergestellt werden sollten.
  • Die Kiininie des Gewindes der A. P. I.-Einfassung haben Neigung, schärfer als die Wurzeln zii werden. Dies verursacht ein hartes Aneinanderhinden der Spitzen und Wurzeln, so daß eine starke Neigung zum Aufreiben des Gewindes besteht. Beim Erfindungsgegenstand ist mit Rücksicht auf die in diesem Fall. gewählte Gestalt des Gewindes und auf den in diesem Fall vorgesehenen Zwischenraum die .Neigung zum Aufreiben praktisch unterdrückt Es ist ferner festgestellt worden, daß die Zuverlässigkeit des vorher beschriebenen Gewindes nach der Erfindung dadurch erheblich erhöht ist, daß die Breite jedes Gewindeganges entschieden geringer gewählt ist als der Zwischenraum zwischen den Gewindegängen. Dieser Zwischenraum, der in Fi:g. d. mit 18 bezeichnet .ist, stellt einen Überschuß dar, ,der mit Rücksicht auf möglicherweise sich anhäufende Irrtümer bei der Bearbeitung innerhalb bestimmter Toleranzen gewählt ist. Dadurch, daß bestimmte Zwischenräume der erwähnten Art vorgesehen sind, ist die Aufreibung der Gewinde im wesentlichen unterdrückt, weil überschüssiger Werkstoff in den Gewinden einen bestimmten Raum zum Fließen hat. Ferner kann dadurch, daß irgendein fremder Stoff in der Verbindung gefangen wird, keine Schwierigkeit bei der Herstellung der Verbindung hervorgerufen werden.
  • Der .besondere Winkel, den die Flanken ig der Gewinde mit der Achse der Verbindung billderi, ist wichtig. Wenn nämlich dieser Winkel zu groß ist, treten Bearbeitungsschwierigkeiten auf. Ist der genannte Winkel zu klein, so dehnt sich der Mutterverbindungsteil aus, und es zieht sich der Vaterteil zusammen, während axiale Spannungskräfte auftreten. Zu Beginn der Ausdehnung des Mutterteils und der Zusammenziehung des Vaterteils kann entweder eine Undichtigkeit der Verbindung oder ein anderer Fehler *der Verbindung hervorgerufen werden. Es hat sich herausgestellt, daß ein Winkel, der nicht weniger als etwa 8o° zur Rohrachse beträgt und zweckmäßig in .der Nähe von etwa 8.4° sich befindet, zur Herstellung der Gewindeflanken praktisch brauchbar ist.
  • Der teleskopische Eingriff der zusammenwirkenden Glieder bei der Verbindung nach der Erfindung wird durch :die gegeneinanderstoßenden Schultern 22 und z4. begrenzt, um j den radialen Truck zu überwachen, der zwischen den Gliedern hervorgerufen wird, wenn die Verbindung vollständig hergestellt wird. Der genannte begrenzte Radialdruck ist nicht groß genug, um Spannungen hervorzurufen, welche die Elastizitätsgrenze des Metalls der Glieder erheblich überschreiten.
  • Die steilere Verjüngung, die weniger tiefen Gewinde, der Weg des Verschwindens der Gewinde und der Zwischenraum zwischen dem überall vorhandenen Enddurchmesser des Vaterteils und dem Innendurchmesser des Mutterendes sind. soviel günstiger als die entsprechenden A. P. L-Abmessungen, daß .die Rohrabschnitte in einer kürzeren Zeit und mit einem geringeren Arbeitsaufwand ineinandergesteckt werden können. Durch das selbsttätige Ineinandergreifen der Gewinde während des Vorganges des Ineinandersteckens ist auch eine Überlappung von wenigstens annähernd 5o % der Gewinde, bevor sie miteinander in Eingriff kommen, gesichert. Hierdurch ist eine sehr positive anfängliche Berührung ,der Flankenflächen einer verhältnismäßig großen Anzahl von Windungen erzielt. Es hat sich herausgestellt, daß diese Flächenberührung in der Einsteckstellung so groß und so stark ist, daß es möglich ist, die ineinandergreifenden Rohre mit einer sehr beträchtlichen Kraft zusammenzukeilen, ohne daß ,die Gewindebeschädigt werden. Die oben beschriebene Überlappun:g der Gewinde hat auch die Bedeutung, daß nur eine sehr geringe Anzahl von Windungen der Rohrabschnitte erforderlich ist, um von der anfänglichen Einsteckstellung in die seildichte oder handdichte Stellung zu gelangen. Ebenso ist nur eine geringe Anzahl von Windungen erforderlich, um die Verbindung von der hand- oder seildichten Stellung in die endgültige Abdichtungsstellung überzuführen.

Claims (7)

  1. PATE.NTANSPItÜcirr: i. Schraubverbindung der Futterrohre für Tiefbohrlöcher, bei der die Füße der Gewinde parallel zur Rohrachse verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Füße der Gewinde an dem freien Ende des Vater-und des Muttergewindeteiles im wesentlichen auf einem Zylindermantel liegen und die sich daran anschließenden Füße der übrigen Gewindeteile je einen Kegelmantel schneiden und daß die Kämme eines jeden Gewindes dem Fußverlauf des anderen Gewindes angepaßt sind.
  2. 2. Schraubverbindung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, .daß :die Kämme der Schraubenwindungen des Mutterteiles nur in den Füßen der Schraubenwindungen des Vaterteiles aufliegen.
  3. 3. Schraubverbindung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein axialer Zwischenraum zwischen den benachbarten Flanken der ineinandergreifenden Gewinde vorgesehen ist.
  4. 4.. Schraubverbindung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, :daß die Kämme des Vatergewindes in der Nähe ..des äußeren Endes seines Gewindeabschnittes durch :einen Kegel bestimmt sind, dessen Verjünagung steiler als die Verjüngung des Gewindes ist.
  5. 5. Schraubverbindung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet. daß die Schraubverbindung mit abgestumpft kegelföriuigen Dichtungsflächen versehen ist, -die iii.iteinander in Berührung kommen könncii, wobei eine dieser Flächen erheblich län-er als die andere ist.
  6. 6. Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, claß die Gewindeteile rnin-Bestens annähernd 5o Prozent übereinandergreifen, bevor sie miteinander in Eingriff gelangen.
  7. 7. Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindeteile mit Schulterflächen (22, 2.1) versehen sind, um die Teleskopbewegung der Gewindeteile zu begrenzen.
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