NO335498B1 - Gjenget skjøt integrert i rør - Google Patents

Abstract

Gjenget skjøt integrert i rør dannet av et han element (1) og et hun element (2) henholdsvis plassert på den ytre overflate og på den indre overflate av to avskårne konisk formede deler av gjengede (6, 7, 8, 9) med samme konisitets verdi og radielt adskilt, begge er henholdsvis adskilt med ringformede skuldre (5, 5') hvilke er parallelle og ortogonale i forhold til røraksen. De er forsynt med to tettende overflater (12, 12', 13,) hvor en av disse er konisk formede og den andre er sfærisk formet. Etter sammenskruing av de to elementene (1, 2) de nevnte to ringformede skuldre (5, 5') er i kontakt. Hver han (1) og hun (2) element innbefatter henholdsvis langs hele sin ytre og indre overflate et omkretshulrom (14, 15) plassert mellom en del av gjengene og den ringformede skulder (5, 5') for å tillate ekspansjon av det smørende fett.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en gjenget skjøt integrert i et rør med reduserte diameterdimensjoner, særlig for rør som benyttes innenfor utnyttelse av gass- eller oljefelt. De nevnte rør kan benyttes både som ledninger for å pumpe gass eller olje og som en foring for brønnene.

Industrien innen utvinning av naturgass og olje benytter rør med en fast lengde som må forbindes med hverandres ender for å nå de store dyp hvor hydrokarbongruvene hovedsakelig er lokalisert.

I den mest vanlige benyttede boreteknikk bores brønner med utgangspunkt fra jorden eller havoverflaten, for å nå olje- eller gassfeltet. De nevnte brønner kan ha en dybde på flere tusen meter. Under boring er de nevnte brønner foret innvendig med metallrør over hele lengden. Segmentene av metallrør, som har en lengde på omkring 10 meter, er forbundet med hverandre ved hjelp av gjengede skjøter. Derfor danner disse rørene en rørformet ledning med samme diameter over hele sin lengde unntatt i skjøtene, hvor den ytre diameter hovedsakelig er i det minste 1 tomme (25,4mm) større enn ledningen.

For å danne en foring for hele dybden av brønnen benyttes flere ledninger med, på grunn av mekanisk motstand og de geologiske karakteristikker av stedet, jo mindre diameter, desto større er dybden på ledningen, for å danne en "teleskopisk" konstruksjon. Det følger at, ettersom diameteren ved bunnen av brønnen varierer i overensstemmelse med trykket og strømningen av fluider som skal trekkes ut, desto dypere brønnen er, desto større er diameteren ved overflaten. Som en uønsket konsekvens av det ovenfor nevnte, er borekostnaden høy og videre krever disse brønnforingene en stor mengde materiale, og er derved svært kostbare. En mindre brønndiameter betyr også kortere boring og foringstid. Derfor er det essensielt å minimere brønndiameteren og foringsrørdiameteren med samme mengde utvunnet fluid.

Når boringen først er avsluttet, innføres det en ytterligere rørledning inne i foringen, hvilken må pumpe gassen eller oljen ut av det underjordiske feltet. Denne ledningen, som følger hele dybden av brønnen og kan derfor nå en lengde på flere tusen meter, er også dannet ved å forbinde rør som har en lengde på omkring 10 meter ved hjelp av de ovenfor nevnte skjøter. Vanligvis har også denne andre type av ledning den samme diameter for hele sin lengde bortsett fra i skjøtene, hvis ytre diameter er større, i likhet med det tidligere tilfellet.

I begge de ovenfor nevnte tilfeller er rørene forbundet ved hjelp av gjengede skjøter, som kan være integrert, og i dette tilfellet kan en ende av røret ha en han-gjengeform og den andre ha en hun-gjengeform, eller kan være av en koblingstype, og i dette tilfelle har begge endene av røret en han-gjengeform, der begge forbindes ved hjelp av en hun-gjenget kobling på begge sider. Vanligvis involverer nærværet av skjøten en økning i den ytre diameter av ledningen hvor skjøten foreligger; desto større den ytre diameter av skjøten, når sammenliknet med røret, desto større er de generelle dimensjonene av ledningen og borehullet.

Etter at oljeselskapene har krevd å minimere olje- og gassutvinningskostnadene har bemerkelsesverdig innsats blitt langt inn i å redusere diameteren på brønnene og derfor diameteren på rørene.

For å redusere den ytre diameteren av ledningen og derfor borekostnadene og mengden nødvendig materiale, har de benyttet gjengede skjøter med reduserte diameterdimensjoner, som kan deles inn i tre ulike typer, i overensstemmelse med den ytelse som kreves og til de maksimale dimensjoner som er tillatt. En første type, som ofte kalles "delvis jevn" er en koplingsforbindelse hvis ytre diameter ikke overskrider over 6% av den ytre rørdiameter. En andre type som vanligvis kalles "nærmest jevn" er en integrert skjøt hvis ytre diameter er omkring 2-3% større enn den ytre rørdiameter. En siste type som kalles "jevn" er en integrert skjøt hvis ytre diameter tilsvarer den ytre diameter av røret.

Valget mellom de ulike typer av skjøter avhenger av belastningen på rørledningen, og trykket som virker innvendig og/eller utvendig, dets lengde og dets maksimale diameterdimensjoner som er tillatt i forhold til diameteren av brønnen.

Dersom skjøtdiameteren reduseres er det nødvendig å finne nye løsninger som er i stand til å kompensere for den lavere strukturelle motstanden. Faktisk er effektiviteten i delene nær skjøten nødvendigvis lavere enn i røret, fordi de strukturelle elementene, slik som gjenger, tetninger og skuldre, er plassert i tykkelsen av rørveggen og dette innebærer et redusert avsnitt i de kritiske delene av han- eller hun-elementet.

En minimering av rørsammenbrudds-årsaker er nødvendig fordi de nevnte sammenbrudd, fremfor alt etter at rørene er lagt ned i grunnen, hvor det derfor er nærmest umulig for operatøren å erstatte en ødelagt skjøt, kan ha ekstremt seriøse økonomiske konsekvenser og kan forårsake miljømessige problemer, særlig dersom olje- eller gassfeltet inneholder aggressive elementer.

Derfor har mye blitt gjort i tidligere tider for å forbedre skjøter og for å nå en optimal yteevne, hvor de ulike behov balanseres, hvilke enkelte ganger er i kontrast, med minimale dimensjoner, maksimal strukturell motstand og tetthet mot utstrømning og/eller innstrømning av fluider. Faktisk gjennomgår røret flere krefter, nemlig kompresjon, strekk, bøyning og trykket frembrakt av ytre fluider og/eller av fluider som sirkulerer innvendig i rørene.

Skjøtene må også ha en optimal motstand for skruing og griping.

Strukturelle og tettende problemer er ofte forverret av fluidtemperaturen, av deres korrosivitet eller av miljøforholdene i brønnområdene.

I det siste har flere løsninger blitt foreslått for å tilfredsstille de ovenfor nevnte forhold.

Den internasjonale patentsøknad WO-A-93/18329 vedrører en skjøt med redusert diameterdimensjoner med en sentral skulder. Den nevnte skulder er frembrakt både på han-elementet og på hun-elementet, med et fremspring og et hulrom som er parallelle med røraksen, med homologe overflater som skal forbindes, for å blokkere de to skjøteelementene. På skulderfremspringene er det frembrakt to tettende overflater. Skulderen deler to radielt adskilte gjengedeler, som er konisk formet eller konisk formet og sylindrisk.

Denne skjøten er svært effektiv, men har en særlig kompleks struktur som involverer svært høye produksjonskostnader.

Det europeiske patentsøknaden EP-A-0 767 335 vedrører en skjøt med reduserte diameterdimensjoner frembrakt med en sentral skulder og to metalltetninger plassert på enden av han- og hun-elementene. Skulderen deler to radielt adskilte gjengedeler som er konisk formede og sylindriske.

Denne skjøtens konstruksjon er enklere enn den foregående, men den er alltid forholdsvis kompleks på grunn av de konisk formede sylinderiske gjengene. Videre tetter de to tetningene ved endene av skjøten hermetisk dens innside, og trykksetter derved smørefettet for skruing, med mulig negative effekter på skjøtetettheten.

En første hensikt med den foreliggende oppfinnelsen er å overvinne de ovenfor nevnte ulemper ved tidligere kjente skjøter ved hjelp av en "nærmest-jevn" skjøt som, selv om den har de samme dimensjonene som tidligere kjente skjøter, ikke involverer de ovenfor nevnte problemer. Det er en særlig hensikt med den foreliggende oppfinnelsen å frembringe for en integrert skjøt med reduserte diameterdimensjoner og lavere produksjonskostnader, og samtidig sikre høy motstand og operativ tetthet.

En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å frembringe en utførelsesform av denne skjøten som forenkler dennes installasjon.

Disse hensiktene oppnås med en integrert rørskjøt som, i overensstemmelse med krav 1 innbefatter et han-element hvis ytre overflate er frembrakt med to radielle adskilte avskårne konisk formede gjengede avsnitt, hvilke nevnte to avsnitt er adskilt av en første ringformet skulder som ligger på et plan ortogonalt med røraksen og et hun-element hvis indre overflate er forsynt med to radielt adskilte avskrånende konisk formede gjengede avsnitt, hvilke to avsnitt er adskilt av en andre ringformet skulder som ligger på et plan ortogonalt med røraksen, hvor hver av de nevnte han- og hun-elementer er forsynt med to tettende overflater henholdsvis plassert på de motsatte ender i forhold til de gjengede avsnitt, hvilke to henholdsvis gjengede avsnitt er i stand til gjensidig og reversibelt å skrus en innvendig i den andre, for å frembringe en kontakt mellom de nevnte to ringformede skulder, kjennetegnet ved at de tilsvarende to gjengede avsnitt på hvert han- og hun-element har den samme konisitetsverdi og at en første av de nevnte to respektive tettende overflater på de nevnte han- og hun-elementer har en konisk og en andre har en sfærisk form.

På grunn av denne utførelsesformen tillater skjøten en enkel installasjon av rørledningen, med en redusert risiko for skade på skjøtene, samtidig som det sikrer en optimal motstand for rørledningen ved skjøtene.

Foretrukne utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse er beskrevet i detalj i de uselvstendige krav.

Kortfattet beskrivelse av tegningene.

Ytterligere trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremkomme i forbindelse med den etterfølgende detaljerte beskrivelse av en foretrukket men ikke eksklusiv utførelsesform av en integrert skjøt, som er gitt som et ikke begrensende eksempel med henvisning til de følgende tegninger, hvor: figur 1 viser et tverrsnitt langs et aksialt plan av skjøten i overensstemmelse med oppfinnelsen, med de to elementene i en løsgjort posisjon;

figur 2 viser skjøten på figur 1 med de to elementene i en sammenstilt posisjon; figur 3 viser et forstørret riss av en detalj av skjøtgjengene på figur 1;

figur 4 viser et tverrsnitt langs et aksialt plan av en ytterligere utførelsesform av skjøten i overensstemmelse med oppfinnelsen, med de to elementene i en løsgjort posisjon;

figur 5 viser skjøten på figur 4 med de to elementene i en sammenstilt posisjon.

Med henvisning til de ovenfor nevnte figurer består skjøten i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse av to elementer eller rør, nemlig han-elementet 1 og hun-elementet 2. Skjøten er dannet av en indre del 20 hvori fluid strømmer, for eksempel naturgass eller olje eller andre analoge fluid under trykk, og en ytre del 30 som også kan fylles med ulike fluider eller væsker, vanligvis også trykksatt. Den ytre diameter 3 av røret 2 i skjøtområdet har den maksimale diameter med en dimensjon D' som er svakt større enn den ytre diameter 4 på røret 2 i det sentrale området langt borte fra skjøten, med en diameter D". De to ovenfor nevnte rørområdene med ulik diameter 3 og 4 er forbundet på en gradvis måte. Dimensjonen D' er større enn dimensjonen D" med en verdi som er lik eller mindre enn 3%.

Hun-elementet 2 i skjøten har en indre gjenge delt i to avsnitt, eller trinn, 8 og 9 med en konisk generatrise ved en vinkel i forhold til røraksen. De nevnte to deler 8 og 9 er radielt forskjøvet og gjengene kan være perfekte for hele sin lengde eller kan ha en imperfekt del. Den nevnte utførelsesform er vist på figur 1 og 2.

I ytterligere en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse vist på figur 4 og 5 kan henholdsvis gjenge avsnittene 7 og 8 ha ender med en imperfekt gjengeform.

De nevnte to avsnitt 8 og 9 har samme konisitet, med verdier innbefattende mellom 6,25% og 12,5%. Dette området viste seg å være optimalt, fordi på en side ville lavere verdier involvere for lange gjenger og en vanskelig kobling, og på den andre side ville høyere verdier involvere et redusert antall tenner og derfor en utilstrekkelig bærende kapasitet for gjengene.

I forbindelsesområdet mellom den gjengede del og den indre overflate av røret, bort fra skjøten, er hun-elementet 2 forsynt med et område 12" med en konisk formet overflate i forhold til rør aksen. Konisiteten i denne overflaten er innbefattet mellom 12,5% og 25%, for å sikre en god tetthet med tilsvarende kontaktoverflate i han elementet, hvilket derved reduserer glidetiden under skrutrinnet.

Dette området viste seg å være optimalt i forhold til den gjengede konisitetsverdi og var i stand til å redusere den negative påvirkningen av strekkbelastninger. I kontaktområdet mellom de to gjengede deler 8, 9 er hun-elementet forsynt med en skulder 5" beliggende hovedsakelig på et perpendikulært plan i forhold til skjøtaksen, hvis areal ikke er mindre enn 25% av arealet av avsnittet av røret.

Mellom skulderen 5" og begynnelsen av den gjengede del 8 er det dannet et hulrom 15 som strekker seg langs hele den indre omkretsen av hun-elementet 2. Hulrommet sikrer en ekspansjonstank for fettet som benyttes for å smøre skjøten, hvilket er tilstede i de to gjengede avsnitt 8, 9 og forskyves av skyvet som genereres av forskyvningen av elementene 1 og 2 under skruing. Den nevnte løsning begrenser utviklingen av et for høyt fettrykk, forårsaket av nærværet av en dobbel metalltetning ved endene av skjøten, med en etterfølgende redusert spenning i skjøten.

Ved sin ende er hun-elementet 2 forsynt med sfærisk overflate 13" som, i kontakt med et konisk formet område 13' som den er rettet mot etter sin sammenskruing med han-elementet 1, sikrer tettheten i skjøten mot det ytre trykk.

Det gjengede tannprofilet av "krok" typen med en belastnings flanke 10 med en negativ a vinkel med verdier innbefattende mellom 0 og -10° og en inngangsflanke II med en positiv J3 vinkel med verdier innbefattende mellom 10 og 30°. Disse verdiområdene har betydelige fordeler gjennom å beholde en enkel installasjon av skjøten. En belastningsflanke med negativ vinkel tillater en effektiv forbindelse av de to elementene i skjøten og reduserer faren for en mulig tilbaketrekning av skjøten på grunn av for høye strekkbelastninger. En inngangsflanke med positiv, men ikke for stor vinkel, tillater en effektiv samvirkning av gjengene med motstand mot kompresjonsbelastninger.

I området ved den ytre overflate nær det gjengede avsnitt av hun-elementet 2 er han-elementet 1 forsynt med en gjenge plassert på et perfekt resiprokerende vis, med avsnitt formet på et eksakt analogt vis i forhold til det nevnte gjengeavsnitt i hun-elementet.

Elementet 1 er forsynt med to gjengede avsnitt 6, 7 adskilt med en skulder 5' og med et omkretshulrom 14, mellom den nevnte skulder 5' og begynnelsen av det gjengede avsnittet 7. Nærværet av de to fettekspansjonshulrommene 14 og 15 tillater å begrense trykkøkningen av fettet etter sammenskruingen av skjøten, for dermed å unngå for høy spenning på skjøten og å forbedre dennes funksjonalitet.

Det forbindende området mellom den ytre overflate av elementet 1 og begynnelsen av gjenge avsnittet 7 har en konisk formet overflate 13' med en konisitet bestående av mellom 12,5% og 25%. Denne overflaten utøver trykk mot overflaten 13" etter sammenskruing av skjøten og dimensjonene og toleransene er valgt slik at metall mot metallkontakt garanterer den nødvendige tetthet for å unngå innstrømning av væske eller fluid under trykk utenfor skjøten.

På liknende vis, ved sin ende, har han-elementet 1 en sfærisk overflate 12' som etter sammenskruing med hun-elementet 2 utøver trykk mot den koniske overflate 12' av det nevnte hun-element 2. Også i det andre området genereres et trykk av metall-mot-metallkontakt mellom de to elementene som sikrer den nødvendige tetthet mot trykk av fluid innvendig i røret. Valget av to områder ved endene av skjøten hvor metalltetninger er anbrakt, hvilke har henholdsvis korresponderende sfæriske og koniske overflater i overensstemmelse med oppfinnelsen, gjør skjøten mindre følsom for trykkbelastninger og viste seg å være optimal for tynne rør. Faktisk, ved betraktning av slankheten til endene som er gitt med tetningsoverflatene 12' og 13', forårsaker trykket, henholdsvis på innsiden eller utsiden av røret, som virker på de nevnte endene, enkelt deres bøyning. Derfor er en sfærisk tetningsflate i stand til å holde en optimal kontakt, i motsetning til en avskåret konisk formet tetning, som i dette tilfellet på grunn av rotasjonen som påtvinges av bøyningen av enden, ikke holder kontakten over hele den tettende del.

Formen på gjengen på han-elementet 1 er den samme som den ovenfor nevnte form av hun-elementet 2. På fordelaktig vis har gjengen en perfekt profil.

I en ytterligere utførelsesform i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelsen vist på figur 4 og 5, kan en ende av en eller to av begge de gjengede delene 6, 7 av han-elementet, for eksempel området 6' nær skulderen 5', ha en gjenge med et imperfekt profil. Den tilsvarende del 8 på hun-elementet 2 på området 6" rettet mot skulderen 5" har en perfekt gjengeform. Området 8' ved enden av gjengeavsnittet 8 aksielt motsatt av området 6', nemlig det som er nærmest den tettende overflate 12", har også en gjenge med et imperfekt profil. Dette området kan imidlertid også være forsynt med en perfekt gjenge.

Den samme type fremgangsmåte kan også benyttes til gjengeavsnittene 7 og 9, hvor avsnittet 7 er forsynt med en perfekt gjenge på siden av skulderen 5' og delen 9 er forsynt med et område 9' med en imperfekt gjenge på siden av skulderen 5". I kombinasjon eller alternativt til denne utførelsesformen kan også avsnittet 7 være forsynt med et område 7' med en imperfekt gjenge på siden av tetningsoverflaten 13' og avsnittet 9 kan være forsynt med en perfekt gjenge på siden av tetningsoverflaten 13".

Fra det ovenfor nevnte er det klart hva som er fordelene med skjøten i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelsen, hvilken, selv om den har diameterdimensjoner som er mindre enn de som er "delvis jevne" som er tidligere kjent, og kun noe større enn de som er "jevn" type sikrer optimal ytelse og arbeidseffektivitet.

Claims (10)

1. Gjenget skjøt integrert i rør bestående av et han-element (1) anbrakt på sin ytre overflate med to radielt adskilte, avskårne konisk formede gjengede avsnitt (6, 7) med trapesformet tannprofil, hvilke nevnte to avsnitt (6, 7) inndeles av en første ringformet skulder (5') beliggende på et plan ortogonalt med røraksen og et hun-element (2) anbrakt på sin indre overflate med to radielt adskilte, avskårne konisk formede gjengede avsnitt (8, 9), hvilket to avsnitt er inndelt av en andre ringformet skulder (5") beliggende på et plan ortogonalt med røraksen, der de to gjengede avsnitt (6, 7, 8, 9) har den samme konisitetsverdi og er tilpasset for å skrues gjensidig og reversibelt en inne i den andre for å frembringe en kontakt mellom de to nevnte ringformede skuldrene (5', 5") i en sammenstillet posisjon, hvor hvert av de nevnte han- (1) og hun- (2) elementene er forsynt med to tettende overflater (12', 13', 12", 13"), den første ringformede skulder (5') og den andre ringformede skulder (5") har form som en ring, beliggende i et plan for sin helhet uten å utgjøre elevasjon fra planet, og ved at de tettende overflatene (12', 13', 12", 13") henholdsvis er plassert ved hver aksielle ende av de gjengede avsnitt (6, 7, 8, 9) for hvert han- (1) og hun- (2) element, karakterisert vedat en første av henholdsvis de nevnte to tettende overflater (12', 13', 12", 13") har en konisk form og en andre har en sfærisk form og i at overflatene på den første og andre ringformede skulder (5', 5") er lik eller større enn 25 % av arealet av avsnittet av rørveggene og i at i det minste en av den nevnte han- (1) og hun- (2) elementene innbefatter langs hele sin overflate et omkrets-hulrom (14, 15) mellom en av de nevnte to gjengede deler og den tilsvarende ringformede skulderen (5', 5"), hvor det i det minste ene hulrommet (14, 15) er tilpasset for å motta ekspansjonen av det smørende fettet i skjøten.

2. Skjøt ifølge krav 1, karakterisert vedat både han- (1) og hun- (2) element innbefatter, langs hele sin overflate, omkretshulrommet (14, 15) plassert mellom en av de to nevnte gjengede deler og den motsvarende ringformede skulderen (5', 5").

3. Skjøt ifølge krav 2, karakterisert vedat dimensjonen (D') på den ytre diameter (3) av det nevnte hun-element (2) ved skjøten er større enn dimensjonen (D") på den ytre diameter (4) av det samme hun-element (2) med en verdi lik eller mindre enn 3%.

4. Skjøt ifølge krav 3, karakterisert vedat de nevnte to motsvarende gjengede avsnitt ( 6, 1, 8, 9) av nevnte han- (1) og hun- (2) elementer hver har den samme konisitetsverdi, bestående mellom 6,25% og 12,5%.

5. Skjøt ifølge krav 4, karakterisert vedat nevnte motsvarende koniske tetningsoverflater (13', 12") av nevnte han- (1) og hun- (2) elementer har en konisitetsverdi bestående mellom 12,5% og 25%.

6. Skjøt ifølge krav 5, karakterisert vedat profilet på den gjengede tannen har en belastningsflanke (10) med en negativ a vinkel og en inngangsflanke (11) med en positiv p vinkel.

7. Skjøt ifølge krav 6, karakterisert vedat den negative a vinkel har en verdi bestående mellom 0 og -10° og den nevnte positive P vinkel har en verdi bestående mellom 10 og 30°.

8. Skjøt ifølge krav 7, karakterisert vedat nevnte motsvarende to gjengede avsnitt (6, 7, 8,

9) av hver av han- (1) og hun- (2) elementene er forsynt med en perfekt gjenge over hele sin lengde.

9. Skjøt ifølge krav 7, karakterisert vedat i det minste en av de nevnte gjengede avsnitt (6, 7, 8, 9) av i det minste en av de nevnte to han- (1) eller hun- (2) elementene er forsynt med en første ende (6', 7') med en imperfekt gjenge.

10. Skjøt ifølge krav 9, karakterisert vedat den motsvarende gjengede avsnitt av den andre av nevnte i det minste en av han- (1) og hun- (2) elementene også er forsynt med et andre område (8', 9') med en imperfekt gjenge plassert ved den aksielt motsatte ende i forhold til den nevnte første ende.