DE944481C

DE944481C - Rotary-Bohrgestaengeverbindung

Info

Publication number: DE944481C
Application number: DER5980D
Authority: DE
Original assignee: Reed Roller Bit Co
Current assignee: Reed Roller Bit Co
Priority date: 1936-09-05
Filing date: 1936-09-05
Publication date: 1956-06-14

Description

Rotary-Bohrgestängeverbindung Die Erfindung bezieht sich auf Rotary-Bohrgestängeverbindungen (tool joints) und betrifft deren Aufbau und Zusammenbau.
Bei den üblichen Bohrgestängen und Verbindungsstücken erfolgt die Verbindung für gewöhnlich durch konisches Gewinde, wobei das Verbindungsstück auf das Bohrrohr aufgeschraubt wird, bis genügender Anzug durch die Reibung des konischen Gewindes erreicht worden ist. Beim Zusammenschrauben wird durch das konische Gewinde und durch die den Anzug allein bestimmende Reibung dieses konischen Gewindes der Außenkörper ausgedehnt, während der Innenkörper sich zusammenzieht. Durch das Zusammenziehen des inneren und das Ausdehnen des äußeren Körpers beim Zusammenbau ergibt sich, wenn die Teile außerordentlich fest zusammengeschraubt werden, an der Verbindungsstelle eine sehr große Anfangsbeanspruchung. Wenn dann das Rohr beim Gebrauch weiter beansprucht wird, sind diese einen Bruch verursachenden, zusätzlichen Beanspruchungen beträchtlich kleiner, als wenn die Verbindung nicht so fest angezogen wäre oder nicht so hohe Anfangsbeanspruchung hätte. Im allgemeinen brechen miteinander verbundene Rohre nicht an der Verbindungsstelle, sondern der Bruch erfolgt in den Rohren selbst, und zwar sehr häufig in der Nähe des ersten Gewindeganges des Rohres. Bei den üblichen Verbindungen erstreckt sich das Ende des Verbindungskörpers außen über das Gewinde hinaus und behält beim Anziehen, da es sich dem benachbarten Teil des Rohres lose anpaßt, im wesentlichen seinen ursprünglichen Durchmesser bei, wodurch der Ausdehnung des ersten Gewindeganges des Verbindungsstückes Widerstand geboten und eine starke Konzentration der Beanspruchungen an dieser Stelle verursacht wird.
Der Zweck der Erfindung ist nun, ein Verbindungsstück zu schaffen, welches die obenerwähnten Nachteile nicht aufweist. Ein weiterer Zweck der Erfindung ist, starke örtliche Beanspruchungen zu vermeiden. Auch bezweckt die Erfindung, die einzelnen Teile durch Verriegelungseingriff zu verbinden, im wesentlichen vorher bestimmte Beanspruchungen an der Verbindungsstelle zu gewährleisten, die einzelnen Teile starr und sicher miteinander zu verbinden, ein Lösen der einzelnen Teile bei der Benutzung mit Sicherheit zu verhindern und Störungen infolge Bruches auszuschließen. Weitere Zwecke und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachstehender Beschreibung.
Die oben gegebenen Nachteile können durch eine Rotary-Bohrgestängeverbindung vermieden werden; bei der der Zapfenteil Außengewinde, der Muffenteil Innengewinde hat, und die beiden Teile in der Nähe der Gewinde glatte zylindrische, im verschraubten Zustand der Verbindung aneinanderliegende Flächen aufweisen. Erfindungsgemäß ist beim Zapfenteil eine zylindrische Fläche seinem Gewinde vorgelagert und bei dem Muffenteil eine zylindrische Gegenfläche in einem verlängerten Muffenhals ausgebildet, derart, daß der Innendurchmesser des Muffenhalses etwas kleiner als der Außendurchmesser der zylindrischen Flächen des Zapfenteiles und auf letzterem aufgeschrumpft ist. Bei dieser Verbindungsart greifen die zylindrischen Flächen sicher ineinander, so daß die Beanspruchungen über eine größere Fläche eines Rohres verteilt und insbesondere örtliche Beanspruchungen in dem ersten Gewindegang vermieden werden. Besonders zweckmäßig ist es, den Zapfenteil am Rohrende auszubilden, den Muffenteil aber als Teil eines gesonderten zweiteiligen Gestängeverbinders vorzusehen. Der die Bohrung aufweisende Teil wird erhitzt und kann alsdann außerordentlich dicht auf das Rohr schrumpfen, derart, daß Torsionsbeanspruchungen beträchtlicher Widerstand geboten wird, der Anzug der Verbindungsstelle mit Bezug auf das gewünschte Drehmoment beträchtlich besser wird und verhältnismäßig weniger Beanspruchungen in beiden Teilen entstehen.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und es ist Fig. i eine zur Hälfte geschnittene Ansicht einer Verbindungsstelle gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine abgebrochene, in größerem Maßstabe gezeichnete, geschnittene Ansicht einer außen abgesetzten Bohrgestängeverbindung; und Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche, geschnittene Ansicht einer bündigen Verbindungsstelle.
Gemäß Fig. i werden durch ein Verbindungsstück zwei Rohrteile verbunden, und zwar ist an dem oberen Teil io ein Zapfenkörper z2 und an dem unteren Teil eine Muffe 13 befestigt. Der Zapfen und die Muffe werden miteinander verbunden, um die Verbindungsstelle zu vervollständigen.
Der obere Rohrteil io ist außen bei 14 im wesentlichen zylindrisch und konzentrisch zur Achse des Rohres gestaucht und weist einen sich verjüngenden, mit Gewinde versehenen und bis zum Ende des Rohrteiles sich erstreckenden Zapfen 15 auf. Der untere Rohrteil i i ist in ähnlicher Weise bei 16 gestaucht und mit einem sich verjüngenden, mit Gewinde versehenen Zapfen 17 versehen.
Der obere Teil 18 der Muffe 13 hat grobes Gewinde i9, in welches ein ähnliches grobes Gewinde 25 des Zapfens 24 des Teiles i2 eingreift. Der untere Teil 2o der Muffe 13 ist mit einem feinen Gewinde 2i versehen, in welches das sich verjüngende Gewinde 17 des Zapfenteiles des Rohres ii eingreift. Durch diese Anordnung kann die Verbindung an der Stelle des groben Gewindes 19, 25 leicht gelöst werden, ohne in irgendeiner Weise die Feingewindeverbindung zwischen dem Rohr und dem Verbindungskörper nennenswert zu beeinflussen. Der Zapfen 12 ist in ähnlicher Weise mit einer Muffe 22 mit sich verjüngendem feinem Gewinde 23 versehen, in welches das Gewinde 15 des Rohres i o eingreift.
Der ringförmige Teil 3o der Muffe hat zweckmäßig eine kleine Innenwandung oder Bohrung 3i. Ein entsprechender Teil 40 ist an dem Zapfen vorgesehen. Die Rohrteile i i und io haben ergänzende zylindrische Wandungen 32 bzw. 41. Diese Teile sind verhältnismäßig lang, so daß nach genauer maschineller Bearbeitung verhältnismäßig lange nebeneinanderliegende Flächen erzielt werden, wodurch bei der Verwendung die Beanspruchungen über eine beträchtliche Fläche verteilt werden.
Um eine vorher bestimmte Beanspruchung über eine große Fläche und einen festen Anzug der Gewinde der Muffen und Zapfenteile zu erhalten, werden die Teile 30 und 40 vor dem Zusammenbau erhitzt. Sie werden dann zweckmäßig* ohne Verwendung eines Werkzeuges angebracht, worauf sie künstlich abgekühlt werden oder allmählich oder unter vorher bestimmten Bedingungen abkühlen können, so daß Schrumpfsitz der nebeneinanderliegenden Flächen zwischen den Zapfen ,und den Rohrteilen bei 40, 41 und -zwischen den Muffen und Rohrteilen 30, 32 sich ergibt. Nachdem der erhitzte Teil genügend abgekühlt ist und eine vorher bestimmte Beanspruchung zwischen dem Verbindungskörper und den Rohrteilen erzielt worden ist, werden die einzelnen Teile zweckmäßig auf maschinellem Wege fest zusammengezogen, um einen guten Torsionswiderstand zwischen den Teilen sowie einen festen Eingriff der Gewinde auf der ganzen Länge zu gewährleisten.
Eine ähnliche Bauart findet bei bündigen Verbindungen Verwendung, wie eine solche in Fig. 3 dargestellt worden ist. Der Rohrteil 5o hat hier eine glatte Außenfläche 5i, mit der eine Muffe oder ein- Zapfenteil 52 verbunden ist, deren oder dessen Bohrung 54 auf die Fläche 53 des Rohres aufgeschrumpft wird.
Erfindungsgemäß sind die Rohre und die Verbindungsteile untereinander auswechselbar. Beispielsweise kann das Verbindungsstück 12 mit Außengewinde und einer äußeren zylindrischen Fläche und das Verbindungsstück ia mit einem Innengewinde versehen werden, welches mit dem Außengewinde des Teiles 12 zusammenarbeitet, wobei das Stück io eine innere zylindrische Fläche aufweist, die mit der entsprechenden zylindrischen Fläche des Teiles 12 zusammenwirkt. In diesem Fall wird ein Teil des Rohres io erhitzt, anstatt einen, Teil des Verbindungskörpers zu erhitzen, worauf das Rohr auf das Verbindungsstück aufgeschrumpft wird. Es handelt sich hier im wesentlichen um- eine umgekehrte Ausbildung der einzelnen Teile.
Bei dem beschriebenen Zusammenbau der einzelnen Teile und der hieraus sich ergebenden Bauart werden örtliche Beanspruchungen verhindert, wodurch im hohen Maße zur Vermeidung der bisher auftretenden nachteiligen Wirkungen beigetragen wird.
Obgleich eine besondere Ausführungsform dargestellt und beschrieben worden ist, können selbstverständlich Abänderungen mannigfacher Art getroffen werden, ohne von dem Wesen der Erfindung abzuweichen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Rotary-Bohrgestängeverbindung, bei der der Zapfenteil Außengewinde, der Muffenteil Innengewinde hat, und die beiden Teile in der Nähe der Gewinde glatte zylindrische, im verschraubten Zustand der Verbindung aneinanderliegende Flächen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zapfenteil eine zylindrische Fläche seinem Gewinde vorgelagert und beim Muffenteil eine zylindrische Gegenfläche in einem verlängerten Muffenhals ausgebildet ist, derart, daß der Innendurchmesser des Muffenhalses etwas kleiner als der Außendurchmesser der zylindrischen Flächen des Zapfenteiles und auf letzterem aufgeschrumpft ist.
2. Verbindung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfenteil am Rohrende ausgebildet ist, der Muffenteil aber Teil eines gesonderten zweiteiligen Gestängeverbinders ist.
3. Rohrverbindung nach Anspruch i bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die glatten Teile der Rohrteile innen und außen gestaucht sind.
4. Rohrverbindung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die glatten Teile beim Verbinden der Rohrteile ineinander gleiten.
5. Rohrverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Teil des Rohres wenigstens einen gleich großen Durchmesser hat wie der Rohrteil selbst.
6. Verfahren zum Zusammenbau der Gestängeverbindung nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der verlängerte Muffenhals erhitzt, der Muffenteil alsdann auf den Zapfenteil aufgeschraubt wird, bis die mit Gewinde versehenen Teile und die zylindrischen Flächen in verhältnismäßig losem Eingriff stehen, worauf nach dem Abkühlen und Aufschrumpfen des Muffenhalses der Muffenteil fest auf den Zapfenteil geschraubt wird. Angezogene Druckschriften: s Deutsche Patentschriften Nr. 442 434, 628 915; USA.-Patentschriften Nr. 750 565, i 817 808, 19.27 656, 1942,518, 1932 427, 2 054 118; »Composite Catalog of New and Standard Oil Field and Pipeline Equipment« Nr. 7, 1936, S. iogi.