NO167225B - Gjengeforbindelse. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt rørforbindelser og mer bestemt en gjengeforbindelse som angitt i ingressen til det etterfølgende krav 1.

Bruken av gjengete endeforbindelser for sammenføyning av strømnings-rørledninger ende mot ende for å danne en kontinuerlig strømningsbane eller -kanal for transport av fluidtrykk, er velkjent. Teknikken med gjengete endeforbindelser er særlig kjent ved bruk av brønner for produksjon av hydrokarboner og andre former for energi fra undergrunnsformasjoner. Borerør, brønnf6ringsrør og produksjonsrør, vanligvis kjent under fellesbetegnelsen oljefelt-rørgods, anvender alle gjengete endeforbindelser for operativ befestigelse til og avtetting mot den tilstøtende rørledningsseksjon eller rørlengde. Emsempler på slike gjengete endeforbindelser for bruk på oljefelt-rørgods, er vist i US patenter nr. 2 239 942, 2 992 019 og 3 359 013 som alle er overdratt til den samme som foreliggende oppfinnelse er overdratt til.

I US patent nr. RE 30 647, som også er overdratt til den samme som foreliggende oppfinnelse er overdratt til, er der vist en rørforbindelse med en spesiell gjengeform eller

-konstruksjon som gir en uvanlig sterk forbindelse samtidig som spenningen og den relative lengdeforandring i de sammenkoplete tapp- og muffeelementer holdes innen akseptable nivåer. Skruegjengene har avsmalnende gjengebredde for å danne et kileliknende inngrep stort sett samtidig med begge belastningsflanker for å begrense omdreiningen ved opprettelse av forbindelsen. Den avsmalnende gjengebredde såvel som avsmalningen av flankeskuldervinklene, er to av de variable som kan anvendes for å kontrollere den spenning og relative lengdeendring som tappen og muffen utsettes for, ved tvangsmessig montering. Ved montering i felten, av en gjengeforbindelse som er fremstilt i henhold til Blose "reissue"-patentet, er væske og pastaliknende gjenge-smøremidler blitt innesluttet i gjenge-klaringsområdet som var anordnet mellom gjengebunnen og -toppen. Det innesluttete fluid kan, under visse omstendigheter, gi en falsk indikasjon på den dreiemomentverdi hvormed forbindelsen tvangsmessig monteres. Dersom forbindelsen ikke er korrekt sammenskrudd eller tiltrukket til forutbestemt nivå, vil forbelastnings-spenningen og den relative forlengelse, samt forventet ytelsesnivå eller fasthet i gjengeforbindelsen, bli oppnådd. Selv om en slik reduksjon av ytelsesnivået ikke riktig skyldes en mangel ved forbindelsen eller dens konstruksjon, er konsekvensene av ukorrekt montering et uakseptabelt ytelsesnivå for gjengeforbindelsen.

Oljefelt-rørgods må ofte monteres eller sammenskrues under ekstremt ugunstige^forhold. I tillegg kan gjenge-endeforbindel-sene utsettes for nedbryting eller skade under montering og transport til brønnstedet, der de skal anvendes. I tillegg til disse generelle faktorer, har den spesielle gjengekonstruksjon som er vist i US reissue patent nr. RE 30 647, vist en viss tendens til å inneslutte væske eller pastaliknende gjenge-smøremidler i de radielle klaringsområder mellom gjengebunnene og -toppene som kan gi en falsk indikasjon på dreiemoment-verdiene som anvendes for tvangsmessig tiltrekking av forbindelsen, dersom monteringen ikke blir omsorgsfullt utført. Dersom forbindelsen ikke blir skikkelig tiltrukket til et forutbestemt nivå, vil gjengeforbindelsens ytelse blli vesentlig redusert. Selv om væsken kan og vil strømme fra det innesluttete område dersom dreiemomentet opprettholdes på forbindelsen i et tilstrekkelig tidsrom, kunne installasjonen, utstyret og personellet som monterer eller installerer oljefelt-rørledningene ikke være sikker på at tiltrekkingen var riktig utført.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er følgelig å tilveiebringe en gjengekonstruksjon som øker sannsynligheten for riktig montering av gjengeforbindelsen.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen med en gjengeforbindelse av den innledningsvis angitte art, som innbefatter de nye og særegne trekk, som er angitt i den karakteriserende del av det etterfølgende krav 1. Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsen er angitt i de øvrige, etterfølgende krav.

Foreliggende oppfinnelse utelukker inneslutning av gjenge-smøremiddel i gjengeområdet og hindrer derved dannelse av en falsk monterings-dreiemomentverdi under sammenskruing som eventuelt kunne føre til en lavere forbelastningstilstand enn ønskelig for forbindelsen.

På tegningene:

Figur 1 er et sideriss, i snitt, av den tidligere kjente gj engekonstruks j on; Figur 2 er et sideriss, i snitt, av en tidligere kjent forbindelse med den tidligere kjente gjengekonstruksjon; Figur 3 er et sideriss, delvis i snitt, av et tappelement på hvilket er utformet gjengekonstruksjonen ifølge foreliggende oppfinnelse; Figur 4 er et sideriss, delvis i snitt, av en gjenget og sammenkoplet forbindelse ifølge foreliggende oppfinnelse; Figur 5 er et sideriss, i snitt, av en rørledning på hvilken er utformet en utvendig tapp-gjengekonstruksjon ifølge foreliggende oppfinnelse; og

Figur 6 er en del av et sideriss, i snitt, av en kopling

på hvilken er innvendig utformet en annen form av gjengekonstruksjonen ifølge foreliggende opfinnelse.

Teknikkens stilling som vist på figur 1 og 2, svarer til henholdsvis fig. 2 og 6 i US patent RE 30 647, og som en bakgrunn er nedenfor angitt en kort beskrivelse av denne tidligere kjente konstruksjon.

Gjengeforbindelsen eller rørskjøten, generelt betegnet med 10, innbefatter et første element eller tappelement 11 og et annet element eller muffeelement 12, hvert av hvilke to elementer også bestemmer den sammensatte forbindelses 10 lengdeakse 13. Som vist i figur 2 er der på muffeelementet 12 utformet en innvendig gjengekonstruksjon 14 for inngrep med en komplementær, utvendig gjengekonstruksjon 15 som er utformet på tappen 11 for mekanisk fastgjøring på løsbar måte av elementene 11 og 12 på den konvensjonelle måte. Skrue- eller spiral-gjenging eller -gjenger 14 og 15, har en svalehale-sammenpassing såsom en første belastnings-flankevegg 16 på gjengen 14 som danner inngrep med en komplementær belastnings-flankevegg 17

som er utformet på gjengen 15. Den motsatte eller andre flankevegg 18, som er utformet på gjengekonstruksjonen 14, danner inngrep med den komplementære belastnings-flankevegg 19 som utgjøres av gjengekonstruksjonen 15.

Vinkelen a dannes mellom gjengens 14 flankevegg 18 og bunnvegg 20. Likeledes dannes vinkelen a mellom gjengekonstruksjonens 15 belastnings-flankevegg 19 og bunnvegg 21. Flankeveggen 16 og bunnveggen 20 såvel som flankeveggen 17 og bunnveggen 21 på gjengen 15, danner en annen vinkel P. Vinklene a og p er fortrinnsvis spisse vinkler for å gi belastnings-flankene en avsmalnende form. Det skal imidlertid forstås at i svalehale-versjonen kan enten den ene eller den andre av vinklene a og p være nitti (90) grader, hvilket ville bringe belastnings-flankeveggen i en tilstand vinkelrett eller normalt på forbindelsens lengdeakse 13. I henhold til US reissue patent RE 30 647, er klaringer 22 og 23 anordnet mellom bunnveggene 20 og 21 og gjengetoppene 24 og 25 på henholdsvis gjengene 14 og 15. Som det fremgår av figur 2, har skruegjengen 14 som er utformet på det første element eller muffeelementet 12, en større gjengebredde eller stigningsavstand (dvs i en aksialret-ning) mellom de skrå eller avsmalnende flanker 16 og 18 ved gjengetoppen 24 enn ved gjengebunnen 20. Likeledes har skruegjengen 15 en større aksiell stigningsavstand mellom flanke 17 og 19 ved gjengetoppen 25 enn ved gjengebunnen 21. Videre har hver gjenge 14 og 15 gradvis avtakende gjengebredde, eller stigningsavstand, langs hver gjenges skruelengde for å danne en avsmalnende kilegjenge som bringer begge belastningsflanker 16 og 18 på gjengen 14 i inngrep med begge komplementær-belastningsflanker 17 og 19 på gjengen 15 på i det vesentlige samme tid. Forut for fullføring av relativ omkretsmessig rotasjonsmessig sammensetning, og i den delvis sammensatte tilstand, er der spalter mellom gjengene 14 og 15. I den fra US reissue-patentet viste utføringsform, er den maksimale gjengebredde på den avsmalnende gjenge ikke større enn to ganger gjengebredden ved det smaleste punkt for en tilsvarende beliggenhet på en belastningsflanke.

Forbindelsen 10; vist i figur 2 er utstyrt med et flertrinns eller totrinns sylindrisk gjengeinngrep med en ansats 30 utformet på tappelementet 11 for inngrep med en motsvarende ansats 32 på muffeelementet 12. På grunn av at de samvirkende gjenger 14 og 15 også virker som en monteringsansats, kan det være ønskelig å frembringe en klaringsspalte mellom ansatsene 30 og 32 om ønskelig. Forbindelsen 10 er også utstyrt med den konvensjonelle, koniske metall-mot-metall-tetningssone på tappen 11 ved 34. En motsvarende tetningsflate 36 som er utformet på muffen 12 danner inngrep med tapp-tetningsflaten 34 for å stenge gjennomstrømning av fluid mellom disse. I den viste utføringsform på figur 2, kan en plasttetningsring 38 som vist i US patent nr. 3 100 656, anvendes. En slik plastring 38 anvendes fortrinnsvis med innvendig f6ret rør, for å danne en kontinuerlig, korrosjonsbeskyttet strømningsbane.

Også den i figur 2 viste utføringsform, er gjengebelast-nings-flankesidene utformet en felles radiell strekning eller radius fra skjøtens lengdeakse 13, for å danne en sylindrisk istedenfor en avsmalnende gjenge eller gjenge med jevnt endrende diameter. Gjengekonstruksjonen 14 og 15 er utformet på en større eller ytre felles diameter, mens det andre trinn i de samvirkende gjenger, betegnet som 14a og 15a, er utformet på en mindre radius eller strekning fra forbindelsens 10 lengdeakse 13. De to trinngjenger, som kan være sylindriske eller avsmalnende i diameter, er anerkjent for sin monteringshastighet under installeringsoperasjoner slik det er kjent innen teknikken.

I utføringsformen ifølge foreliggende oppfinnelse, vist i figur 3, er der anvendt samme henvisningstall, med tillegg av 100, for å forenkle og forkorte den skrevne beskrivelse. Et tappelement 111 er utstyrt med utvendig skruegjengekonstruksjon 115 på et stuket endeparti Illa på tappen 111. Det skal imidlertid forstås at gjengekonstruksjonen ifølge foreliggende oppfinnelse, er like egnet for rør med ikke-stuket eller rett ende. Den avsmalnende gjengebredde eller kileliknende konstruksjon 115 er også utstyrt med den ene eller begge de skrå eller svalehaleformete belastningsflanker 117 og 119. Gjengebunnen 121 skiller de motvendte avsmalnende belastningsflanke-ansatser 117 og 119 som er beliggende nær denne. Gjengetoppen 125 er beliggende nær belastningsflankene 117 og 119, men er vekselvis adskilt ved gjengebunnene 121 på konvensjonell måte. Gjengebredden mellom de utadvendende flankeansatser 117 og 119 under gjengetoppen 125, varierer gradvis med en jevn endring stort sett over hele gjengens 115 skruelengde. Dette tilveiebringer den avsmalnende kilegjengebredde for fullt inngrep av begge gjengebelastningsflanker 117 og 119, stort sett samtidig ved tvangsmessig sammenskruing av gjengeforbindelsen. Ved betrakt-ning av nedre del av figur 3 fremgår det umiddelbart at gjengebredden avtar eller varierer gradvis med en meget større endring enn den som er vist for utføringsformen ifølge figur 2. Særlig har en funnet det ønskelig å øke gjengebredden ved det bredeste parti i et område på ca. fire ganger gjengebredden ved det smaleste parti ved det samme gjengested. Dette, i motsetning til utføringsformen vist i figur 2, der gjengebredden ved det bredeste parti bare er det dobbelte av gjengebredden ved det smaleste parti. Tapp>- eller rørelementet 111 kan være utformet med en identisk eller forskjellig gjengekonstruksjon på den andre ende (ikke vist) på konvensjonell måte.

I utføringsformen på figur 3, er gjengebunnene 121 og gjengetoppene 125, dimensjonert for eliminering av dannelsen av den radielle klaring vist ved 22 og 23 i figur 1 og 2. Ved å eliminere den radielle klaring mellom gjengebunnene 120 og 121 og toppene 124 og 125, med den komplementære gjengekonstruksjon, blir muligheten for at der ved sammenkopling skal dannes et utvidbart kammer som kan inneslutte det væske- eller pastaaktige gjenge-smøremiddel for derved å frembringe en falsk dreiemoments-avlesning, vesentlig minsket om ikke fullstendig redusert. For å oppnå dette resultat, kan gjengebunnene 120 og 121 og gjengetoppene 124 og 125 dimensjoneres slik at de er i berøring med hverandre etter sammenkopling og de kan om ønskelig dimensjoneres for å danne en radiell presspasning (interferens) for å oppnå en kontrollert spenning i tappelementet 111 ved tvangsmessig sammenkopling.

Tappelementet 111 kan også være utstyrt med det konvensjonelle metall-mot-metall-tetningsareal 111b for blokkering av fluidlekkasje melom tappen 111 og muffeelementet når forbindelsen utføres på vanlig måte. På grunn av at gjengeklaringen er eliminert, kan gjengeområdet om ønskelig også anvendes på tetningssonen.

Figur 4 viser tappen 111 på figur 3 innskrudd i et muffeelement eller en kopling 112 for å danne et rør og koplet

(T & C) gjengeforbindelse 110. Koplingen 112 er forsynt med den komplementær, innvendige eller muffe-gjengekonstruksjon 114 for sammenkopling med tappen 111 på vanlig måte. Ved montering som vist, samvirker gjengebunnene 120 og 121 med gjengetoppene

124 og 125 for å hindre dannelse av uønsket radiell klaring som kan fange gjenge-smøremiddel under montering.

Den øvre del av muffen 112 er vist med en identisk gjengekonstruksjon vendt i motsatt retning, for forbindelse med et rør eller en rørledning som er anordnet nær og over muffen 112 på vanlig måte. Om ønskelig kan en forskjellig gjengekonstruksjon være anordnet i koplingens 112 øvre parti.

I utføringsformen på figur 5 og 6, er der vist en totrinns skrå eller avsmalnende (dvs varierende gjengediameter) istedenfor en sylindrisk totrinns-gjenge slik som vist i figur 2. Foreliggende oppfinnelse er imidlertid like egnet for bruk på sylindrisk (konstant stigningsdiameter) gjengetype vist i figur 2 når den er modifisert i samsvar med foreliggende oppfinnelse for å eliminere de radielle klaringer 22 og 23. Dette oppnås ved å avsmalne bare bunnene 121 og toppene 125

mens en konstant stigningsdiameter opprettholdes. Tappen 211 har en utvendig skruegjengekonstruksjon 215 utformet i samsvar med foreliggende oppfinnelse, mens muffen 212 er utstyrt med to innvendige skruegjengekonstruksjoner 214, som vender i motsatte retninger for sammenkopling med tilstøtende rør på konvensjonell måte. I figur 6 skal det igjen forstås at en forskjellig gjengeprofil eller -konstruksjon, kan være utformet ved en ende av koplings- eller muffeelementet 212. Stort sett i lik avstand fra muffens 212 ytre ender, er der anordnet en innadragende krage 260 som danner en nedadvendende, ringformet ansats 262 og en oppadvendende ansats 264. På grunn av at gjengenes 214 og 215 skråning eller kileform virker som ansatser for å begrense monteringsomdreining av muffen 212 i forhold til tappen 211, bringes ansatsen 262 ikke i berøring med den nedadvendende ansats 262 på kragen 260. Kragen 260 virker imidlertid til å danne en stort sett turbulensfri strømningsleder for å minske effekten av strømningserrosjon på muffen 212.

Tetningsarealet 240 på muffen 212 er beliggende mellom skrågjengenes to trinn. Muffens tetningsareal 240 danner inngrep med tetningsarealet 242 som er utformet på tappen 211 mellom de to innbyrdes adskilte gjengetrinn for å danne en metallisk tetning for å hindre lekkasje av fluid mellom muffen 212 og tappen 211 på vanlig måte. Selv om en mellomliggende tetning er vist, skal det forstås at andre tetningssteder og typer av tetninger er like velegnet for bruk med foreliggende oppfinnelse.

Den foregående angivelse og beskrivelse anskueliggjør og forklarer denne, og forskjellige endringer i størrelse, form og materialer, såvel som i detaljene ved den viste konstruksjon, kan utføres uten å avvike fra oppfinnelsestanken.

Claims (9)

1. Gjengeforbindelse omfattende et første element (111) som er utformet med en avsmalnende utvendig stort sett svalehaleformet skruegjenge (115) og som danner en lengdeakse for gjengeforbindelsen, og et andre element (112) som har en avsmalnende innvendig stort sett svalehaleformet skruegjenge (114), med et smøremiddel mellom de innvendige og utvendige skruegjenger (114, 115), idet både den utvendige gjenge (115) og den innvendige gjenge (114) har en plan gjenge-toppvegg (124, 125) anordnet mellom og nær en første og en andre gjenge-flankevegg (117, 119) og har en plan gjenge-bunnvegg (120, 121), idet bunnveggene (120, 121) og toppveggene (124, 125) danner et mellomliggende gjengeklaringsområde (22, 23) med smøremidlet anordnet i klaringsområdet, og idet bunnveggene og toppveggene er parallelle med forbindelsens lengdeakse, idet den aksielle gjengebredde ved toppveggen endrer seg jevnt stort sett over hele gjengens skruelengde, idet nevnte gjenge-belastnings-flankevegger (116, 117) på hvert element kommer til fullt inngrep stort sett samtidig ved tvangsmessig sammenskruing av gjengeforbindelsen (110), karakterisert ved at ved sammenskruing kommer gjengeforbindelsens bunnvegger (120, 121) og toppvegger (124, 125) til berøring med hverandre før forbindelsens (110) flankevegger (117, 119) kommer i inngrep, idet bunnveggene (120, 121) og toppveggene (124, 125) i denne posisjon danner metalliske tetninger som utelukker enhver inneslutting av smøremiddel under sammenskruing av gjengeforbindelsen.

2. Gjengeforbindelse ifølge krav 1, karakterisert ved at gjengene (114, 115) er sylindriske og har en enkelt radiell avstand i forhold til gjengeforbindelsens lengdeakse.

3. Gjengeforbindelse ifølge krav 1, karakterisert ved at gjengene (214, 215) har en jevnt endrende radiell avstand i forhold til gjengeforbindelsens (210) lengdeakse.

4. Gjengeforbindelse ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at bunnveggene (120, 212;

220, 221) og toppveggene (124, 125; 224, 225) ved tvangsmessig sammenskruing har en radiell presspasning for å frembringe en kontrollert spenning i det første element og det andre element (112, 212) .

5. Gjengeforbindelse ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at elementenes (111, 112) gjengebredde ved det bredeste parti er minst det dobbelte av gjengebredden ved det smaleste parti.

6. Gjengeforbindelse ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at elementenes (111, 112) gjengebredde ved det bredeste parti ikke er mer enn fire ganger gjengebredden ved det smaleste parti.

7. Gjengeforbindelse ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den ene eller begge første og andre gjengeflanker (116, 117; 118, 119) danner en vinkel i forhold til et plan vinkelrett på gjengeforbindelsens (110) lengdeakse.

8. Gjengeforbindelse ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den omfatter en tetning (111b) mellom det første element (111) og det andre element (112) for å blokkere fluidpassasje mellom dem.

9. Gjengeforbindelse ifølge et av kravene l til 8, karakterisert ved at det første og andre element (111, 112) omfatter henholdsvis samvirkende tapp- og muffelementer (211, 212), og at en andre avsmalnende, utvendig, stort sett svalehaleformet skruegjenge (215), lik nevnte avsmalnende utvendige stort sett svalehaleformete skruegjenge (115), er utformet på tappelementet (211), og en andre, avsmalnende, innvendig, stort sett svalehaleformet skruegjenge (214), lik nevnte avsmalnende innvendige stort sett svalehaleformete skruegjenge (114), også er utformet på muffeelementet (212).