EP4086427A1 - Regeneratlonsbohrgestänge und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Regeneratlonsbohrgestänge und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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EP4086427A1
EP4086427A1 EP22000087.1A EP22000087A EP4086427A1 EP 4086427 A1 EP4086427 A1 EP 4086427A1 EP 22000087 A EP22000087 A EP 22000087A EP 4086427 A1 EP4086427 A1 EP 4086427A1
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EP
European Patent Office
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sleeve
regeneration
lateral surface
connecting section
drill rod
Prior art date
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EP22000087.1A
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EP4086427B8 (de
EP4086427B1 (de
Inventor
Thomas Heidler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
H & E Bohrtechnik GmbH
Original Assignee
H & E Bohrtechnik GmbH
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Publication date
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Application filed by H & E Bohrtechnik GmbH filed Critical H & E Bohrtechnik GmbH
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Application granted granted Critical
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/10—Wear protectors; Centralising devices, e.g. stabilisers
    • E21B17/1085—Wear protectors; Blast joints; Hard facing

Definitions

  • the invention relates to a regenerated drill string, in particular for threaded drill strings, and a method for producing a regeneration drill string.
  • Drill rods for drilling in the ground are known as such from the prior art. These are regularly designed in several parts and for this purpose have coupling threads on which the individual rods are coupled in an axial sequence in order to achieve sufficient drilling depths or drilling lengths.
  • the technical problem here is that the drill rods are subject to considerable abrasive stress due to skin friction in relation to the surrounding soil.
  • the drill rods are usually tapered, so that the greatest amount of material is removed at the so-called heads, i.e. near the coupling threads.
  • this area is also decisive for the degree of wear.
  • DE 35 33 344 A1 an apparatus and a method for applying a melt containing hard stop particles to a drill pipe connector.
  • powder which contains both fusible material and hard material particles has applied by means of a dosing device and melted by means of a welding torch.
  • regeneration drill string With the regeneration drill string according to the invention, a solution is shown as to how a strengthened drill string, hereinafter referred to as regeneration drill string, is made available from a worn drill string. All drill rods for boreholes in the ground are to be understood as regeneration drill rods, which can in particular be drill rods for vertical boreholes and drill rods for horizontal boreholes.
  • the basic components of the drill rod according to the invention are a drill rod main body, a regeneration sleeve and a coupling zone.
  • the drill rod main body is available as a used drill rod and has at least one connecting section at the end. usually lies however, there is a connecting section at both ends.
  • the axial coupling to a further drill rod takes place at the connecting section, so that the connecting sections of the connected drill rods face each other in the installed state as intended.
  • the drill rods are preferably designed with a larger diameter at the connecting sections, resulting in a tapered basic shape of such a drill rod.
  • the drill rod main body has a connecting section outer jacket surface on the end-side connecting section. This is the section of the outer surface of the drill rod in the area of the connecting section.
  • the regeneration drill string also has a regeneration sleeve.
  • the regeneration sleeve is designed as a hollow cylinder.
  • hollow-cylindrical is not a geometric category, but a tubular basic shape, so that, for example, conicities of the inner casing and/or the outer casing are also covered.
  • the regeneration sleeve is arranged concentrically to the main longitudinal axis of the drill rod main body and concentrically encloses the connecting section at least in sections.
  • the regeneration sleeve has a sleeve body and an inner sleeve surface.
  • the sleeve body has a hard material body inclusion.
  • any arrangement of hard material in or on the regeneration sleeve is understood to be hard material inclusion.
  • the inclusion of the hard material body can consist of the inclusion of a plurality of discrete bodies such as rods, spheres, prisms or the like with defined arrangements.
  • irregular inclusions in the form of granules or deposits, for example on the outer surface of the regeneration sleeve are also recorded.
  • the hard body inclusion can in particular consist of high-quality industrial ceramics such as silicon carbide, tungsten carbide, tantalum carbide or composites thereof.
  • the regeneration drill string according to the invention is further characterized in particular in that the coupling zone connects the connecting section outer lateral surface and the sleeve inner lateral surface over a large area.
  • the coupling zone is present as a hybrid coupling, on the one hand cohesively by means of a friction weld seam and on the other hand non-positively by means of shrinking.
  • the regeneration sleeve heats up more than the connecting section because the drill rod body has a greater mass there and thus a greater heat capacity than the regeneration sleeve and the heat is dissipated faster through the drill rod body from this section.
  • This can preferably be supported by preheating the regeneration sleeve and by cooling the drill rod body. As a result of the subsequent cooling and the greater thermal shrinkage of the regeneration sleeve, it is stretched over the circumference and thus provides the frictional connection through the shrinking.
  • the material connection and the non-positive connection together form the hybrid coupling according to the invention.
  • the solution according to the invention has the following advantages in particular:
  • the use of a prefabricated regeneration sleeve makes it possible to use a component of the highest industrial quality, so that a particularly high material quality and a particularly high abrasion resistance can be achieved, which is only possible to a limited extent with build-up welding.
  • a defined thickness of the material supplement is achieved at the same time during the upgrading without any additional measures through the regeneration sleeve.
  • regeneration sleeves can be manufactured with standardized dimensional graduations, both in terms of internal dimensions, external dimensions and length.
  • regeneration sleeves with different, definable abrasion resistances can be provided.
  • a worn regeneration sleeve can be dismantled more easily by separating it at its circumference, because the frictional connection component of the hybrid coupling according to the invention can thus be eliminated in a simple manner.
  • the hard material inclusion is designed as a ring body.
  • the annular body can have shaped sections on its inner lateral surface and/or on the axial annular surfaces, which produce a secure and non-rotatable positive connection with the rest of the sleeve body. It is also possible to provide several hard material ring bodies in an axial sequence.
  • the regeneration sleeve is designed in several parts.
  • Such a multi-part design advantageously makes it possible, in particular, to reliably accommodate hard material bodies, in particular those with a ring geometry, and to fix them in a non-rotatable manner.
  • the regeneration drill string is characterized in that the drill string main body has a further end-side connecting section with a further connecting section outer lateral surface, that the regeneration drill string has a further regeneration sleeve and a further coupling zone, that the further regeneration sleeve is designed as a hollow cylinder and concentrically at least in sections the further end-side Connecting section encloses, and another sleeve body with a further sleeve inner lateral surface and a further hard material body inclusion, and that the further coupling zone connects the further connecting section outer lateral surface and the further inner sleeve lateral surface as a further hybrid coupling by means of a further friction weld seam materially and by means of a further shrinking non-positively with each other.
  • the regeneration rod assembly has a regeneration sleeve with a hybrid coupling according to the invention at both of its ends, at which the connection points to the respective subsequent further drill rod assembly are located.
  • a threaded pin can be arranged as a connecting means on the end-side connecting section and a threaded socket can be arranged as a connecting means on the other end-side connecting section.
  • the regeneration sleeve and the further regeneration sleeve are preferably constructed in the same way and are coupled to the drill rod main body.
  • the manufacturing method according to the invention uses the method steps described to provide a hybrid coupling of a materially bonded connection as a friction weld connection—particularly obtained through method step e)—and from a non-positive connection as static friction—particularly obtained through method step f).
  • the contents of the description of the regeneration drill string apply in a corresponding manner to the method for its production.
  • FIG. 1 shows an embodiment in a partially sectioned schematic side view.
  • the drill rod main body 10 has a connecting section 11 at the end, which has a larger diameter than the rest of the rod.
  • a drill rod body 10 with a length of approximately 3 m.
  • the end connecting sections 11 have a length of approximately 25 cm and are made of an abrasion-resistant chromium-molybdenum steel alloy.
  • the drill rod body is made of a steel with higher elasticity, for example ST 52.
  • the one - shown here - connecting portion 11 has at its end on the threaded pin with a conical external thread.
  • the other connection section, not shown here, has the threaded socket with a conical internal thread. Threaded pin and threaded socket correspond to one another, so that the threaded pin can be screwed into the threaded socket of the drill rod that follows axially.
  • the lateral surface of the connecting section 11 is the connecting section outer lateral surface 12 which is predominantly covered by the regeneration sleeve 20 here.
  • the regeneration sleeve 20 is formed from a two-part sleeve body 21 which carries the hard-material body inclusion, which here consists of a ring body made of a highly abrasion-resistant industrial ceramic. Due to the two-part sleeve body 21, the annular body is reliably held in a form-fitting and non-rotating manner. The two parts of the sleeve body have been connected to one another before the regeneration sleeve 20 is coupled to the drill rod main body 10, so that the regeneration sleeve is present as a single sub-assembly.
  • the inner lateral surface of the regeneration sleeve 20 is the sleeve inner lateral surface 22.
  • the connecting section lateral surface 12 has been turned to a defined diameter, so that there is a slight oversize compared to the diameter on the sleeve inner lateral surface 21 .
  • the regeneration sleeve 20 is slid onto the end connection section 11 with elastic buckling, so that the connection section lateral surface 12 in the covered area and the sleeve inner lateral surface 22 face each other with a suitable surface pressure.
  • the regeneration sleeve 20 and the drill rod body are twisted against each other at high speed, overcoming the frictional resistance, which, due to the surface friction, causes strong heating directly on the surface of the friction partners with the result of the formation of a surface friction weld seam between the two lateral surfaces 12, 22 and thus a material connection provided.
  • the surface pressure on the two lateral surfaces 12, 22 is increased by the subsequent cooling of the regeneration sleeve 20 and the second component of the hybrid coupling is thus provided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Regenerationsbohrgestänge, aufweisend einen Bohrgestängegrundkörper (10), eine Regenerationshülse (20) und eine Kopplungszone (30), wobei der Bohrgestängegrundkörper (10) mindestens einen endseitigen Verbindungsabschnitt (11) aufweist, der eine Verbindungsabschnittaußenmantelfläche (12) aufweist, wobei die Regenerationshülse (20) hohlzylindrisch ausgebildet ist, konzentrisch zumindest abschnittsweise den Verbindungsabschnitt (11) umschließt und einen Hülsenkörper (21) und eine Hülseninnenmantelfläche (22) aufweist, wobei der Hülsenkörper (21) einen Hartstoffkörpereinschluss (23) aufweist, wobei die Kopplungszone (30) die Verbindungsabschnittaußenmantelfläche (12) und die Hülseninnenmantelfläche (22) flächig als eine Hybridkopplung mittels einer Reibschweißnaht stoffschlüssig und mittels einer Aufschrumpfung kraftschlüssig miteinander verbindet.
Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein solches Regenerationsbohrgestänge.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein regeneriertes Bohrgestänge, insbesondere für gewindegekoppelte Bohrgestänge, und ein Verfahren zur Herstellung eines Regenerationsbohrgestänges.
  • Aus dem Stand der Technik sind Bohrgestänge für Bohrungen im Erdreich als solche bekannt. Diese werden regelmäßig mehrteilig ausgebildet und weisen hierfür Kopplungsgewinde auf, an denen die einzelnen Gestänge in axialer Abfolge gekoppelt werden um so ausreichende Bohrtiefen oder Bohrlängen zu erreichen.
  • Hierbei besteht das technische Problem, dass die Bohrgestänge einer erheblichen abrasiven Belastung durch die Mantelreibung gegenüber dem umliegenden Erdreich unterliegen. Die Bohrgestänge sind üblicherweise tailliert ausgebildet, so dass an den sogenannten Köpfen, also nahe den Kopplungsgewinden, der größte Materialabtrag stattfindet. Zudem ist dieser Bereich auch maßgeblich für das Verschleißmaß.
  • Um einen kostenaufwändigen Austausch der Bohrgestänge zu vermeiden ist es dem Grunde nach bekannt, den abrasiven Materialverlust durch Auftragsschweißen wieder aufzufüllen und so die Bohrgestänge wieder zu ertüchtigen.
  • Beispielsweise beschreibt US 2004 206 726 A1 ein Verfahren zum Verstärken von Verbindungstücken an Bohrgestängen, bei dem durch ein Elektroauftragsschweißverfahren unter Schutzgas das Material einer Füllelektrode im Lichtbogen geschmolzen und aufgetragen wird.
  • Ferner beschreibt DE 35 33 344 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Auftragen einer hartstopppartikelhaltigen Schmelze auf einen Bohrgestängeverbinder. Hierbei wird Pulver, welches sowohl schmelzbares Material als auch Hartstoffpartikel aufweist, mittels eines Dosiergerätes aufgetragen und mittels eines Schweißbrenners aufgeschmolzen.
  • Die beschriebenen Lösungen nach den Stand der Technik weisen den Nachteil auf, dass zusätzliche Maßnahmen zur Erzielung einer gleichmäßigen Auftragsdicke erforderlich sind und dass stets ein Kompromiss zwischen den abrasiven Eigenschaften und der Schweißfähigkeit des Auftragsmaterials eingegangen werden muss.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, unter Überwindung der Nachteile des Standes der Technik ein regeneriertes Bohrgestänge aufzuzeigen, dass eine hohe abrasive Beständigkeit aufweist, aus Bohrgestänge unterschiedlichen Verschleißgrades erstellbar sowie prozesssicher und kostengünstig herstellbar ist. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Regenerationsbohrgestänges anzugeben.
  • Die Aufgabe wird in Bezug auf das Regenerationsbohrgestänge durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale und in Bezug auf das Verfahren durch die im Patentanspruch 5 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Regenerationsbohrgestänge wird eine Lösung aufgezeigt, wie aus einem verschlissenen Bohrgestänge ein ertüchtigtes Bohrgestänge, nachfolgend Regenerationsbohrgestänge bezeichnet, bereitgestellt wird. Als Regenerationsbohrgestänge sind alle Bohrgestänge für Bohrungen im Erdreich zu verstehen, wobei es sich insbesondere um Bohrgestänge für Vertikalbohrungen und um Bohrgestänge für Horizontalbohrungen handeln kann.
  • Das erfindungsgemäße Bohrgestänge weist als Grundkomponenten einen Bohrgestängegrundkörper, eine Regenerationshülse und eine Kopplungszone auf.
  • Der Bohrgestängegrundkörper liegt als ein gebrauchtes Bohrgestänge vor und weist mindestens einen endseitigen Verbindungsabschnitt auf. In der Regel liegt jedoch an beiden Enden jeweils ein Verbindungsabschnitt vor. An dem Verbindungsabschnitt erfolgt die axiale Ankopplung an ein weiteres Bohrgestänge, so dass sich im bestimmungsgemäß montierten Zustand die Verbindungsabschnitte der verbunden Bohrgestänge gegenüberliegen. An den Verbindungsabschnitten sind die Bohrgestänge bevorzugt mit einem größeren Durchmesser ausgebildet, so dass sich eine taillierte Grundform eines solchen Bohrgestänges ergibt.
  • Der Bohrgestängegrundkörper weist an dem endseitigen Verbindungsabschnitt eine Verbindungsabschnittaußenmantelfläche auf. Es handelt sich dabei um den Abschnitt der Bohrgestängeaußenmantelfläche im Bereich des Verbindungsabschnitts.
  • Erfindungsgemäß weist das Regenerationsbohrgestänge ferner eine Regenerationshülse auf. Die Regenerationshülse ist hohlzylindrisch ausgebildet. Als hohlzylindrisch wird im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht eine geometrische Kategorie, sondern eine rohrförmige Grundform verstanden, so dass beispielsweise auch Konizitäten des Innenmantels und/oder des Außenmantels erfasst sind.
  • Die Regenerationshülse ist in einer Montagelage konzentrisch zu der Hauptlängsachse des Bohrgestängegrundkörpers angeordnet und umschließt konzentrisch zumindest abschnittsweise den Verbindungsabschnitt.
  • Die Regenerationshülse weist erfindungsgemäß einen Hülsenkörper und eine Hülseninnenmantelfläche auf.
  • Hierbei weist der Hülsenkörper einen Hartstoffkörpereinschluss auf. Als Hartstoffkörpereinschluss wird vorliegend jede Anordnung von Hartstoff in oder an der Regenerationshülse verstanden. Insbesondere kann der Hartstoffkörpereinschluss als Einlassung mehrerer diskreter Körper wie Stäbe, Kugeln, Prismen oder Ähnlichem mit definierten Anordnungen bestehen. Daneben sind auch unregelmäßige Einschlüsse in Form von Granulaten oder auch Aufträge beispielsweise an der Außenmantelfläche der Regenerationshülse erfasst. Der Hartstoffkörpereinschluss kann insbesondere aus hochwertigen Industriekeramiken wie beispielsweise Siliziumcarbid, Wolframcarbid, Tantalscarbid oder Kompositen hiervon bestehen.
  • Das erfindungsgemäße Regenerationsbohrgestänge ist ferner insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungszone die Verbindungsabschnittaußenmantelfläche und die Hülseninnenmantelfläche flächig verbindet.
  • Dabei liegt die Kopplungszone erfindungsgemäß als eine Hybridkopplung einerseits stoffschlüssig mittels einer Reibschweißnaht und andererseits kraftschlüssig mittels einer Aufschrumpfung vor.
  • Dem liegt zu Grunde, dass die Regenerationshülse mit Untermaß auf den Verbindungsabschnitt aufgeschoben wird. Um ein definiertes Untermaß zu erhalten ist es insbesondere vorgesehen, das verschlissene Bohrgestänge an dem Verbindungsabschnitt durch Längsdrehen auf den passenden Durchmesser abzudrehen. Durch eine Verdrehung der Regenerationshülse und des Bohrgestängegrundkörpers wird an der durch das Untermaß erhaltenden umlaufenden Druckkontaktfläche zwischen der Hülseninnenmantelfäche und der Verbindungsabschnittaußenfläche mittels Reibung Wärme erzeugt, bis ein Verschmelzen der Oberflächen der Reibungspartner eintritt. Hierdurch wird die flächige Reibschweißnaht und damit der erfindungsgemäße Stoffschluss erzeugt.
  • Ferner tritt eine stärkere Erwärmung der Regenerationshülse als des Verbindungsabschnitts ein, weil der Bohrgestängegrundkörper zum einen dort eine größere Masse und damit eine größere Wärmekapazität als die Regenerationshülse aufweist und zum anderen die Wärme durch den Bohrgestängegrundkörper aus diesem Abschnitt schneller abgeleitet wird. Vorzugsweise kann dies durch eine Vorerwärmung der Regenerationshülse und durch eine Kühlung des Bohrgestängegrundkörpers unterstützt werden. Infolge der nachfolgenden Abkühlung und der stärkeren thermischen Schrumpfung der Regenerationshülle liegt diese über den Umfang gespannt auf und stellt so den Kraftschluss durch die Aufschrumpfung bereit.
  • Der Stoffschluss und der Kraftschluss bilden zusammen die erfindungsgemäße Hybridkopplung aus.
  • Die erfindungsgemäße Lösung weist insbesondere nachfolgende Vorteile auf:
    Die Verwendung einer vorgefertigten Regenerationshülse ermöglicht es, ein Bauteil in höchster Industriequalität einzusetzen, so dass eine besonders hohe Materialgüte und eine besonders hohe Abrasionsbeständigkeit erreicht werden kann, wie dies mittels Auftragsschweißens nur bedingt möglich ist.
  • Zugleich besteht dadurch der Vorteil der hohen Prozesssicherheit und einer stets reproduzierbaren Qualität.
  • Insbesondere ist es möglich, hochwertige Hartstoffeinschlüsse in der Regenerationshülse bereitzustellen und so besonders hohe Standzeiten des Regenerationsbohrgestänges zu erreichen.
  • Weiterhin besteht der Vorteil einer kostengünstigen Fertigung, da weniger Zeit für die Herstellung der Hybridkopplung als beispielsweise für einen helixartigen und unter Umständen sogar lagenweisen Aufbau einer Auftragsschicht durch Auftragsschweißverfahren benötigt wird.
  • Zudem wird durch die Regenerationshülse zugleich eine definierte Dicke der Materialergänzung bei der Ertüchtigung ohne etwaige Zusatzmaßnahmen erreicht.
  • Es ist ferner eine Modularität der Fertigung möglich, indem Regenerationshülsen mit standardisierten Maßabstufungen sowohl im Innenmaß, im Außenmaß als auch in der Länge gefertigt werden können. Zudem können je nach Anforderung Regenerationshülsen mit unterschiedlichen definierbaren Abrasionsfestigkeiten bereitgestellt werden.
  • Vorteilhaft kann auch bei einer etwaigen erneuten Ertüchtigung eines Regenerationsbohrgestänges eine verschlissene Regenerationshülse durch eine Auftrennung an deren Umfang leichter demontiert werden, weil somit in einfacher Weise die Kraftschlusskomponente der erfindungsgemäßen Hybridkopplung aufgehoben werden kann.
  • Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung ist der Hartstoffkörpereinschluss als ein Ringkörper ausgebildet.
  • Durch die Ausbildung als Ringkörper gemäß dieser Weiterbildung wird vorteilhaft erreicht, dass der unmittelbare abrasive Kontakt zwischen dem Erdreich und dem darin rotierenden Regenerationsbohrgestänge im Wesentlichen ausschließlich an einer Hartstoffoberfläche erfolgt, so dass lediglich ein sehr geringer Materialabtrag erfolgt. Ferner werden so vorteilhaft Absätze und sonstige Versprünge an der Umlauffläche vermieden, so dass der Hartstoffkörper mechanisch weniger belastet wird. Der Ringkörper kann dabei an seiner Innenmantelfläche und/oder an den axialen Ringflächen Formabschnitte aufweisen, die einen sicheren und verdrehfesten Formschluss zu dem übrigen Hülsenkörper herstellen. Es ist auch möglich, mehrere Hartstoffringkörper in einer axialen Abfolge vorzusehen.
  • Entsprechend einer weiterführenden vorteilhaften Weiterbildung ist die Regenerationshülse mehrteilig ausgebildet.
  • Eine solche mehrteilige Ausbildung ermöglicht es vorteilhaft insbesondere, Hartstoffkörper, insbesondere solche mit einer Ringgeometrie zuverlässig aufzunehmen und verdrehfest festzulegen.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Regenerationsbohrgestänge dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrgestängegrundkörper einen weiteren endseitigen Verbindungsabschnitt mit einer weiteren Verbindungsabschnittaußenmantelfläche aufweist, dass das Regenerationsbohrgestänge eine weitere Regenerationshülse und eine weitere Kopplungszone aufweist, dass die weitere Regenerationshülse hohlzylindrisch ausgebildet ist und konzentrisch zumindest abschnittsweise den weiteren endseitigen Verbindungsabschnitt umschließt, und einen weiteren Hülsenkörper mit einer weiteren Hülseninnenmantelfläche und einem weiteren Hartstoffkörpereinschluss aufweist, und dass die weitere Kopplungszone die weitere Verbindungsabschnittaußenmantelfläche und die weitere Hülseninnenmantelfläche flächig als weitere Hybridkopplung mittels einer weiteren Reibschweißnaht stoffschlüssig und mittels einer weiteren Aufschrumpfung kraftschlüssig miteinander verbindet.
  • Gemäß dieser vorteilhaften Weiterbildung weist das Regenrationsgestänge an seinen beiden Enden, an denen sich jeweils die Verbindungsstellen zu dem jeweils anschließenden weiteren Bohrgestänge befinden, eine Regenerationshülse mit einer erfindungsgemäßen Hybridkopplung auf. Insbesondere kann beispielsweise bei dem endseitigen Verbindungsabschnitt als Verbindungsmittel ein Gewindepin und an dem weiteren endseitigen Verbindungsabschnitt als Verbindungsmittel eine Gewindedose angeordnet sein. Die Regenerationshülse und die weitere Regenerationshülse sind dabei bevorzugt in gleicher Weise aufgebaut und mit dem Bohrgestängegrundkörper gekoppelt. Für besondere Anwendungen ist es aber auch möglich, die beiden Regenerationshülsen unterschiedliche auszubilden. Dies kann beispielsweise bei unterschiedlichen Geometrien der beiden Enden oder auch bei unterschiedlichen Verschleißgraden sinnvoll sein.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf.
    1. a) Bereitstellen der Regenerationshülse,
    2. b) Herstellen eines Übermaßes der Verbindungsabschnittaußenmantelfläche des Bohrgestängegrundkörpers gegenüber der Hül-seninnenmantelfläche durch Abdrehen,
    3. c) axiales Fügen der Regenerationshülse auf den endseitigen Verbindungsabschnitt unter elasischer Aufweitung der Regenerationshülse und Herstellung einer Flächenpressung zwischen der Verbindungsabschnittaußenmantelfläche und der Hülseninnenmantelfläche,
    4. d) Verdrehen des Bohrgestängegrundkörpers relativ zu der Regenerationshülse unter Überwindung der Reibung zwischen der Verbindungsabschnittaußenmantelfläche und der Hülseninnenmantelfläche und Erzeugung von Wärme bis zur Ausbildung einer Aufschmelzung,
    5. e) Beenden des Verdrehens und Abkühlenlassen des Bohrgestängegrundkörpers und der Regenerationshülse unter Erstarren der Aufschmelzung und Ausbilden der flächigen Reibschweißnaht zwischen der Verbindungsabschnittaußenmantelfläche und der Hülseninnenmantelfläche,
    6. f) weiteres Abkühlenlassen der Regenerationshülse mit thermischer Schrumpfung und Ausbilden einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen der Verbindungsabschnittaußenmantelfläche und der Hülseninnenmantelfläche als Aufschrumpfung.
  • Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren stellt durch die beschriebenen Verfahrensschritte eine Hybridkopplung aus einer stoffschlüssigen Verbindung als Reibschweißverbindung - insbesondere erhalten durch Verfahrensschritt e) - und aus einer kraftschlüssigen Verbindung als Haftreibung - insbesondere erhalten durch Verfahrensschritt f) - bereit. Es gelten die Beschreibungsinhalte zu dem Regenerationsbohrgestänge in entsprechender Weise zugleich für das Verfahren zu dessen Herstellung.
    • Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von
  • Fig. 1 Teilgeschnittene schematische Seitenansicht als Ausschnitt
    näher erläutert.
  • Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren auf jeweils gleiche Merkmale oder Bauteile. Die Bezugszeichen werden in der Beschreibung auch dann verwandt, sofern sie in der betreffenden Figur nicht dargestellt sind.
  • Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel in einer teilgeschnittenen schematischen Seitenansicht.
  • Der Bohrgestängegrundkörper 10 weist einen endseitigen Verbindungsabschnitt 11 auf, der gegenüber dem übrigen Gestänge einen größeren Durchmesser aufweist. In dem Ausführungsbeispiel liegt ein Bohrgestängegrundkörper 10 mit einer Länge von ca. 3 m vor. Die endseitigen Verbindungsabschnitte 11 weisen dabei eine Länge von ca. 25 cm auf und sind aus einer abriebbeständigen Chrom-Molybdän-Stahllegierung gebildet. In dem Bereich zwischen den Verbindungsabschnitten 11 ist der Bohrgestängegrundkörper aus einem Stahl mit höherer Elastizität, beispielsweise ST 52 hergestellt. Der eine - hier dargestellte - Verbindungsabschnitt 11 weist an seinem Ende den Gewindepin mit einem konischen Außengewinde auf. Der weitere - hier nicht dargestellte Verbindungsabschnitt weist die Gewindedose mit einem konischen Innengewinde auf. Gewindepin und Gewindedose korrespondieren zueinander, so dass der Gewindepin in die Gewindedose des axial nachfolgenden Bohrgestänges eingeschraubt werden kann.
  • Bei der Mantelfläche des Verbindungsabschnitts 11 handelt es sich um die Verbindungsabschnittaußenmantelfläche 12, die hier überwiegend von der Regenerationshülse 20 überdeckt ist.
  • Die Regenerationshülse 20 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem zweiteiligen Hülsenkörper 21 gebildet, der den Hartstoffkörpereinschluss trägt, der hier als ein Ringkörper aus einer hochabrasionsbeständigen Industriekeramik besteht. Durch den zweiteiligen Hülsenkörper 21 ist der Ringkörper zuverlässig formschlüssig und verdrehfest gefasst. Die beiden Teile des Hülsenkörpers sind vor der Ankopplung der Regenerationshülse 20 an den Bohrgestängegrundkörper 10 miteinander verbunden worden, so dass die Regenerationshülse als eine einheitliche Vorbaugruppe vorliegt. Die innere Mantelfläche der Regenerationshülse 20 ist die Hülseninnenmantelfläche 22.
  • Zur Herstellung der Hybridkopplung ist die Verbindungsabschnittmantelfläche 12 auf einen definierten Durchmesser abgedreht worden, so dass ein geringfügiges Übermaß gegenüber dem Durchmesser an der Hülseninnenmantelfläche 21 vorliegt. Die Regenerationshülse 20 wird unter elastischer Beulung auf den endseitigen Verbindungsabschnitt 11 aufgeschoben, so dass sich die Verbindungsabschnittmantelfläche 12 in dem überdeckten Bereich und die Hülseninnenmantelfläche 22 in einer geeigneten Flächenpressung gegenüberliegen. Die Regenerationshülse 20 und der Bohrgestängegrundkörper werden unter Überwindung des Reibungswiderstands mit hoher Drehzahl gegeneinander verdreht, wodurch aufgrund der Flächenreibung eine starke Erhitzung direkt an der Oberfläche der Reibungspartner mit der Folge der Entstehung einer flächigen Reibschweißnaht zwischen den beiden Mantelflächen 12, 22 und damit eine stoffschlüssige Verbindung bereitgestellt wird. Ferner wird durch die nachfolgende Abkühlung der Regenerationshülse 20 die Flächenpressung an den beiden Mantelflächen 12, 22 erhöht und somit die zweite Komponente der Hybridkopplung bereitgestellt.
  • Zur besseren Darstellung sind die Längen- und Durchmesserrelationen bei dem Verbindungsabschnitt 11 und der Regenerationshülse 20 in Fig. 1 nicht maßstäblich wiedergegeben.
    • Verwendete Bezugszeichen
    • 10
    Bohrgestängegrundkörper
    11
    endseitiger Verbindungsabschnitt
    12
    Verbindungsabschnittaußenmantelfläche
    13
    Gewindepin
    20
    Regenerationshülse
    21
    Hülsenkörper
    22
    Hülseninnenmantelfläche
    23
    Hartstoffkörpereinschluss
    30
    Kopplungszone

Claims (5)

  1. Regenerationsbohrgestänge,
    aufweisend einen Bohrgestängegrundkörper (10), eine Regenerationshülse (20) und eine Kopplungszone (30),
    wobei der Bohrgestängegrundkörper (10) mindestens einen endseitigen Verbindungsabschnitt (11) aufweist, der eine Verbindungsabschnittaußenmantelfläche (12) aufweist,
    wobei die Regenerationshülse (20) hohlzylindrisch ausgebildet ist, konzentrisch zumindest abschnittsweise den Verbindungsabschnitt (11) umschließt und einen Hülsenkörper (21) und eine Hülseninnenmantelfläche (22) aufweist, wobei der Hülsenkörper (21) einen Hartstoffkörpereinschluss (23) aufweist
    wobei die Kopplungszone (30) die Verbindungsabschnittaußenmantelfläche (12) und die Hülseninnenmantelfläche (22) flächig als eine Hybridkopplung mittels einer Reibschweißnaht stoffschlüssig und mittels einer Aufschrumpfung kraftschlüssig miteinander verbindet.
  2. Regenerationsbohrgestänge nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Hartstoffkörpereinschluss (23) als ein Ringkörper ausgebildet ist.
  3. Regenerationsbohrgestänge nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Regenerationshülse (20) mehrteilig ausgebildet ist.
  4. Regenerationsbohrgestänge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Bohrgestängegrundkörper (10) einen weiteren endseitigen Verbindungsabschnitt mit einer weiteren Verbindungsabschnittaußenmantelfläche aufweist,
    dass das Regenerationsbohrgestänge eine weitere Regenerationshülse und eine weitere Kopplungszone aufweist,
    dass die weitere Regenerationshülse hohlzylindrisch ausgebildet ist und konzentrisch zumindest abschnittsweise den weiteren endseitigen Verbindungsabschnitt umschließt, und einen weiteren Hülsenkörper mit einer weiteren Hülseninnenmantelfläche und einem weiteren Hartstoffkörpereinschluss aufweist,
    und dass die weitere Kopplungszone die weitere Verbindungsabschnittaußenmantelfläche und die weitere Hülseninnenmantelfläche flächig als weitere Hybridkopplung mittels einer weiteren Reibschweißnaht stoffschlüssig und mittels einer weiteren Aufschrumpfung kraftschlüssig miteinander verbindet.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Regenerationsbohrgestänges, welches ausgebildet ist nach einem der Ansprüche 1 bis 4, aufweisend folgende Verfahrensschritte:
    a) Bereitstellen der Regenerationshülse (20),
    b) Herstellen eines Übermaßes der Verbindungsabschnittaußenmantelfläche (12) des Bohrgestängegrundkörpers (10) gegenüber der Hülseninnenmantelfläche (22) durch Abdrehen,
    c) axiales Fügen der Regenerationshülse (20) auf den endseitigen Verbindungsabschnitt (11) unter elasischer Aufweitung der Regenerationshülse (20) und Herstellung einer Flächenpressung zwischen der Verbindungsabschnittaußenmantelfläche (12) und der Hülseninnenmantelfläche (22),
    d) Verdrehen des Bohrgestängegrundkörpers (10) relativ zu der Regenerationshülse (20) unter Überwindung der Reibung zwischen der Verbindungsabschnittaußenmantelfläche (12) und der Hülseninnenmantelfläche (22) und Erzeugung von Wärme bis zur Ausbildung einer Aufschmelzung,
    e) Beenden des Verdrehens und Abkühlenlassen des Bohrgestängegrundkörpers (10) und der Regenerationshülse (20) unter Erstarren der Aufschmelzung und Ausbilden der flächigen Reibschweißnaht zwischen der Verbindungsabschnittaußenmantelfläche (12) und der Hülseninnenmantelfläche (22),
    f) weiteres Abkühlenlassen der Regenerationshülse (20) mit thermischer Schrumpfung und Ausbilden einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen der Verbindungsabschnittaußenmantelfläche (12) und der Hülseninnenmantelfläche (22) als Aufschrumpfung.
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