NO164796B

NO164796B - ROUTE CONNECTION OF TAPE AND MUFF ELEMENTS.

Info

Publication number: NO164796B
Application number: NO84845178A
Authority: NO
Inventors: Steven Landriault
Original assignee: Hydril Co
Priority date: 1983-04-26
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1990-08-06
Also published as: NO164796C; NO845178L; DK615884A; DK615884D0

Description

Oppfinnelsen angår generelt en rørforbindelse for rør-elementer som anvendes i oljeindustrien. Særlig angår oppfinnelsen en forbindelse for rørelementer som er fremstilt av relativt tynnvegget materiale med stor fasthet eller av relativt tykkvegget materiale som anvendes under forhold med høy strekkbelastning og høyt trykk som opptrer ved fremstilling av produksjonsrør eller foringsrør som anvendes i dype, hardt belastede olje- og gassbrønner. The invention generally relates to a pipe connection for pipe elements used in the oil industry. In particular, the invention relates to a connection for pipe elements that are made of relatively thin-walled material with high strength or of relatively thick-walled material that is used under conditions of high tensile load and high pressure that occur in the manufacture of production pipes or casing pipes that are used in deep, heavily loaded oil and gas wells.

Forholdene nede i brønnen som når en dybde på mer enn 4600 m omfatter trykk fra 100.000 kPa til 1750.000 kPa og temperaturer nær opp til 260°C. Forholdene nede i brønnen karakteriseres ofte som harde når svovelfattig gass C02 eller svovelholdig gass H2S påtreffes. For å kunne tåle forholdene i dype, hardt belastede brønner, fremstilles produksjonsrør- og foringsrør-koplinger ofte av forholdsvis tynnvegget legeringsstål som ikke stukes eller kald-bearbeides. Slikt stål har meget høy fasthet og trenger derfor ikke være så tykk som stål av lavere fasthet. Selv der forhold med hard belastning ikke ventes, er der tilfeller hvor forbindelsen må ha en strekkfasthet nær den maksimale for ikke-stukete eller ikke-kaldbearbeidede rør-elementer av forholdsvis tynt materiale. The conditions down in the well, which reaches a depth of more than 4,600 m, include pressures from 100,000 kPa to 1,750,000 kPa and temperatures close to 260°C. The conditions down the well are often characterized as harsh when low-sulphur gas C02 or sulfur-containing gas H2S is encountered. In order to withstand the conditions in deep, heavily loaded wells, production pipe and casing pipe connections are often made of relatively thin-walled alloy steel that is not bent or cold-worked. Such steel has very high strength and therefore does not need to be as thick as steel of lower strength. Even where hard load conditions are not expected, there are cases where the connection must have a tensile strength close to the maximum for non-twisted or non-cold-worked pipe elements of relatively thin material.

Kjente forbindelseskonstruksjoner anordnet på enden av rørelementer av forholdsvis tynt materiale som ikke har stukinger eller ikke er behandlet ved kaldbearbeiding er blitt anordnet på en enkeltgjengegeometri med en gjenge med positiv belastningsflanke. Slike kjente konstruksjoner fører til gjengeinterferens fra topp til bunn, hvilket fører til betydelige monteringsspenninger og uthoppingsfeil. Known connection structures arranged on the end of pipe elements of relatively thin material which do not have kinks or have not been treated by cold working have been arranged on a single thread geometry with a thread with a positive load flank. Such known constructions lead to thread interference from top to bottom, which leads to significant assembly stresses and jump-out errors.

Rette eller sylindriske, totrinns gjengekonstruksjoner er tidligere kjent for slike elementer av forholdsvis tynt materiale, men maksimale strekkfasthets-kriterier for slike konstruksjoner kan være umulig å tilfredsstille, særlig der rørelementene er beregnet på å anvendes i særlig dype brønner. Straight or cylindrical, two-stage thread constructions are previously known for such elements of relatively thin material, but maximum tensile strength criteria for such constructions may be impossible to satisfy, especially where the pipe elements are intended to be used in particularly deep wells.

Eksempelvis anvendes ifølge US-patent nr. 4 192 533 to par sylindriske gjenger anordnet med innbyrdes aksiell avstand i et avtroppet forhold. Disse sylindriske gjenger er med normal tiltrekking adskilt ved anlegg mellom to skuldre. To ytterligere skulderpar anordnet nær hver sin koplingsende, kommer i inngrep bare dersom unormalt sterk tiltrekking fører til sammenpressing av skulderparet mellom de sylindriske gjengepar. Under vanlig tiltrekking vil det eneste tetningsinngrep mellom tapp- og muffeelementene foreligge ved de innbyrdes anliggende skuldre beliggende mellom de sylindriske gjengepar. For example, according to US patent no. 4,192,533, two pairs of cylindrical threads arranged with mutual axial distance in a tapered relationship are used. These cylindrical threads are, with normal tightening, separated by contact between two shoulders. Two additional shoulder pairs arranged near each coupling end engage only if abnormally strong attraction leads to compression of the shoulder pair between the cylindrical thread pairs. During normal tightening, the only sealing engagement between the pin and sleeve elements will be at the mutually abutting shoulders located between the cylindrical thread pairs.

Videre er det fira US-patent nr. 3 989 2 84 kjent rør-forbindelser som anvender gjenger av svalehaletypen, slik at ved bruk vil dreiebevegelsen mellom de samvirkende tapp- og muffeelementer stoppe når de kileformede gjenger møter veggene i sporet mellom gjengen. Kilevirkningen mellom de samvirkende svalehalegjenger hindrer således videre sammenskruing uten behov for hjelpeskuldre. Furthermore, pipe connections are known from US patent no. 3 989 2 84 which use dovetail-type threads, so that in use the turning movement between the cooperating pin and sleeve elements will stop when the wedge-shaped threads meet the walls of the groove between the threads. The wedging action between the cooperating dovetail threads thus prevents further screwing together without the need for auxiliary shoulders.

Under forhold med høy strekkbelastning og høyt trykk som krever anvendelse av tunge foringsrør brukt som produksjons-foringsrør eller plattform-(tie-back)-foringsrør i dype, hardt belastede olje- eller gassbrønner, må alternativt produksjons-foringsrørene ofte være tre ganger så tykke som standard API-vegger for rørstørrelser med sammenlignbar utvendig diameter. Under conditions of high tensile stress and high pressure that require the use of heavy casing used as production casing or platform (tie-back) casing in deep, heavily loaded oil or gas wells, alternatively the production casing often needs to be three times as thick as standard API walls for pipe sizes of comparable outside diameter.

Med den økede veggtykkelse som kreves for dype, hardt belastede brønner følger øket vekt av borestrengen og stivere rørelementer. Kjente, tykkveggede forbindelser har hatt en tendens til gjengeuthopp og tetningsoppriving. Disse ulemper ved kjente forbindelser for tykkveggede rørelementer skyldes gjengeprofiler med positiv flanke på de lange rørstrenger samt stivheten i de tykkveggede foringsrør. With the increased wall thickness required for deep, heavily loaded wells comes increased weight of the drill string and stiffer pipe elements. Known, thick-walled connections have had a tendency to thread pop and seal stripping. These disadvantages of known connections for thick-walled pipe elements are due to thread profiles with a positive flank on the long pipe strings as well as the stiffness of the thick-walled casing pipes.

Der har således oppstått et behov i rørforbindelses-industrien for en forbindelseskonstruksjon som kan anvendes på rørelementer av forholdsvis tynnvegget materiale eller av øket veggtykkelse innrettet for bruk under dype og/eller harde forhold eller andre forhold. There has thus arisen a need in the pipe connection industry for a connection construction that can be used on pipe elements of relatively thin-walled material or of increased wall thickness designed for use under deep and/or hard conditions or other conditions.

Dette behov blir ifølge oppfinnelsen ialt vesentlig dekket ved en rørforbindelse som angitt i det etterfølgende patentkrav 1. Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsen er angitt i de øvrige etterfølgende krav. According to the invention, this need is generally substantially covered by a pipe connection as specified in the subsequent patent claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the other subsequent claims.

Den tynnveggede rørforbindelse ifølge denne oppfinnelse oppviser mindre tilbøyelighet til spenningskorrosjonsbrudd under anvendelse i harde omgivelser. The thin-walled pipe connection according to this invention exhibits less tendency to stress corrosion cracking during use in harsh environments.

En tykkvegget rørforbindelse i henhold til denne oppfinnelse gir en forbindelse som tillater justering til toleransevariasjoner i rørkoppens utvendige og innvendige diameter uten å svekke forbindelsen. A thick-walled pipe connection according to this invention provides a connection that allows adjustment to tolerance variations in the outside and inside diameter of the pipe cup without weakening the connection.

Videre hindrer den tynnveggede eller tykkveggede forbindelse ifølge oppfinnelsen radiell inntrykking av tapp-elementets ende på grunn av store trykk-krefter. Mer bestemt skaffer denne forbindelse fortrinnsvis aksiell sammentrykking av tappens innvendige overflate for derved å gjøre forbindelsen mindre ut- Furthermore, the thin-walled or thick-walled connection according to the invention prevents radial indentation of the end of the pin element due to large pressure forces. More specifically, this connection preferably provides axial compression of the inner surface of the pin to thereby make the connection less

satt for spenningskorrosjonsbrudd under anvendelser i harde omgivelser. set for stress corrosion cracking during applications in harsh environments.

Et ytterligere trekk ved oppfinnelsen er at forbindelsen danner tetningsflater som øker den radielle belastningsfordeling på tettingen i forhold til den som oppnås ved kjente koplinger og derved å minske tendensen til rift eller sårdannelser ved at tapp-belastningen på tetningen reduseres. A further feature of the invention is that the connection forms sealing surfaces that increase the radial load distribution on the seal in relation to that achieved by known connections and thereby reduce the tendency to tears or wound formation by reducing the pin load on the seal.

En annen fordel ved oppfinnelsen er at den tilveiebi-inger Another advantage of the invention is that it provides

en forbindelse som motvirker tendensen til uthopping ved at tappen og muffen sammenlåses for derved å minske inntrykking av tappen og utvidelse av muffen. a connection that counteracts the tendency to jump out by interlocking the pin and the sleeve to thereby reduce the impression of the pin and the expansion of the sleeve.

Ytterligere trekk og fordeler ved oppfinnelsen skal be-skrives i det følgende i forbindelse med følgende beskrivelse av foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen, i tilknytning til de medfølgende tegninger, hvor: Further features and advantages of the invention shall be described in the following in connection with the following description of preferred embodiments of the invention, in connection with the accompanying drawings, where:

Figur 1 er et tverrsnitt gjennom en første utførelse av Figure 1 is a cross-section through a first embodiment of

en rørforbindelse som er fremstilt i henhold til oppfinnelsen, a pipe connection which is produced according to the invention,

og viser tapp- og muffe-elementene i inngrep med hverandre, and shows the pin and socket elements in engagement with each other,

Figur 2 er et utsnitt i større målestokk av et gjenget Figure 2 is a section on a larger scale of a thread

parti av forbindelsen på figur 1, hvor hakegjenger er vist, og part of the connection in Figure 1, where hook threads are shown, and

Figur 3 viser koplings-tappelementer av to rørelementer i koplingen på figur 1, Figur 4 er et tverrsnitt gjennom en annen utførelse av en rørforbindelse i henhold til oppfinnelsen og viser tapp- og muffe-elementene i innbyrdes inngrep, Figur 5 er et utsnitt i større målestokk av et gjenget parti av forbindelsen i figur 4, hvor hakegjenger er vist, og Figur 6 viser koplingstappelementer av to rørelementer i koplingen vist på figur 4. Figur 1 viser den første utførelse av oppfinnelsen der en forholdsvis tynnvegget rørforbindelse 10 omfatter et tappelement 12 som er i gjengeinngrep méd et muffe-element 11. Tappelementet 12 og muffe-elementet 11 har første og andre gjengeflater 21 og 20. Den første gjengeflate 21 er i aksiell avstnd fra den andre gjengeflate 20. Den første gjengeflate 21 er utformet på en konusvinkel i forhold til rørelementfor-bindelsens aksel Den andre gjengeflate 20 er utformet på en rett eller sylindrisk profil i forhold til rørelementforbind-elsens akse. Den første gjengeflate 21 er radielt avtrappet Figure 3 shows connecting pin elements of two pipe elements in the connection in Figure 1, Figure 4 is a cross-section through another embodiment of a pipe connection according to the invention and shows the pin and socket elements in mutual engagement, Figure 5 is a larger section scale of a threaded part of the connection in Figure 4, where hook threads are shown, and Figure 6 shows connecting pin elements of two pipe elements in the connection shown in Figure 4. Figure 1 shows the first embodiment of the invention where a relatively thin-walled pipe connection 10 comprises a pin element 12 which is in thread engagement with a sleeve element 11. The pin element 12 and the sleeve element 11 have first and second thread surfaces 21 and 20. The first thread surface 21 is at an axial distance from the second thread surface 20. The first thread surface 21 is designed at a cone angle in relative to the axis of the pipe element connection The second thread surface 20 is designed on a straight or cylindrical profile in relation to the axis of the pipe element connection. The first thread surface 21 is radially tapered

... -i.-forhold til den andre gjengeflate 20. ... -i.-relation to the second thread surface 20.

De konisk avsmalnende gjenger på gjengeflaten 21 tillater gjengeforbindelsen å løpe ut til rørelementets utvendige diameter, hvorved oppnås' en høyere tillatt strekkbelastning enn det som kunne oppnås dersom gjengeflaten 21 var en sylindrisk gjenge adskilt ved et trinn mellom den sylindriske gjengeflate 20. The conically tapered threads on the thread surface 21 allow the thread connection to run out to the outer diameter of the pipe element, thereby achieving a higher permissible tensile load than could be achieved if the thread surface 21 was a cylindrical thread separated by a step between the cylindrical thread surface 20.

Koniske metall-tetningsflater 18 og 19 er anordnet aksielt mellom den første og andre gjengeflate 21 og 20. Koniske metall-tetningsflater 14 og 15 er anordnet nær tappenden og nær muffens indre ende. Komplementære dreiemomentskuldre 16 og 17 med omvendt vinkel er anordnet på enden av tappen 12 og på muffens 11 indre ende. Conical metal sealing surfaces 18 and 19 are arranged axially between the first and second thread surfaces 21 and 20. Conical metal sealing surfaces 14 and 15 are arranged near the pin end and near the inner end of the sleeve. Complementary torque shoulders 16 and 17 with a reverse angle are arranged on the end of the pin 12 and on the inner end of the sleeve 11.

Ifølge oppfinnelsen er gjengeflåtene 21 og 20 fortrinnsvis tilveiebragt i form avhakegjenger. Som eksempel er der i figur 2 ved henvisningstallet 40 vist en gjenge hvor belastningsflanken 41 danner en negativ vinkel (-9) i forhold til et radielt plan gjennom gjengen. According to the invention, the thread floats 21 and 20 are preferably provided in the form of detent threads. As an example, figure 2 shows a thread at the reference number 40 where the load flank 41 forms a negative angle (-9) in relation to a radial plane through the thread.

Gjengeforbindelsen, innbefattende totrinnsprofilen, letter dyp innstikking og sammenføyning av tappelementet 12 og muffe-elementet 11. Hakegjengene i de sylindriske gjengeflater 20 er mindre utsatt for gjengeoppheng på gjenger av koniske sylindriske gjengeflater 21 på grunn av konusformen på gjengeflåtene 21. Dvs., ved løsgjøring av tappen 12 fra muffen 11 vil gjenge-tappflaten 20 være mindre tilbøyelig til å henge fast på muffe-gjengeflaten 21 på grunn av den økende innvendige diameter til muffegjengene på den koniske gjengeflate 21. The thread connection, including the two-stage profile, facilitates deep insertion and joining of the pin element 12 and the socket element 11. The hook threads in the cylindrical thread surfaces 20 are less susceptible to thread suspension on threads of conical cylindrical thread surfaces 21 due to the cone shape of the thread surfaces 21. That is, when loosening of the pin 12 from the socket 11, the threaded pin surface 20 will be less inclined to hang on the socket threaded surface 21 due to the increasing internal diameter of the socket threads on the conical threaded surface 21.

På grunn av gjengeflatens 21. konusvinkel kombinert med gjengeflåtenes 20 sylindriske avtrappede gjenger kan hele forbindelsen ha maksimalt areal i gjenger og kristiske tverrsnitt, hvilket tillater jevn reduksjon av tverrsnittsfleksibilitet rundt tetningsområdene og reduksjon av relativ trinn-høyde mellom de avtrappede gjengeområder. Den koniske form på gjengene i gjengeflater 21 tillater også justering til toleransevariasjoner i den utvendige og innvendige rørdiamter, Due to the thread face's 21st taper angle combined with the thread raft's 20 cylindrical stepped threads, the entire connection can have maximum area in threads and critical cross-sections, which allows for even reduction of cross-sectional flexibility around the seal areas and reduction of relative step-height between the stepped thread areas. The conical shape of the threads in thread surfaces 21 also allows adjustment to tolerance variations in the outer and inner pipe diameters,

som tilveiebringes av rørfremstillere uten å svekke forbindelsen. which are provided by pipe manufacturers without weakening the connection.

Dreiemomentskuldrene 16 og 17 er anordnet helt innvendig The torque shoulders 16 and 17 are arranged completely inside

i forbindelsen og skaper en i det vesentlige utsparingsfri boring for å bedre fluidstrøm. Dreiemomentskuldrene virker som en positiv ansats- og låseinnretning idet tapp- og muffe-elementene settes sammen under vridningsforhold. Dreiemomentskuldrenes omvendte vinkel virker også til å hindre at tappens 12 ende inntrykkes på grunn av store periferi-trykkrefter. in the connection and creates an essentially recess-free bore to improve fluid flow. The torque shoulders act as a positive abutment and locking device as the pin and socket elements are assembled under torsional conditions. The inverted angle of the torque shoulders also acts to prevent the pin 12 end from being impressed due to large peripheral pressure forces.

Den omvendte skuldervinkel fikserer også forholdet mellom tapp-enden og muffens indre ende. Den innvendige dreiemomentskulder skaper også aksielt trykk langs et aksialområde på tappens innvendige overflate for derved å gjøre forbindelsen mindre utsatt for spenningskorrosjonsbrudd under anvendelse i et hardt miljø. Trykkraften på grunn av dreiemomentskulderen med omvendt vinkel virker også til at det tetningsområde som dannes av tetningsflåtene 14 og 15 ekspanderer radielt på grunn av endebelastningen. The reverse shoulder angle also fixes the relationship between the spigot end and the inner end of the sleeve. The internal torque shoulder also creates axial pressure along an axial region on the inner surface of the pin to thereby make the connection less susceptible to stress corrosion cracking during use in a harsh environment. The compressive force due to the reverse angle torque shoulder also causes the sealing area formed by the sealing rafts 14 and 15 to expand radially due to the end load.

De metalliske tetninger (dvs. tetninger hvor metall ligger an mot metall) som dannes av tetningsoverflåtene 14 og 15 samt 18 og 19 er anordnet henholdsvis som en innvendig tetning og som en støttetetning for innvendig trykk og en primær utvendig tetning, og tetningsflåtenes 14 og 15 samt 18 og 19 tetningsvinkler er grunnere enn typiske sylindriske totrinns metalliske tetninger. Tetningsflatevinklenes grunnhet øker tetningsflatens kontaktareal for derved å øke tetningens radielle belastningsfordeling og minsker tendensen til rifter og skår ved at den maksimale tetningsbelastning reduseres. The metallic seals (i.e. seals where metal is in contact with metal) which are formed by the sealing surfaces 14 and 15 as well as 18 and 19 are respectively arranged as an internal seal and as a support seal for internal pressure and a primary external seal, and the sealing surfaces 14 and 15 as well as 18 and 19 seal angles are shallower than typical cylindrical two-stage metallic seals. The shallowness of the sealing surface angles increases the contact area of the sealing surface to thereby increase the radial load distribution of the seal and reduces the tendency for tears and chips by reducing the maximum sealing load.

Det første og andre par koniske tetningsflater er fortrinnsvis utformet med brattere vinkler enn det første gjengeparets konusvinkel. Selv om de nøyaktige vinkler for tetningsflåtene og det første gjengeparets konusvinkel er avhengig av veggtykkelse til rørelementene som skal forbindes, er det første og andre par koniske tetningsflater fortrinnsvis utformet med en vinkel på ca. fire til fjorten grader i forhold til skjøt-aksen, mens det første gjengeparets konusvinkel fortrinnsvis er ca. to til åtte gradar i forhold til skjøtaksen. The first and second pair of conical sealing surfaces are preferably designed with steeper angles than the cone angle of the first pair of threads. Although the exact angles of the sealing rafts and the cone angle of the first pair of threads depend on the wall thickness of the pipe elements to be connected, the first and second pair of conical sealing surfaces are preferably designed with an angle of approx. four to fourteen degrees in relation to the joint axis, while the taper angle of the first pair of threads is preferably approx. two to eight degrees in relation to the joint axis.

Hakegjengene i rørforbindelsen 10 hindrer tendensen til gjengeuthopp. Når gjengene med belastningsflanke med negativ vinkel utsettes for strekk mellom tappen 12 og muffen 11, utvikler de.en periferi-trykkomponent. Dette periferitrykk låser tappen og muffen sammen og minsker derved inntrykking av tappen og utvidelse av muffen. En lignende reaksjon skjer når rar-forbindelsen utsettes for bøyning der hakegjengene på forbindelsens strekkside utvikler en periferi-trykkomponent som låser denne side av tappen og muffen, mens dreiemoms.ntskulderen opptar belastningen på bøyeforbindelsens trykkside. The hook threads in the pipe connection 10 prevent the tendency for threads to jump out. When the threads with a load flank with a negative angle are subjected to tension between the pin 12 and the sleeve 11, they develop a peripheral pressure component. This peripheral pressure locks the pin and the socket together and thereby reduces impaction of the socket and expansion of the socket. A similar reaction occurs when the rar connection is subjected to bending where the hook threads on the tension side of the connection develop a peripheral pressure component which locks this side of the pin and sleeve, while the torque shoulder takes up the load on the pressure side of the bending connection.

Figur 3 viser et koplingselement som virker til å for- Figure 3 shows a connecting element that works to

binde endene av to rørelementer. To muffe-gjengeflater 11 og 11' samvirker med tapp-gjengeflater 10 og 10' på rørelementene. Forbindelsen mellom muffen 11' og tappen 10' er et speilbilde tie the ends of two pipe elements. Two socket thread surfaces 11 and 11' cooperate with pin thread surfaces 10 and 10' on the pipe elements. The connection between the sleeve 11' and the pin 10' is a mirror image

av forbindelsen mellom muffen 11 og tappen 10. of the connection between the sleeve 11 and the pin 10.

Figur 4 viser en annen foretrukket utførelse av oppfinn- Figure 4 shows another preferred embodiment of the invention

elsen der det er vist en tykkvegget rørforbindelse 110 hvor et tappelement 112 står i gjengeinngrep med et muffe-element 111. Tappelementet 112 og muffe-elementet 111 har første og andre gjengeflater 121 og 120 som fortrinnsvis er utformet på identiske konusvinkler i forhold til skjøtaksen. Under visse forhold kan konusvinklene til den første og andre gjengeflate være anordnet på forskjellige konusvinkler. Det er vist forbindelseslinjer 130 og 131 som strekker seg langs bunnen av henholdsvis gjengeflåtene 121 og 120 på tappelementet 112. Konusvinklene målt i forhold til aksene til linjene 130 og 131 er stort sett identiske, idet linjene 130 og 131 er parallelle, men innbyrdes forskjøvet en strekning S vinkelrett på de to konus-forlengelses-linjer 130 x 131. Strekningen S størrelse avhenger av rør-elementets tykkelse og lengden av tetningsflåtene 118 og 119. the example where a thick-walled pipe connection 110 is shown where a pin element 112 is in threaded engagement with a sleeve element 111. The pin element 112 and the sleeve element 111 have first and second thread surfaces 121 and 120 which are preferably designed at identical cone angles in relation to the joint axis. Under certain conditions, the taper angles of the first and second thread surfaces may be arranged at different taper angles. Connecting lines 130 and 131 are shown which extend along the bottom of the thread rafts 121 and 120 respectively on the pin element 112. The cone angles measured in relation to the axes of the lines 130 and 131 are largely identical, the lines 130 and 131 being parallel, but mutually offset by section S perpendicular to the two cone extension lines 130 x 131. The size of the section S depends on the thickness of the pipe element and the length of the sealing rafts 118 and 119.

Metalliske, koniske tetningsflater 118 og 119 er anordnet aksielt mellom første og andre gjengeflater 121 og 120. Metallic, conical sealing surfaces 118 and 119 are arranged axially between first and second thread surfaces 121 and 120.

Metalliske tetningsflater 114 og 115 er anordnet nær enden av tappen og den indre ende av muffen. Komplementære dreiemomentskuldre 116 og 117 med omvendt vinkel er utformet på Metallic sealing surfaces 114 and 115 are provided near the end of the pin and the inner end of the sleeve. Complementary reverse angle torque shoulders 116 and 117 are designed on

enden av tappen 112 og på muffens 111 innvendige ende. the end of the pin 112 and on the inner end of the sleeve 111.

Gjengeflåtene foreligger fortrinnsvis i form av hakegjenger. Et eksempel på en gjenge er vist i figur 5 ved henvisningstallet 140 hvorav det fremgår at belastningsflanken The thread floats are preferably in the form of hook threads. An example of a thread is shown in Figure 5 at the reference number 140, from which it appears that the load flank

141 er tilveiebragt med en negativ vinkel (9') i forhold til 141 is provided with a negative angle (9') in relation to

et radielt plan gjennom gjengen. a radial plane through the thread.

Gjengeforbindelsen innbefattende totrinnsprofilen letter dyp innstikking og enkel montering av tappelementet 112 og muffe-elementet 111. På grunn av konusvinklene som vist ved konuslinjene 130 og 131 kan forbindelsen ha maksimalt areal i gjenger og kristiske tverrsnitt, hvilket tillater jevn reduksjon av tverrsnittsfleksibilitet rundt tetningsområdene og reduksjon av relativ trinnhøyde S mellom de avtrappede gjengeområder. Den koniske form på gjengene tillater også justering til toleransevariasjoner i den utvendige og innvendige rørdia-meter, som tilveiebringes av rørfremstillere uten å svekke forbindelsen. The threaded connection including the two-stage profile facilitates deep insertion and easy assembly of the pin member 112 and socket member 111. Due to the taper angles as shown by the taper lines 130 and 131, the connection can have maximum area in the threads and critical cross-sections, which allows a uniform reduction of cross-sectional flexibility around the sealing areas and reduction of relative step height S between the stepped thread areas. The tapered shape of the threads also allows adjustment to tolerance variations in the outside and inside pipe diameters provided by pipe manufacturers without weakening the connection.

Dreiemomentskuldrene 116 og 117 er anordnet helt innvendig i forbindelsen og skaper en i det vesentlige utsparingsfri boring for å bedre fluidstrøm. Dreiemomentskuldrene virker som en positiv ansats- og låseinnretning idet tapp- og muffeelementene settes sammen under vridningsforhold. Dreiemomentskuldrenes omvendte vinkel virker også til å hindre at tappens 112 ende inntrykkes på grunn av store periferi-trykkrefter. Den omvendte skuldervinkel fikserer også forholdet mellom tappenden og muffens indre ende. Den innvendige dreiemomentskulder skaper også aksielt trykk langs et aksialområde på tappens innvendige dverflate for derved å gjøre forbindelsen mindre utsatt for spenningskorrosjonsbrudd under anvendelse i et hardt miljø. Trykkraften på grunn av dreiemomentskulderen med omvendt vinkel virker også til at det tetningsområde som dannes av tetningsoverflåtene 114 og 115 ekspanderer radielt på grunn av endebelastningen. The torque shoulders 116 and 117 are arranged completely inside the connection and create an essentially recess-free bore to improve fluid flow. The torque shoulders act as a positive abutment and locking device as the pin and socket elements are assembled under torsional conditions. The inverted angle of the torque shoulders also acts to prevent the pin 112 end from being impressed due to large peripheral pressure forces. The reverse shoulder angle also fixes the relationship between the pin end and the inner end of the sleeve. The internal torque shoulder also creates axial pressure along an axial region on the internal dwarf surface of the pin to thereby make the connection less susceptible to stress corrosion cracking during use in a harsh environment. The compressive force due to the reverse angle torque shoulder also causes the sealing area formed by the sealing surfaces 114 and 115 to expand radially due to the end load.

De metalliske tetninger (dvs. tetninger hvor metall ligger an mot metall) som dannes av tetningsflåtene 14 og 15 samt 18 og 19 er anordnet henholdsvis som en innvendig tetning og som en støttetetning for innvendig trykk og en primær utvendig tetning. Som følge av de tykke rørveggers større stivhet er gjengeflåtene utformet på konuspartier hvilket muliggjør grunnere tetningsvinkler enn typiske sylindriske totrinns metalliske tetninger. Tetningsflatevinklenes grunnhet øker tetningsflatens kontaktareal for derved å øke tetningens radielle belastningsfordeling og minsker tendensen til rifter og skår ved at den maksimale tetningsbelastning reduseres. The metallic seals (i.e. seals where metal is against metal) which are formed by the sealing rafts 14 and 15 as well as 18 and 19 are respectively arranged as an internal seal and as a support seal for internal pressure and a primary external seal. As a result of the greater rigidity of the thick pipe walls, the thread rafts are designed on cone sections, which enables shallower sealing angles than typical cylindrical two-stage metallic seals. The shallowness of the sealing surface angles increases the contact area of the sealing surface to thereby increase the radial load distribution of the seal and reduces the tendency for tears and chips by reducing the maximum sealing load.

Det første og andre par koniske tetningsflater er fortrinnsvis utformet med brattere vinkler enn det første gjengeparets konusvinkel. Selv om de nøyaktige vinkler for tetnings-flatene og det første gjengeparets konusvinkel er avhengig av veggtykkelse til rørelementene som skal forbindes, er det første og andre par koniske tetningsflater fortrinnsvis utformet med en vinkel på ca. fire til fjorten grader i forhold til skjøtaksen, mens det første gjengeparets konusvinkel fortrinnsvis er ca. to til åtte grader i forhold til skjøtaksen. The first and second pair of conical sealing surfaces are preferably designed with steeper angles than the cone angle of the first pair of threads. Although the exact angles of the sealing surfaces and the cone angle of the first pair of threads depend on the wall thickness of the pipe elements to be connected, the first and second pair of conical sealing surfaces are preferably designed with an angle of approx. four to fourteen degrees in relation to the joint axis, while the taper angle of the first pair of threads is preferably approx. two to eight degrees in relation to the joint axis.

Hakegjengene i rørforbindelsen 10 hindrer tendensen til gjenge-uthopp. Når gjengene med belastningsflanke med negativ vinkel utsettes for strekk mellom tappen 12 og muffen 11, utvikler de en periferi-trykkomponent. Dette periferitrykk låser tappen og muffen sammen.og minsker derved inntrykking av tappen og utvidelse av muffen. En lignende reaksjon skjer når rørforbindelsen utsettes for bøyning der hakegjengen på forbindelsens strekkside utvikler en periferi-trykkomponent som låser denne side av tappen og muffen, mens dreiemomentskulderen opptar belastningen på bøyeforbindelsens trykkside. The hook threads in the pipe connection 10 prevent the tendency for threads to pop out. When the threads with a load flank with a negative angle are subjected to tension between the pin 12 and the sleeve 11, they develop a peripheral pressure component. This peripheral pressure locks the pin and the sleeve together, thereby reducing the impression of the pin and the expansion of the sleeve. A similar reaction occurs when the pipe connection is subjected to bending where the hook thread on the tension side of the connection develops a peripheral pressure component that locks this side of the pin and socket, while the torque shoulder takes up the load on the pressure side of the bending connection.

Figur 6 viser et koplingselement som virker til å for-binde endene av de tykkveggede rørelementer. To muffe-gjengeflater 111 og 110' samvirker med tapp-gjengeflater 110 Figure 6 shows a connecting element which acts to connect the ends of the thick-walled pipe elements. Two socket thread surfaces 111 and 110' cooperate with pin thread surfaces 110

og 111 på de to rørelementer. Forbindelsen mellom muffen 111' og tappen 110' er speilbildet av forbindelsen mellom muffen 111 og tappen 110. and 111 on the two pipe elements. The connection between the sleeve 111' and the pin 110' is the mirror image of the connection between the sleeve 111 and the pin 110.

Claims

1. Pipe connection (10, 110) of pin and socket elements (11,

12; 111, 112), comprising first and second pairs of axially separated, cooperating chin threads (20, 21; 120, 121) which have flanks with a negative load angle on the respective elements, the first pair of threads (20, 120) being stepped from the second pair of threads (21, 121), and oppositely angled shoulder devices (16, 17; 116, 117) arranged respectively on the pin and socket elements (11, 12;

111, 112), characterized in that the connection (10, 110) when screwed together normally has a first pair of cooperating sealing surfaces (14, 15; 114, 115) on the pin and socket elements (11, 12; 111, 112) arranged near the end of the pin element (12) ,

112), and a second pair of cooperating sealing surfaces (18, 19; 118, 119) on the pin and sleeve elements (11, 12; 111, 112) arranged axially between the first and second pair of threads (20, 120; 21,

121), and that at least one of the pairs of threads (21, 121) is arranged at a cone angle in relation to the axis, the other pair of sealing surfaces (18, 19; 118, 119) between the first and second pair of threads (20, 21; 120 , 121) conical surfaces are arranged at a steeper angle than the cone angle of said pair of threads (21, 121), and as the oppositely angled shoulder devices comprise a shoulder (16, 116) which is arranged at the end of the pin element (12, 112) and a shoulder (17, 117) which is arranged on the inner end of the sleeve element (11, 111) and which engages when the connection is normally screwed together.

2. Pipe connection according to claim 1, characterized in that the second thread pair (20) has cylindrical threads.

3. Pipe connection according to claim 1, characterized in that both the first and second pair of threads (120, 121) are arranged at first and second cone angles in relation to the connection's (120) axis, which cone angles are preferably identical.

4. Pipe connection according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the cone angles of one or both pairs of threads (21, 121) are arranged at a cone angle within an area of approx. 2-8 degrees relative to the (10, 110) axis of the connection.

5. Pipe connection according to one of the claims 1-4, characterized in that the hook threads (40, 140) develop peripheral pressure when the connection (10, 110) is subjected to tension to thereby lock the pin and the sleeve (11, 12; 111, 112) together for thereby reducing the tendency for the pin to be impressed and the sleeve to expand.

6. Pipe connection according to one of claims 1-5, characterized in that when the pipe connection (10, 110) is subjected to bending, the hook threads (40, 140) develop peripheral pressure on the tensile side of the connection as a result of the bending, while the cooperating shoulder devices (16, 17 ; 116, 117) with a reverse angle takes up the bending load on the other side of the connection (10, 110) which is compressively loaded due to the bending.

7. Pipe connection according to one of claims 1 - 6, characterized in that the cooperating shoulder devices (16, 17; 116, 117) are arranged to create a projection-free bore to improve fluid flow through the pipe, to act as a positive stop and locking device for screwing together, to prevent the end of the pin (12, 112) from being pressed in due to large compressive forces, to fix the axial relationship between the end of the pin (12, 112) and the sleeve (11, 111) and to create axial pressure across the inner surface to make the joint (10, 110) less susceptible to stress corrosion cracking in harsh environments and to bring the first pair of mating conical sealing surfaces (14, 15; 114, 115); to expand radially.

8. Pipe connection according to one of the preceding claims, characterized in that the first and second pair sealing surfaces (14, 15, 18, 19; 114, 115, 118, 119) are conical surfaces provided from an angular range of approx. four to fourteen degrees relative to the (10, 110) axis of the compound.