NO321499B1 - Fremgangsmate for sammenfoyning av et par metallror - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for sammenkobling av et par metallrør for oljefelt.

En slik fremgangsmåte er beskrevet i patentpublikasjon US 5699955, hvorved to Ti-rør blir solid sammenføyd ved diffusjonsbinding i fast fase. Rørene føyes sammen og varmes under trykk i en ikke-oksiderende atmosfære, mens et Ti-lag avsettes på grenseflaten for sammenføyning, ved enten (1) å innføre en tynnplate for binding fremstilt av Ti med tykkelse på 500 nm eller mindre mellom sammenføyningsflatene,

eller (2) å forhåndsdanne et Ti-lag for binding med tykkelse på 1 nm eller mer på minst én av sammenføyningsflatene ved enhver metode, slik som dampavsetning.

En ulempe med denne fremgangsmåte er at sammenføyningsendene må fremstilles meget nøye og opplinjeres med høy nøyaktighet før sammenpresning for å føyes sammen.

I patentpublikasjon US 3427707 beskrives en fremgangsmåte for

sammenføyning av to rør med konkavt utformede ender, ved bruk av et innlegg av et loddemateriale. Nevnte innlegg blir ikke anordnet på minst ett av rørenes kontaktflater.

Nåtidig kvalitetsteknologi for rørsammenføyning gjør bruk av metall-til-metallkontaktareal eller en gummi- eller teflontetningsring for å bevirke en tetning i en gjenget kobling. Selv med en slik tetning oppleves det ofte lekkasjer i koblingen. Dette er uønsket i de fleste sammenhenger. Lekkasjer blir enda mer vanlig og besværlig når en gjenget kobling blir radielt ekspandert.

For å overvinne de ovennevnte ulemper har oppfinnerne tilveiebrakt en fremgangsmåte i henhold til patentkrav 1.

Følgelig vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for å koble sammen et par av metallrør for oljefelt, med komplementært avsmalnende kanter med en felles kontaktoverfiate når rørene er sammenkoblet, idet fremgangsmåten omfatter å utruste den avsmalnende ende på minst ett av rørene på den felles kontaktflate for denne med et tynt lag av et metall med smeltetemperatur lavere enn smeltetemperaturen for rørene, å sammenkoble rørene hvorved tynne lag av metall er mellom rørene, å tilføre varme til det tynne lag av metall således at det smelter, og å avkjøle de avsmalnende ender hvorved en metallurgisk binding dannes mellom rørene.

Det oppnås derved en sterk binding og en pålitelig metall-til-metalltetning

dannes mellom de avsmalnende ender på den felles kontaktoverfiate. Videre er behovet for meget nøye forarbeider og opplinjering av rørene lavere ettersom de avsmalnende ender har et relativt stort kontaktareal og selv om disse blir mindre nøyaktig preparert eller opplinjert.

Hensiktsmessig velges det tynne metallag blant materialer egnet for hardlodding, amorf binding eller diffusjonssveising av rørene for således å danne nevnte metallurgiske binding.

Det er foretrukket at det tynne metallag består av Fe, Ni, Cu, Ag, Ti, messing, bronse eller et amorft metall.

Det tynne lag av metall kan avsettes på den avsmalnende ende, for eksempel i form av sprøyting, maling, folie, tape, ringer, fett eller suspensjon i en egnet gel.

Varmen for å smelte det tynne lag av metall kan tilføres for eksempel ved hjelp

av en flamme, induksjonsvarming, kjemisk reaksjon, varmekonveksjon eller en elektrisk motstandsprosess.

Hensiktsmessig er vinkelen for krysning av de avsmalnende ender med de langsgående akser for rørene i området fra 0 til 90°, mer foretrukket fra 10 til 45° og mest foretrukket fra 10 til 40°.

I en fordelaktig utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir

rørene radielt ekspandert etter dannelse av den metallurgiske binding. En slik ekspansjonsprosess kan finne sted i et borehull dannet i en undergrunnsformasjon, for eksempel for å danne en foring i borehullet.

Oppfinnelsen vil i det etterfølgende bli beskrevet i mer detalj og ved hjelp av et eksempel, ved henvisning til tilhørende tegninger, hvor: Fig. 1 skjematisk viser et lengdetverrsnitt av en utførelsesform av et par rør for oljefelt for anvendelse med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, før sammenkobling; og Fig. 2 skjematisk viser et lengdetverrsnitt av rørene på Fig. 1, etter sammenkobling.

Med henvisning til Figurene 1 og 2 vises et første metallrør for oljefelt i form av

et første borehullsforingsrør 1 utrustet med en første avsmalnende kant 3, og et andre oljefeltmetallrør i form av et andre borehullforingsrør 4 utrustet med en andre avsmalnende kant 6 komplementært til den første avsmalnende kant 3. De avsmalnende kanter danner en pinne/boks-type innføringskobling, hvor den første avsmalnende kant 3

er pinneelementet i koblingen og den andre avsmalnende kant 6 er bokselementet i koblingen. Foringsrørene 1,4 er opplinjert og har en felles lengdeakse 7.

De avsmalnende kanter 3,6 har en felles kontaktoverfiate 8 (Fig. 2) når foringsrørene er sammenkoblet. På Fig. 1 er de enkelte overflater på de første og nedre avsmalnende kanter 3, 6 som danner den felles kontaktoverfiate 8 indikert med respektive henvisningstall 8a, 8b. Kontaktoverflatene 8a, 8b er utstyrt med komplementære ribber 10 og spor 12.

Pinneelementet 3 har en endedel i form av en leppe 16, og bokselementet 6 har

en endedel i form av en leppe 18.

Under normal drift blir et tynt lag av et metall (ikke vist) med smeltetemperatur lavere enn smeltetemperaturene for rørene, avsatt på kontaktoverflaten 8a eller kontaktoverflaten 8b, før sammenkobling av pinneelementet 3 og bokselementet 6. Laget kan også avsettes i én eller flere av sporene 12. Laget av metall inkluderer fordelaktig kobber- eller nikkelbaserte legeringer, eller annen legering eller et amorft metall. Dersom metallet danner en hardloddingsammensetning kan det også inneholde et flussmateriale - typisk et borat. Flussmaterialet kan innføyes i hardloddingssammensetningen eller distribueres over overflaten på hardloddingssammensetningen før hardloddingen igangsettes.

Det tynne lag av metall blir hensiktsmessig avsatt på kontaktoverflaten 8a, 8b i form av sprøyting, maling, tape, ringer, fett eller suspensjon i en egnet gel.

Etter at laget av metall er blitt påført på én eller begge kontaktflatene 8a, 8b, eller i sporene 12, blir pinneelementet 3 og bokselementet 6 føyd sammen, hvorved ribbene 10 går inn i de respektive spor 12, som vist på Fig. 2. Deretter tilføres varme til pinne- og bokselementene 3, 6 for således å smelte det tynne lag av metall.

Slik vanning bevirkes fortrinnsvis ved hjelp av en flamme, induksjonsvarming, kjemisk reaksjon, varmekonveksjon eller en elektrisk motstandsprosess.

Som et resultat av denne varmeprosess blir temperaturen i det tynne metallag hensiktsmessig hevet til en verdi innen området fra 400 til 1100 °C. Mens varme tilføres og temperaturen derved økes, kan et trykk påføres eller ikke påføres mellom rørendene som skal sammenføyes, idet denne situasjon fordelaktig opprettholdes i en tidsperiode på minst 10 sekunder.

Hensiktsmessig inkluderer det tynne metallag en amorf bindesammensetning som benyttes innen såkalt amorf bindingsteknikk. Slike lag kan påføres som en tynn folie mellom de avsmalnende kanter eller kan sprøytes på minst én av de avsmalnende kanter.

Den amorfe bindesammensetning består i hovedsak av Fe, Cu, Ag, Ni eller Ti, avhengig av materialet som skal sammenføyes, men inneholder i alle tilfeller bor. Rørene blir deretter varmet og holdt ved en forutbestemt temperatur, vanligvis ved induksjonsvarming. Ved oppnåelsen av nevnte temperatur, hvilken er like over smeltepunktet for den amorfe sammensetning, men lavere enn den for grunnmaterialet, finner det sted diffusjon av visse elementer, i hovedsak bor, fra den amorfe sammensetning inn i grunnmaterialet. Den resulterende modifikasjon av sammen-setningen av det amorfe materiale bevirker at dets smeltepunkt øker og derved vil det finne sted isotermisk størkning, hvorved det dannes en meget sterk binding.

Hardlodding eller amorf binding av ikke-sammenføyde rør for oljefelter har følgende potensielle fordeler: det er anvendbart for et bredt spekter av materialer inkludert karbonstål, rustfritt stål og titan;

ingen fremspring dannes etter binding eller hardlodding; følgelig blir det dannet jevnhøye forbindelser;

det kan utføres automatisk; følgelig er det ikke behov for trenede operatører; den nødvendige varmetilførsel er lavere enn for sveising;

det er meget hurtig;

rørene blir automatisk opplinjert aksialt;

en stor bindeoverflate og derved en sterk binding blir dannet; og det er en kostnadseffektiv fremgangsmåte.

Av disse årsaker kan hardlodding eller amorf binding av avsmalnende kanter mellom sammenføyd rørgods for oljefelt oppnå stor fordel for sammenføyning av karbonstål og korrosjonsbestandige legeringer.

Foringsrør og produksjonsstrenger som er blitt sammenføyd i henhold til den foreliggende oppfinnelse muliggjør brønner som er lekkasjefrie, sømløse, komplettert for hele levetiden og som potensielt er slankere og mer kostnadseffektive. Etter at den metallurgiske binding er dannet mellom pinneelementet 3 og bokselementene 6, blir foringsrørene 1,4 radielt ekspandert ved bruk av en egnet ekspansjonskonus eller en annen ekspansjonsinnretning. Under ekspansjonsprosessen har leppen 16 for pinneelementet 3 og leppen 18 for bokselementet en tendens til å bøyes radielt innover på grunn av det faktum at de radielle indre deler av pinne- og bokselementene utsettes for en større omkretstøyning enn deres respektive radielle ytre deler. Slik radiell innad bøying av leppen 16 i pinneelementet 3, og det følgelige (partielle) tap av tetningskapasitet for koblingen, blir hensiktsmessig forhindret av den metallurgiske binding dannet mellom pinne- og bokselementene.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for sammenføyning av et par metallrør for oljefelt med komplementært avsmalnende kanter (ender) med en felles kontaktoverfiate når rørene er sammenføyd, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter: å utstyre den avsmalnende kant på det minst ene rør på den felles kontaktoverfiate med et tynt lag av et metall med en smeltetemperatur lavere enn smeltetemperaturen for rørene; å sammenføye rørene, hvorved det tynne metallag er mellom rørene; å tilføre varme til det tynne metallag således at det smeltes; og å avkjøle de avsmalnende kanter, hvorved en metallurgisk binding dannes mellom rørene.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det tynne lag av metall velges blant et materiale egnet for hardlodding, amorf binding eller diffusjonssveising av rørene, for således å danne den metallurgiske binding.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det tynne lag av metall inneholder Fe, Ni, Cu, Ag, Ti, messing, bronse eller et amorft metall.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at det tynne lag av metall avsettes på den avsmalnende kant i form av påsprøytet materiale, maling, folie, tape, ringer, fett eller en suspensjon i en egnet gel.

5. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at varme tilføres for å smelte det tynne metallag ved hjelp av en flamme, induksjonsvarming, kjemisk reaksjon, varmekonveksjon eller en elektrisk motstandsprosess.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-5, karakterisert ved at varmen tilføres for således å varme det tynne lag av metall til en temperatur i området fra 400 til 1100 °C, ved et trykk på minst 5 MPa og i en tidsperiode på minst 10 sekunder.

7. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 6, karakterisert ved at den videre omfatter trinnet å ekspandere rørene radielt etter dannelsen av den metallurgiske binding.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at rørene senkes inn i et borehull dannet i en undergrunnsformasjon før rørene ekspanderes radielt.

9. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-8, karakterisert ved at vinkelen for krysning av de avsmalnende kanter på rørene med deres lengdeakser er i området fra 0° til 90°, fortrinnsvis 10° til 30°.

10. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-9, karakterisert ved at de avsmalnende kanter er dannet med en rørkobling omfattende et pinneelement og et bokselement.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at koblingen er en gjenget kobling eller en innføyingskobling med komplementære ribber og spor.