NO20024152L - Gjengeforbindelse og fjellborelement - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en gjengeforbindelse og et boreelement for fjellboring ifølge ingressen til de vedføyde, uavhengige kravene.

Under slagfjellboring er boreelementene, det vil si borekroner, stenger, rør, hylser og borekroneskafttilpasningsstykker, utsatt for korrosive angrep. Dette gjelder spesielt undergrunnsboring der vann anvendes som spylemedium og der miljøet er fuktig. De korrosive angrepene er spesielt farlige i de mest belastede områdene, det vil si gjengebunner og gjengeklaringer. I kombinasjon med pulserende belastninger som følge av sjokkbølger og bøyebelastninger, vil det oppstå såkalt utmattelseskorrosjon. Dette er en vanlig årsak til at boreelementer svikter.

I dag anvendes vanligvis lavlegerte, overflateherdede stålvaretyper i boreelementene. Grunnen til dette er at avslipning og slitasje av gjengedelene generelt har vært begrensende for livslengden. Etter hvert som boremaskinene og boreelementene har blitt mer effektive, har disse problemene imidlertid avtatt og utmattingskorrosjon har i stedet blitt en begrensende faktor.

Overflateherdningen utsetter overflaten for komprimerende belastninger

som gir bestemte virkninger mot den mekaniske delen av utmattingen. En lavlegert stålmotstandsdyktighet mot korrosjon er imidlertid dårlig og av den årsak skjer utmattelseskorrosjon fremdeles ganske ofte.

I US-A-4,872,515 eller 5,064,004 er det angitt en borestang der et

gjengeparti er forsynt med et metallmateriale som er mykere enn stålet i boreelementet. Problemet med groptæring i gjengene er dermed forsøkt redusert ved å dekke i hvert fall deler av boreelementets gjenger som samvirker med andre deler i den gjengede forbindelsen.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å betydelig forbedre et boreelements motstand mot utmattingskorrosjon i forbindelse med slagfjellboring.

Et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å betydelig forbedre motstanden mot utmattingskorrosjon i partier av et boreelement for slagfjellboring som har redusert tverrsnitt.

Et enda annet formål med foreliggende oppfinnelse er å betydelig forbedre motstanden mot utmattingskorrosjon ved gjengerøtténe i et gjenget parti av et boreelement for slagfjellboring.

Disse og andre formål har blitt oppnådd ved hjelp av en gjenget forbindelse

og et boreelement som er særpreget ved de trekk som er angitt i de

karakteriserende deler av de vedføyde, uavhengige krav under henvisning til tegningene. Figur 1 viser et sideriss, delvis i snitt, av et boreelement ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 2 viser et sideriss av boreelementets ene ende.

Figur 3 viser et aksielt tverrsnitt av enden. Figur 4 viser et aksielt tverrsnitt av en utførelse av en gjenget forbindelse ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 5 viser et aksielt tverrsnitt av en alternativ utførelse av en gjenget forbindelse ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 6 viser et aksielt tverrsnitt av en alternativ utførelse av et boreelement ifølge foreliggende oppfinnelse.

Boreelementet, borerøret eller den første borestrengskomponenten 10 for slagboring vist på figurene 1-4, er på en ende forsynt med et hylseparti eller et hunnparti 11 med en sylinederisk hunngjenge eller sylinderisk, indre gjenge 12. Hunnparti 11 utgjør en integrert del av borerøret 10. Ved borerørets 10 andre ende er det anordnet en muffe eller et hannparti 13 som ifølge foreliggende oppfinnelse er forsynt med en sylindrisk hanngjenge eller sylindrisk ytre gjenge 14. Den viste gjengen utgjør en såkalt trapesgjenge, men andre gjengeutforminger kan anvendes, for eksempel en taugjenge. Boreelementet har ytterligere en gjennomgående spylekanal 15 hvorigjennom et spylemedium, vanligvis luft eller vann, overføres. Hanngjengen 14 omfatter gjengeflankene 16, 17, idet gjengerøttene 20 er anordnet mellom flankene. Hunngjengen 12 omfatter gjengeflankene 18, 19 og gjengerøttene 21 anordnet mellom flankene. I en tilskrudd forbindelse ifølge figur 4 er hanngjengens 14 gjengerøtter 20 anordnet hovedsakelig atskilt fra hunngjengens tilknyttede kammer 22.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er boreelementets gjengerøtter 20 i hannepartiet forsynt med et belegg som omfatter minst et overflatemodifiserende, korrosjonsbeskyttende belegg. Bare de mest utsatte partiene, det vil si partiene med redusert tverrsnitt såsom gjengerøttene 20, strupningene 24 og klaringene, er belagt. Den største lagtykkelsen er 0,002 - 5 mm, fortrinnsvis 0,02 - 2 mm Gjengerøttene har en første bredde, W1, og gjengen, det vil si gjengekam 23 og det ubelagte partiet av gjengeflankene 16, 17, har en andre bredde, W2 (Fig. 3), der forholdet W1/W2 er 0,02-1,2, fortrinnsvis 0,3 - 0,8. For eksempel ble en taugjenge (R35) belagt med et 5 mm tykt belegg (W1). Gjengestigningen var 12,7 mm, noe som ga W2=12,7- 5 = 7,7 og forholdet W1/W2 = 0,65.

Boreelementets korrosjonsbeskyttende lag i følge oppfinnelsen er mindre edelt enn det bærende eller underliggende stålet, det vil si at laget har et mer negativt elektrodepotensial, minst 50 mV, fortrinnsvis minst 100 mV i det faktiske miljøet. Denne forskjellen i elektrodepotensial fungerer som en katodebeskyttelse der belegget utgjør en galvanisk anode (offeranode). Eksempler på slike beskyttende materialer er aluminium, sink og magnesium så vel som legeringer av disse, fortrinnsvis sinklegeringer. De gjenblivende lagene kan utgjøres av bindelag for å øke bindingen mellom belegget og stålet.

Et antall forskjellige belegningsmetoder kan brukes for å påføre laget, for eksempel varmedypping, kjemisk eller elektrolytisk plettering eller varmesprøyting.

I tilfelle belegningsprosessen gir et belegg som dekker mer enn noen av

seksjonene som har redusert tverrsnitt, så som gjengeroten, strupningen eller, klaringen, fjernes denne delen av belegget ved hjelp av fresing før bruk eller så

slites den av etter en kort bruksperiode. Med dette menes at en belegning av belastningsoverførende flater ikke er fordelaktig. I de uavhengige kravene er det konsekvent angitt at "i hvert fall én av seksjonene som har et redusert tverrsnitt omfatter delvis et lag av et materiale med lavere elektrodepotensial",idet ordet "delvis" også omfatter de tilfeller der mulige lag over de belastningsoverførende overflatene slites vekk meget raskt.

Eksempel

Under såkalte drifterboring av lange hull anvendes omtrent 4 m lange

borerør. Rørenes svake deler utgjøres av de ytre gjengenes 14 bunner 20 (Fig. 2), der utvaskingsvann og pulserende strekkspenninger fører til utmattelseskorrosjon som ofte fører til brudd.

Åtte rør tilvirket av en overflateherdet lavlegert ståltype ble belagt med et sinklag med en tykkelse på omtrent 0,2 mm ved å dyppe rørene i et bad av smeltet sink, såkalt dyppegalvanisering. Sink har et elektrodepotensial på omtrent -860 mV i sjøvann ved 20°C sammenliknet med -500 mV for lavlegerte ståltyper. Sinklaget ble fjernet fra gjengeflankene ved hjelp av en roterende børste.

Boring ble så utført i en rigg for undergrunnsdrifterboring inntill rørene brøt sammen eller var utslitt. Følgende levetider, målt i borede meter, ble oppnådd:

Normal levetid for ubelagte drifterrør av en konvensjonell ståltype er omtrent 2000 m på det bestemte prøvestedet, der fjellet hovedsakelig består av granitt, noe som viser at bruken av et borestål ifølge oppfinnelsen gir en oppsiktsvekkende forbedring.

I en alternativ utførelse av en gjengeforbindelsé ifølge foreliggende oppfinnelse er også gjengen 12' av hunnpartiet 11' belagt med et lag av et materiale av lavere elektrodepotensial enn stål, fig. 5. Dermed er også seksjoner av hunnpartiet 11' som har redusert tverrsnitt også forsynt med et belegg som består av minst ett lag som danner en offeranode. Bare de mest eksponerte partiene, dvs. partiene med redusert tverrsnitt så som gjengerøttene 21', strupninger og klaringer er belagt. Det som har blitt angitt ovenfor om belegging gjelder også det tilfellet når belegget er påført hunnpartiet 11'.

I en alternativ utførelse av et boreelement ifølge foreliggende oppfinnelse er bare de mest belastede delene av gjengeroten, for eksempel én (til høyre på fig. 6) eller begge (til venstre) overgangene fra gjengeroten til flanken av en trapesgjenge belagt, dvs. der boreelementet har minst radius, fig. 6.

Oppfinnelsen vedrører derfor en gjenget forbindelse og et boreelement for slagboring med et strupeparti som er belagt av et lag for å betydelig forbedre motstanden mot utmattingskorrosjon. Laget er fortrinnsvis diskontinuerlig i den aksielle retningen for å hindre avleiringer og mykning av de gjengede flankene.

Claims (10)

1. Gjengeforbindelsé av stål for slagboring hvori det anvendes spylevann, omfattende seksjoner (20; 21'; 24) av redusert tverrsnitt, i hvert fall én hovedsakelig sylindrisk, ytre gjenge (14) så vel som en hovedsakelig sylindrisk, indre gjenge (12), der den ytre gjengen (14) er anordnet på en muffe (13) som er ment å danne en integrert del av en første borestrengkomponent (10), der gjengene (12, 14) omfatter gjengeflanker (16, 17; 18,19) og gjengerøtter (20; 21;

21') som er tilveiebrakt mellom flankene, der gjengerøttene (20) til den sylindriske, indre gjengen (14) er anordnet betydelig adskilt fra tilknyttede kammer (22) av den sylindriske, indre gjenge (12), karakterisert ved at minst én av seksjonene (20; 21'; 24) av redusert tverrsnitt delvis omfatter et lag av et materiale som har lavere elektrodepotensial enn stål, idet laget er tilvirket av aluminium, sink og magnesium eller legeringer av disse.

2. Gjengeforbindelsé ifølge krav 1, karakterisert ved at laget hovedsakelig bare påføres i gjengeroten (20; 21') av gjengen (14; 12'), der gjengeroten har en første bredde, W1, og gjengekammen har en andre bredde, W2, der forholdet W1/W2 er 0,02-1,2, fortrinnsvis 0,3-0,8.

3. Gjengeforbindelsé ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at materialet i laget minst har 50 mV lavere elektrodepotensiale enn stål, fortrinnsvis minst 100 mV lavere elektrodepotensiale enn stål.

4. Gjengeforbindelsé ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at den største lagtykkelsen er 0,002-5 mm, fortrinnsvis 0,02-2 mm.

5. Gjengeforbindelsé ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at én av de følgende belegningsmetodene brukes for å påføre laget; varmedypping, kjemisk eller elektrolytisk plettering eller varmesprøyting.

6. Boreelement for en gjengeforbindelsé for slagboring av typen ifølge krav 1, der det anvendes spylevann, der boreelementet omfatter seksjoner (20; 21'; 24) av redusert tverrsnitt, minst én hovedsakelig sylindrisk, ytre gjenge (14), der den ytre gjengen (14) er anordnet på en muffe (13) som er ment å danne en integrert del av en første borestrengkomponent (10), der gjengen (12,14) omfatter gjengeflanker (16, 17; 18, 19) og gjengerøtter (20; 21; 21') som er tilveiebrakt mellom flankene, der gjengerøttene (20) til den sylindriske, ytre gjenge (14) er anordnet hovedsakelig adskilt fra tilknyttede kammer (22) av en sylindrisk, indre gjenge (12), karakterisert ved at minst én av seksjonene (20; 21'; 24) av redusert tverrsnitt delvis omfatter et materiallag av lavere elektrodepotensial enn stål, idet laget er tilvirket av metaller så som aluminium, sink og magnesium eller legeringer av disse.

7. Boreelement ifølge krav 6, karakterisert ved at laget hovedsakelig bare påføres i gjengeroten (20; 21') av gjengen (14; 12'), der gjengeroten har en første bredde, W1, og gjengekammen har en andre bredde, W2, der forholdet W1/W2 er 0,02-1,2, fortrinnsvis 0,3-0,8.

8. Boreelement ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at materialet i laget har minst 50 mV lavere elektrodepotensiale enn stål, fortrinnsvis minst 100 mV lavere elektrodepotensiale enn stål.

9. Boreelement ifølge ethvert av kravene 6, 7 eller 8, karakterisert ved at den største lagtykkelsen er 0,002-5 mm, fortrinnsvis 0,02-2 mm.

10. Boreelement ifølge ethvert av kravene 6, 7, 8 eller 9, karakterisert ved at én av de følgende belegningsmetoder er brukt for å påføre laget; varmedypping, kjemisk eller elektrolytisk plettering eller varmesprøyting.