NO172703B - Gjenget roerformet element - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår gjengete rørforbindelser, eller som de ofte benevnes "gjengemuffer" (engelsk fagspråk: "threaded pipe joints" d.v.s. han-del og hun-del), for oljefelt-rørgods, og særlig et forbedret tetningsarrangement for slike forbindelser.

Gjengete rørforbindelser for oljefelt-rørgods anvender metalliske (dvs. i denne forbindelse metall mot metall) tetninger for å holde forbindelsene lekkasjefrie. Som eksempel kan nevnes WO 84/04352. Noen forbindelser anvender også elastiske tetningsringer, men i alle tilfeller er den primære tetning en metallisk tetning. Dette skyldes at tetningsringer av elastisk materiale nedbrytes ved høye temperaturer, skades lett under håndtering, og presses ut under høyt trykk. En annen grunn til at elastiske tetningsringer ikke vanligvis brukes i gjengemuffer er at de for-trinnsvis bæres av han-delen og dette krever et spor. Det er velkjent at maksimalspenningen i et element vil opptre ved enhver brå tverrsnittendring, f.eks. et spor. Der slike spor og elastiske tetningsringer benyttes er de derfor beliggende i et parti av han-delen eller hun-delen som har den tykkest mulige veggseksjon. Et eksempel på dette er vist i US patent nr. 4 458 925. Der er sporet for den elastiske ring beliggende under gjengene i hun-delen i et parti av hun-delen eller koplingen som har en vegg-tverrsnittstykkelse tilnærmet lik rørets og derfor ikke vil svekke gjengemuffen vesentlig.

Ifølge denne oppfinnelse har en imidlertid funnet at samvirkende metalliske avsmalnende eller koniske flater beliggende mellom endene av gjengene i en gjenget rørforbindelse kan oppta et spor i én av flatene uten utilbørlig svekking av gjengemuffen.

Nærmere bestemt tilveiebringer oppfinnelsen et gjenget rørformet element for bruk ved dannelse av en gjenget rør-forbindelse, som angitt i det etterfølgende krav 1. Fordel-aktige utføringsformer av oppfinnelsen er angitt i de øvrige, etterfølgende krav. Riktignok er det fra EP 0 127 560 kjent en gjenget rørforbindelse, hvor det mellom to gjengete partier befinner seg et tetningselement, men dette er, i motsetning til tetningselementet som anvendes ifølge foreliggende oppfinnelse, forskjøvet i forhold til tetningsflåtene, og sistnevnte er slik utformet at det dannes en spalte mellom dem.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Figur 1 er et riss, delvis i snitt og delvis i oppriss, av en forbindelse ifølge denne oppfinnelse, Figur 2 er en datamaskin-utskrift av de spenninger som opptrer i han-delen og hun-delen i det parti av forbindelsen som er vist på figur 1 nær tetningsflåtene når de utsettes for innvendig trykk og strekk i lengderetningen med et spor beliggende i én av tetningsflåtene anbrakt omtrent halvveis mellom gjengeendene som vist i figur 1, og Figur 3 er en datamaskin-utskrift av det samme parti av forbindelsen og viser de spenninger som opptrer uten sporet.

Forbindelsen vist i figur 1 omfatter en hun-del 10 og han-del 12. Gjengene er kileformet og øker i bredde i én retning på han-delen og i den motsatte retning på hun-delen, slik at når gjengemuffen trekkes til vil gjengene låse han-delen og hun-delen sammen og dessuten danne en tetning mellom gjengeflankene og gjengebunnene og -toppene. Dette er "Series 500 wedge thread" fremstilt og markedsført av "The Hydril Tubular Division of The Hydril Company".

I den viste forbindelse er gjengene avtrappet med store trinn 14 og 16 på han-delen og hun-delen og små trinn 18 og 20 på hun-delen og han-delen. Gjengene på de store trinn har største- og minstediametere større enn gjengene på de små trinn. På han-delen og hun-delen, omtrent midtveis mellom gjengeendene og mellom trinnene ligger det en konisk avsmalnende flate 22 på hun-delen og en konisk avsmalnende flate 24 på han-delen. Flatene ligger an mot hverandre og danner en metallisk tetning for å gi en ytterligere tetning for muffen i tillegg til den tetning som dannes av de samvirkende, kileformete gjenger. Flatene avsmalner med ca. 3 til 4° fra forbindelsens lengdeakse, hvilket gir opphav til store normalkrefter på flatene når gjengemuffen tiltrekkes.

Ved kjøring av en datamaskinbasert spenningsanalyse på denne muffe, fremkom spenningslinjene vist i figur 3 i en 7"

(178 mm) foringsrørmuffe av den i figur 1 viste type, når den ble utsatt for både aksial og radial spenning på grunn av innvendig trykk. Datamaskinen var programmert for 7" (178 mm) diameter P-110 foringsrør, 29 pund pr. fot (43,17 kg/m), et innvendig trykk på 11 220 psi (785,4 kg/cm<2>), og en aksial strekkbelastning på 667 505 pund (303047 kg) som er 80 % av rørets stekkfasthet. Resultatet er vist i figur 3. Høye spenningskonsentrasjoner ble indikert nær begge ender av de sammenpassende flater over forholdsvis små områder. Dette er vist ved området A, som er 110 000 psi (7700 kg/cm<2>). Spen-ningen avtar mot midten, idet det faller til C som er 90000 pund (40860 kg), i hun-delen og til G, som er 20000 pund (9080 kg), i han-delen. Selv om således de sammenpassende koniske flater er forholdsvis lange og flatenes avsmalning er beregnet på å frembringe høye normalkrefter, opptrer bare to områder med høy spenning, og disse er beliggende nær endene av de sammenpassende flater. Det er i disse områder at den metalliske tetning dannes. De sammenpassende flaters midtpartier var ikke utsatt for høye spenninger og bidro faktisk ikke til tetningen mellom hun-delen og han-delen.

Det ble derfor bestemt å plassere et spor midt i flaten 24 på han-delen, og se hva som skjedde med spenningene. Resultatet er vist i figur 2. Med de samme belastninger fremkom tilnærmet identisk de samme spenninger i hun-delen og han-delen uten noen spenningskonsentrasjoner rundt sporet 26, hvilket er imot enhver forventning.

Følgelig kan der tilveiebringes en forbindelse som vist i figur 1, der den elastiske ring 28 kan plasseres i sporet 26 omtrent midtveis mellom endene av tetningsflaten 24 for å samvirke med de metalliske tetninger som dannes på hver side av tetningsringen og i tre uavhengige tetninger beliggende mellom trinnene i forbindelsen, uten å svekke styrken i forbindelsen samtidig som forbindelsens integritet forbedres vesentlig når den utsettes for både inn vendig og utvendig trykk.

Claims (7)

1. Gjenget rørformet element for bruk ved dannelse av en gjenget rørforbindelse, hvilket rørformet element er innrettet til å forbindes med et annet gjenget element for å danne en gjengeforbindelse mellom de to elementer, hvilket gjengete rørformete element omfatter et rørformet legeme, idet en utstikkende, skruelinjeformet ribbe på legemet danner skrue-gjenger for samvirke med gjengene på det andre gjengete element til hvilket elementet er innrettet til å forbindes, en konisk tetningsflate (22, 24) på legemet innrettet til å ligge an mot en konisk tetningsflate på det andre gjengete element, hvilken tetningsflate (22, 24) er beliggende omtrent midtveis mellom gjengepartienes ender, karakterisert ved et ringformet spor (26) i den koniske tetningsflate (22, 24), beliggende ved et midtparti av denne, og et ringformet element (28) av elastisk materiale beliggende i sporet (26) for å ligge an mot den koniske flate på det andre gjengete element og danne en tetning når de to koniske flater ligger an mot hverandre flate mot flate, og danne metalliske tetninger på motsatte sider av sporet (26).

2. Gjenget rørformet element ifølge krav 1, karakterisert ved at gjengene er kileformet og øker i bredde i én retning.

3. Gjenget rørformet element ifølge krav 1, karakterisert ved at den koniske tetningsflate avsmalner med en vinkel på 2 - 4° fra elementets lengdeakse .

4. Gjenget rørformet element ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det omfatter et rør som i en ende har en hun-del (10) med innvendige kileformete gjenger som øker i bredde i én retning og en han-del (12) på den andre ende, som har utvendige kileformete gjenger som øker i bredde i den andre retning, og at gjengene på både hun-delen og han-delen er delt i et stort trinn (14, 16) og et lite trinn (18, 20).

5. Gjenget rørformet element ifølge krav 1, karakterisert ved at gjengene på elementet er avsmalnende og er delt i et stort trinn (14, 16) og et lite trinn (18, 20) med en største diameter og en minste diameter mindre enn den største og minste diameter hos det store trinn (14, 16) og at den koniske tetningsflate (22, 24) er beliggende mellom trinnene.

6. Gjenget rørformet element ifølge krav 5, karakterisert ved at skruevinkelen til gjengene i det lille trinn (18, 20) ligger noe foran skruevinkelen til det store trinn (14, 16) for å sikre at gjengene i det lille trinn alltid samvirker før gjengene i det store trinn.

7. Gjenget rørformet element ifølge krav 1, karakterisert ved at gjengene på elementet er rette og er delt i et stort trinn (14, 16) og et lite trinn (18, 20) med en største diameter og en minste diameter som er mindre enn den største og minste diameter hos det store trinn (14, 16) og at den koniske tetningsflate (22, 24) er beliggende mellom trinnene.