NO146443B - Skjoet for boreroer - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en skjøt for borerør med en hanndel som i det minste områdsvis er forsynt med koniske yttergjenger, og som i sin ende oppviser et anslag, og med en hunndel som er forsynt med tilsvarende innvendige gjenger, og som oppviser en indre skulder som anslaget under deformasjon kan spennes mot.

Slike skjøter brukes i stor utstrekning for å skjøte rør ved oljeboring. En slik skjøt er f.eks. kjent fra tysk patent nr. 1 525 928. Her har skjøten koniske hanngjenger og tilsvarende hunngjenger og to anslagsflater innerst i hunngjengene, hvorav den ene er konisk konkav og den annen er

i

konisk konveks med mindre diameter. De to flater samvirker med korresponderende flater på enden av hanndelen. Når slike skjøter skrus sammen med tilstrekkelig kraft, vil de gjøre

det mulig å oppnå meget god tetning og mekanisk motstand mot' de ekstremt vanskelige forhold som råder i oljebrønner, såsom meget høye trykk og sterke mekaniske påkjenninger, bl.a. på grunn av vekten av den hengende borestreng. Erfaringer har imidlertid vist at skjøter av denne type er sterkt utsatt for ødeleggelse i sure miljøer og spesielt på grunn av hydrogen som er til stede i visse oljebrønner. Dette har ført til at

man har unnlatt å undersøke visse avleiringer på grunn av den altfor store risiko for korrosjon.

Oppfinnelsen 'har til hensikt å redusere riskoen for sprøbrudd i korrosive miljøer og angriper problemet ved å be-grense de biaksiale påkjenninger som oppstår i skjøten, dvs. de påkjenninger som for det første er rettet i aksial retning og for det annet er rettet tangentialt til en sirkel i planet på tvers av aksen i vedkommende punkt. I praksis er det tilstrekkelig at de biaksiale påkjenninger i skjøten ikke over-stiger verdien av de tillatte biaksiale påkjenninger i selve røret fordi det ikke er nødvendig å ha en skjøt som er sterkere enn røret selv.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en skjøt av den innledningsvis nevnte type, hvor det karakteristiske er at det ved fastsettelse av de nominelle mål mellom gjengetoppene av yttergjengene og gjengebunnene av innergjengene, såvel som mellom gjengebunnene av yttergjengene og gjengetoppene av innergjengene er anordnet en klaring hvis størrelse er slik valgt under hensyntagen til gjengenes fremstillingstoleranser at den ved maksimalt toleranseavvik oppstående maksimale diameter av yttergjengenes generatriser og den minimale diameter av innergjengenes generatriser i verste fall fører til en penetrasjon av gjengene som er betydelig mindre enn størrelsen av frem-st il lings toleransene .

Når skjøtens hanndel og hunndel er skrudd sammen, men før koblingen utsettes for forholdene i en oljebrønn, eksisterer det en liten klaring mellom de utvendige og innvendige gjenger. Denne klaring kan være lik null, eller det kan i enkelte tilfeller eksistere en mindre teoretisk interpenetrasjon. I tilfellet av interpenetrasjon vil det ved tilskruning av

i

skjøten oppstå en meget liten deformasjon av de innvendige og utvendige gjenger.

Man har funnet at risikoen for sprøbrudd er betydelig redusert ved skjøter ifølge oppfinnelsen, og slike er derfor blitt brukt i undersjøiske avleiringer som har vært spesielt korrosive og allikevel gitt godt resultat.

Ytterligere fordelaktige trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav..

Til bedre forståelse av oppfinnelsen skal den beskrives nærmere under henvisning til de utførelseseksempler som er vist på vedføyede tegninger, hvor: Fig. 1 er et skjematisk snitt av en skjøt ifølge oppfinnelsen, omfattende avkortet kjegleformede gjenger, Fig. 2 er en variant av skjøten på fig- 1, i hvilken sammenføyningen skjer ved hjelp av sylindrisk-koniske gjenger, Fig. 3 skjematisk viser den klaring som eksisterer i en skjøt ifølge oppfinnelsen mellom gjengene på hunndelen, Fig. 4 og 5 skjematisk viser hvorledes fordelingen av maskineringstoleransene bør være disponert på hann- og hunndelen, Fig. 6 skjematisk og i større målestokk viser de de-formasjoner som hunndelen underkastes når et langsgående strekk utøves på skjøten, og Fig. 7 skjematisk viser en variant ifølge oppfinnelsen som tillater bedre fordeling av påkjenningene på den ytre periferi av hunndelen.

På fig. 1 er i snitt skjematisk vist en skjøt ifølge oppfinnelsen, omfattende enden av en hanndel på hvilken der er påskrudd en rørformet muffe 2. Det rette parti av den rørformede muffe omfatter ikke den annen hanndel som skal gripe inn i den. Som allerede nevnt er enden av hanndelen forsynt med en avkortet kjegleflate 3 som legges an mot en krave 4 av tilsvarende form på muffen 2, og hvis hovedformål er å sikre begrens-ning av påskruningen.

På ytre periferi av enden av delen 1 er der en flate 5, for eksempel av form som en avkortet kjegle,.som under sammenskru-ningen legges an mot en: flate 6 på muffen 2 av tilsvarende eller nær tilsvarende form.

Av fig. 1 ses også hvorledes den avkortet kjegleformede gjengning 7 på'hanndelen griper inn i den avkortet kjegleformede gjengning 8 av tilsvarende form på hunndelen.

Av fig 1 ses videre hvorledes flatene 9 og lo, som forbinder enden av gjengningene av enden av hanndelen på den ene side og kraven på hannmuffen på den annen side, lar det bli et lite innbyrdes spillerom ifolge en foretrukket utformning av oppfinnelsen.

Under sammenskruning av skjoten bestemmes begrensningen av anlegget av hanndelens ende mot flatene 4 og 6 på hunndelen.

Virkningen av hanndelens flate 3 på området 4 av hunndelens krave er å trykke utover enden av hanndelen, hvis flate 5 legger seg an mot flaten 6 på hunndelen for å sikre tetning av skjoten.

Vinkelen mellom flatens 4 generatrise og planet perpendikulært på skjotens akse bor være storre enn hanndelsendens glide-vinkel på hunndelens krave. Denne vinkel ligger for eksempel mellom 10° og 30° og velges fortrinnsvis mellom 15° og 20°.

Heldningen og formen av flatene 5 og 6 kan variere innen

vide grenser når de bare tillater tetning av skjoten ved elastisk og/eller plastisk deformasjon av flaten 5 mot flaten P

I fig. 2 er vist en variant av utformningen i fig. 1.

I denne variant er gjengningene 7 og 8 på "hanndelen og hunndelen, istedenfor på en avkortet kjegle, realisert hovedsakelig på en sylinderflate 1, og i den viste utformning også på en avkortet kjegleformet flate 11 som er beliggende i nærheten av enden av hunnmuffen.

Som det vil ses av fig. 2 er det sylindriske parti av gjengningene det viktigste. I en variant vil eventuelt det avkortet kjegleformede parti kunne sloyfes, skjont dette parti tillater en mere rasjonell anvendelse av metallet ved å gjore bruk av gjenger med progressivt avtagende hoyde mot det ror som utgjor hanndelen.

I fig. 3 er det skjematisk, i snitt og i storre målestokk, vist et parti av gjengene på hanndelen 7 og hunndelen 8.

For å ta hensyn til nødvendigheten av et radialt spillerom, som er et av hovedtrekkene ved* oppfinnelsen, er. den kjegleformede generatrise 11 for gjengningen 7 på hanndelen beliggende under den kjegleformede generatrise 12 for gjengningen 8 på hunndelen, slik at der mellom de to gjengninger oppstår et midlere spillerom svarende til avstanden mellom genera-trisene 11 og 12.

Det ses da at toppene på gjengene 13 på hanndelen 7 har mindre diameter enn bunnene av gjengene 14 på hunndelen 8. Dette gjelder også bunnene av gjengene 15 på hanndelen 7 og toppene av gjengene på hunndelen 8.

Likeledes lar de bakre flanker 17 og 18 det bli et spillerom mellom disse og gjengningen, og sammenf6yningen sikres ute-lukkende ved virkningen av de fremre flanker 19 og 2o på hanngjengene og hunngjengene.

Det ses at under disse omstendigheter bevirker sammenskru-ningen av skjoten ingen krympning av hunndelen 8 på hanndelen 7.

For bedre å forstå den måte på hvilken spillerommene mellom hannghengene og hunngjengene realiseres, er i fig. 4 og 5 skjematisk vist to mulige tilfeller for fordeling av fabrikasjonstoleransene.

I disse to figurer gjenfinnes den kjegleformede generatrise II for gjengningen på hanndelen og den kjegleformede generatrise 12 for gjengningen på hunndelen.

Linjene 11 og 12 svarer til de teoretiske posisjoner av hann-og hunngjengningene.

I praksis er det dog umulig å realisere gjengninger noyaktig i den posisjon de burde være.

Mellom linjene 11 mini og 11 maksi er således vist de posi-sjonsforskyvninger av generatrisen 11 som skyldes fabrikasjonstoleransene.

Når med andre ord hann-gjengningen teoretisk må bestemmes av generatrisen 11,ligger i praksis generatrisen, som funksjon av tilfeldigheten under maskineringen, mellom generatrisen II mini og generatrisen 11 maksi. Dette gjelder også generatrisen 12.

I det i fig. 4 viste tilfelle har man valgt de teoretiske posisjoner for generatrisen 11 og 12 slik at dimensjonene av 12 mini alltid er storre enn dimensjonene av 11 maksi. Herav folger at man får et obligatorisk spillerom i alle punkter på hann- og hunn-gjengningene. Den minimale storrelse av dette spillerom representeres av avstanden 21.

Ifolge oppfinnelsen er det å foretrekke å velge storrelsen av spillerommet 21 så liten som mulig, og om mulig velge den nær null.

Fig. 5 viser det tilfelle da man har valgt dimensjonene av generatrisen 11 maksi storre enn dimensjonene av generatrisen 12 mini, hvorav folger en gjensidig inntrengning i områdene

for fabrikasjonstoleransene med en liten avstand som i fig. 5 er representert ved 22.

Det vil forstås at det i det i fig. 5:-viste tilfelle eksisterer et spillerom mellom hann-gjengningen og hunn-gjengningen i alle de punkter, som utgjor en stor majoritet, hvor den effektive realisering av generatrisen 11 er beliggende under den effektive realisering av generatrisen 12.

Ved at man i praksis antar en liten innbyrdes inntrengning i områdene for fabrikasjonstoleransene, realiserer man gjengningen uten vesentlig krympning eller med en meget redusert krympning som ikke motvirker de formål som sokes nådd ved nær-værende oppfinnelse..

Hvis eksempelvis fabrikasjonstoleransene i radius ér av stør-relsesorden en tiendedels millimeter (avstanden mellom 11 mini og 11 maksi eller mellom 12 mini og 12 maksi) kan den inn-. b<y>rdes inntrengning i toleranseområdene for eksempel være

noen hundredels millimeter.

I "fig. 6 er skjematisk vist dé.påkjenninger som utoves når to

hanndeler 1 settes sammen på en rorformet muffe 2, og at det utoves en aksial strekk-kraft på den sammensatte skjot, for eksempel v ed strekk langs hanndelene. Et slikt strekk oppstår i praksis ved opphengning av roret i en sjakt.

Det skal bemerkes at under sammenskruning av skj.oten utoves

det i muffens midtparti 3 for det forste en rekke krefter Fl som er trykkr-krefter og ligger på indre periferi av muffen,,

og for det annet en rekke krefter F2 som er strekk-krefter og ligger på muffens ytre periferi.

Det er disse krefters likevekt som sikrer sammensetningen av skjoten.

Når man progressivt utsetter denne skjot for aksiale strekk-krefter som utoves på hanndelene, vil man forstå at kreftene Fl avtar progressivt mens kreftene F2 oker, slik at de motvirker de langsgående strekk-krefter.

I folge oppfinnelsen er det prinsipielt å foretrekke at kreftene Fl alltid forblir tilstede for å sikre tetning.

Tilstedeværelsen av kreftene F2 som gjenfinnes langs "hele lengden av muffen, og spesielt helt ut tul venstre ende av denne (sett som i fig. 6), bevirker en svak sammensnoring av muffen, det vil si en reduksjon av dennes diameter, som realiseres så meget lettere ved at man ifolge oppfinnelsen har realisert et spillerom mellom gjengningen på hanndelen og gjengningen på hunndelen.

Denne sammensnoring av metallet har til formål å bevirke

svake trykk-krefter på periferien av muffen perpendikulært på rorets akse.

Nær ytterkanten av muffen er med stiplet linje vist den deformering som folger av denne sammensnoring. Denne deformering er selvsagt betydelig overdrevet for å lette forståelsen.

Det ses at ved endene av muffen og over en temmelig lang lengde, blir det en nær konstant reduksjon av diameteren,

slik som vist ved linjen 23. I hoyde med muffens midtområde 3, er derimot storrelsen av den diameterreduksjon som er vist ved linjen 24 meget mindre på grunn av at dette parti åv muffen er meget tykkere og presses sammen ved trykket mot anlegget (kreftene Fl), og derfor effektivt kan motstå virkningene

av sammensnoringen.

Endelig vil det ses at linje 23 nærmer seg linje 24 gjennom

en linje 25 som oppviser et vendepunkt.

Det er på hoyde med vendepunktene av linjen 25 at det på muffens overflate eventuelt vil kunne vise seg punkter for hvilke det eksisterer en lett strekkpåkjenning i en retning perpendikulær på muffens akse.

For å redusere muligheten for å mote slike strekkpåkjenninger som er skadelige for en god motstandsdyktighet mot hydrogen-skjorhet, er det ifolge en spesiell utformning av oppfinnelsen å foretrekke å forutsette et spillerom mellom flatene 9 og lo, slik at det tillates en god fordeling av påkjenningene mellom muffens midtparti 3 og det gjengede område. På denne måte

lettes dannelsen av en slags utplaning på muffens ytterflate

på grunn av muligheten for at metallet kan pivotere om hanndelens ytre kant.

Det bemerkes videre at denne gode fordeling av påkjenningene

på hunndelens ytterflate kan oppnås så meget lettere som kreftene Fl reduseres. Dette er grunnen til at det er å foretrekke å redusere sammenskruningsmomentet til et minimum.

I fig. 7 er vist en variant som i stor utstrekning tillater unngåelse av kurven 25 med vendepunkt på muffens ytterflate når den utsettes for langsgående strekk.

I denne hensikt er det på ytterflaten av muffens parti 3 realisert en lett innsnevring 26 som progressivt nærmer seg muffens ytterflate.

Når muffens midtparti på denne måte er svekket, motvirkes

den deforméring som skyldes overykkelsen av dette midtparti av muffen.

Av denne grunn kan man oppnå deformasjonslinjer 23, 24 og 25

som hovedsakelig rettes ut av et langsgående strekk på de således sammensatte ror.

på denne måte oppnår man at man ikke i noe punkt på muffens ytterflate moter noen storre overkonsentrasjon av påkjenninger ved formforandring enn de midlere strekkpåkjenninger i den betraktede tykkelse, og som man behersker ved de disposisjoner som er foretatt ifolge oppfinnelsen.

Ifolge en foretrukket variant av oppfinnelsen realiseres muf-

fen i fig. 1 slik at avstanden mellom muffens to kraver 4

blir lik minst 2,2 ganger tykkelsen av muffen 2 mellom kravene 4. På denne måte oppnås en meget gunstig fordeling av påkjenningene på muffen.

Ved en skjot uten muffe omfatter hunndelen med fordel en krave 4 som forlenges aksialt ifolge sn sylinderflate med lengde minst" lik 1,1 ganger den totale tykkelse av hunndelen i hoyde med kraven.

I en annen variant av oppfinnelsen er det mulig å forbedre^ fordelingen av påkjenningene på hunndelens ytterflate ved å anvende et meget redusert sammenskruningsmoment, som vil være utilstrekkelig til alene å sikre tetning av skjoten når denne utsettes for et langsgående strekk. I dette tilfelle bruker man, for å realisere sammensetningen, et polymeriser-bart smoremiddel som ved herdning sikrer liming av skjoten og unngår at den skrur seg ut under drift, og som oker tet-ningen. Fortrinnsvis bor smoremidlet tillate fraskruing skjoten uten å beskadige, metallet.

Selvsagt oppviser de ovenfor beskrevne utformninger ingen begrensende trekk, og de kan være gjenstand for alle onskelige modifikasjoner uten å avvike fra oppfinnelsens ramme.

Claims (7)

1. Skjøt for boreror med en hanndel som i det minste områdsvis er forsynt med koniske yttergjenger og som i sin ende oppviser et anslag, og med en hunndel som er forsynt med tilsvarende innvendige gjenger og som oppviser en indre skulder som anslaget under deformasjon kan spennes mot, karakterisert ved at det ved fastsettelse av de nominelle mål mellom gjengetoppene (13) av yttergjengene (7) og gjengebunnene (14) av innergjengene (8) såvel som mellom gjengebunnene (15) av yttergjengene (7) og gjengetoppene (16) av innergjengene er anordnet en klaring hvis storrelse er slik valgt under hensyntagen til gjengenes fremstillingstoleranse at den ved maksimalt toleranseavvik oppstående maksimale diameter av yttergjengenes generatrise (11) og den minimale diameter av innergjengenes generatrise (12) i verste fall forer til en penetrasjon (22) av gjengene som er betydelig mindre enn storrelsen av fremstillingstoleransen.

2. Skjøt ifolge krav 1, karakterisert ved at den ved maksimal nominell verdiavvikelse bestående maksimale diameter av yttergjengenes generatrise (11) og minimale diameter av innergjengenes generatrise (12) er like stor (klaring 21 er lik 0).

3. Skjøt ifolge krav 1 og 2, karakterisert ved at det på ytterflaten av hunnelementet (2) foreligger en progresiv forminskning (26) av diameteren i det området (III) som befinner seg på innsiden av skulderen (4,6) eller som ligger mellom de to skuldre (4,6) når hunndelen omfatter en muffe.

4. Skjøt ifolge et av de foreliggende krav, karakterisert ved at hunnelementets (2) skulder (4,6) oppviser en overflate som er omtrent 10 til 20% storre enn hannelementets (1) anslags flate (3,5).

5. Skjøt ifolge et av de foregående krav, karakter- .i s e r t ved at det ved anvendelse av en muffe (2) i hunnelementet, foreligger en midlere avstand mellom muffens to skuldre (4,6)'-som minst er 2, 2 ganger så stor som muffens tykkelse mellom dé to skuldre.

6. Skjøt ifolge et av de foregående krav, karakterisert ved at hunndelens (2) skulder (4,6) på sitt indre parti (4) på i pg.for seg kjent måte har form av en avkortet kjegle hvis fiktive spiss er rettet mot hunndelen (2)', mens det ytre parti (6) av skulderen (4,6) har form av en avkortet kjegle hvis konisitet forloper omvendt, og at hanndelen (1) på indre parti (3) av sitt motanslag er utformet komplementdert til det indre parti (4) av hunnelementets skulder (4,6), mens formen av omkretspartiet (5) av motanslaget (3,5) av hensyn til det ytre parti (6) av hunndelens(2) skulder (4,6) er slik utformet at det ved fastspenning finner sted en deformasjon av det ytre parti (5) av hanndelens (1) motanslag (3,5) mot det ytre koniske parti (6) av hunndelen (2).

7. Skjøt ifolge et av de foregående krav, karakterisert ved at yttergjengene (7) kun ligger an med sine flanker (19) mot de tilordnede flanker (209) på innergjengene (8) som ligger på den side av de respektive gjenger som er nærmest skulderen, mens det mellom gjengenes ovrige flanker (17,18) forblir fri klaring.