SE520893C2 - Element för slående bergborrning, innefattande åtminstone en gänga - Google Patents

Description

25 30 520 893 2 I US-A-4,872,5l5 eller US-A-5,064,004 visas ett borrelement där ett gängat parti försetts med ett metalliskt material, vilket är mjukare än stålet i borrelementet. Därmed avses att lösa problemet med friktionsskador (pitting) i gängorna genom att belägga åtminstone de delar hos borrelementets gänga som samverkar med andra delar hos gängförbandet.

Ett sätt att eliminera korrosionsutmattning är att göra stängema i rostfritt stål såsom i SE-A-000052l-5. Det rostfria stålet är dock relativt mjukt och har därmed sämre slitstyrka än uppkolad stång, dvs det slits ut relativt snabbt.

Genom SE-C2-5l5 195 och SE-C2-515 294 anvisas gängförband för slående bergborrning. Genom att belägga gängbottnarna hos den cylindriska utvändiga gängan med åtminstone ett skikt av ett material med annan elektrodpotential än det underliggande stålet erhålles en ökad livslängd för gängförbandet.

Syften med uppfinningen Ett syfte med föreliggande uppfinning är att väsentligt förbättra motståndet mot korrosionsutmattning i ett borrelement för slående bergborming.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att väsentligt förbättra motståndet mot korrosionsutmattning i sektioner med reducerad godstj ocklek i ett borrelement för slående bergborming.

Ytterligare ett syfte med föreliggande uppfinning är att väsentligt förbättra motståndet mot korrosionsutmattning i gängbottnar i ett gängat parti i ett borrelement för slående bergborrning.

Ytterligare ett syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa en metod för att tillverka ett borrelement med förbättrat motstånd mot korrosionsutmattning för slående bergborming.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Detta och andra syften har uppnåtts genom ett gängförband och ett borrelement vilka erhållit särdrag enligt de efterföljande oberoende patentkravens kännetecknande delar med hänvisning till ritningarna; Fig. IA visar ett rör och Fig. IB visar en stång, båda i perspektivvy.

Fig. 2 visar en kuts för extrusion i perspektivvy. 10 15 20 25 30 520 893 Fig. 3 visar en extruderad stång i perspektivvy.

Fig. 4 visar ett axiellt tvärsnitt hos en del avverkad från stången i F ig. 3.

Fig. 5A visar ett axiellt tvärsnitt av en handel enligt föreliggande uppfinning efter bearbetning av delen enligt Fig. 4.

Fig. 5B visar en sidovy av delen i Fig. 5A.

F ig. SC visar en förstorad sektion av gängan i F ig. 5A.

Fig. 5D visar en cirka 10 gånger förstorad sektion av gängan i Fig. 5B.

Fig. 6 visar en borrstång enligt föreliggande uppfinning i sidovy.

Fig. 7 visar ett axiellt tvärsnitt av en hondel enligt föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Uppfinningen avser ett borrelement för bergborrning och en metod för att tillverka ett borrelement med en spolkanal för slående borrning med minst en slimning eller ett parti 40, 40” med relativt tunn godstjocklek, vilket är utfört i homogent rostfritt stål för att väsentligt förbättra motståndet mot korrosionsutmattning. Dessutom är spolkanalen i ett fall utförd i samma rostfria stål varför korrosionsutmattning häruti ej längre tillstöter under bergborrning.

Enligt uppfinningen föreligger ett borrelement för slående borrning, det vill säga en handel 19 (Fig. 5A) eller en hondel 26 (Fig. 7) försedd med en utvändig gänga 16 respektive en invändig gänga 16”. De visade gängoma är så kallade cylindriska trapetsgängor men andra gängformer kan komma ifråga, till exempel koniska gängor eller repgängor eller en kombination av dessa.

Med hänvisning främst till F ig. 5A och SC har borrelementet 19 en genomgående spolkanal 20, genom vilken ett spolmedium, vanligen luft eller vatten, leds. Gängan 16 innefattar gängbottnar 23 och gängtoppar 24, varvid gängflanker 21, 22 är anordnade däremellan. Gängbottnama 23 utförda i rostfritt stål och gängtoppama 24 i låglegerat stål.

Gängan 16 har ett djup D, vilket definieras som det vinkelräta avståndet mellan gängbottnen 23 och gängtoppen 24 och den låglegerade delen av gängtoppen 18 har en tjocklek T efter bearbetning. Djupet D ligger vanligen i intervallet 1-4 mm och stångens ytterdiameter är 20-70 mm. Förhållandet T/D är 0.1-1.0, företrädesvis 0.4-0.8. I en föredragen utföringsforrn används en trapetsgänga (T3 8) med djupet D = 2-2.5 mm och ett ytterhölj e 18 med en tjocklek T av 1-2 mm, företrädesvis kring 1.5 mm. 10 15 20 25 30 520 893 4 Gängbottnen 23 och den rostfria delen av gängflarikerna 21, 22 har en första bredd Wl, och gängtoppen 24 och den låglegerade delen av gängflankerna 21, 22 har en andra bredd W2 (Fig. SC), där kvoten Wl/W2 är 0-09, företrädesvis 0.3 - 0.8. Bredden W1 och W2 hos gängbottnen 23 respektive gängtoppen 24 kan definieras som den mot omgivningen exponerade största längden hos respektive material i elementets längdriktning. En handel enligt föreliggande uppfinning enligt Fig. 5B hade en trapetsgänga (T3 8) med W1 = 6.1 mm och W2= 9.5 mm och kvoten W1/W2=0.64.

Genom att gängbottnarna 23 i en utföringsform utförts i rostfritt stål har handelen 19 stor beständighet mot korrosionsutmattning. Det rostfria stålet har en sammansättning som ger ett PRE-tal >10, företrädesvis 12-17. PRE står för Pitting Resistance Equivalent och beskriver en legerings beståndighet mot punktkorrosion (gropfrätning). PRE definieras enligt formeln PRE =Cr+3.3(Mo+W)+l6N där Cr, Mo, W och N motsvarar halterna av elementen i viktprocent.

Det låglegerade stålet i ytterhöljet 18 har en hårdhet >500 Vickers, helst 650-800 Vickers varigenom uppnås god slitstyrka. Hårdheten kan uppnås genom att komponenten görs i seghärdningsstål, genom uppkolning av ytan eller genom induktionsythärdning. Det låglegerade stålet har företrädesvis en sammansättning av i vikt-% C 0.1-0.7 Si 0.1-1 Mn 02-2 Cr <5 Ni <5 Mo <2 och resterande material består av Fe.

Handelar eller borrelement enligt uppfinningen tillverkas på följande sätt. 1Fig. 1A visas ett rör 11 och i Fig. lB visas en stång 12. Röret 11 och stången 12 passas med fina toleranser, till exempel med kiymppassning, in i varandra till en kuts 13 såsom framgår ur Fig. 2 och fixeras med runtomlöpande svetsar 14 i kutsens ändar. Svetsarna 14 ger dessutom ett skydd mot oxidation i gränsytan mellan röret 1 1 och stången 12 vid den efterföljande värmningen. Kutsen 13 extruderas i varmt tillstånd till en kompoundkomponent 15 med diameter som avpassas efter önskad dimension hos en gänga 16 för slående bergborrning (se Fig. 5A). Med ”kompoundkomponent” menas här ett extruderat rör eller en extruderad stång av minst två olika material. 10 15 20 25 30 520 8939” 5 Kompoundkomponenten utgörs i det visade utföringsexemplet av en stång 15 med en kärna 17 av rostfritt stål och ett ytterhölje 18 av låglegerat stål. Ur denna stång svarvas en konventionell yttre gänga eller hangänga för slående bergborrning 16, så att gängbottnar erhålls i den rostfria kärnan 17. Alternativt består kärnan 17' av låglegerat stål och ytterhöljet 18' av rostfritt stål (Fig. 7). Ur denna stång svarvas en konventionell inre gänga eller hongänga 16” för slående bergborrning, så att gängbottnar erhålls i den rostfria delen 18”.

Gängan 16, 16” skall således bestå av minst två olika material. De bearbetade ändarna uppkolas för att ge hårdhet och slitstyrka på flankema hos gängan 16, 16”. För att undvika uppkolning av det rostfria stålet skyddsmålas dessa partier. De bearbetade ändarna friktionssvetsas sedan på en 6-kantstång eller på en rundstång av låglegerat eller rostfritt stål (se Fig. 6) till en borrstång 25 som slutligen härdas och anlöps.

En central spolkanal borras. Alternativt kan stången 12 ersättas av ett rör så att den färdiga extruderade kompoundkomponenten 15 utgörs av ett rör så att man slipper borra hålet. l det senare fallet skall extrusionskutsen 13 ha ett hål för en dom varför den stång som skall utgöra kärnan istället kan vara ett ämnesrör eller en solid stång som borrats.

Både handelen 19 och hondelen 26 innefattar slagövertörande ytor, det vill säga ändyüan 19A respektive bottenytan 26A.

Exempel Extrusionskutsar 13 tillverkades av rör 1 1 av låglegerat stål, med sammansättning 1, ytterdiameter 77 mm och innerdiarneter 63 mm och rostfri stång 12, med sammansättning 2 och diameter 63 mm. Kutsarna värmdes till ll50°C och extruderades till stänger med ytterdiameter på 43 mm. Diametem för det rostfria stålet var 35 mm. Undersökning i ljusmikroskop visade att den mctallurgiska bindningen mellan det låglegerade och det rostfria stålet var god, se Fig. 5D. Ur de genom detta förfarande erhållna stängerna tillverkades handelar 19 via konventionell maskinbearbetning. Gängan var av typ T38 med ytterdiameter 38 mm och hade djupet 2.35 mm. Dessa sätthärdades sedan, under vilken de blottlagda ytorna av rostfritt stål täcktes av skyddsfärg för undvikande av påverkan av den kolhaltiga gasatmosfaren. Handelarna friktionssvetsades sedan mot respektive ändar hos en valsad stång 25, vilken innefattade en spolkanal. Handelarna har sammansättning enligt 3 nedan. Därefter borrades en spolkanal i vardera handel och hela stången härdades från l030°C. 520 893 6 %C %Si %Mn %Cr %Ni %Mo %Fe 1 0.22 0.21 0.57 1.26 2.62 0.22 rest 0.21 0.61 0.46 12.9 0.11 0.02 rest 3 0.19 0.27 0.45 13.3 0.29 0.02 rest Fem färdiga stänger sattes in i en rigg för s.k. drifterborrning under jord och borrades tills brott/utslitning uppstod. Följ ande livslängder, mätt i s.k. borrmeter, uppnåddes: Stång 1 7200 m Stång 2 6223 m Stång 3 6888 m Stång 4 8901 m Stång 5 6054 m Normal livslängd för borrör av standardutförande, det vill säga sätthärdat låglegerat stål av samma typ som ytterhöljet 18, är ca 5000 m, vilket visar att borrelementet enligt föreliggande uppfinning uppvisar markant ökad livslängd.

Uppfinningen avser i första hand drifterstänger, dvs stänger med handelar i båda ändar. Man kan dock tänka sig att även göra borrör eller MF-stänger medelst metoden enligt föreliggande uppfinning. De senare har både han- och hondel (MF=Male-Female).

I ett alternativt utförande kan hela gängan vara utförd i låglegerat stål varvid det rostfria stålet ej når i radiell riktning till gängans botten. Därmed utgör det rostfria stålet en broms för korrosionsutmattning när det låglegerade stålet genombrutits av korrosionsinducerade sprickor.

Claims (10)

10 15 20 25 30 520 eéšíiiikif 7 Patentkrav

1. Ett element för slående bergborrning där spolvatten användes, innefattande sektioner med reducerad godstjocklek, åtminstone en gänga (16;16°), varvid gängan (16;l6”) innefattar gängflanker (21 ,22) och mellan flankerna anordnade gängbottnar (23) och gängtoppar (24), nämnda element (19,26) består av minst två olika material, k ä n n e t e c k n at av att elementet är utförd i en kompoundkomponent (15) och av att gängbottnama (23) består av rostfritt stål, gängtopparna (24) av låglegerat stål och av att kompoundkomponenten (15) innefattar en spolkanal (20;20”).

2. Elementet enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den låglegerade delen av gängtoppen (24) har en tjocklek (T) och gängan ( 16;16”) ett djup (D), varvid 0.1 företrädesvis O.4

3. Elementet enligt krav 2, k ä n n e t e c k n at av att djupet (D) är 1-4 mm och tjockleken (T) 1-2 mm, företrädesvis kring 1.5 mm.

4. Elementet enligt krav 2, k ä n n e t e c k n at av att en gängbotten (23) hos gängan (l6;16”) har en första bredd, Wl, och en gängtopp (24) har en andra bredd, W2, där kvoten W1/W2 är 0 - 0.9, företrädesvis 0.3 - 0.8.

5. Elementet enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at av att det rostfria stålet (17;17°) har en sammansättning som ger ett PRE-tal >10, företrädesvis 12 - 17 och av att det låglegerade stålet (18;18°) har en hårdhet >500 Vickers, helst 650-800 Vickers.

6. Elementet enligt krav 5, k ä n n e t e c k n at av att det låglegerade stålet har sammansättningen i vikt-% C 0.1-0.7 Si 0.1-1 Mn 0.2-2 Cr <5 Ni <5 Mo <2 och resterande material består av Fe. 10 15 20 25 520 s9š;:

7. Elementet enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at av att elementet (19;26) innefattar en kärna (1 7;l7°) och ett ytterhölje (18;l 8”), varvid någon av kärnan och ytterhöljet består av rostfritt stål medan den andra består av låglegerat stål.

8. Elementet enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at av att elementet (19;26) är fast ansluten till en ände av en stång eller ett rör av låglegerat eller rostfritt stål och bildar en borrstång (25) och av att borrstången innefattar en genomgående spolkanal (20;20”).

9. Metod att tillverka ett borrelement för slående bergborrning, varvid elementet innefattande sektioner med reducerad godstjocklek, åtminstone en gänga (l6;l6”), varvid gängan (16;l 6”) innefattar gångflanker (21 ,22) och mellan flankerna anordnade gängbottnar (23) och gängtoppar (24), nämnda element (19;26) består av minst två olika material, k ä n n e t e c k n a d av att metoden innefattar följande steg: - anordna en kärna (l7;17°) och ett ytterhölje (l8;18”), varvid någon av kärnan och ytterhöljet består av rostfritt stål medan den andra består av låglegerat stål, - passa in käman (17;17”) i ytterhöljet (18;l8”) med noggrann passning för att skapa en kuts (13), - svetsa i kutsens (13) ändar för att fixera kärnan relativt ytterhölj et, - extrudera kutsen (13) i varmt tillstånd till en kompoundkomponent (15) och - svarva en gänga (16;l 6°) för slående bergborming ur kompoundkomponenten (15) eller en del därav, företrädesvis så att gängbottnar (23) erhålls i rostfritt stål.

10. Metoden enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att metoden innefattar följande ytterligare steg: - friktionssvetsa kompoundkomponenten eller en del därav till en borrstång (25) av låglegerat eller rostfritt stål.