DE2050703C3

DE2050703C3 - Eingängiges Gewindesystem für Bohrgestängeverbindungen und Bohrgestängeverbindung

Info

Publication number: DE2050703C3
Application number: DE2050703A
Authority: DE
Inventors: Tadek Czarnecki; Bengt Rolf Soederman
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1969-10-22
Filing date: 1970-10-15
Publication date: 1981-01-22
Also published as: ZA706679B; FR2066406A5; US3717368A; AU2133770A; NO130737B; NO130737C; SE336316B; DE2050703B2; FI56054C; FI56054B; JPS5021123B1; CA929368A; DE2050703A1

Description

Die Erfindung betrifft ein eingängiges Gewindesy- ttem für Bohrgestängeverbindungen mit zylindrischem Außen- und Innengewinde, welche einen Durchmesser von mindestens 37,5 mm und einem Flankenwinkel zwischen 50 und 70° aufweisen. Ferner betrifft die Erfindung eine Eohrgestängeverbindung für zylindri sche Außen- bzw. Innengewinde aufweisende Bohrausfüstungsteile, die einen Durchmesser von mindestens 37,5 mm und einen Flankenwinkel zwischen 50 und 70° •ufweisen.

Bekannte Gewinde von Bohrgestängeverbindungen für schwere Gesteins- Bohrausrüstungen mit Durchmes- lern von mehr als 37,5 mm weisen im Hinblick auf das Verhältnis von Steigungswinkel zu Flankenwinkel in bezug auf den Gewindedurchmesser eine ungeordnete Vielfalt auf. Bei zwei derzeit vorwiegend verwendeten Gewindetypen betragen die Flankenwinkei 70° bzw, 65°, wobei die Steigungswinkel in den Bereichen zwischen 6 Und 4,8° bzw. 6,7 Und 4,7° Ügen, unter anderem in Abhängigkeit Vom Gewindedurchmesser.

Aus der US-PS 33 88 935 ist ferner noch ein dritter Vorwiegend verwendeter Gewindelyp bekannt, bei dem

der Flankenwinkel 55° beträgt, wobei die Steigungswinkel im Bereich zwischen 11,2 und 8,4° liegen, ebenfalls unter anderem je nach dem Gewindedurchmesser. Der große Steigungswinkel des zuletzt erwähnten Gewindes nach der US-Patentschrift kommt dadurch zustande, daß das Gewinde doppelgängig ist. Üblicherweise wird bei den vorgenannten bekannten Gewinden die Ganghöhe konstant gehalten, woraus sich eine Veränderlichkeit des Steigungswinkel in Abhängigkeit vom Gewindedurchmesser ergibt

Der Nachteil der ersten beiden der vorstehend angeführten Verbindungsgewinde liegt darn, daß sie in zusammengefügtem Zustand derart fest sitzen, daß die Verbindung nur sehr schwach lösbar ist. Verbindungen nach der US-PS 33 88 935 neigen im Gegensatz dazu zum Lockern während des Bohrens. Darüber hinaus tritt bei einer derartigen Ausbildung der Verbindung eine übermäßige schnelle Abnutzung der Gewindegänge ein. Schließlich ergeben sich bei der Herstellung des nach der US-PS bekannten Gewindetyps gewisse Schwierigkeiten daraus, daß die beiden Gänge sehr genau zusammengepaßt sein müssen, um ein bei der Verbindung als Einheit wirksames Gewinde zu erhalten.

Die drei angeführten Gewindetypen weisen gemeinsam den Nachteil auf, daß ihre Ganghöhen bei verschiedenen Gewindedurchmessern die gleichen bleiben. Daraus ergeben sich zwangsläufig verschiedene Steigungswinkel, was sich unter anderem dahingehend auswirkt, daß beim Auftragen des Trenndrehmomentes beim Lösen gegenüber dem Verbindungsdrehmoment beim Anziehen das jeweilige Verhältnis von Anzugsund Lösungsdrehmoment für verschiedene Gewindedurchmesser nicht auf einer gemeinsamen Geraden liegt. Die schwereren Verbindungen mit größeren Durchmessern haben kleinere Steigungswinkel und sind daher schwerer lösbar als mit gleichem Anzugsdrehmoment hergestellte leichtere Verbindungen.

Demgegenüber soll die Erfindung ein Gewindesystem und eine Bohrgestängeverbindiiig schaffen, bei dem bzw. welcher das Anziehen und Losen von Verbindungen mit einem Gewindedurchmssser von mindestens 37,5 mm mit gleicher Leichtigkeit gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei dem eingängigen Gewindesystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Steigungswinkel unabhängig vom Gewindedurchmesser auf einem konstanten Wert zwischen 6° und 8° gehalten und die Ganghöhe des Gewindes in Abhängigkeit vom Gewindedurchmesser entsprechend verändert ist, wobei die A.izugs- und Lösungsdrehmomente für Gewinde mit gleichen Flankenwinkeln in einem die Drehmomenie als Koordinaten aufweisenden Diagramm unabhängig vom Gewindedurchmesser auf einer gemeinsamen Geraden liegen. Durch diese Maßnahmen ist es erstmals möglich, die Gewinde mit gleicher Leichtigkeit sowohl anziehen als auch lösen zu können. Dieser Vorteil gilt sowohl bei Gewindesystemen mit Bohrsträngen mit gleichen als auch mit ungleichen Gewindedurchmessern. Dabei wird unter dem Gewindesystem unter anderem ein Bohrstrang verstanden, bei dem verschiedene Bohrstangen verschiedene Gewinde haben, oder auch mehrere Bohrstränge, die Bohrstangen mit gleichem Gewindedurchmesser aufweisen, bei denen aber die Bohrstränge insgesamt im Vergleich zueinander unterschiedliche Gewindedurchmesser ha* ben können;

Besonders bevorzugt ist es bei diesen Gewindesystemen, wenn der Flankenwinket 60° und der Steigungswinkel 6,5° betragen, wobei Vorzugsweise das öewirlde

Trapezprofil aufweist.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung weist das Gewinde, vorzugsweise das Außengewinde, mindestens eine im wesentlichen in Längsrichtung verlaufende Nut auf. Hierdurch erhalten ί die Gewindegänge eine gewisse Elastizität, durch welche das Sichern der Verbindung während des Bohrens sowie das Lösens des Gewindes beim Trennen der Verbindung bzw. Auseinandernehmen mit Vorteil erleichtert werden. in

Bei der Bohrgestängeverbindung für Bohrausrüstungsteile, welche zylindrische Außen- bzw. Innengewinder aufweisen, die einen Durchmesser von mindestens 37,5 mm und einen rlankenwinkel zwischen 50 und 70° aufweisen, ist es erfindungsgemäß ferner vorgese- ι -, hen, daß der Steigungswinkel unabhängig vom Gewindedurchmesser auf einem konstanten Wert zwischen 6° und 8° gehalten ist und das Gewinde Trapezprofil aufweist Diese Maßnahmen erlauben, eine Bohrgestängeverbindung mit hoher Ermüdungsfestigkeit zu errei- _>o chen, die gleichzeitig doch leicht losbar ist. I Inter der Bohrgestängeverbindung ist das Mittel zurr· Verbinden der Bohrausrüstungsteile zu verstehen, z. B. also eine Hülse, weiche zwei in Flucht nebeneinander angeordnete Bohrstangen verbindet, oder eine Bohrstange, auf j-, deren Außengewinde ein Bohrkopf mit entsprechendem Innengewinde zum Verbinden aufgeschraubt wird.

Auch bei der Bohrgestängeverbindung ist es besonders zweckmäßig, wenn erfindungsgemäß der Flankenwinkei 60° und der Steigungswinkel 6,5° betragen. jn

Die Erfindung bewirkt den Vorteil, daß Gewinde jeder Größe bzw. mit jedem Durchmesser, und zwar als System mit einem oder mehreren Bohrsträngen oder als Gestängeverbindung mit einem konkreten Mittel zum Verbinden, relativ leicht lösbar sind, ohne daß die r, Verbindung auch bei kleinsten Gewindedurchmessern deswegen übermäßig lose ist. Das erfindungsgemäße Gewindesystem bzw. die Bohrgestängeverbindung ermöglicht darüber hinaus durch die Wahl eines geeigneter Flankenwinkels in Verbindung mit einem -ίο günstigen Steigungswinkel eine verschleißfeste Ausbildung durch die Erzeugung eines angemessenen Flächendruckes und einer tragenden Fläche von ausreichender Größe.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit folgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig.l schematisch einen Gewindeausschnitt mit Steigungs- und Flankenwinkeln geeigneter Größe,

Fig.2 eine schaubildliche Darstellung der Drehmomentcharakteristik eines Gewindes nach F i g. 1,

F i g. 3A eine Stirnansicht eines Teiles mit erfindungsgemäßem Außengewinde mit Längsnuten zur Erleichterung des Anziehens und des Lösens des Gewindes und

Fig.3B einen Aufriß eines erfindungsgemäßen Außengewindes.

Das in F i g. 1 im Ausschnitt dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gewindes hat einen Flankenwinkel von 55° und einen Steigungswinkel von 7,5°. Dabei hat ein Gewinde mit einem Durchmesser von 37,5 mm den gleichen Steigungswinkel wie ein solches mit einem Durchmesser von 56,2 mm, während demgegenüber die Ganghöhe 2 in Abhängigkeit vom Gewindedurchmesser veränderlich ist. Selbstverständlich kann man neben den in Fig. 1 dargestellten Flanken- und Steigungswinkeln von 55° bzw. 7,5" auch andere geeignete Flankenwinkel zwischen 50 und 70^c und Steigungswinkel zwischen 6 und 8° wählen.

In rier schaubildlichen Darstellung in Fig.2 ist das beim Anziehen des Gewindes nach Fig.l aufzuwendende »Verbindungs«-Drehmoment M_v als Abzisse und das zum Lösen von Gewinden verschiedener Durchmesser nach Fig. 1 aufzuwendende >-Trenn«-Drehmoment m_v als Ordinate aufgetragen. Dabei zeigt die Drehmomentkurve unabhängig von dem Gewindedurchmesser einen geradlinigen Verlauf.

Zur Erzielung einer gewissen Elastizität der Gewindegänge, weiche sich während des Bohrens als Erleichterung für das Anziehen und ebenso als Erleichteren beim Lösen der Verbindung auswirkt, können die Schraubengänge des Außengewindes mit einer oder mehreren, im wesentlichen in Längsrichtung verlaufenden Nuten 1 versehen sein (Fig. 3A, 3B). Um darüber hinaus ein mit herkömmlichen Mitteln einfach h· .-stellbares Gewinde zu erhalten, was insbesondere beim Nacharbeiten von Gewinden an Bohrgestängen ausschlaggebend ist, weist das Gewinde vorzugsweise trapezförmiges Profil 2 auf.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

20 ^ ι Patentansprüche:

1. Eingängiges Gewindesystem für Bohrgestängeverbindungen mit zylindrischem Außen- und Innengewinde, welche einen Durchmesser von mindestens 37,5 mm und einen Flankenwinkel zwischen 50 und 70° aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel unabhängig vom Gewindedurchmesser auf einem konstanten Wert zwischen 6 und 8° gehalten und die Ganghöhe (a)des Gewindes in Abhängigkeit vom Gewindedurchmesser entsprechend verändert ist, wobei die Anzugs- und Lösungsdrehmomente (Mv, m_v) für Gewinde mit gleichen Flankenwinkeln in einem die Drehmomente als Koordinaten aufweisenden Diagramm unabhängig vom Gewindedurchmesser auf einer gemeinsamen Geraden liegen.

2. Gewindesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flankenwinkel 60° und der Steigungswinkel 6,5° betragen.

3. Gewindesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde Trapezprofil (2) aufweist.

4. Gewindesystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde eine oder mehrere, im wesentlichen in Längsrichtung verlaufende Nuten (1) aufweist.

5. Gewindesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (1) im Außengewinde angeordnet sind.

6. Bohrgestängeverbindung für zylindrische Außen- b/.w. Innengewinde aufweisende Bohrausrüstungsteile, die einen Dun.".messer von mindestens 37,5 mm und einen Fhnkenwinkel zwischen 50" und 70° aufweisen, dadurch ge' ennzeichnet, daß der Steigungswinkel unabhängig vom Gewindedurchmesser auf einem konstanten Wert zwischen 6° und 8° gehalten ist und das Gewinde Trapezprofil (2) aufweist.

7. Bohrgestängeverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flankenwinkel 60° und der Steigungswinkel 6.5" betragen.