DE1148508B

DE1148508B - Bohrgestaengerohr mit Verbindern

Info

Publication number: DE1148508B
Application number: DER30092A
Authority: DE
Inventors: Elvin Gordon Boice; Louis Elsworth Pennington; Elmer James Volmert; Lip Fou Wong
Original assignee: Reed Roller Bit Co; Reynolds Metals Co
Current assignee: Reed Roller Bit Co; Reynolds Metals Co
Priority date: 1960-05-16
Filing date: 1961-04-12
Publication date: 1963-05-16
Also published as: GB913279A; FR1287022A

Description

Bohrgestängerohr mit Verbindern Die Erfindung betrifft Bohrgestängerohre mit Verbindern, deren jeweilige verdickte Rohrenden ein konisches Außengewinde und eine sich daran anschließende äußere Zylinderfläche aufweisen und deren jeweilige Verbinderteile mit einem konischen Innengewinde in das Außengewinde eingreifen und mit einer zylindrischen Innenfläche unter Preßsitz auf der zugehörigen Zylinderfläche der Rohrenden aufsitzen.
Bekannte Gestängerohre für ein Tiefbohrgestänge bestehen aus Stahl und sind untereinander mittels stählerner Verbinder gekuppelt. Der Gestängestrang ermöglicht ein Einhängen, Ziehen und einen Antrieb des am unteren Ende des Gestängestranges angesetzten Bohrmeißels und außerdem eine Zuführung der Spülung zur Bohrlochsohle zwecks Abführung des sagenannten Bohrkleins.
Die Nachteile solcher stählerner Gestängeträger sind in der Fachwelt seit langem bekannt. In erster Linie ist das hohe Gewicht der Gestängerohre nachteilig, welches den Zu- und Abtransport der Gestängerohre zum Bohrloch und auch die Handhabung des Gestängestranges innerhalb des Bohrloches erschwert. Weiterhin erweist es sich auch als unmöglich, innerhalb von Stahlrohren magnetische Messungen durchzuführen. Infolge der hohen festigkeitsmäßigen Anforderungen an den Gestängestrang besteht jedoch in Fachkreisen die Auffassung, daß man diese bekannten Nachteile bekannter Gestängerohre aus Stahl in Kauf nehmen müsse, da leichtere Gestängerohre den beim Bohren auftretenden Belastungen nicht gewachsen seien.
Die Erfindung trägt zur Überwindung dieses Vorurteils bei. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Gestängerohre aus einer Aluminiumlegierung und die Verbinder aus Stahl bestehen.
Hierdurch erreicht man eine erhebliche Verminderung des Gewichts eines Gestängestranges, so daß die Antriebs- und sonstigen Hilfseinrichtungen über Tage kleiner und leichter ausgeführt werden können. Weiterhin beeinflussen die Aluminiumrohre magnetische Messungen im Inneren des Gestängestranges nicht.
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielsweisen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an Hand der Zeichnungen. Es stellt dar Fig.1 einen Teilschnitt durch die Verbindung zweier Gestängerohre nach der Erfindung, Fig.2 einen Schnitt durch ein Rohrende, wobei außerdem ein Preßlufthammer zur Oberflächendrückung eines Teiles des Rohrendes angedeutet ist, Fig.3 einen vergrößerten Schnitt durch ein Gestängeverbinderteil und Fig. 4 einen Schnitt durch ein auf das Ende eines Gestängerohres aufgesetzten Gestängeverbinderteil, wobei schematisch ein Verfahren zum Verbinden der Teile angedeutet ist.
Der in Fig. 1 der Zeichnungen allgemein mit A bezeichnete stählerne Gestängeverbinder besteht aus einem Verbinderzapfenteill und einem Verbinderbüchsenteil 2. Die Gestängeverbinderteile 1 und 2 sind vermittels von Gewinden 3 zusammengeschraubt. Die Gestängerohre 4 sind aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Da die Art der Verbindung der Gestängerohre 4 mit den Verbinderteilen 1 und 2 jeweils dieselbe ist, genügt es, nur eine dieser beiden Verbindungen nachstehend im einzelnen zu beschreiben.
Das Gestängerohr 4 weist ein Außengewinde 5 auf. Der Verbinderteil 2 ist mit einem zugehörigen Innengewinde 6 versehen. Der Verbinderteil 2 weist eine glatt verlaufende zylindrische Innenfläche 7 auf. Das Rohr 4 hat eine äußere, glatt verlaufende Zylinderfläche 8, welche sich an das Gewinde 5 anschließt und an welcher die Innenfläche 7 des Verbinderteils 2 eng anliegt.
Fig. 3 der Zeichnungen zeigt den Verbinderteil2 im einzelnen in vergrößertem Maßstab. Das Gewinde 3 ist vorzugsweise als konisches Gewinde nach den Normen des American Petroleum Institute ausgebildet. Das Gewinde 6 kann die Form eines abgewandelten Acme-Gewindes haben, bei welchem jeweils sechs Gewindegänge auf 25,4 mm Gewindelänge kommen, wobei die Konizität etwa 9,5 mm je 30 cm Gewindelänge beträgt. Selbstverständlich kann auch jede andere, für diesen Zweck geeignete Gewindeform Anwendung finden. Der Verbinderteil 2 weist eine Bohrung 10 auf, durch welche die Spülung strömen kann. Die Außenfläche des Gestängeverbinders läuft in einen Konus 11 aus, welcher mit einer Rundung 12 in die Stirnseite 9 übergeht. Der Konus 11 dient zum Ansetzen von Hebezeugen zum Ziehen und zum Absetzen des Gestängestranges. Der Konus 11 liegt in der Größenordnung von etwa 18° und trägt außerdem auch dazu bei, die Belastung mehr allmählich auf das Gestängerohr überzuleiten, indem scharfe Querschnittsübergänge vermieden werden. Der Verbinderteil 2 weist außerdem einen radial nach innen ragenden Bund 13 auf. Die axiale Länge der Innenfläche 7 des Verbinderteils ist im Vergleich zu der sonst üblichen Form von Gestängeverbindern für Stahlrohre ungewöhnlich groß. Dies trägt dazu bei, einen Bruch des aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Gestängerohres innerhalb der Verbinderteile zu verhüten, welcher durch die von dem äußersten Gewindegang auf das Gestängerohr ausgeübte Spannung verursacht werden könnte. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die axiale Länge der Innenfläche 7 des Verbinderteils größer als der Radius eines Gestängerohres 4.
Wie aus Fig. 2 der Zeichnungen ersichtlich ist, wird die Zylinderfläche 8 der Rohrlänge 4 zum Zwecke einer Oberflächenverfestigung oberflächengedrückt, was beispielsweise durch Hämmern mit einem Preßlufthammer 14 oder durch Walzendrücken der glatt verlaufenden äußeren Umfangsfläche 8 oder in irgendeiner anderen Weise geschehen kann. Das Oberflächendrücken der Zylinderfläche 8 wird vorteilhaft über die in gestrichelten Linien angedeutete Stirnfläche 9 des Verbinderteils 2 um einen Abstand von etwa 13 mm bis 25 mm hinaus fortgesetzt, wie dies bei B angedeutet ist. Die Stirnfläche 15 des Gestängerohres 4 ist glatt ausgebildet, so daß sich bei Anlage derselben an den Bund 13 eine dichte Verbindung ergibt.
Das aus einer Aluminiumlegierung bestehende Gestängerohr kann aus verschiedenen Aluminiumlegierungen hergestellt sein, beispielsweise aus den Legierungen 2014-T6 oder 7075-T6 entsprechend den Normen der »Aluminium Association«. Es können aber auch andere, für diesen Zweck geeignete Leichtmetallegierungen Anwendung finden. Vorteilhafterweise kann man Dauerbrüchen der Gestängerohre dadurch vorbeugen, daß dieselben im Strangpreßverfahren hergestellt werden, wobei wiederum ein kontinuierliches Strangpreßverfahren vorzuziehen ist, bei welchem sich unmittelbar verdickte Rohrenden für die einzelnen Gestängerohre ergeben. Die verdickten Rohrenden werden durch Einschneiden der Außengewinde 5 und durch Oberflächendrücken der Zylinderflächen 8 weiterbearbeitet. Der Innendurchmesser 19 der Gestängerohre ist im wesentlichen gleichbleibend, so daß der Durchfluß der Spülung zur Bohrlochsohle nicht behindert wird. Die Übergangszone C des konischen Teils vom Nenn-Außendurchmesser des Rohres bis zum Außendurchmesser der Zylinderfläche ist wiederum ungewöhnlich lang, damit scharfe Querschnittsübergänge vermieden werden. Bei hergestellten Gestängerohren werden Konuslängen zwischen 640 und 890 mm angewandt. Die Verbinderteile 1 und 2 können aus Stahl SAE 4140 oder ähnlichem Werkstoff hergestellt sein.
Wie aus Fig.2 der Zeichnungen ersichtlich ist, weist das verdickte Ende der Rohrlänge 4 ein Gewinde 5 auf. Der Außendurchmesser der fertig bearbeiteten Zylinderfläche 8 ist ungefähr 0,25 bis 0,40 mm größer als der Innendurchmesser der Innenfläche 7 des Verbinderteils 2, so daß sich ein Preßsitz ergibt. Die Zylinderfläche 8 kann beispielsweise auf eine Oberflächengüte in der Größenordnung zwischen 0,015 und 0,025 mm bearbeitet sein. Das Gestängerohr wird dann mit einer Drehzahl von ungefähr 8 bis 12 U/min in Umdrehung versetzt und zum Zwecke des Oberflächendräckens mit dem Preßlufthammer 14 bearbeitet. Die Axialbewegung des Hammers 14 beträgt mit Bezug auf die glatt verlaufende Umfangsfläche 8 ungefähr 0,007 bis 0,010 mm. Der Durchmesser des Arbeitskolbens des pneumatischen Hammers 14 kann beispielsweise 25 mm betragen, und die zum Betrieb des Hammers verwendete Preßluft kann beispielsweise einen Druck von 4,2 bis 4,9 kg/cm2 haben.
Zum Zwecke der Zusammenfügung eines Verbinderteils 2 mit einem Rohr 4 kann, wie dies in Fig. 4 angedeutet ist, das Rohr 4 nach unten geneigt werden. In das Ende des Rohres 4 wird ein Verschlußpfropfen 16 aus nachgiebigem Werkstoff, beispielsweise aus Gummi od. dgl., eingeführt. Sodann wird der Verbinderteil2 beispielsweise mittels einer gasbeheizten Heizeinrichtung auf eine Temperatur von etwa 345° C erhitzt. Die Erhitzung des Verbinderteils 2 bewirkt eine radiale und axiale Ausdehnung, so daß derselbe leicht auf das Gewinde 5 und auf die Zylinderfläche 8 aufgebracht werden kann. In das Innere des Rohres 4 wird mittels eines Schlauches 17 Wasser oder ein anderes geeignetes Kühlmittel eingebracht. Der heiße Verbinderteil wird nunmehr auf das Gewinde 5 so weit aufgeschraubt, bis die Stirnseite 15 des Rohres 4 an dem Bund 13 des Verbinderteils 2 anliegt. Der Verbinderteil 2 wird sodann, beispielsweise durch Besprühen mit Wasser aus einer Brause 18, abgekühlt. Dadurch wird der Verbinderteil auf das Gestängerohr 4 aufgeschrumpft, so daß die Innenfläche 7 des Verbinderteils 2 an der Zylinderfläche 8 des Rohres 4 eng anliegt. Die axiale Schrumpfung des Verbinderteils 2 bewirkt, daß die Stirnseite 15 des Rohres 4 auf den Radialbund 13 aufgepreßt wird. Die Kühlung des Rohres 4 mittels des Wasserschlauches 17 wird nur während des Zusammenbaues der beiden Teile durchgeführt. Der Abschlußpfropfen 16 verhindert, daß das Kühlwasser aus dem Rohr austritt und mit dem heißen Verbinderteil 2 in Berührung kommt. Das aus einer Aluminiumlegierung bestehende Rohr ist ein sehr guter Wärmeleiter und muß infolgedessen gekühlt werden, damit seine Festigkeit unter den hohen, auf das Rohr einwirkenden Temperaturen nicht leidet. Die Temperatur des Rohres 4 soll infolgedessen während des Zusammenbaues vorzugsweise 82° C nicht übersteigen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Bohrgestängerohr mit Verbindern, dessen jeweilige verdickte Rohrenden ein konisches Außengewinde und eine sich daran anschließende äußere Zylinderfläche aufweisen und deren jeweilige Verbinderteile mit einem konischen Innengewinde in das Außengewinde eingreifen und mit einer zylindrischen Innenfläche unter Preßsitz auf der zugehörigen Zylinderfläche der Rohrenden aufsitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestängerohre aus einer Aluminiumlegierung und die Verbinder aus Stahl bestehen. z. Bohrgestängerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Zylinderfläche (7) größer als der Radius der Gestängerohre (4) ist. 3. Bohrgestängerohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestängerohre in einer Strangpresse geformt sind, wobei unmittelbar die verdickten Rohrenden hergestellt werden. 4. Bohrgestängerohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderflächen der verdickten Rohrenden oberflächengedrückt sind. 5. Bohrgestängerohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die oberflächengedrückte Zone der jeweiligen Rohrenden über den jeweils von den Verbinderteilen bedeckten Bereich der Zylinderflächen hinaus erstreckt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 521405, 600 537, 944481, 951712.