NO301499B1

NO301499B1 - Method of connecting threaded pipe sections

Info

Publication number: NO301499B1
Application number: NO893475A
Authority: NO
Inventors: Mark C Moyer; James B Day; Alan J Hirshberg
Original assignee: Exxon Production Research Co
Priority date: 1988-09-02
Filing date: 1989-08-30
Publication date: 1997-11-03
Also published as: NO893475D0; FR2636119B1; MX171930B; DE3928958A1; GB2225073A; GB8919657D0; JPH02106231A; AU4095189A; AU621147B2; MY106239A; GB2225073B; CA1331539C; FR2636119A1; NO893475L

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte ved sammenkopling av gjengede røravsnitt for dannelse av en rørskjøt, som angitt i krav l's innledning. The invention relates to a method for connecting threaded pipe sections to form a pipe joint, as stated in the introduction of claim 1.

Oppfinnelsen er særlig utviklet i forbindelse med sammenkopling av rør innenfor oljefelt-industrien, hvor rør sammenkoples ved hjelp av gjengede tapper og muffer. The invention has been particularly developed in connection with connecting pipes within the oilfield industry, where pipes are connected using threaded studs and sleeves.

Røravsnitt som "benyttes på oljefelt (eksempelvis lange foringsrøravsnitt eller rørstrengavsnitt) har vanligvis en konisk, gjenget han-ende eller tappdel. Slike tappdeler skrus inn i koplinger, kraver eller enhetlig utførte hun-deler, dvs. innvendig gjengede muffedeler. Disse muffedelene har en innvendig gjenge og er konisk i samsvar med utførelsen til tappdelene. Pipe sections that are "used in oil fields (for example, long casing sections or pipe string sections) usually have a conical, threaded male end or spigot part. Such spigot parts are screwed into couplings, collars or uniformly made female parts, i.e. internally threaded socket parts. These socket parts have a internal thread and is conical in accordance with the design of the pin parts.

En dominant rørskjøt er den standardiserte API-skjøt uten momentskuldre. Disse koniske rørskjøtene gir øket anleggs-kraft med tilhørende tetning mellom tapp og muffe i samsvar med det anvendte tiltrekkingsmoment. Det er velkjent innenfor petroleumindustrien at en API-skjøt i sterk grad er avhengig av hvorvidt skjøten er utført skikkelig, dvs. at delene har fått riktig innbyrdes kontakt. Herunder spiller friksjons-relaterte faktorer, såsom gjengemsmøring, beleggtype og-tykkelse, overflatebehandling, eksentrisitet, ovalitet, urenheter (smuss eller rust) en rolle, og det samme gjelder for eksterne faktorer såsom viktig innretting og den dreiebelastning som oppstår på brønnstedet. A dominant pipe joint is the standardized API joint without moment shoulders. These conical pipe joints provide increased installation force with associated sealing between pin and socket in accordance with the applied tightening torque. It is well known within the petroleum industry that an API joint depends to a large extent on whether the joint has been performed properly, i.e. that the parts have made proper mutual contact. Here, friction-related factors, such as thread lubrication, coating type and thickness, surface treatment, eccentricity, ovality, impurities (dirt or rust) play a role, and the same applies to external factors such as important alignment and the rotational load that occurs at the well site.

Det er kjent flere metoder for overvåking og kontroll av sammenkoplingen av rørforbindelser på oljefelt. En metode er den som bare baserer seg på dreiemomentet, idet det benyttes enn belastningscelle som festes til skjøten eller skjøt-tengene og kalibreres med hensyn til dreiemomentet. Denne metode har sine begrensninger, fordi den ikke gir nok informasjon med hensyn til slike kvalitetskontrollproblemer som gjenger som er ute av toleranse, kryssgjenging eller skjæring. Several methods are known for monitoring and controlling the interconnection of pipe connections on oil fields. One method is the one that is based only on the torque, using a load cell that is attached to the joint or the joint clamps and calibrated with respect to the torque. This method has its limitations because it does not provide enough information regarding such quality control issues as out-of-tolerance threads, cross-threading, or cutting.

En annen metode krever avansert elektronisk utstyr for overvåking av såvel dreiemoment som omdreininger, og dette øker omkostningene og forsinker også løskopling og sammenkopling. Denne metoden er dessuten meget følsom da den arbeider med et referanse-dreiemoment som er relativt lavt, vanligvis 10$ av minimums-dreiemomentet. Dette dreiemoment bestemmes noen ganger av API-dreiemoment-anbefalinger. Etter at referansedreiemomentet er nådd, telles et bestemt antall omdreininger under sammenkoplingen. Dersom et falskt referansedreiemomnent aktiverer tellingen, som følge av kvalitetskontrollproblemet eller andre forhold, så vil man få en dårlig skjøt. Denne metode er blant annet beskrevet i US-PS 3.368.396. Another method requires advanced electronic equipment for monitoring both torque and revolutions, and this increases costs and also delays disconnection and connection. This method is also very sensitive as it works with a reference torque that is relatively low, usually 10$ of the minimum torque. This torque is sometimes determined by API torque recommendations. After the reference torque is reached, a certain number of revolutions are counted during the engagement. If a false reference torque activates the count, due to the quality control problem or other conditions, then you will get a bad joint. This method is, among other things, described in US-PS 3,368,396.

En tredje metode er en hvor dreiemomentet overvåkes og plottes som en funksjon av medgått tid istedenfor antall omdreininger. På denne måten kan man fastslå det dreiemoment hvor metall-metall-tetningskontakt oppnås under sammenkoplingen. Man kan også overvåke dreiemomentresponsen etter kontakten. Denne tredje metode er blant annet beskrevet i US-PS 4.738.145. A third method is one where the torque is monitored and plotted as a function of elapsed time instead of the number of revolutions. In this way, the torque at which metal-metal sealing contact is achieved during the coupling can be determined. One can also monitor the torque response after contact. This third method is, among other things, described in US-PS 4,738,145.

Ingen av disse metoder tar hensyn til ønsket om at operatøren skal kunne bestemme det aksiale samvirke mellom tappen og muffen. Slik bestemmelse er vesentlig i forbindelse med bestemmelsen av den radielle gjengekontakt og hvorvidt delenes ender på uønsket måte butter mot hverandre, med tilhørende innsnevring av løpet i røravsnittene, eller hvorvidt det forefinnes tilstrekkelig gjengesamvirke slik at koplingen kan tåle etterfølgende trykk- og strekkbelastning-er. None of these methods takes into account the desire for the operator to be able to determine the axial interaction between the pin and the sleeve. Such a determination is essential in connection with the determination of the radial thread contact and whether the ends of the parts butt against each other in an undesirable manner, with associated narrowing of the course in the pipe sections, or whether there is sufficient thread engagement so that the coupling can withstand subsequent compressive and tensile loads.

I US-PS4.127.927 beskrives det en fjerde metode som baserer seg på en kombinasjon av dreiemomentbestemmelse og bestemmelse av den aksiale stilling. In US-PS4,127,927, a fourth method is described which is based on a combination of torque determination and determination of the axial position.

Det benyttes en manuell stramming eller tiltrekking som referanse for bestemmelse av stillingen til et merke eller flere merker på røravsnittet (avsnittene). I den manuelle tiltrekkingssituasjon vil gjengene være bragt til et samvirke hvor de har god kontakt uten deformer ing, en kontakt som vanligvis nås mellom 34 og 68 joule. Erfaring har vist at visse relativt lave referansedreiemomenter vil gi betydelig variasjoner, selv for øyensynlig identiske prøver. A manual tightening or tightening is used as a reference for determining the position of a mark or several marks on the pipe section(s). In the manual tightening situation, the threads will be brought to a cooperation where they have good contact without deforming, a contact that is usually reached between 34 and 68 joules. Experience has shown that certain relatively low reference torques will produce significant variations, even for apparently identical samples.

Metoden ifølge US-PS 4.127.927 baserer seg på bruk av komplisert og dyrt utstyr som fortrinnsvis benyttes på brønnstedet, idet det foretas målinger av den manuelle tilstrammlngsreferanse for hver enkelt tappdel, som så forsynes med et merke i en bestemt avstand fra det fastslåtte tilstrammingsplan. Den ønskede avstand fra dette plan bestemmes empirisk derved at det tilveiebringes et antall skjøter av hver type, grad og rørdimensjon. Som følge av de variasjoner som man finner i fremstillingstoleransene i rørskjøter vil hver rørskjøt kunne ha en ulik tilstrammingsplan-referanse og derfor også en ulik merkeplassering. Denne metode krever åpenbart en tidskrevende analyse i forbindelse med merkingen av hver tappdel før første sammenkopling av en rørstreng som er bygget opp av røravsnitt. The method according to US-PS 4,127,927 is based on the use of complicated and expensive equipment which is preferably used at the well site, as measurements are made of the manual tightening reference for each individual pin part, which is then provided with a mark at a certain distance from the established tightening plan . The desired distance from this plane is determined empirically by providing a number of joints of each type, grade and pipe dimension. As a result of the variations found in the manufacturing tolerances in pipe joints, each pipe joint may have a different tightening schedule reference and therefore also a different mark location. This method obviously requires a time-consuming analysis in connection with the marking of each pin part before the first connection of a pipe string which is made up of pipe sections.

I tillegg benyttes ved denne metode standardiserte tiltrekk-ingsmomenter som bestemt av API hvor hver dimensjon, vekt og grad for foringsrør og rørstrenger. Det skal i denne forbindelse vises til US-PS 4.127.927, spalte 1, linjene 43-46, spalte 12, linjene 45-57 og spalte 13, linjene 35-42. In addition, this method uses standardized tightening torques as determined by API where each dimension, weight and grade for casing and pipe strings. In this connection, reference should be made to US-PS 4,127,927, column 1, lines 43-46, column 12, lines 45-57 and column 13, lines 35-42.

Sistnevnte metode (spalte 14, linjene 26 til spalte 15, linjene 16) går ut på å skru en krave på tappen helt til det målte API-moment når en på forhånd valgt verdi. Man under-søker så kraveenden for å se om den stemmer overens med den påmalte linje. Denne påmalte linje er påført som referanse til den nevnte manuelle tilstramming. Dreiemomentområdet er 75 til 1,25 x det optimale API-moment for rørets dimensjon, vekt og grad (spalte 14, linjene 9-14). Såvel dreiemoment som inngrep overvåkes. Dreiemomentet overvåkes ved hjelp av en dreiemomentmåler og stillingen overvåkes ved hjelp av referansemerket. The latter method (column 14, lines 26 to column 15, lines 16) involves screwing a collar onto the pin until the measured API torque reaches a pre-selected value. The end of the collar is then examined to see if it matches the painted line. This painted line is applied as a reference to the aforementioned manual tightening. The torque range is 75 to 1.25 x the optimum API torque for the pipe dimension, weight and grade (column 14, lines 9-14). Both torque and engagement are monitored. The torque is monitored using a torque meter and the position is monitored using the reference mark.

Til tross for disse foran nevnte metoder har man problemer med hensyn til oppnåelse av gode, tilfredsstillende skjøter. Manglende god avtetting i dårlige skjøter gir uønsket lekkasje, den ene eller andre vel. Despite these aforementioned methods, there are problems with regard to obtaining good, satisfactory joints. Lack of good sealing in bad joints leads to unwanted leakage, one or the other.

Det foreligger derfor et klart behov for en enkel metode hvormed man kan, på stedet, bestemme skjøtkvaliteten visuelt, slik at man unngår bruk av komplisert instrumentasjon og/eller unngår behovet for kalibrering av hver enkelt tappdel for oppnåelse av en skikkelig skjøtforbindelse. There is therefore a clear need for a simple method with which one can, on the spot, determine the joint quality visually, so that one avoids the use of complicated instrumentation and/or avoids the need for calibration of each individual pin part to achieve a proper joint connection.

Feltarbeidet vil kunne forenkles betydelig både med hensyn til tid og økonomi dersom man har en metode for bestemmelse av skjøtkvaliteten som bygger på standardisering av merkingen eller registreringen av et røravsnitt for en bestemt type, dimensjon, vekt og grad av røravsnitt, slik at man derved kan eliminere den uønskede manuelle tilstramm-ingsreferanse og de meget varierende referansemomenter, i kombinasjon med et empirisk bestemt dreiemomentområde for en viss type, dimensjon, vekt og grad av røravsnitt for oppnåelse av en skikkelig skjøt. Fieldwork can be significantly simplified both in terms of time and finances if you have a method for determining the joint quality that is based on standardization of the marking or registration of a pipe section for a specific type, dimension, weight and degree of pipe section, so that you can eliminate the unwanted manual tightening reference and the widely varying reference torques, in combination with an empirically determined torque range for a certain type, dimension, weight and grade of pipe section to achieve a proper joint.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor en fremgangsmåte som angitt i krav l's innledning, med de i krav l's karakteri-stikk angitte særtrekk. According to the invention, a method is therefore proposed as stated in claim 1's introduction, with the special features stated in claim 1's characteristics.

Med denne nye fremgangsmåte oppnås rørskjøter som har passende tetningsstilling ved et passende tiltrekkingsmoment. Skjøtforbindelsen innbefatter et første røravsnitt med et registreringsmerke med en bestemt bredde ved et bestemt stillingsvindu på det første avsnitt, målt i fra tappdelens ende. Dette bestemt plasserte vindu vil være det samme for samtlige tappdeler av lignende dimensjon, grad, vekt, og gjengetype eller- form, og merkene kan derfor påføres ved hjelp av en enkel mal før skjøten tilveiebringes. Stillingsvinduet bestemmes i prinsippet ved hjelp av en finite-element-analyse. With this new method, pipe joints are achieved that have a suitable sealing position with a suitable tightening torque. The splice includes a first pipe section with a registration mark of a certain width at a certain position window on the first section, measured from the end of the pin part. This specifically positioned window will be the same for all stud parts of similar dimension, grade, weight, and thread type or shape, and the marks can therefore be applied using a simple template before the joint is provided. The position window is determined in principle by means of a finite element analysis.

Tappdelen og muffedelen på et andre røravsnitt blir så skrudd sammen, opptil et minimum innenfor et empirisk bestemt dreiemomentområde. Dreiemomentområdet bestemmes ved utprøving og/eller ved hjelp av finite-element-analyse av representative skjøter for en bestemt gjengetype, dimensjon, vekt og grad av røravsnittene. Om så behøves kan dreiemomentområdet justeres ved hjelp av empirisk bestemte friksjonsfaktorer. The spigot part and the socket part on a second pipe section are then screwed together, up to a minimum within an empirically determined torque range. The torque range is determined by testing and/or using finite element analysis of representative joints for a particular thread type, dimension, weight and grade of the pipe sections. If necessary, the torque range can be adjusted using empirically determined friction factors.

Etter sammenskjøtingen inspiseres skjøten visuelt på rigg-gulvet, for å fastslå at stillingen er riktig og at man ligger innenfor det riktige dreiemomentområde, og dersom så er tilfelle, så aksepteres skjøten. After splicing, the joint is visually inspected on the rig floor to determine that the position is correct and that one is within the correct torque range, and if this is the case, the joint is accepted.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et snitt gjennom en rørskjøt medmuffe og to tapper, hvor også riktig plassering av de respektive merker på de to tappdeler The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings, where: Fig. 1 shows a section through a pipe joint with a sleeve and two pins, where also the correct placement of the respective marks on the two pin parts

er vist, is shown,

fig. 2 viser et perspektivriss av en mal som på fig. 2 shows a perspective view of a template as in

fordelaktig måte kan benyttes med oppfinnelsen , advantageous way can be used with the invention,

fig. 3 viser et snitt hvor malen i fig. 2 er fig. 3 shows a section where the template in fig. 2 is

plassert på en tappdel for merking, placed on a pin part for marking,

fig. 4 viser en ferdig skjøt i snitt, med angivelse av riktig merkeplassering på tappdelen relativt en muffedel, og fig. 4 shows a finished joint in section, with an indication of the correct marking location on the pin part relative to a socket part, and

fig. 5 viser et snitt so i fig. 4, hvor tappdelen ikke er plassert riktig i forhold til muffedelen. fig. 5 shows a section as in fig. 4, where the spigot part is not positioned correctly in relation to the socket part.

De i detalj i fig. 1,4 og 5 viste rørskjøter skal beskrives nærmere nedenfor. Den fremgangsmåte som beskrives, kan benyttes for rørstrenger eller foringsrør. Det kan dreie seg om ulike typer rørskjøter, med bruk av muffer, kraver et. Those in detail in fig. The pipe joints shown in 1, 4 and 5 shall be described in more detail below. The method described can be used for pipe strings or casing. It can be about different types of pipe joints, with the use of sleeves, collars, etc.

Den metodikk som beskrives nedenfor, benyttes fordelaktig i forbindelse med koniske gjengeskjøter, uten bruk av inn-vendige, utvendige eller midtre momentskuldre eller spesielle gjengeutførelser, såsom den kilegjenge som fremstilles av Hydril Company, Houston, Texas. Den koniske skjøtforbindelse, som er vist i fig. 1,4 og 5, oppnår ønsket tetning ved en behøring aksial plassering under utnyttelse av et behøring tiltrekkingsmoment. The methodology described below is advantageously used in connection with tapered threaded joints, without the use of internal, external or center moment shoulders or special thread designs, such as the wedge thread manufactured by Hydril Company, Houston, Texas. The conical joint shown in fig. 1,4 and 5, achieves the desired seal at an appropriate axial location while utilizing an appropriate tightening torque.

Et første røravsnitt 10a har en utvendig gjenget tappdel 12 med en endeflate 14. Dette første røravsnitt 10a er forsynt med et registreringsmerke eller vindu 16 på et bestemt sted på avsnittets 10 ytre overflate. Plasseringen av merket 16, fortrinnsvis et påmalt bånd som har skarp kontrast til underlaget, vil være likt for samtlige tappdeler som har lignende dimensjon, grad, vekt og gjengetype. Et andre røravsnitt eller muffe 18, med en lengde NL har to motsvarende gjengede muffedeler 20a og 20b, med respektive ende-flater 22a og 22b. Ifølge den nye fremgangsmåte skrus tappdelen 12 og muffedelen 20a sammen opptil en minimumsverdi for et empirisk og/eller analyttisk bestemt dreiemomentområde . A first pipe section 10a has an externally threaded pin part 12 with an end face 14. This first pipe section 10a is provided with a registration mark or window 16 at a specific location on the section 10's outer surface. The location of the mark 16, preferably a painted band that has a sharp contrast to the substrate, will be the same for all pin parts that have similar dimensions, grade, weight and thread type. A second pipe section or sleeve 18, with a length NL has two corresponding threaded sleeve parts 20a and 20b, with respective end surfaces 22a and 22b. According to the new method, the pin part 12 and the socket part 20a are screwed together up to a minimum value for an empirically and/or analytically determined torque range.

Man studerer så rørskjøten og dersom endeflaten 22a på muffedelen 20a er riktig plassert i forhold til registreringsmerket 16 på røravsnittet 10a, så vil skjøten være akseptabel og sammenkoplingen avsluttes. Dersom endeflaten 22a ennå ikke har nådd kanten 24 til registreringsmerket 16, så økes dreiemomentet helt til enten endeflaten 22a går inn i båndet (mellom merkets 16 kanter 24 og 26) eller man har nådd det maksimale dreiemoment. Dersom endeflaten 22a går inn i merkebåndet 16 ved et dreiemoment som ligger mellom det empirisk og/eller analyttisk bestemte minimum og maksimum for dreiemomentverdiene, så vil skjøten være akseptabel. The pipe joint is then studied and if the end surface 22a of the sleeve part 20a is correctly positioned in relation to the registration mark 16 on the pipe section 10a, then the joint will be acceptable and the connection is finished. If the end surface 22a has not yet reached the edge 24 of the registration mark 16, then the torque is increased until either the end surface 22a enters the band (between the edges 24 and 26 of the mark 16) or the maximum torque has been reached. If the end surface 22a enters the marking band 16 at a torque that lies between the empirically and/or analytically determined minimum and maximum for the torque values, then the joint will be acceptable.

Det andre røravsnitt 10b skrus sammen med muffedelen 20b på lignende måte. Utførelsen i fig. 4 og 5, hvor man har integrert muffe, tilveiebringes på samme måte. Det er i fig. 4 og 5 derfor benyttet de samme henvisningstall som i fig. 1, med et indekstillegg. The second pipe section 10b is screwed together with the sleeve part 20b in a similar way. The embodiment in fig. 4 and 5, where one has an integrated sleeve, is provided in the same way. It is in fig. 4 and 5 therefore used the same reference numbers as in fig. 1, with an index supplement.

Dersom, som vist i fig. 5, endeflaten 22' (som vist med fullt oppstrukne linjer) ikke når merkets 16' kant 24' ved maksimalt dreiemoment, så vrakes skjøten. Dersom endeflaten 22' har passert kanten 26' før minimum-dreiemomentet er nådd (som vist med strekpunkterte linjer i fig. 5), så avsluttes sammenkoplingen og den vrakes. If, as shown in fig. 5, the end surface 22' (as shown in solid lines) does not reach the edge 24' of the mark 16' at maximum torque, then the joint breaks. If the end surface 22' has passed the edge 26' before the minimum torque has been reached (as shown by dashed lines in Fig. 5), then the connection is terminated and it is broken.

Av det som er sagt foran, vil det gå frem at man med oppfinnelsen har tilveiebragt en meget enkel og billig metode for oppnåelse av en behørig skjøtkopling, uten de problemer man tidligere har hatt. En betydelig fordel med den nye fremgangsmåte er at registreringsmerkene gjør det mulig for operatøren visuelt å bestemme samvirket mellom tapp og muffe. Dessuten vil man være uavhengig av relativt lave og sterkt varierende referanse-momentverdier. From what has been said above, it will appear that the invention has provided a very simple and cheap method for achieving a proper splice, without the problems that have previously been experienced. A significant advantage of the new method is that the registration marks make it possible for the operator to visually determine the interaction between the pin and the sleeve. In addition, one will be independent of relatively low and strongly varying reference torque values.

En annen og vesentlig fordel med den nye fremgangsmåte finner man i forbindelse med det faktum at benk-dreiemomentet, som benyttes i rørverkstedet eller i laboratorier, vil kunne være et annet enn det dreiemoment som foreligger ved utførelse av arbeidene på rigg-gulvet. I en benk gripes nemlig begge røravsnitt på utsiden og dette medfører at muffedelen blir stivere, slik at man vanligvis vil få et høyere dreiemoment enn ved en sammenskjøting på et rigg-gulv, hvor jo bare røravsnittene med tappdelene gripes. Selv om disse to dreiemoment-operasjoner således krever ulike dreiemomenter vil registreringsmerkene forbli identiske, fordi det nødvendige aksiale gjengesamvirke forblir det samme. Derfor kan gjenge-dreiemomentene foreskrives for spesifikke dreiemoment-operasjoner. I praksis vil disse forhold bare påvirke de ovenfor nevnte minimumsverdier for dreiemomentene. Another and significant advantage of the new method can be found in connection with the fact that the bench torque, which is used in the pipe workshop or in laboratories, could be different from the torque available when carrying out the work on the rig floor. In a bench, both pipe sections are gripped on the outside and this means that the socket part becomes stiffer, so that you will usually get a higher torque than with a joint on a rig floor, where only the pipe sections with the spigot parts are gripped. Although these two torque operations thus require different torques, the registration marks will remain identical, because the required axial thread engagement remains the same. Therefore, the thread torques can be prescribed for specific torque operations. In practice, these conditions will only affect the above-mentioned minimum values for the torques.

En forskjell mellom den her beskrevne fremgangsmåte og tidligere kjent teknikk er at sammenkoplingsstillingen i prinsippet bestemmes med finite-element-analyse og bekreftes i forsøk. A difference between the method described here and previously known technology is that the connection position is in principle determined with finite element analysis and confirmed in experiments.

Som nevnt males registreringsmerket 16 fortrinnsvis på røravsnittet 10. Som vist i flg. 1 og 5 bestemmes merke-kantene 24 og 26 ved hjelp av de nedenfor gitte ligninger for Di og T>2 • As mentioned, the registration mark 16 is preferably painted on the pipe section 10. As shown in Figs. 1 and 5, the mark edges 24 and 26 are determined using the equations given below for Di and T>2 •

L4= API eller fabrikantens gjengelengde L4= API or manufacturer's thread length

Nl = API eller fabrikantens muffelengde Nl = API or manufacturer's sleeve length

Ci= en tetningskonstant som vanligvis beregnes ved hjelp av finite-element-analyse, med et anleggskontakttrykk som er større enn det interne fluidumtrykk Ci= a sealing constant usually calculated using finite element analysis, with a plant contact pressure greater than the internal fluid pressure

Cg = en deformasjonskonstant som vanligvis bestemmes med finite-element-analyse og/eller empirisk, under hensyntagen til skjærgrensen. Cg = a deformation constant which is usually determined by finite element analysis and/or empirically, taking into account the shear limit.

Disse ligninger vil når de løses med hensyn på D^og Dg gi den registreringsmerkebredde som vil være passende og vil være den samme for en gitt rørtype (dimensjon, vekt, gjengetype og grad (kvalitet)). These equations when solved with respect to D^ and Dg will give the registration mark width that will be appropriate and will be the same for a given pipe type (dimension, weight, thread type and grade (quality)).

Dimensjonene D^og Dg bestemmes derfor ved hjelp av en kombinasjon av spenningsberegninger, koplingsgeometri og finite-element-analyse i den hensikt å oppnå tilstrekkelig anleggstrykk til motståelse av lekkasje, med samtidig tilstrekkelig inngrepssamvirke for å hindre uthopping og for indusering av en bestemt spennings- eller påkjennlngsgrense. The dimensions D^ and Dg are therefore determined by means of a combination of stress calculations, connection geometry and finite-element analysis with the aim of achieving sufficient system pressure to resist leakage, with at the same time sufficient engagement cooperation to prevent jump-out and to induce a specific stress- or exposure limit.

L4er, som vist i fig. 1 og 5, lengden til gjengepartiet på tappdelen 12. Nl er som vist i fig. 1 API- eller fabrikantens muffelengde. Nl/2 er, som vist i fig. 5, et mål som benyttes for en vanlig eller integrert muffedel. De to konstantene C^og Cg, for henholdsvis tetning og deformering, bestemmes også for en gitt rørtype. L4er, as shown in fig. 1 and 5, the length of the threaded portion of the pin part 12. Nl is, as shown in fig. 1 API or manufacturer's socket length. Nl/2 is, as shown in fig. 5, a measure used for a common or integral socket part. The two constants C^ and Cg, for sealing and deformation respectively, are also determined for a given pipe type.

Clbestemmes ved bruk av avansert ikke lineær finite-elementanalyse av en koplingsmodell. En slik analyse vil kvantifisere anleggskontakttrykket mellom gjengene på tapp og muffe. Suksessivt økende aksiale posisjoner innføres i modellen helt til man har identifisert et tilstrekkelig anleggskontakttrykk (selv under strekkpåkjenninger). Den avgjørende antagelse vil være at anleggskontakttrykket som bestemt ved hjelp av finite-element-analysemodellen må være større enn det interne (eller eksterne) fluidumtrykk som det skal tettes mot. Virkningene til en delvis trykkpenetrering i gjengene er innlagt i modellen. C^verifiseres så ved utprøving i full målestokk. C^benyttes derfor for å definere det minste aksiale samvirke og således begynnelsen til stillingsvinduet. Cl is determined using advanced non-linear finite element analysis of a coupling model. Such an analysis will quantify the plant contact pressure between the threads on the pin and sleeve. Successively increasing axial positions are introduced into the model until a sufficient plant contact pressure has been identified (even under tensile stresses). The crucial assumption will be that the plant contact pressure as determined using the finite element analysis model must be greater than the internal (or external) fluid pressure against which it is to be sealed. The effects of a partial pressure penetration in the threads are included in the model. C is then verified by testing on a full scale. C^ is therefore used to define the smallest axial cooperation and thus the beginning of the position window.

Cg bestemmes ved en kombinasjon av avansert ikke lineær finite-element-analyse for en koplingsmodell, og forsøk. Modellen benyttes for å bestemme spenningstilstander i koplingen for en gitt aksial stilling. Dersom spenningstil-standen er for høy, i forhold til materialstyrken, så økes Cg helt til man ved hjelp av modellen har identifisert en tilfredsstillende spennings-tilstand (dvs. grense). Denne verdi blir så verifisert ved fullskala-forsøk. Fullskala-momentforsøk benyttes også for å etablere koplingens skjærgrense, dvs. det punkt hvor gjengen skjærer seg. Den minste aksialverdi (eller den største verdi for Cg) som bestemt ut i fra de to grenser, benyttes for å definere det maksimale aksiale samvirke, og således avslutningen eller enden til stillingsvinduet. I de fleste tilfeller vil C2for API-skjøter være lik lengden til en gjengestigning, hvilket man har funnet gir en tilstrekkelig buffer mot overskruing og sammenstøt med en tapp som skrus inn fra den andre muffe-siden. Cg is determined by a combination of advanced non-linear finite element analysis for a coupling model, and experiment. The model is used to determine stress states in the coupling for a given axial position. If the stress state is too high, in relation to the material strength, then Cg is increased until a satisfactory state of stress (i.e. limit) has been identified with the help of the model. This value is then verified by full-scale tests. Full-scale torque tests are also used to establish the coupling's shear limit, i.e. the point where the thread intersects. The smallest axial value (or the largest value for Cg) as determined from the two limits is used to define the maximum axial cooperation, and thus the termination or end of the position window. In most cases, C2 for API joints will be equal to the length of a thread pitch, which has been found to provide a sufficient buffer against over-screwing and impingement with a stud screwed in from the other socket side.

En ikke-lineær finite-element-analyse for gjengekoplinger, under utnyttelse av en versjon av ABAQUS general-purpose finite-element-programmet er et nøkkelverktøy for bestemmelse av stillingsområdene. Se i denne forbindelse ABAQUS bruker manual, utganve 4-6-58, Hibitt, Karlsson og Sorensen, Inc. Providence, Rhode Island, mai 1984. ABAQUS general-purpose fInite-element-computerprogrammet er kommersielt tilgjenge-lig. A nonlinear finite-element analysis for threaded connections, utilizing a version of the ABAQUS general-purpose finite-element program is a key tool for determining the position ranges. In this regard, see ABAQUS User's Manual, Issue 4-6-58, Hibitt, Karlsson and Sorensen, Inc. Providence, Rhode Island, May 1984. The ABAQUS general-purpose finite-element computer program is commercially available.

Det er tre ikke lineære fenomen som må modelleres for å kunne analysere gjengekoplinger på en nøyaktig måte. Disse er 1) materialoppførselen (plastisitet), 2) finite-deformasjons-geometrien, og 3) overflatekontakten mellom tappdelen og muffen (gjengekontakten). There are three non-linear phenomena that must be modeled in order to analyze threaded connections accurately. These are 1) the material behavior (plasticity), 2) the finite-strain geometry, and 3) the surface contact between the spigot part and the sleeve (thread contact).

En viktig forutsetning for tetningsanalysen er at gjengetet-ningsmassen vil tette topp-rot-klaringene mellom gjengene under tiltrekkingen og vil fortsette å tette under belastn-ing, under forutsetning av at topp-rot-klaringsvolumene ikke øker i vesentlig grad. An important prerequisite for the sealing analysis is that the thread sealant will seal the top-root clearances between the threads during tightening and will continue to seal under load, on the condition that the top-root clearance volumes do not increase significantly.

Tetningen i en skjøt kan bedres ved å bestemme den tilstramming som gir tilstrekkelig gjengeflankekontaktspenning til å hindre en begynnende trykkfluidumpenetrering i gjengen selv under etterfølgende belastninger. The seal in a joint can be improved by determining the tightening that provides sufficient thread flank contact stress to prevent incipient pressure fluid penetration into the thread even under subsequent loads.

Uttrykket "merke" og derav utledede uttrykk som er benyttet her og i patentkraveneskal forstås derhen at det dreier seg ikke bare om påmalte merker, stensilmerker, påtrykkede merker eller lignende, men om alle former for egnede indisia. Eksempelvis kan merkingen være i form av et bånd eller en tape som når det er påsatt på røret vil representere et "merke" eller en markering. Også riss, spor, skrivemerker etc. representerer "merker". Merket behøver ikke nødvendigvis være synlig, så lenge man bare kan avføle eller oppdage det på brannstedet ved hjelp av egnet utstyr. "Merket" kan om så ønskes være magnetisk, radioaktivt eller av annen art. Selv om merket er vist som en kontinuerlig merking, så kan det naturligvis også dreie seg om avbrutt merking. The expression "mark" and derived expressions used here and in the patent claim shell are understood to mean not only painted marks, stencil marks, printed marks or the like, but all forms of suitable indicia. For example, the marking can be in the form of a band or a tape which, when attached to the pipe, will represent a "mark" or a marking. Scratches, traces, writing marks etc. also represent "marks". The mark does not necessarily have to be visible, as long as it can only be felt or detected at the scene of the fire using suitable equipment. The "mark" can, if desired, be magnetic, radioactive or of another kind. Although the mark is shown as a continuous mark, it can naturally also be an interrupted mark.

Det andre røravsnitt som omtales i kravene kan naturligvis også innbefatte tidligere sammenskjøtede første og andre røravsnitt, slik man kjenner det fra rørstrenger som benyttes under boring og overhaling. The second pipe section referred to in the requirements can of course also include previously joined first and second pipe sections, as is known from pipe strings used during drilling and overhaul.

Fordelaktig kan som vist i fig. 2 og 3 en enkel mal 28 benyttes for merking av en bestemt rørtype (samme gjengetype, dimensjon, vekt og grad). Malen 28 har en stiv, fortrinnsvis av stål fremstilt plate 30 som er festet i rett vinkel på en krummet plate 32 av rustfritt stål (fortrinnsvis 19 gage) hvis indre overflate 34 samsvarer med den ytre overflaten til det første røravsnitt 10, som best vist i fig. 3. Man har funnet at sveising, lodding eller slaglodding ikke bør foregå på innsiden, men bare på utsiden av den krummede flate. Den krummede flate 32 har en åpning eller et stillingsvindu 38 som er tilpasset avstandene D^og Dg i fra den stive plate 30. Denne åpning har fortrinnsvis en lengde (i omkretsret-ningen) på ca. 5 cm. Denne mal kan benyttes for påføring av en stiplet markering (avbrutt markering, som i fig. 1) en enkelt markering eller en kontinuerlig markering (som vist i fig. 4 og 5) alt avhengig av antall rotasjoner og bevegelse av malen. Maling påføres gjennom åpningen. Fordelaktig kan to til fire merker hver med en foretrukken lengde rundt 5 cm, males på hver tappdel for et røravsnitt med en ytterdiameter på ca. 18 cm, men selvfølgelig kan antall merker være større eller mindre, alt avhengig av rørstørrelsen og hva operatøren måtte foretrekke. Advantageously, as shown in fig. 2 and 3, a simple template 28 is used for marking a specific pipe type (same thread type, dimension, weight and grade). The template 28 has a rigid plate 30, preferably made of steel, which is fixed at right angles to a curved plate 32 of stainless steel (preferably 19 gage) whose inner surface 34 corresponds to the outer surface of the first pipe section 10, as best shown in fig. 3. It has been found that welding, soldering or brazing should not take place on the inside, but only on the outside of the curved surface. The curved surface 32 has an opening or a positioning window 38 which is adapted to the distances D^ and Dg i from the rigid plate 30. This opening preferably has a length (in the circumferential direction) of approx. 5 cm. This template can be used for applying a dotted marking (interrupted marking, as in fig. 1), a single marking or a continuous marking (as shown in fig. 4 and 5), all depending on the number of rotations and movement of the template. Paint is applied through the opening. Advantageously, two to four marks each with a preferred length of around 5 cm can be painted on each pin part for a pipe section with an outer diameter of approx. 18 cm, but of course the number of marks can be larger or smaller, all depending on the pipe size and what the operator may prefer.

Dreiemomentområdet etableres i utgangspunktet ved hjelp av forsøk, under utnyttelse av representative prøver med bestemte dimensjoner, vekter, graderinger, belegg og gjengetyper eller- former. Man måler de dreiemomentverdier som svarer til de analyttiske bestemte aksiale stillings-verdier som er beskrevet foran (dvs. D^og Dg). Disse dreiemomentverdier er vesentlig høyere og mindre variable enn de referanse-dreiemomentverdier som benyttes for start av telling eller merking av manuelle referanseplan, som angitt foran i forbindelse med omtalen av kjent teknikk. The torque range is initially established by means of trials, using representative samples with specific dimensions, weights, grades, coatings and thread types or shapes. One measures the torque values that correspond to the analytically determined axial position values described above (ie D^ and Dg). These torque values are significantly higher and less variable than the reference torque values that are used to start counting or marking manual reference planes, as indicated above in connection with the discussion of prior art.

Finite-element-analysemodellen sammenlignes med disse prøver for derved å etablere friksjonsfaktorer, som kan benyttes for prediktering av dreiemomentområder. Da friksjonsfaktorene vil være noenlunde like over relativt store områder med hensyn til dimensjoner, vekter og graderinger, kan forsøkene begrenses ved å benytte finite-element-analysemodellpredik-sjoner for dreiemomentområdet. Empiriske friksjonsfaktor-korreksjoner benyttes for å ta hensyn til ulike belegg og smøremidler. The finite element analysis model is compared with these samples to establish friction factors, which can be used for predicting torque ranges. As the friction factors will be fairly similar over relatively large areas with regard to dimensions, weights and gradations, the experiments can be limited by using finite-element analysis model predictions for the torque range. Empirical friction factor corrections are used to account for different coatings and lubricants.

Tabell 1 nedenfor er satt opp for et rør med en ytterdiameter på 17,8 cm (7 tommer), en vekt på 61 kg/m (41 lb/fot) og med betegnelsen P-110, hvilket indikerer at røret har en flytespenning på 758.400 kPa (110.000 lb/tommer2 ). Det dreier seg om en API-LTC-foringsrørforbindelse med en nominell API-kopling. LTC står for "long-threaded and coupled", hvilket representer en standard gjengetype ifølge Table 1 below is set up for a pipe with an outer diameter of 17.8 cm (7 inches), a weight of 61 kg/m (41 lb/ft) and with the designation P-110, indicating that the pipe has a yield stress of 758,400 kPa (110,000 lb/in2 ). It is an API-LTC casing connection with a nominal API connection. LTC stands for "long-threaded and coupled", which represents a standard thread type according to

API. API.

Tabell 1 gir retningslinjer for et rør av denne bestemte dimensjon, vekt, grad, belegg og gjengetype. Dreiemoment-stillingsverdiene i tabell 1 baserer seg for det første på at det er oppnådd gjengeflanke-anleggstrykk som nødvendig for tetning mot det ifølge API maksimale indre trykk, for det andre på at von Mises-ekvivalentspenninger i muffeveggen er redusert til nivåer ved eller under minimum flytespenning for P-110 stål ifølge API, og for det tredje at man eksperimentelt har verifisert at det i dette dreiemoment-stillingsområde ikke forekommer gjengeskjæring. Table 1 provides guidelines for a pipe of this particular dimension, weight, grade, coating and thread type. The torque-position values in Table 1 are based, firstly, on the fact that the thread flank system pressure necessary for sealing against the API maximum internal pressure has been achieved, and secondly, that von Mises equivalent stresses in the socket wall have been reduced to levels at or below the minimum yield stress for P-110 steel according to API, and thirdly, that it has been experimentally verified that thread cutting does not occur in this torque position range.

Koplings-dreiemomentene i tabell 1 er fremkommet ved at man først har analyttisk bestemt koplingsstillingen, som diskutert foran, for derved å sikre adekvat integritet mot innvendig trykk, samt strukturintegritet, og ved at man deretter har bestemt de til de aksiale stillinger svarende dreiemomenter ved hjelp av en kombinering av resultatene fra prøver og fInite-element-analysen. The coupling torques in table 1 have been obtained by first analytically determining the coupling position, as discussed above, in order to thereby ensure adequate integrity against internal pressure, as well as structural integrity, and by then determining the torques corresponding to the axial positions using of a combination of the results from samples and the finite element analysis.

For fosfatiserte gjengerble en friksjonsfator empirisk bestemt, og denne ble deretter benyttet for etableringen av forholdet mellom antall omdreininger fra analysen og dreiemomentet fra fullskala-laboratorium- eller feltforsøk. Dette kan matematiske uttrykkes i forenklet form slik: For phosphatized gears, a friction factor was empirically determined, and this was then used to establish the relationship between the number of revolutions from the analysis and the torque from full-scale laboratory or field tests. This can be mathematically expressed in simplified form as follows:

hvor: where:

T = det eksperimentelt målte dreiemoment T = the experimentally measured torque

f = friksjonsfaktoren (som skal bestemmes) f = the friction factor (to be determined)

K = er en konstant som er avhengig av koplings K = is a constant that depends on coupling

geometrien the geometry

Ptø = anleggskontakttrykket Ptø = plant contact pressure

D = den aksiale stilling D = the axial position

De i tabell 1 for tinnbelagte gjenger angitte dreiemomenter ble utviklet på lignende måte som beskrevet foran i forbindelse med fosfatiserte gjenger. De dreiemomenter som er nødvendige for tinnbelagte gjenger, ligger på verdier rundt ca. 70$ av verdiene for dreiemomentene for fosfatiserte gj enger. The torques specified in Table 1 for tin-coated threads were developed in a similar way to that described above in connection with phosphatized threads. The torques required for tin-coated threads are around approx. 70$ of the torque values for phosphated threads.

På gjengene på såvel tapp som i muffen ble det anvendt en API 5A2 tetningsmasse (en spesiell tetningsmasse ifølge API-spesifikasj oner). An API 5A2 sealant (a special sealant according to API specifications) was used on the threads on both the pin and the sleeve.

Claims

1. Method for connecting threaded pipe sections to form a pipe joint with a suitable sealing position at a suitable tightening torque, characterized in that it includes the following steps: marking a first pipe section (10a) which has a threaded pin part (12), thereby providing a registration mark (16) of a specified axial width at a specified location on the pipe section at a measured distance from the end of the spigot, which location is the same for any spigot of similar size, quality, weight and thread form, the distance being determined for a spigot by a determined dimension, quality, weight and thread shape before the joint is provided, screwing together the pin part (12) on the first pipe section (10a) and a corresponding threaded socket part (20a) with an end surface (22a) on a second pipe section (18), socket part and spigot part are screwed together with a tightening torque, and determining that the pipe joint (T) is acceptable when (1) the end surface (22a) of the socket part is axially within the registration mark et's (16) axial width of the first pipe section, and (2) the final tightening torque is within an empirically determined range between a minimum and a maximum value, or else the pipe joint (T) breaks.

2. Method according to claim 1, characterized in that the location of the registration mark (16) on the first pipe section is determined by means of stress calculations, the connection geometry of the pin part (12) and finite element analysis.

3. Method according to claim 1, characterized in that the axial distances (D-|,D2) for the nearest and farthest end limits (24,26) of the registration mark (16) on the first pipe section (10A) counted from the end of the pin part (12) are determined by using the following equations: D-| = L4+C-i D2= (NL/2) - C2 L4= API (American Petroleum Institute) or the manufacturer's thread length NL = API or the manufacturer's sleeve length C-j = a sealing constant C2= a deformation constant

4. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the marking includes placement of a band-shaped field (16) on the first pipe section.

5. Method according to claim 3, characterized in that the marking includes placement of a band (16) or a tape between the said D-| position and the said D2 position.

6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling torque range is determined by an analysis of a representative joint for a certain type, dimension, weight, quality and thread form of the pipe section, using finite element analysis, and that this range is adjusted by empirically determining friction factors for various coatings, surface treatments and lubricants.

7. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the registration mark (16) is applied whereby a template (28), which has an opening (38) arranged at a fixed distance from a stop plate (30), is placed with its stop plate against the pin part's end, and by applying a mark to the first pipe section (10a) through the opening (38).

8. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a sleeve (18) is used as the second pipe section.