NO162598B

NO162598B - PROCEDURE FOR THE MANUFACTURE OF AN INSULATING CONNECTOR FOR VECTROS, AND INSULATING INSTALLATION CONNECTION.

Info

Publication number: NO162598B
Application number: NO85853702A
Authority: NO
Inventors: Frederick A Stone; Roert J Maron
Original assignee: Teleco Oilfield Services Inc
Priority date: 1984-01-23
Filing date: 1985-09-20
Publication date: 1989-10-16
Also published as: NO853702L; NO162598C

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for dannelsen av The invention relates to a method for the formation of

en isolerende kobling for et vektrør med første og andre vektrørsegmenter med til hverandre passende gjengede seksjoner. Oppfinnelsen vedrører også en isolerende vektrørforbindelse. Gjengene til koblingsforbindelsen er belagt med et lag av isolerende materiale for å bevirke elektrisk isolasjon mellom til hverandre støtende seksjoner av et vektrør for å forhindre føring av en elektrisk strøm aksialt langs vektrøret. an insulating coupling for a neck tube with first and second neck tube segments having mating threaded sections. The invention also relates to an insulating collar tube connection. The threads of the coupling connection are coated with a layer of insulating material to effect electrical isolation between abutting sections of a collar tube to prevent conduction of an electrical current axially along the collar tube.

På fagområdet boring av borehull er det flere grunner In the field of drilling boreholes, there are several reasons

til at det kan være ønskelig å anbringe en elektrisk isolasjon mellom mot hverandre støtende segmenter av et vektrør. En av de prinsipielle grunner for ønsket om elektrisk å isolere mot hverandre støtende seksjoner av et vektrør er det formål å to the fact that it may be desirable to place an electrical insulation between mutually abutting segments of a weight tube. One of the principle reasons for the desire to electrically isolate mutually abutting sections of a neck tube is the purpose to

bruke borestrengen som en elektrisk ledning for overføring av data samlet på bunnen av brønnen til overflaten i løpet av boringen. Dette trekk med hensyn til elektrisk telemetri har vært kjent i mange år, men det har ikke vært anvendt på en reell kommersiell basis på grunn av en rekke dermed forbundne problemer. Et av disse prinsipielle problemer innbefatter] manglende evne til å frembringe en egnet isolert forbindelse for .tilveie-bringelsen av elektrisk isolasjon mellom mot hverandre støtende segmenter av vektrøret uten å gå på alvorlig kompromiss med den konstruktive integritet for vektrøret. Som typisk eksempel hadde de inntil nu kjente isolerte forbindelser en rekke alvorlige vanskeligheter eller ulemper, av hvilke en hovedulempe er mangelen på evne til å motstå belastninger forårsaket av dreie-belastninger ved sammensetning og bruk av borstrengen. use the drill string as an electrical wire to transmit data collected at the bottom of the well to the surface during drilling. This feature of electrical telemetry has been known for many years, but has not been applied on a real commercial basis due to a number of associated problems. One of these fundamental problems includes the inability to produce a suitable insulated connection to provide electrical isolation between abutting segments of the collar without seriously compromising the structural integrity of the collar. As a typical example, the hitherto known isolated connections had a number of serious difficulties or disadvantages, of which a main disadvantage is the lack of ability to withstand loads caused by twisting loads during assembly and use of the drill string.

Isolerte forbindelser av en eller annen type er vist i et antall bevilgede US-patenter. Uten å forsøke å gi en full-stendig liste er typiske tidligere kjente isolerte forbindelser vist i US patentene nr. 3.150.321, nr. 2.940.787, nr. 2.917.704, nr. 2.388.141, nr. 2.313.384, nr. 2.300.823, nr. 1.859.311 og DE-OS 32.37.588. Fra det sistnevnte DE-OS 32.37.588 er det Isolated compounds of one type or another are shown in a number of granted US patents. Without attempting to provide an exhaustive list, typical previously known isolated compounds are shown in US Patents No. 3,150,321, No. 2,940,787, No. 2,917,704, No. 2,388,141, No. 2,313,384, No. 2,300,823, No. 1,859,311 and DE-OS 32,37,588. From the latter DE-OS 32.37.588 it is

kjent en gasstett elektrisk isolerende kobling mellom to rørender, men det dreier seg der ikke om noen gjenget forbindelse, som jo er mere komplisert å isolere. A gas-tight electrically insulating connection between two pipe ends is known, but it is not a threaded connection, which is more complicated to insulate.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å overvinne de ovenfor nevnte og andre ulemper ved den kjente teknikk. The purpose of the present invention is to overcome the above-mentioned and other disadvantages of the known technique.

Denne hensikt oppnås ved en fremgangsmåte for dannelse av en isolerende kobling for et vektrør med første og andre vektrørsegmenter, med til hverandre passende gjengede seksjoner, som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den gjengede seksjon på et av vektrørsegmentene utformes med en tykkelse som er redusert med mellom 0,0 5 og,0,15 mm i forhold til de ønskede endelige dimensjoner for det gjengede samvirke med den tilpassede gjengede seksjon på det andre vektrør-segment, at det påføres et elektrisk isolerende keramisk belegg med en tilsvarende tykkelse mellom 0,05 og 0,15 mm på den gjengede seksjon til det ene vektrørsegment for oppnåelsen av de ønskede sluttdimensjoner og at det keramiske belegg forsegles med et forseglingsmiddel som kan redusere porøsi-teten. Ytterligere trekk ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fremgår av underkravene 2-6. This purpose is achieved by a method for forming an insulating coupling for a neck tube with first and second neck tube segments, with matching threaded sections, which according to the invention is characterized by the fact that the threaded section on one of the neck tube segments is designed with a thickness that is reduced by between 0.0 5 and 0.15 mm in relation to the desired final dimensions for the threaded cooperation with the adapted threaded section on the second neck tube segment, that an electrically insulating ceramic coating is applied with a corresponding thickness between 0.05 and 0.15 mm on the threaded section to one neck tube segment to achieve the desired final dimensions and that the ceramic coating is sealed with a sealing agent that can reduce the porosity. Further features of the method according to the invention appear from sub-claims 2-6.

Det isolerende keramiske belegg kan påføres med en eksplosjonssprøyteprosess. Belegget påføres innenfor et kritisk tykkelsesområde for å gi den ønskede kombinasjon av oppnåelsen av ønsket elektrisk motstand og samtidig bevarelse av den konstruktive integritet for forbindelsen. Før påføringen av det isolerende keramiske belegg blir gjengene fordelaktig maskinert for å fjerne en mengde av material svarende til tykkelsen for det keramiske belegg som skal påføres, for således å bevare dimensjonens integritet på koblingen. The insulating ceramic coating can be applied by an explosion spraying process. The coating is applied within a critical thickness range to provide the desired combination of achieving the desired electrical resistance while preserving the structural integrity of the connection. Before the application of the insulating ceramic coating, the threads are advantageously machined to remove an amount of material corresponding to the thickness of the ceramic coating to be applied, so as to preserve the dimensional integrity of the coupling.

Ved oppfinnelsen er det også tilveiebragt en" isolerende vektrørsforbindelse som innbefatter et første metallisk vektrørsegment med en første gjenget seksjon med belegg av elektrisk isolerende materiale, hvilket isolerende belegg ligger i tykkelsesområdet mellom 0,05 og 0,15 mm og et andre metallisk vektrørsegment-som er forbundet til det første vektrørsegment, hvilket andre vektrørsegment har en andre gjenget seksjon som kan bringes i gjengesamvirke med den isolasjonsbelagte gjengede seksjon av den første vektrør-seksjon. Ytterligere fordelaktige trekk fremgår av kravene 8-10. The invention also provides an "insulating tube connection" which includes a first metallic tube segment with a first threaded section with a coating of electrically insulating material, which insulating coating is in the thickness range between 0.05 and 0.15 mm and a second metallic tube segment-which is connected to the first neck tube segment, which second neck tube segment has a second threaded section which can be brought into thread engagement with the insulation-coated threaded section of the first neck tube section.Further advantageous features appear from claims 8-10.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere ved hjelp av et utførelseseksempel som er fremstilt på tegningen, hvor: fig. 1 er et snittriss av en forbindelsesseksjon på et vektrør med den isolerende kobling ifølge foreliggende oppfinnelse, In the following, the invention will be described in more detail with the help of an embodiment shown in the drawing, where: fig. 1 is a sectional view of a connection section on a weight tube with the insulating coupling according to the present invention,

fig. 2 er et forstørret riss av en del av koblingen på fig. 1, fig. 2 is an enlarged view of part of the coupling in fig. 1,

fig. 3 er et flytskjema av fremgangsmåten for forming av den isolerende kobling ifølge foreliggende oppfinnelse. fig. 3 is a flowchart of the method for forming the insulating coupling according to the present invention.

Selv om den kan finne anvendelse i andre omgivelser, er foreliggende oppfinnelse primært beregnet for bruk i forbindelse med en borstreng for boring av olje- og gassbrønner. Mer spesielt er foreliggende oppfinnelse beregnet på å gi en isolert kobling mellom segmentene i et vektrør i en borestreng, slik at borestrengen kan bli benyttet som en elektrisk ledning for elektrisk telemetri til overflaten av data utledet nede i brønnen vedrørende borehullsinformasjon, såsom retningsborings-data, brønnloggedata etc. Da borestrengen og resten av omgivelsene kan være av vanlig art, viser tegningen bare vektrørsegmentet som innbefatter den isolerte forbindelse ifølge foreliggende oppfinnelse. Although it may find application in other environments, the present invention is primarily intended for use in connection with a drill string for drilling oil and gas wells. More particularly, the present invention is intended to provide an isolated connection between the segments of a weight pipe in a drill string, so that the drill string can be used as an electrical line for electrical telemetry to the surface of data derived downhole regarding borehole information, such as directional drilling data, well log data etc. As the drill string and the rest of the surroundings can be of a normal nature, the drawing only shows the collar segment which includes the isolated connection according to the present invention.

Under henvisning til de enkelte figurer på tegningen With reference to the individual figures in the drawing

er det øvre segment 10 på et vektrør forbundet til et lavere segment 12 over en isolert, gjenget forbindelse 14. I nær-heten av forbindelsen 14 kan vektrørsegmentet 10 bestå av en "American Petroleum Institute" (API) tapp ("pin")-forbindelse 16 og vektrørsegmentet 12 består av en API fatnings ("box")-forbindelse 18. Tapp- og fatningsforbindelsene 16 og 18 har til hverandre passende gjenger (ikke vist i detalj på fig. 2 the upper segment 10 of a riser is connected to a lower segment 12 via an insulated, threaded connection 14. Near the connection 14, the riser segment 10 may consist of an American Petroleum Institute (API) pin. connection 16 and the neck tube segment 12 consist of an API socket ("box") connection 18. The spigot and socket connections 16 and 18 have matching threads (not shown in detail in Fig. 2

for dannelsen av en gjenget forbindelse mellom vektrørseg-mentene 10 og 12. Gjengene utstrekker seg mellom endeseksjonen 20 på vektrørsegmentet 10 og skulderen 23 på vektrørsegmentet 12. for the formation of a threaded connection between the neck tube segments 10 and 12. The threads extend between the end section 20 of the neck tube segment 10 and the shoulder 23 of the neck tube segment 12.

Under spesiell henvisning til fig. 2 er det vist en gjenge-forbindelse mellom fatning 18 og tapp 16 i detalj. I samsvar med foreliggende oppfinnelse er et elektrisk isolerende keramisk belegg 24, så som et aluminiumoksid, påført på gjengene på tapp-elementet 16. Det isolerende keramiske belegg vil bli påført på hele lengden eller den aksielle spennvidde av gjengene, og det isolerende belegg vil også utstrekke seg til endeseksjonen 20 og skulderen 22 på vektrørsegmentet 10 for å sikre elektrisk isolasjon mellom vektrørsegmentene. I og med at det også er mulig å påføre belegget på gjengene til fatningselementet 18 og skulderen 23 på vektrørsegmentet 12, vil det isolerende keramiske belegg bli påført den ene eller den andre av forbindelses-segmentene, men det er ikke nødvendig å påføre belegget på begge. With particular reference to fig. 2, a threaded connection between socket 18 and pin 16 is shown in detail. In accordance with the present invention, an electrically insulating ceramic coating 24, such as an aluminum oxide, is applied to the threads of the pin member 16. The insulating ceramic coating will be applied over the entire length or axial span of the threads, and the insulating coating will also extend to the end section 20 and the shoulder 22 of the collar segment 10 to ensure electrical isolation between the collar segments. As it is also possible to apply the coating to the threads of the socket element 18 and the shoulder 23 of the neck tube segment 12, the insulating ceramic coating will be applied to one or the other of the connecting segments, but it is not necessary to apply the coating to both .

Som vist i strømhingsdiagrammet på fig. 3 er forbindelsen 14 dannet ved en flertrinnsprosess. I trinn A blir en liten mengde materiale fjernet fra gjengene og skulderseksjonen på for-bindelsessegmentet som skal belegges med et isolerende materiale. Hvis det således antas at et isolerende keramisk belegg skal påføres på tapp-elementet 16 til vektrørssegmentet 10, blir en liten mengde materiale svarende i dybde til dybden eller tykkelsen på belegget som skal påføres, fjernet fra gjengene på tappsegmentet 16 og skulderområdet 22, f.eks. ved maskinering. Deretter blir i trinn B et belegg av isolerende keramisk materiale, fortrinnsvis aluminiumoksid, påført på de reduserte gjenge- og skulderområder for å tilbakeføre disse deler av tappseksjonen 16 til deres opprinnelige dimensjoner, og eventuelt på endeseksjonen 20 som en mulig sikkerhetsforanstaltning mot kortslutning. Det isolerende keramiske belegg blir påført med en kjent detonasjons-sprøyteprosess, og det isolerende belegg påføres langs hele den aksielle utstrekning og omkretsutstrek-ningen av gjengene og langs skulderområdet og eventuelt endeom-rådet (hvorved alle deler kan betraktes som å være "den gjengede seksjon" slik det er benyttet i beskrivelsen og kravene) for å sikre elektrisk isolasjon mellom vektrørssegmentene. Etter at et isolerende belegg 24 er blitt påført på den gjengede seksjon, blir aluminiumoksidet forseglet i trinn c med en epoksy eller en tilsvarende type forseglingsmiddel for å eliminere eller redusere porøsiteten. Som et alternativ til fjerning av materialet fra vektrørsegmentet 10 er det også mulig å tilforme vektrørsegmentet 10 underdimensjonert med tykkelsen for det keramiske belegg som skal påføres, og deretter påføre den ønskede tykkelse av keramisk isolerende belegg. As shown in the current loop diagram of fig. 3, the compound 14 is formed by a multi-step process. In step A, a small amount of material is removed from the threads and the shoulder section of the connecting segment to be coated with an insulating material. Thus, if it is assumed that an insulating ceramic coating is to be applied to the spigot element 16 of the yoke segment 10, a small amount of material corresponding in depth to the depth or thickness of the coating to be applied is removed from the threads of the spigot segment 16 and the shoulder area 22, e.g. e.g. by machining. Then, in step B, a coating of insulating ceramic material, preferably aluminum oxide, is applied to the reduced thread and shoulder areas to return these parts of the pin section 16 to their original dimensions, and possibly to the end section 20 as a possible safety measure against short circuits. The insulating ceramic coating is applied by a known detonation spray process, and the insulating coating is applied along the entire axial extent and circumferential extent of the threads and along the shoulder area and possibly the end area (whereby all parts can be considered to be "the threaded section " as used in the description and requirements) to ensure electrical isolation between the neck tube segments. After an insulating coating 24 has been applied to the threaded section, the aluminum oxide is sealed in step c with an epoxy or similar type of sealant to eliminate or reduce porosity. As an alternative to removing the material from the neck tube segment 10, it is also possible to shape the neck tube segment 10 undersized with the thickness for the ceramic coating to be applied, and then apply the desired thickness of ceramic insulating coating.

I samsvar med oppfinnelsen er det vesentlig at belegget In accordance with the invention, it is essential that the coating

24 blir påført i et kritisk tykkelsesområde på gjengene som skal isoleres. Dette kritiske tykkelsesområde er mellom 0,05 og 0,15 mm for tykkelsen av belegget. Et belegg som er mindre enn 0,05 mm i tykkelse vil eventuelt ikke gi den nødvendige elektriske motstand, selv om den kan bibeholde dens mekaniske integritet. Omvendt vil et belegg som er tykkere enn 0,15 mm bli utsatt for avskalling ved gjengeryggene, noe som vil re-sultere i tap av elektrisk isolasjon og kan også påvirke den konstruktive integritet. Et belegg tykkere enn 0,15 mm kan skalle av fordi den større tykkelse på belegget bevirker at sprøheten av keramikken kan bli mere sterkt belastet, da den forsøker å følge deformasjonen av gjengene i forbindelsen når dreiemomentet utøves under sammensetning. Med et belegg som holdes innenfor det kritiske tykkelsesområde mellom 0.05 mm og 0,15 mm vil forbindelsen ifølge foreliggende oppfinnelse til-veiebringe og opprettholde elektrisk isolasjon mellom vektrør-segmentene 10 og 12 uten noen vesentlig påvirkning av den konstruktive integritet og den dreiemomentbærende evne for forbindelsen. Det skal også bemerkes at det er vesentlig ved 24 is applied in a critical thickness range to the threads to be insulated. This critical thickness range is between 0.05 and 0.15 mm for the thickness of the coating. A coating less than 0.05 mm in thickness may not provide the required electrical resistance, although it may retain its mechanical integrity. Conversely, a coating that is thicker than 0.15 mm will be exposed to peeling at the thread ridges, which will result in a loss of electrical insulation and may also affect the structural integrity. A coating thicker than 0.15 mm can peel off because the greater thickness of the coating means that the brittleness of the ceramic can be more heavily stressed, as it tries to follow the deformation of the threads in the connection when the torque is exerted during assembly. With a coating that is kept within the critical thickness range between 0.05 mm and 0.15 mm, the connection according to the present invention will provide and maintain electrical insulation between the stress tube segments 10 and 12 without any significant impact on the structural integrity and the torque-carrying ability of the connection . It should also be noted that there is substantial wood

gjennomføring av foreliggende oppfinnelse at det isolerende belegg 24 påføres ved en eksplosjonssprøyteprosess, så som "Union Carbide"s kjente eksplosjonssprøyteprosess eller en tilsvarende prosess som vil gi en binding mellom det keramiske isolerende implementation of the present invention that the insulating coating 24 is applied by an explosion spraying process, such as "Union Carbide's" known explosion spraying process or a similar process which will provide a bond between the ceramic insulating

materiale og metallgjengene i tilstrekkelig grad til å motstå belastninger og dreiemomentet som utøves ved sammensetningen og bruken av vektrøret. Plasmasprøytning og tilsvarende prosesser er ikke egnet fordi de ikke resulterer i en binding med tilstrekkelig styrke til å motstå belastningene som er iboende i systemet. material and the metal threads to a sufficient extent to withstand the loads and the torque exerted by the composition and use of the neck tube. Plasma spraying and similar processes are not suitable because they do not result in a bond of sufficient strength to withstand the stresses inherent in the system.

Claims

1. Method for forming an insulating coupling for a neck tube with first and second neck tube segments with matching threaded sections, characterized in that the threaded section on one of the neck tube segments is designed with a thickness that is reduced by between 0.05 and 0.15 mm in relation to the desired final dimensions for the threaded cooperation with the adapted threaded section on the second neck tube segment, that an electrically insulating ceramic coating with a corresponding thickness between 0.05 and 0.15 mm is applied to the threaded section of one collar tube segment to achieve the desired final dimensions and that the ceramic coating is sealed with a sealing agent that can reduce porosity.

2. Method according to claim 1, characterized in that the application of a coating of ceramic material includes the application of a ceramic material by means of an explosion spraying process.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the step of forming the threaded section on one of the neck tube segments with a reduced diameter includes the threaded section on one of the neck tube segments being shaped undersized with a thickness corresponding to the thickness of the ceramic coating to be is applied.

4. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the step of designing the threaded section on one of the neck tube segments that has a reduced diameter includes that the threaded section is initially designed with a first predetermined dimension and that a predetermined dimension is removed from the threaded section amount of material to reduce the thickness to the final, desired and reduced dimension.

5. Method according to claim 1 or 2, kar aOj£ fc e - rised in that the step with the design of the threaded section on one of the neck tube segments which has a reduced diameter, includes an original shaping of the threaded section to approx. the final, desired dimension for the section, and that an amount of material is removed from the threaded section corresponding to the thickness of the coating of ceramic insulating material to be applied to the threaded section with a reduced diameter.

6. Method according to claim 5, characterized in that the step of applying a coating of ceramic insulating material includes applying to the threaded section with a reduced diameter a coating of ceramic insulating material corresponding to the amount of material that has been removed from the threaded section.

7. Insulating weight tube connection, characterized in that it includes a first metallic weight tube segment with a first threaded part with a coating of electrically insulating ceramic material, which insulating coating has a thickness in the range between 0.05 and 0.15 mm, and a second metallic neck tube segment connected to the first neck tube segment, which second neck tube segment has a second threaded section that can be threadedly engaged with the insulating coated threaded section of the first neck tube section.

8. Insulating neck tube connection according to claim 7, characterized in that the coating of ceramic material is applied by an explosion spraying process.

9. Insulating neck tube connection according to claim 7, characterized in that the first threaded section before the ceramic coating has a thickness that is reduced from the coated dimension by an amount corresponding to the thickness of the ceramic coating.

10. Insulating neck tube connection according to claim 7, characterized in that the ceramic coating is aluminum oxide.