NO335799B1 - Gjenget forbindelse for å skru sammen rørformige elementer. - Google Patents

Abstract

Overflatearealet som er tilgjengelig for å ta opp kompresjonslaster på en gjengeforbindelse (30) økes ved å øke kontaktarealet til en dreiemomentskulder (35) i forbindelsen (30) og ved å redusere avstanden mellom stikkflankene av gjengene (33,34). Arealene økes ved å øke dimensjonen på komponentene og ved å redusere de tillatte maskintoleransene ved produksjon av komponentene. Gapet (x) i forbindelsen ved dreiemomentskulderen reduseres slik at kontakt- flatearealet til dreiemomentskulderen økes mens nærheten til de omkringliggende sylindriske veggene reduserer tomrommene som kan opp plastisk deformasjon av dreiemomentskulderens hjørner. Overflatene ved dreiemoment- skulderen er sylindriske (37,38) istedet for koniske for å redusere kostnaden ved maskinbehandlingen og øke produksjonshastigheten av forbindelsen.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår gjengeforbindelser for å skru sammen endene av rørformige elementer. Mer spesifikt angår foreliggende oppfinnelse en gjengeforbindelse for å skru sammen endene av rørelementer som anvendes for konstruksjon av brønner.

Røret som anvendes for boring og komplettering av olje- og gassbrønner og andre brønner som benyttes for å hente ut mineraler fra jorden er typisk i form av en lang streng av rørsegmenter festet til hverandre ved hjelp av gjengeforbindelser laget i enden av hvert rørsegment. Forbindelsene har en dobbelt funksjon i det at de fester sammen tilgrensende segmenter og at de frembringer en trykktetning ved forbindelsen. Det oppstår spenninger i gjengeforbindelsen som et resultat av krefter anvendt på forbindelsen når den initielt monteres til strengen, krefter i forbindelse med utplassering av strengen i brønnen og krefter som et resultat av trykkforskjellene over den sammenskrudde forbindelsen. Når spenningene som virker i forbindelsen enten er for store eller virker på en ugunstig måte, kan forbindelsen bryte sammen, hvilket fører til at strengen separeres eller at trykktetningen i forbindelsen ødelegges.

Under montering og påfølgende innføring og anvendelse av en typisk streng av foringsrør eller produksjonsrør i en brønn, kan kreftene som virker på forbindelsen svinge mellom høye strekk- og høye kompresjonskrefter. Strekkrefter oppstår, for eksempel, når forbindelsen er en del av en tung streng som er opphengt fra brønnoverflaten. Kompresjonskrefter opptrer under montering av forbindelsen og under prosessen med å utplassere forbindelsen i en brønn hvor borehullet er skrått slik at rørstrengen må bøyes av langs en kurve i borehullet. I dette siste tilfellet vil den siden av forbindelsen som går langs innsiden av kurven utsettes for kompresjonslaster i forhold til den siden av forbindelsen som går langs yttersiden av kurven. Konsentrasjon av høye kompresjonskrefter inne i forbindelsen kan føre til at forbindelsen deformeres permanent eller at den bryter sammen når kompresjonskreftene overstiger forbindelsens konstruksjonsbegrensninger.

Eksisterende borings- og kompletteringsanvendelser krever høyere kompresjonsklassifisering for strenger som anvendes i dype eller skrå brønner. Konstruksjon av brønnstrenger for disse kritiske forholdene krever ofte at det anvendes forbindelser med utvendige radielle dimensjoner som er de samme som de til røret eller som kun er litt større enn rørlegemet. Reduksjon i volumet av materiale som utgjør forbindelsen i et forsøk på å redusere rørdiameteren øker spenningene som må tas opp av det resterende materialet i forbindelsen. Disse forbindelsene med redusert diameter har i alminnelighet en lav elastisk kompresjonsklassifikasjon sammenliknet med forbindelsene med en større utvendig diameter. Anvendelse av forbindelser med en mindre diameter i kritiske brønner øker sannsynligheten for at forbindelsen vil utsettes for spenninger som overstiger elastisitetsgrensene til komponentene av forbindelsen. Når elastisitetsgrensen til komponentene av forbindelsen overstiges endres forbindelsens egenskaper, hvilket øker sannsynligheten for at forbindelsen bryter sammen.

Konvensjonelle gjengeforbindelser ligger i alminnelighet innenfor kate-gorien av interfererende eller ikke-interfererende gjenger, eller en kombinasjon av begge. Gjenger som ikke interfererer kalles av og til for "frittløpende". En forbindelse med interfererensgjenger er dimensjonert slik at gjengene i én komponent interfererer med gjengene i den tilgrensende komponenten slik at det oppstår en mekanisk deformasjon av materialet i de sammenskrudde gjengene. Gjengene i en frittløpende, ikke-interfererende type forbindelse kan skrus sammen uten å forårsake mekanisk deformasjon av gjengene i den sammenskrudde forbindelsen.

Enkelte gjengeforbindelser kan inkludere en kombinasjon av både interfererende og ikke-interfererende, eller frittløpende, gjenger. En viktig komponent av en frittløpende gjengeforbindelse er en mekanisk sperreinnretning, så som en dreiemomentskulder, som gjør at forbindelsen tilstrammes. I mange tilfeller utgjør også dreiemomentskulderen en tettende overflate mellom de sammenskrudde rørseksjonene. Enkelte konstruksjoner ifølge tidligere teknikk som anvender frittløpende gjenger frembringer en radiell tetning ved dreiemomentskulderen ved å skrå de innvendige overflatene som går ut til dreiemomentskulderen og tvinge de skrå overflatene sammen under sammenskruingen. Tettingen mellom interferensgjenger oppnås normalt som et resultat av den mekaniske kontakten mellom gjengene, hjulpet av et gjengefyllmiddel som fyller tomrommene.

Patentpublikasjonen US 4,822,081 beskriver en gjenget forbindelse som har konvergerende gjengeflanker. Gjengeryggene og -røttene er i kontakt med hverandre før gjengeflankene berører hverandre. Forbindelsen som beskrives har forskjellige vinkler mellom skuldre og endeflater. Stikkflankene hjelper skuldrene og endeflatene i å motstå aksiell kompresjonslast.

Patentpublikasjonen US 4, 373,750 beskriver en kobling for rør i hvilken to eksternt gjengede hannelementer skrus i en indre gjenget muffe. Endene av hannelementene har gjengefrie tetningsflater og er laget slik at når endene butter mot hverandre vil de presset utover for å tette med indre overflate av muffehylsen. Figur 1 illustrerer en konvensjonell forbindelse ifølge tidligere teknikk, angitt generelt ved 10, som anvender totrinns, frittløpende gjenger 11 og 12 separert av en sentrert dreiemomentskulder 13. Dreiemomentskulderen dannes ved kontakt mellom sirkumferensielle skuldre i hvert av forbindelsens elementer. Figur 2 illustrerer detaljer av dreiemomentskulderen i forbindelsen i figur 1. Et typisk skulderareale for en gjengeforbindelse med frittløpende gjenger har radielle gap 14 og 15 mellom overflatene til muffe- eller hunnkomponenten av forbindelsen, eller hunnelementet 16, og tapp- eller hannkomponenten av forbindelsen, eller hannelementet 17. Gapene 14 og 15 er et resultat av de store toleransene som tillates under maskinbehandlingen for å gjøre prosessen med å produsere forbindelsen enklere og rimeligere. Nærværet av gapene 14 og 15 bidrar også til å gjøre det enklere å skru sammen forbindelsen.

Dreiemomentskulderen 13 skapes i kontaktområdet angitt ved 18. Den radielle utstrekningen av kontaktområdet 18 er akkurat så mye mindre enn den radielle dimensjonen til de respektive elementene av dreiemomentskulderen laget på hann- eller hunnseksjonen som den radielle dimensjonen til gapet 14 eller 15.1 enkelte konvensjonelle forbindelser kan kontaktarealet representert ved opplagerflaten 18 være å lite som 70% av dreiemomentskulderens totale tilgjengelige overflateareal.

I en forbindelse som den som er vist i figur 2, kan kompresjonskreftene mot dreiemomentskulderen under sammenskruing eller andre kompresjonslaster på forbindelsen føre til at områdene av dreiemomentskulderen med minst tverrsnittsdimensjon deformeres plastisk som angitt i figur 4. Den plastiske deformasjonen tas opp i gapene 15 og 14 ved dreiemomentskulderen 13. Deformasjonen av skulderen på hann- eller tappelementet er angitt ved 19, og deforma sjonen av skulderen på hunn- eller muffeelementet er angitt ved 20. Figur 4 illustrerer at hjørnene av dreiemomentskulderen 13, under påvirkning av kompresjonslaster, vil bøyes og deformeres inn i de åpne radielle gapene, hvilket gjør at plastisk flyt vil opptre under en last som er mindre enn den som en dreiemomentskulder teoretisk kan tåle dersom det er full kontakt mot kontakt-flatene av dreiemomentskulderen 13. Som en forstår vil en forbindelse som den som er illustrert i figurene 1-4 ha en kompresjonskapasitet som begrenses av de kompresjonslastene som forårsaker flyt av dreiemomentskulderens svakeste punkt, som er ved det frittliggende minste tverrsnittsarealet ved det ytterste hjørnet av dreiemomentskulderen.

Gjengeutformingen i den konvensjonelle forbindelsen illustrert i figurene 1-4 har også en betydning når det gjelder forbindelsens kompresjonsstyrke. Som illustrert i figur 3 så eksisterer det i slike forbindelser et gap 21 mellom stikkflankene av gjengene 22 på hannelementet 17 og gjengene 23 i hunnelementet 16.1 likhet med gapene som dannes rundt dreiemomentskulderen 13, er gapet 21 et resultat av store maskinbehandlingstoleranser som bidrar til å forenkle produksjon og montering av forbindelsen. Når forbindelsen utsettes for en tilstrekkelig høy kompresjonslast, lukkes gapet 21 og gjengenes stikkflanker kan begynne å ta opp en del av kompresjonslasten som anvendes mot dreiemomentskulderen. Hvor mye kompresjonskrefter som er nødvendig for å presse sammen gapet 21 kan imidlertid overstige den som er nødvendig for å gi den deformasjonen av dreiemomentskulderen som er angitt i figur 4. Det netto resultatet er at kompresjonslastklassifikasjonen til forbindelsen som er illustrert i figurene 1-4 begrenses til en verdi som er lavere enn den som ville gitt flyt i de tynneste, mest utsatte andelene av dreiemomentskulderen.

Det kompresjonslast-bærende overflatearealet i en gjengeforbindelse økes for å øke forbindelsens kompresjonsspenningskapasitet. Det økte overflatearealet oppnås ved å øke gjengekontaktarealet ved lavere kompresjonslaster og ved å øke kontaktarealet for en dreiemomentskulder laget i forbindelsen. Økningen av skulderarealet oppnås ved å begrense maskin-bearbeidingstoleransene ved produksjon av forbindelsen. Det økte kontaktarealet for dreiemomentskulderen reduserer kraften per arealenhet og begrenser rommene som kan ta opp plastisk deformasjon av skulderen, hvilket skaper en stivere skulder og således fører til en reduksjon av bøyingen og deformasjonen av skulderen. Økningen av gjengedimensjonene reduserer avstanden mellom gjengenes stikkflanke slik at gapet mellom sammenskrudde innvendige og utvendige gjenger lukkes ved en lavere kompresjonslast, hvilket gjør at gjengene deler kompresjonslasten med dreiemomentskulderen før det opptrer plastisk flyt i dreiemomentskulderen.

Av det foregående vil en skjønne at et primært mål ved foreliggende oppfinnelse er å øke dreiemomentlast-klassifiseringen for en gjengeforbindelse som anvendes for å skru sammen rørgodselementer.

Et annet mål ved foreliggende oppfinnelse er å øke kompresjonslast-klassifiseringen for en rørformig forbindelse uten å øke de utvendige dimensjonene til forbindelsen.

Et mål ved foreliggende oppfinnelse er å øke kontaktarealet for en dreiemomentskulder i en sammenskrudd rørformig gjengeforbindelse for å redusere kompresjonslastene på dreiemomentskulderen.

Nok et annet mål ved foreliggende oppfinnelse å frembringe en økt kompresjonslast-klassifisering for en frittløpende gjengeutforming som anvender en dreiemomentskulder hvor det restrikterte området rundt den engasjerte dreiemomentskulderen begrenses for å forsterke dreiemoment-skulderen langs dens områder med de minste tverrsnittsdimensjonene for å forhindre plastisk deformasjon av dreiemomentskulderen inn i åpne rom ved det utsatte området av dreiemomentskulderen.

Et annet mål ved foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en forbindelse med et hann- og et hunnforbindelseselement som anvender en dreiemomentskulder hvor stikkflankene mellom gjengene til de sammenskrudde forbindelseselementene er redusert maksimalt, hvorved gjengenes stikkflanker vil bringes i kontakt slik at de tar opp en del av kompresjonkreftene før disse kreftene overstiger dreiemomentskulderens flytegrense.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en gjenget forbindelse for å skru sammen rørformige elementer, som omfatter: et aksielt gående tappelement med et utvendig areal utstyrt med utvendige gjenger med en stikkflanke og en lastflanke;

et aksielt gående muffeelement med et innvendig areal utstyrt med innvendige gjenger med en stikkflanke og en lastflanke, idet nevnte innvendige gjenger er konstruert for å skrus sammen med nevnte utvendige gjenger langs en felles akse for nevnte tappelement og nevnte muffeelement;

en tappelement-dreiemomentskulder på nevnte tappelement, idet nevnte tappelement-dreiemomentskulder er laget mellom første og andre sylindriske tappelementoverflater med forskjellige diametre og er laget koaksielt med nevnte tappelement på nevnte utvendige areal;

en muffeelement-dreiemomentskulder på nevnte muffeelement, idet nevnte muffeelement-dreiemomentskulder er laget mellom første og andre sylindriske muffeelementoverflater med forskjellige diametre og er laget koaksielt med nevnte muffeelement på nevnte utvendige areal, idet nevnte muffeelement-dreiemomentskulder er konstruert for å bringes i kontakt mot nevnte tappelement-dreiemomentskulder for aksielt å begrense sammenskruingen av nevnte tappelement og nevnte muffeelement; og ved at

diameteren til nevnte første sylindriske muffeelementoverflate er tilstrekkelig mye større enn diameteren til nevnte første tappelementoverflate til å holde dreiemomentskuldrene av nevnte tappelement og nevnte muffeelement for å begrense den plastiske deformasjonen av nevnte dreiemomentskuldre inn i tomrom mellom nevnte sylindriske tappelement- og muffeelementoverflater når nevnte tappelement- og muffeelement-dreiemomentskuldre deformeres plastisk av kompresjonslast på nevnte forbindelse.

Videre omfatter oppfinnelsen en gjenget forbindelse for å skru sammen rørformige elementer, som omfatter: et aksielt gående tappelement med et utvendig areal utstyrt med utvendige gjenger med en stikkflanke og en lastflanke;

et aksielt gående muffeelement med et innvendig areal utstyrt med innvendige gjenger med en stikkflanke og en lastflanke, idet nevnte innvendige gjenger er konstruert for å skrus sammen med nevnte utvendige gjenger langs en felles akse for nevnte tappelement og nevnte muffeelement;

en tappelement-dreiemomentskulder laget på nevnte utvendige areal av nevnte tappelement;

en muffeelement-dreiemomentskulder laget på nevnte utvendige areal av nevnte muffeelement, idet nevnte muffeelement-dreiemomentskulder er konstruert for å bringes i kontakt med nevnte tappelement-dreiemomentskulder for aksielt å begrense sammenskruingen av nevnte tappelement og nevnte muffeelement; og ved at

nevnte stikkflanker av nevnte utvendige og nevnte innvendige gjenger er dimensjonert for å lukke og bringe nevnte utvendige og nevnte innvendige gjenger i kontakt ved en kompresjonslast på nevnte forbindelse som er lavere enn den som forårsaker plastisk deformasjon av dreiemomentskuldrene på nevnte tappelement og muffeelement, hvorved nevnte kompresjonslast fordeles mellom nevnte utvendige og innvendige gjenger og nevnte dreiemomentskuldre slik at kompresjonslast-klassifikasjonen for nevnte forbindelse økes, hvori den aksielle avstanden mellom nevnte stikkflanker av nevnte sammenskrudde utvendige og innvendige gjenger er mindre enn 0,508mm før nevnte forbindelse utsettes for kompresjonslaster.

Egenskaper og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil sees og forstås bedre ved gjennomgang av de vedlagte figurene og de etterfølgende spesifikasjoner og krav. Figur 1 er et kvart seksjonssnitt som illustrerer en forbindelse ifølge tidligere teknikk; Figur 2 er et forstørret detaljsnitt av dreiemomentskulderområdet av en konvensjonell forbindelse ifølge tidligere teknikk; Figur 3 er et detaljert snitt i kvart seksjon av hunnelement-enden av en konvensjonell forbindelse ifølge tidligere teknikk; Figur 4 er et forstørret snitt i kvart seksjon av en konvensjonell forbindelse ifølge tidligere teknikk og viser deformasjonen av dreiemomentskulderområdet av forbindelsen under kompresjonslaster; Figur 5 er et kvart seksjonssnitt som illustrerer forbindelsen ifølge foreliggende oppfinnelse; Figur 6 er et forstørret og detaljert snitt i kvart seksjon som illustrerer dreiemomentskulderområdet av foreliggende oppfinnelse; Figur 6A er et forstørret detaljsnitt av dreiemomentskulderområdet til forbindelsen i figur 6, idet avstanden mellom komponenter er overdrevet for illustrasjonsformål; Figur 7 er et kvart seksjonssnitt som illustrerer detaljer av gjengekontakten i forbindelsen ifølge foreliggende oppfinnelse; og Figur 8 er et forstørret snitt i kvart seksjon som illustrerer den utvendige tetningen i forbindelsen ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 5 illustrerer en forbindelse ifølge foreliggende oppfinnelse angitt generelt ved 30. Forbindelsen 30 inkluderer en hunnseksjon 31 og en hann-seksjon 32. Totrinns gjengesegmenter 33 og 34 er laget på hver side av en dreiemomentskulder angitt generelt ved 35. Dreiemomentskulderen 35 har en bakover rettet vinkel, og gjengene 33 og 34 har en bøyd lastflankeutforming. Gjengene 33 og 34 viser kontakt mellom gjenger som er laget på den utvendige overflaten av hannseksjonen 32 og i den innvendige overflaten av hunnseksjonen 31.

Detaljene av dreiemomentskulderen 35 er vist i figurene 6 og 6A. Dreiemomentskulderen 35 er illustrert med en engasjert kontaktflate 36 som går fra en sylindrisk vegg 37 av hunnelementet 31 til en sylindrisk vegg 38 av hannelementet 32. En sylindrisk vegg 37a på hannelementet 32 går under den sylindriske veggen 37 på hunnelementet 31 og skaper en radiell klaring "x" mellom de to sylindriske veggene 37 og 37a. Tilsvarende går en sylindrisk vegg 38a på hunnelementet 32 over den sylindriske veggen 38 på hannelementet 32 og skaper en radiell klaring "y" mellom de to sylindriske veggene 38a og 38. Som således beskrevet, har den sylindriske overflaten til hannelementveggen 38 en større diameter enn den sylindriske overflaten til hannelementveggen 37a og den sylindriske overflaten til hunnelementveggen 37 har en større diameter enn den sylindriske overflaten til hunnelementveggen 38a. Dreiemomentskulderen 35 skapes således i endene av de sylindriske veggseksjonene av hannelementet 32 og hunnelementet 31. Klaringene x og y mellom de sylindriske veggflatene av vist sterkt forstørret i figur 6A for å gjøre det enklere å beskrive forbindelsens egenskaper i kontaktområdet ved skulderen.

Hannelementet 32 er utstyrt med en annulær nedsenkning 39 som går mellom kontaktpunktet mellom hannelementet og den sylindriske overflaten 37 og terminalenden av de utvendige gjengene. Nedsenkningen 39 er en maskineri: nedsenkning som forenkler maskinbehandlingen av de utvendige gjengene ved å gi en overgangssone mellom gjengene og den sylindriske overflaten av hannelementet som skrus inn i hunnelementoverflaten 37. En tilsvarende nedsenkning 40 inne i hunnelementet er laget for det samme formålet hva angår festingen av den sylindriske overflaten 38 til hunnelementet.

Kontaktflaten 36 har en radiell dimensjon S som opptar en betydelig større prosent av arealet mellom veggene 37 og 38 enn den som opptas med en konvensjonell forbindelse, eksempelvis som illustrert i figurene 1-4 av tidligere teknikk. Den tette støtten fra de omliggende veggene 37 og 38 eliminerer eventuelle tomrom inn i hvilke dreiemomentskulderen 36 kan tas opp når skulderen gjennomgår plastiske deformasjoner. I et foretrukket tilfelle er klaringene x og y mellom dreiemomentskulderområdet 36 og de omliggende veggene, henholdsvis 37 og 38, begge 0,0mm. Ifølge foreliggende oppfinnelse, med komponenter maskinbearbeidet slik at de ligger i motsatte ytterpunkter av de tillatte toleransene, er klaringen x mellom veggene 37 og 37a og klaringen y mellom veggene 38 og 38a 0,00mm eller 0,1016mm. Den maksimale klaringen er således 0,1016mm, sammenliknet med en maksimal klaring på 0,3556mm ved anvendelse av standard maskintoleranser.

Kontaktlengden mellom hunnelementet 31 og det sylindriske området 37a og kontaktlengden mellom hannelementet 32 og det sylindriske området 38a er fortrinnsvis dobbelt så stor, eller mindre, som høyden S av dreiemoment-skulderen; kontaktflatens lengde kan imidlertid være så liten som halvparten av høyden S av dreiemomentskulderen, eller mindre, forutsatt at den i tilstrekkelig grad kan holde inne den plastiske deformasjonen av skulderen under kompresjonslaster.

Som fremgår av figur 6, begrenser reduksjonen av klaringen mellom hann-og hunnflatene ved dreiemomentskulderen den plastiske deformasjonen av dreiemomentskulderen og gir en økt kompresjons- og bøyemotstand i gjengeforbindelsen. I utførelsesformen av oppfinnelsen som er illustrert i figurene 5-8, lukkes normalgapene mellom de inntilliggende overflatene av dreiemoment- skulderen ved å heve kammen 37a av dreiemomentskulderen til ovenfor planet til gjengebunnene 34a, hvilket øker skulderens kompresjonsareal og således skulderens elastiske lastbæringsevne.

Konvensjonelle maskinbehandlingstoleranser ved produksjon av de sylindriske overflatene til standard forbindelser er +0,1778+0mm for hunn-elementradien. Avviket dobles for diameteren. Den normale toleransen for en konvensjonell hannelement er-0,1778-0mm for radien. Ved anvendelse av disse toleranseverdiene kan gapet mellom de sylindriske veggene til hannelementet eller hunnelementet og dreiemoment-skulderveggen for en konvensjonell forbindelse være så stor som 0,3556mm.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er den tillatte toleransen for maskinbehandling av hunnelementet fortrinnsvis ± 0,0508 for radien fremfor den vanlige toleransen på 0,1778-Omm. Tilsvarende er toleransen for hannelementet ± 0,0508 fremfor den vanlige toleransen på -0,1778+Omm. Resultatet av dette er at for en forbindelse med disse toleransene, er dreiemomentskulderen på hver side i tett fysisk kontakt med de omliggende sylindriske veggene av hann- og hunnelementet.

Sammenliknet med utformingen av forbindelser som anvender koniske sidevegger for å skape en radiell tetning, reduserer forbindelsen ifølge foreliggende oppfinnelse opptredenen av sideriving og muliggjør en raskere maskinbehandling og måling av hann- og hunnoverflatene, som er sylindriske og ikke koniske.

Figur 7 illustrerer detaljer av gjengesnittet i forbindelsen i figur 5. Det er her et betydelig redusert gap 45 mellom hann- og hunnkomponentene av forbindelsen. Dimensjonene til gapet 45 bestemmes av utformingen og dimensjonene til dreiemomentskulderen. Ifølge foreliggende oppfinnelse, under kompresjonslasting av forbindelsen, er gapet 45 konstruert for å lukkes slik at stikkflankene som skaper gapet bringes i kontakt ved en kompresjonsspenning som er lavere enn kompresjonsspenningen som forårsaker deformasjon av dreiemomentskulderen. Når gapets størrelse reduseres, så økes kravene til maskinbearbeidingen og sammenskruingen av hannelementet og hunnelementet vanskeliggjøres. Et mål ved foreliggende oppfinnelse er derfor å kun redusere gapet 45 så mye som er nødvendig for å distribuere kompresjonslasten til gjengene uten at det oppstår flyt i dreiemomentskulderen. Når kontaktarealet til dreiemomentskulderen øker, avtar behovet for å redusere gapet 45. En viktig egenskap ved foreliggende oppfinnelse er således optimalisering av forbindelsen for å oppnå det største praktisk mulige kontaktarealet for dreiemomentskulderen.

I en typisk anvendelse av forbindelsen ifølge foreliggende oppfinnelse vil fortrinnsvis klaringene mellom stikkflankene være 0,0508-0,1016mm. Klaringen eller gapet mellom stikkflankene i en konvensjonell gjengekonstruksjon av typen som er illustrert i figurene 1-4 er 0,508mm. I en forbindelse ifølge foreliggende oppfinnelse vil stikkflankevinkelen fortrinnsvis ligge 15-30° skrått for en linje som står vinkelrett på forbindelsens akse. I tillegg vil lastflankevinkelen fortrinnsvis stå -3° til -15° skrått for en linje som står vinkelrett på forbindelsens akse. Selv om gjengene ifølge foreliggende oppfinnelse fortrinnsvis har en radiell interferens, kan gjengene også være frittløpende.

Gapet mellom stikkflankene reduseres fortrinnsvis ved å øke bredden av boksgjengene. Denne endringen øker også interferensarealet mellom de sammenskrudde gjengene. Andre fremgangsmåter for å redusere gapet 45 kan også anvendes uten at en går ut over rekkevidden til foreliggende oppfinnelse.

Dreiemomentskulderen 13 ifølge oppfinnelsen, som vist i figur 5, er fortrinnsvis plassert mellom to koniske gjengetrinn; gjengene kan imidlertid være rette, og skulderen kan plasseres et annet sted i forbindelsen. Vinklingen av dreiemomentskulderen er fortrinnsvis 15° bakover fra en linje som står vinkelrett på røraksen; vinkelen kan imidlertid være så mye som 5° positiv eller ha en så godt som hvilken som helst negativ verdi.

Hunnelementets utvendige diameter er utvidet og maskinbehandlet, og hannelementets innvendige diameter senket og hul. Selv om hunnforbindelsen er illustrert i forbindelse med at den er laget på et ekspandert rør, innser en at røret også kan være rett eller stuket (eng: upset).

Forbindelsen i figur 5 har to koniske gjengetrinn plassert i en aksiell av-stand fra hverandre. Gjengene har en bøyd lastflanke, med radiell gjenge-interferens i hannelementets bunner/hunnelementets topper. Det er laget en radiell klaring på hannelementets gjengetopper/ hunnelementets gjengebunner med liten klaring mellom stikkflankene. Når den er fullt lastet i kompresjon, gir forbindelsen en radiell metall-mot-metall tetning mot de engasjerte sylindriske veggene som omgir dreiemomentskulderen.

Figur 8 illustrerer detaljene av den utvendige tetningen i forbindelsen ifølge foreliggende oppfinnelse. Enden av hunnelementet 31 danner en inter-ferenstetning 50 med den utvendige overflaten av hannelementet 32. Tetningen 50 forhindrer fluider i området utenfor forbindelsen fra å komme inn i det gjengede området mellom de sammenskrudde hann- og hunnelementene. Som fremgår klarest av figur 5, er det en tilsvarende tetning mellom enden av hannelementet 32 og den innvendige overflaten av hunnelementet 31. Tetningen 51 forhindrer fluider inne i forbindelsen å trenge inn i området mellom hann- og hunnelementet som omfatter de sammenskrudde gjengene.

I en forbindelse ifølge foreliggende oppfinnelse, for et foringsrør med en

utvendig diameter på 244,475mm og en veggtykkelse på 13,843mm i 79,688319 kg/m stål, maskineres en totrinns forbindelse med en 62,5 mm/m avskråning av diameteren, en gjengetetthet på fem gjenger per 25,4mm med en nominell høyde på 1,5494-1,5748mm og en ledetoleranse på ±0.0254mm per trinn og 0,0508mm mellom trinnene, i de sylindriske overflatene 37 og 38 med en toleranse på ±0.0508mm. Stikkflankegapet i en sammenskrudd forbindelse av et 24,4475 centimeters foringsrør ifølge foreliggende oppfinnelse er på 0,0889mm, hvilket er betydelig mindre enn det standard gapet på 0,508mm. Reduksjonen av gapet oppnås ved å øke bredden til de innvendige gjengene uten å endre dimensjonene til tappelementet for å beholde ombyttbarheten mellom forbindelser med konvensjonelle utvendige og innvendige gjenger og forbindelsene konstruert med gjengeutformingen ifølge foreliggende oppfinnelse.

I en analyse som sammenlikner en standard NJO forbindelse produsert av Grant Prideco Inc. med en forbedret forbindelse ifølge foreliggende oppfinnelse, er kompresjonsklassifiseringen for en standard NJO forbindelse for et 31,13532 centimeters, 213,25459#/m, P110 rør med et stikkflankegap på 0,4826 13,4%, dvs. 103,18 kg/cm<2>. Den samme forbindelsen produsert som beskrevet i denne søknaden med et stikkflankegap på 0,0889mm er beregnet å ha en kompresjonsklassifisering på 40,1%, dvs. 3087,7 kg/cm<2>.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet i forbindelse med integrerte skjøte-forbindelser, er det underforstått at oppfinnelsen kan anvendes med koplede rør. Det er også underforstått at oppfinnelsen kan anvendes med forskjellige gjengeutforminger og forbindelseskonstruksjoner uten at en går utover tanken bak eller rekkevidden til foreliggende oppfinnelse.

Den foregående beskrivelsen og eksemplene illustrerer utvalgte ut-førelsesformer av foreliggende oppfinnelse. I lys av disse vil en rekke variasjoner og modifikasjoner være åpenbare for fagfolk på området, alle innbefattet av tanken bak og rekkevidden til foreliggende oppfinnelse.

Claims (38)

1. Gjenget forbindelse (30) for å skru sammen rørformige elementer,karakterisert vedat den omfatter: et aksielt gående tappelement (32) med et utvendig areal utstyrt med utvendige gjenger (33, 34) med en stikkflanke og en lastflanke; et aksielt gående muffeelement (31) med et innvendig areal utstyrt med innvendige gjenger (33,34) med en stikkflanke og en lastflanke, idet nevnte innvendige gjenger er konstruert for å skrus sammen med nevnte utvendige gjenger langs en felles akse for nevnte tappelement og nevnte muffeelement; en tappelement-dreiemomentskulder (35) på nevnte tappelement (32), idet nevnte tappelement-dreiemomentskulder er laget mellom første og andre sylindriske tappelementoverflater (37a, 38) med forskjellige diametre og er laget koaksielt med nevnte tappelement (32) på nevnte utvendige areal; en muffeelement-dreiemomentskulder (35) på nevnte muffeelement (31), idet nevnte muffeelement-dreiemomentskulder er laget mellom første og andre sylindriske muffeelementoverflater (37,38a) med forskjellige diametre og er laget koaksielt med nevnte muffeelement (31) på nevnte innvendige areal, idet nevnte muffeelement-dreiemomentskulder er konstruert for å bringes i kontakt mot nevnte tappelement-dreiemomentskulder for aksielt å begrense sammenskruingen av nevnte tappelement og nevnte muffeelement; hvori diameteren til nevnte første sylindriske muffeelementoverflate (37) er tilstrekkelig mye større enn diameteren til nevnte første tappelementoverflate (37a) til å holde dreiemomentskuldrene av nevnte tappelement (32) og nevnte muffeelement (31) for å begrense den plastiske deformasjonen av nevnte dreiemomentskuldre inn i tomrom mellom nevnte sylindriske tappelement- og muffeelementoverflater når nevnte tappelement- og muffeelementdreiemoment-skuldre deformeres plastisk av kompresjonslast på nevnte forbindelse.

2. Forbindelse ifølge krav 1, karakterisert vedat diameteren til nevnte første sylindriske muffeelementoverflate (37) er mindre enn 0,3556 mm større enn diameteren til nevnte første sylindriske tappelementoverflate (37a).

3. Forbindelse ifølge krav 1, karakterisert vedat diameteren til nevnte første sylindriske muffeelementoverflate (37) er mindre enn 0,2032 mm større enn diameteren til nevnte første sylindriske tappelementoverflate (37a).

4. Forbindelse ifølge krav 1, karakterisert vedat nevnte stikkflanker av nevnte utvendige gjenger og nevnte innvendige gjenger er dimensjonert for å lukkes og bringes i kontakt ved en kompresjonslast på nevnte forbindelse som er lavere enn den som forårsaker plastisk deformasjon av dreiemomentskuldrene av nevnte tappelement og muffeelement, hvorved nevnte kompresjonslast fordeles over nevnte utvendige og innvendige gjenger og nevnte dreiemomentskuldre og således øker kompresjonslast-klassifikasjonen for nevnte forbindelse.

5. Forbindelse ifølge krav 4, karakterisert vedat den aksielle avstanden mellom nevnte stikkflanker av nevnte sammenskrudde utvendige og innvendige gjenger er mindre enn 0,508 mm før nevnte forbindelse utsettes for kompresjonslaster.

6. Forbindelse ifølge krav 4, karakterisert vedat den aksielle avstanden mellom nevnte stikkflanker av nevnte sammenskrudde utvendige og innvendige gjenger er mellom 0,0508 og 0,03048 mm før nevnte forbindelse utsettes for kompresjonslaster.

7. Forbindelse ifølge krav 4, karakterisert vedat nevnte utvendige gjenger dras ut aksielt i forhold til nevnte utvendige gjenger for å redusere avstanden mellom stikkflankene i nevnte sammenskrudde utvendige og innvendige gjenger når de skrus sammen.

8. Forbindelse ifølge krav 1, karakterisert vedat nevnte utvendige gjenger og nevnte innvendige gjenger skrus sammen med radiell interferens i bunnene av de utvendige gjengene og på toppene av de innvendige gjengene.

9. Forbindelse ifølge krav 1, karakterisert vedat toppene av nevnte utvendige gjenger ikke interfererer radielt med bunnene av nevnte innvendige gjenger.

10. Forbindelse ifølge krav 8, karakterisert vedat toppene av nevnte utvendige gjenger ikke interfererer radielt med bunnene av nevnte innvendige gjenger.

11. Forbindelse ifølge krav 1, karakterisert vedat nevnte tappelement-dreiemomentskulder er plassert aksielt mellom nevnte utvendige gjenger og at nevnte muffeelement-dreiemomentskulder er plassert aksielt mellom nevnte innvendige gjenger.

12. Forbindelse ifølge krav 1, karakterisert vedat nevnte tappelement- og muffeelement-dreiemomentskuldre danner en bakovervinklet kontaktoverflate.

13. Forbindelse ifølge krav 1, karakterisert vedat nevnte muffeelement er maskinbehandlet i en radielt utvidet endeseksjon av et rørformig element.

14. Forbindelse ifølge krav 13, karakterisert vedat nevnte tappelement er laget på en senket og hul innvendig diameter av et rørformig element.

15. Forbindelse ifølge krav 1, karakterisert vedat den aksielle lengden av nevnte sylindriske element mellom 1,5 og 3 ganger tappelementoverflaten er den radielle dimensjonen av nevnte tappelement- eller muffeelement-dreiemomentskulder.

16. Forbindelse ifølge krav 12, karakterisert vedat nevnte bakovervinklede kontaktflate står i en vinkel som er 15°-30° skrått for en linje som står vinkelrett på nevnte felles akse.

17. Forbindelse ifølge krav 1, karakterisert vedat nevnte lastflanker av nevnte tappelement og nevnte muffeelement ligger innenfor -3° til -15° skrått for en linje som står vinkelrett på nevnte felles akse.

18. Forbindelse ifølge krav 11, karakterisert vedat nevnte utvendige gjenger og nevnte innvendige gjenger omfatter to koniske gjengetrinn.

19. Forbindelse ifølge krav 1, karakterisert vedat nevnte tapp- og muffeelementforbindelser er laget i hver sin ende av et rørformig element.

20. Forbindelse ifølge krav 19, karakterisert vedat nevnte rørformige element er gjenget i tapp-etter-tapp og nevnte muffeelement ertilveiebragt av inngrepet av en muffe-etter-muffe kopling i inngrep med én av det rørformige elementets tapp.

21. Forbindelse ifølge krav 1, karakterisert vedat nevnte tappelement-dreiemomentskulder har en kant som stikker ovenfor et gjengebunnsplan for nevnte utvendige gjenger.

22. Gjenget forbindelse (30) for å skru sammen rørformige elementer,karakterisert vedat den omfatter: et aksielt gående tappelement (32) med et utvendig areal utstyrt med utvendige gjenger (33, 34) med en stikkflanke og en lastflanke; et aksielt gående muffeelement (31) med et innvendig areal utstyrt med innvendige gjenger (33, 34) med en stikkflanke og en lastflanke, idet nevnte innvendige gjenger er konstruert for å skrus sammen med nevnte utvendige gjenger langs en felles akse for nevnte tappelement og nevnte muffeelement; en tappelement-dreiemomentskulder (35) laget på nevnte utvendige areal av nevnte tappelement (32); en muffeelement-dreiemomentskulder (35) laget på nevnte utvendige areal av nevnte muffeelement (31), idet nevnte muffeelement-dreiemomentskulder er konstruert for å bringes i kontakt med nevnte tappelement-dreiemomentskulder for aksielt å begrense sammenskruingen av nevnte tappelement og nevnte muffeelement; nevnte stikkflanker av nevnte utvendige og nevnte innvendige gjenger er dimensjonert for å lukke og bringe nevnte utvendige og nevnte innvendige gjenger i kontakt ved en kompresjonslast på nevnte forbindelse som er lavere enn den som forårsaker plastisk deformasjon av dreiemomentskuldrene på nevnte tappelement og muffeelement, hvorved nevnte kompresjonslast fordeles mellom nevnte utvendige og innvendige gjenger og nevnte dreiemomentskuldre slik at kompresjonslast-klassifikasjonen for nevnte forbindelse økes, hvori den aksielle avstanden mellom nevnte stikkflanker av nevnte sammenskrudde utvendige og innvendige gjenger er mindre enn 0,508mm før nevnte forbindelse utsettes for kompresjonslaster.

23. Forbindelse ifølge krav 22, karakterisert vedat den aksielle avstanden mellom nevnte stikkflanker av nevnte sammenskrudde utvendige og innvendige gjenger er mellom 0,508 og 0,03048 mm før nevnte forbindelse utsettes for kompresjonslaster.

24. Forbindelse ifølge krav 22, karakterisert vedat nevnte innvendige gjenger dras ut aksielt i forhold til nevnte utvendige gjenger for å redusere avstanden mellom stikkflankene av sammenskrudde utvendige og innvendige gjenger før nevnte forbindelse utsettes for kompresjonslaster.

25. Forbindelse ifølge krav 22, karakterisert vedat nevnte utvendige gjenger og nevnte innvendige gjenger skrus sammen med radiell interferens i bunnen av de utvendige gjengene og på toppen av de innvendige gjengene.

26. Forbindelse ifølge krav 22, karakterisert vedat toppene av nevnte utvendige gjenger ikke interfererer radielt med bunnene av nevnte innvendige gjenger.

27. Forbindelse ifølge krav 25, karakterisert vedat toppene av nevnte utvendige gjenger ikke interfererer radielt med bunnene av nevnte innvendige gjenger.

28. Forbindelse ifølge krav 22, karakterisert vedat nevnte tappelement og muffeelement-dreiemomentskuldre henholdsvis er plassert aksielt mellom nevnte utvendige gjenger og nevnte innvendige gjenger.

29. Forbindelse ifølge krav 22, karakterisert vedat nevnte tappelement- og muffeelement-dreiemomentskuldre danner en bakover vinklet kontaktoverflate.

30. Forbindelse ifølge krav 22, karakterisert vedat nevnte muffeelement er maskinbehandlet i en radielt utvidet endeseksjon av et rørformig element.

31. Forbindelse ifølge krav 30, karakterisert vedat nevnte tappelement er laget på en senket og hul innvendig diameter av et rørformig legeme.

32. Forbindelse ifølge krav 29, karakterisert vedat nevnte bakovervinklede kontaktflate ligger i en vinkel som står mellom 15°-30° skrått i forhold til en linje som står vinkelrett på nevnte felles akse.

33. Forbindelse ifølge krav 22, karakterisert vedat nevnte lastflanke i nevnte tappelement og nevnte muffeelement ligger innenfor -3° til -15° fra en linje som står vinkelrett på nevnte felles akse.

34. Forbindelse ifølge krav 28, karakterisert vedat nevnte utvendige gjenger og nevnte innvendige gjenger omfatter to koniske gjengetrinn.

35. Forbindelse ifølge krav 22, karakterisert vedat nevnte tapp- og muffeelementforbindelser er laget i en av eller begge ender av et rørformig element.

36. Forbindelse ifølge krav 35, karakterisert vedat nevnte rørformige element er gjenget i tapp-etter-tapp og nevnte muffeelement ertilveiebragt av inngrepet av en muffe-etter-muffe kopling i inngrep med én av det rørformige elementets tapp.

37. Forbindelse ifølge krav 22, karakterisert vedat tappelement-dreiemomentskulderen er laget mellom første og andre sylinderiske tappelementoverflater (37a, 38) med forskjellige diametre og er laget koaksielt med nevnte tappelement på nevnte utvendige areal; og muffeelement-dreiemomentskulderen er laget mellom første og andre sylindriske muffeelementoverflater (37, 38a) med forskjellige diametre og er laget koaksielt med nevnte muffeelement på nevnte innvendige areal.

38. Forbindelse ifølge krav 37, karakterisert vedat den aksielle lengden til nevnte sylindriske muffeelementoverflate og nevnte sylindriske tappelementoverflate er mellom 1,5 og 3 ganger den radielle dimensjonen til nevnte tappelement-dreiemomentskulder.