NO320665B1

NO320665B1 - Wave-profiled, thick-walled rudder for use in wellbores

Info

Publication number: NO320665B1
Application number: NO20015331A
Authority: NO
Inventors: Maurice William Slack; Trent Michael Victor Kaiser; Gerald Adrien Joseph Beaulac
Original assignee: Noetic Eng Inc
Priority date: 1999-05-05
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2006-01-16
Also published as: CA2307488C; GB2363587B; GB0125684D0; AU4387800A; CA2307488A1; NO20015331L; GB2363587A; WO2000067930A1; NO20015331D0

Abstract

Et tykkvegget stålrør er bølgeprofilert med den hensikt å oppta aksielle belastninger når røret brukes i jordbaserte applikasjoner. Røret kan for eksempel brukes som foring i en syklisk dampstimuleringsbrønn, der de aksielle belastningene induseres når foringen varmes opp og nedkjøles.A thick-walled steel pipe is corrugated with the intention of absorbing axial loads when the pipe is used in ground-based applications. The tube can, for example, be used as a liner in a cyclic steam stimulation well, where the axial loads are induced when the liner is heated and cooled.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et bølgeprofilert rør i rørstrenger for å føre fluider gjennom grunnen, for eksempel som del av en nedgravd rørledning eller en brønnforing, som angitt i innledningen av krav 1 og som kjent fra US 5026209. The present invention relates to a wave-profiled pipe in pipe strings for carrying fluids through the ground, for example as part of a buried pipeline or a well casing, as stated in the introduction of claim 1 and as known from US 5026209.

Foreliggende oppfinnelse ble opprinnelig utviklet for å redusere termisk induserte, aksielle belastninger i pro-duksjonsforingsstrengen av en brønn utsatt for sykliske på-virkninger av damp. Produksjonsforingsstrenger i slike brønner er normalt sementert på plass og er derfor i stor grad forhindret i å ekspandere eller trekke seg sammen aksielt under oppvarmings- og nedkjølingssykluser. Denne innesperrede termiske belastningen uttrykker seg som en aksiell belastning som blir mer komprimerende under oppvarming og mer strekkende under nedkjøling. Avhengig av foringens termomekaniske materialegenskaper og størrelsen av temperatursvingningene, vil den aksielle belastningen kunne overstige rørets aksielle strekkgrense ved komprimering under oppvarming eller spenning under nedkjøling. Blant annet setter de høye belastningene betydelige krav til den strukturelle og tettende kapasitet av rørfor-bindelsene mellom foringsforbindelsene og reduserer betydelig rørlegemets evne til å motstå sammenbrytning, bøying og skjærbelastninger som kan oppstå som følge av forskjellige hydrauliske og geomekaniske faktorer. Forekomsten av lekka-sje, oppsprekning og tilgangshindringssvikt er derfor rela-tiv høy i forbindelse med foringer for termiske produk-sj onsbrønner. The present invention was originally developed to reduce thermally induced, axial loads in the production casing string of a well exposed to cyclic effects of steam. Production casing strings in such wells are normally cemented in place and are therefore largely prevented from expanding or contracting axially during heating and cooling cycles. This trapped thermal load expresses itself as an axial load that becomes more compressive during heating and more tensile during cooling. Depending on the liner's thermomechanical material properties and the size of the temperature fluctuations, the axial load may exceed the pipe's axial tensile limit by compression during heating or tension during cooling. Among other things, the high loads place significant demands on the structural and sealing capacity of the pipe connections between the liner connections and significantly reduce the pipe body's ability to resist collapse, bending and shear loads that can occur as a result of various hydraulic and geomechanical factors. The incidence of leakage, cracking and access barrier failure is therefore relatively high in connection with liners for thermal production wells.

Industriens tilnærminger for å møte dette problemet har typisk omfattet det å forbedre styrken og lekkasje-motstandsdyktigheten til forbindelsene ved å anvende mer kompliserte utforminger, for eksempel ved å erstatte standard "8-round" eller sagtannsgjengede forbindelser med førsteklasses forbindelser, eller ved å øke det anvendte stålets godstykkelse. Disse tilnærmingsmåtene har en tendens til å øke kostnadene og ikke betydelig redusere risi-koen for oppspreknings- eller deformasjonsindusert svikt selv om de potensielt tilveiebringer betydelig bedre utsi-vingskontroll og en noe bedre strukturell ytelse. Industry approaches to address this problem have typically involved improving the strength and leak resistance of the connections by using more complicated designs, for example by replacing the standard "8-round" or sawtooth threaded connections with premium connections, or by increasing the used the thickness of the steel. These approaches tend to increase cost and not significantly reduce the risk of cracking or deformation-induced failure, although they potentially provide significantly better deflection control and somewhat better structural performance.

Det er derfor behov for å adressere den primære årsaken til problemene, nemlig den store aksielle spenningen som induseres ved den innesperrede termiske ekspansjon og sammentrekning. Oppfinnelsen søker å løse disse problemer med en rørstreng som angitt i krav 1. There is therefore a need to address the primary cause of the problems, namely the large axial stress induced by the confined thermal expansion and contraction. The invention seeks to solve these problems with a pipe string as stated in claim 1.

Mens termisk brønnutforming har vært den primære motivasjon for den foreliggende oppfinnelsen, er den ikke begrenset til denne applikasjon. Oppfinnelsen kan brukes i situasjo-ner der det finnes belastningsintraksjoner mellom rør, den omsluttende grunnen og innesperrende eller utestengte trykkfluider, og der det ville være ønskelig å øke den aksielle eller bøyende fjæringsevnen, minke den effektive aksielle sviktbelastningen og øke kollapsmotstandsdyktig-heten. En slik situasjon innebærer nedgravde rørledninger. Her må aksial- og bøyespenninger som følge av interaksjonen mellom røret og bakken absorberes uten tap av trykkintegri-tet. Det vil være ønskelig å tilveiebringe rør av redusert aksialstivhet og derfor også bøyestivhet, fordi disse egen-skapene resulterer i lavere aksial- og bøyebelastninger enn rette rør for samme temperaturvariasjoner og deformasjons-størrelse. While thermal well design has been the primary motivation for the present invention, it is not limited to this application. The invention can be used in situations where there are load interactions between pipes, the enclosing ground and confining or shut-off pressure fluids, and where it would be desirable to increase the axial or bending spring capacity, decrease the effective axial failure load and increase the collapse resistance. Such a situation involves buried pipelines. Here, axial and bending stresses as a result of the interaction between the pipe and the ground must be absorbed without loss of pressure integrity. It would be desirable to provide pipes with reduced axial stiffness and therefore also bending stiffness, because these properties result in lower axial and bending loads than straight pipes for the same temperature variations and deformation size.

Benevnelsen "streng av forbindelser" som brukt i dette The term "string of connections" as used herein

skrift er ment å omfatte et flertall metallrørforbindelser, vanligvis av stål, som er forbundet med hverandre enten ved hjelp av sveising eller gjengede forbindelser, og er ytterligere ment å omfatte en sandbarriereforing dersom en slik er del av strengen. Benevnelsen "tykkvegget rør" er ment å bety høytrykksrør som egner seg som oljerørledninger, så som foringer og høytrykksrørledninger, der røret har et forhold mellom diameter og veggtykkelse ("D/t") på mindre enn 100, fortrinnsvis mindre enn 50. letter is intended to include a plurality of metal pipe connections, usually of steel, which are connected to each other either by means of welding or threaded connections, and is further intended to include a sand barrier liner if such is part of the string. The term "thick-walled pipe" is intended to mean high-pressure pipe suitable as oil pipelines, such as liners and high-pressure pipelines, where the pipe has a ratio of diameter to wall thickness ("D/t") of less than 100, preferably less than 50.

Benevnelsen "dannet" er ment å bety at en sylindrisk me-tallrørvegg er plastisk deformert ved valsing, hydroforming eller hydrofolding. Foreliggende oppfinnelsen anvender et velkjent mekanisk utformingskonsept, nemlig bølgeprofiler, for tykkveggede metallrør som skal brukes i jordbaserte applikasjoner, så som en forbindelsesstreng som brukes som foring i en brønn eller del av en rørledning. Bølgeprofile-ne er inkorporert for å oppta forandringer i aksiell belastning etter installasjonen. Oppfinnelsen innebærer nærmere bestemt å utforme i hvert fall en del av den tykk-veggende rørsideveggen til en bølgeprofilert konfigurasjon. Bølgeprofilene er utformet slik at de har et forhold mellom bølgeprofilkrumningsradius og tykkelse ("R/t") på mindre enn 10, fortrinnsvis mindre enn 5. Bølgeprofilsstegene har fortrinnsvis en maksimalvinkel lik eller større enn 20° med hensyn til rørakselen. Bølgeprofilene har mer fortrinnsvis fortynnede steg og flatgjorte topper. Rørets bølgeprofiler er fortrinnsvis dannet ved hydroforming, uten å endre dets opprinnelige lengde i noen særlig grad. Ved å velge geometrien som defineres av disse begrensningene, vil den aksielle fjæringsevne (dvs. redusert aksiell stivhet) balanseres med de diametriske begrensninger som oppstår i forbindelse med kostnaden ved å øke ringrommet som konsumeres i en brønnboring og materialspenningskapasiteten. The term "formed" is intended to mean that a cylindrical metal pipe wall is plastically deformed by rolling, hydroforming or hydrofolding. The present invention uses a well-known mechanical design concept, namely wave profiles, for thick-walled metal pipes to be used in earth-based applications, such as a connecting string used as a liner in a well or part of a pipeline. The wave profiles are incorporated to accommodate changes in axial load after installation. More specifically, the invention entails shaping at least part of the thick-walled pipe sidewall into a wave-profiled configuration. The corrugations are designed to have a ratio of corrugation radius to thickness ("R/t") of less than 10, preferably less than 5. The corrugation steps preferably have a maximum angle equal to or greater than 20° with respect to the pipe axis. The wave profiles more preferably have thinned steps and flattened peaks. The pipe's wave profiles are preferably formed by hydroforming, without changing its original length to any particular extent. By choosing the geometry defined by these constraints, the axial resilience (ie, reduced axial stiffness) will be balanced with the diametrical constraints that arise in connection with the cost of increasing the annulus consumed in a wellbore and the material stress capacity.

I brede grunntrekk vedrører oppfinnelsen i én utførelse en streng av tykkveggede rørforbindelser som strekker seg gjennom og holdes i jordmaterialet, idet strengen utsettes for belastningsforandringer etter installasjonen, der side-veggene av i hvert fall én slik forbindelse omfatter bølge-profiler langs i hvert fall en del av lengden, idet bølge-prof ilene har et R/t-forhold på mindre enn 10. Fortrinnsvis dekkes én eller flere av de følgende betingelser: strengen brukes i en brønn og er utsatt for aksielle be lastningsforandringer som følge av termisk ekspansjon eller sammentrekning (for eksempel der brønnen er invol-vert i sykliske dampstimuleringer) eller fra jordbeve-gelser; • strengen danner en del av en nedgravd rørledning; • R/t-forholdet er mindre enn 5; • et antall bølgeprofilerte forbindelser er atskilt anordnet langs strengen; • bølgeprofilstrengene har en maksimalvinkel som er lik eller større enn 20° i forhold til røraksen; • veggtykkelsen av stegene av bølgeprofilene er tynnere enn toppene; • bølgeprofilene er dannet ved hydroforming, fortrinnsvis mens lengden av forbindelsen holdes hovedsakelig konstant . Broadly speaking, the invention relates in one embodiment to a string of thick-walled pipe connections which extend through and are held in the soil material, the string being exposed to load changes after installation, where the side walls of at least one such connection comprise wave profiles along at least one part of the length, the wave profiles having an R/t ratio of less than 10. Preferably one or more of the following conditions are met: the string is used in a well and is subjected to axial loads loading changes as a result of thermal expansion or contraction (for example where the well is involved in cyclic steam stimulations) or from ground movements; • the string forms part of a buried pipeline; • The R/t ratio is less than 5; • a number of wave-profiled connections are spaced apart along the strand; • the wave profile strands have a maximum angle equal to or greater than 20° in relation to the pipe axis; • the wall thickness of the steps of the wave profiles is thinner than the peaks; • the wave profiles are formed by hydroforming, preferably while the length of the connection is kept essentially constant.

I en annen utførelse vedrører oppfinnelsen et tykkvegget stålrør som har gjengede ender, idet rørlegemet mellom endene er hydroformet for å danne bølgeprofiler langs i hvert fall en del av lengden, idet bølgeprofilene har et R/t-forhold mindre enn 10. Ethvert av de tidligere nevnte foretrukne betingelser kan også innlemmes. In another embodiment, the invention relates to a thick-walled steel pipe having threaded ends, the pipe body between the ends being hydroformed to form wave profiles along at least part of the length, the wave profiles having an R/t ratio of less than 10. Any of the previous said preferred conditions may also be incorporated.

Til bedre forståelse av oppfinnelsen skal den beskrives nærmere under henvisning til følgende tegninger: Figur 1 er et delvis utskåret sideriss av en bølgeprofilert foringsforbindelse med gjengede ender, For a better understanding of the invention, it shall be described in more detail with reference to the following drawings: Figure 1 is a partially cutaway side view of a wave-profiled liner connection with threaded ends,

figur 2 er et skjematisk sideriss som viser en bølgeprofi-lert foringsforbindelse som er innlemmet i en foringsstreng som har en slisset foring, tilsvarende de som anvendes i en termisk horisontalbrønn, figure 2 is a schematic side view showing a wave-profiled casing joint incorporated into a casing string having a slotted casing, similar to those used in a thermal horizontal well,

figur 3 er et sideriss som viser et arrangement av bølge-profilerte forbindelser som er innlemmet i en slisset foring, Figure 3 is a side view showing an arrangement of wave-profiled connections incorporated into a slotted liner;

figur 4 er et sideriss, delvis i snitt, av en rettvegget rørforbindelse anordnet i et triaksialt planstrekkehydro-formingsapparat før påføringen av formtrykket. Figure 4 is a side view, partially in section, of a straight-walled pipe connection arranged in a triaxial planar hydroforming apparatus prior to the application of the forming pressure.

figur 5 tilsvarer figur 2 bortsett fra at forbindelsen er bølgeprofilert, figure 5 corresponds to figure 2 except that the connection is wave-profiled,

figur 6 er et langsgående sidesnittsriss av den bølgeprofi-lerte forbindelsen som er dannet ved planstrekkebetingel-ser, der tykkelsesvariasjonene er vist, og figure 6 is a longitudinal side sectional view of the wave-profiled connection which is formed under flat-stretch conditions, where the thickness variations are shown, and

figur 7 er et sideriss av en del av figur 6 som viser bøl-geprof il og rørgeometriparametre. figure 7 is a side view of a part of figure 6 showing wave profile and pipe geometry parameters.

Samtidig som foreliggende oppfinnelse benytter seg av fordelene av bølgeprofilerte, jordbaserte rør som brukes for rørlednings- og brønnforingsapplikasjoner, innebærer foreliggende oppfinnelse også en måte å forsyne metallrør-materialer, som typisk anvendes for disse hensikter med en bøgeprofil. Det er derfor ønskelig å anvise en tilvirk-nings- eller formingsprosess som gjør det mulig å danne egnede bølgeprofilutforminger i veggen av standard forings-og høytrykksrørmateriale av mer eller mindre full standard forbindelseslengde. Slike rør har et D/t-forhold på mindre enn 100, fortrinnsvis mindre enn 50. Det var spesielt ønsket å finne frem til en prosess som er egnet for forings-rørbruk i brønnboringer, på en måte som tilveiebringer en geometri som gir fordelaktige spennings- og strekkegenska-per under installasjons- og operasjonsbelastninger innenfor et begrenset, rørformet rom. While the present invention makes use of the advantages of wave-profiled, earth-based pipes used for pipeline and well casing applications, the present invention also involves a way of supplying metal pipe materials, which are typically used for these purposes with a bent profile. It is therefore desirable to specify a manufacturing or forming process which makes it possible to form suitable wave profile designs in the wall of standard lining and high-pressure pipe material of more or less full standard connection length. Such tubing has a D/t ratio of less than 100, preferably less than 50. It was particularly desired to find a process suitable for casing use in well bores in a manner that provides a geometry that provides advantageous stresses - and tensile properties under installation and operational loads within a limited, tubular space.

Maskinbearbeiding og forming er to velkjente teknikker for å danne bølgeprofilerte geometrier i metallrør. Maskinbearbeiding tilveiebringer en måte å produsere bølgeprofilerte geometrier av enhver ønsket utforming, men er vanskelig å implementere på de indre flatene av foringsintervallene som ligger innenfor et par diametere av rørendene. Denne tek-niske vanskeligheten, kombinert med den relativt høye kostnaden ved maskinbearbeiding sammenlignet med forming, gjør forming eller folding, kombinert med bare ytre maskinbearbeiding, det foretrukne alternativet. Machining and forming are two well-known techniques for forming corrugated geometries in metal pipes. Machining provides a means of producing corrugated geometries of any desired design, but is difficult to implement on the inner faces of the liner intervals located within a few diameters of the pipe ends. This technical difficulty, combined with the relatively high cost of machining compared to forming, makes forming or folding, combined with only external machining, the preferred option.

Eksisterende metoder for å danne bølgeprofilerte rør eller bølger av rette rør, kan generelt deles inn i valsing og hydroforming eller hydrofoldingsprosesser. Valsemetoder brukes på tynnveggede materialer som har mindre diameter enn det som anvendes for foringer eller høytrykksrør-ledninger. Mens andre variasjoner av valsing er anvendbare for større tykkelser, for eksempel der en indre spiral-sporet spindel posisjoneres på innsiden av røret og ytre valser brukes for å deformere røret inn i spindelsporene, er ikke slike lokaliserte formemetoder like enkle som en mer global forming ved hjelp av hydroforming. Existing methods for forming corrugated tubes or waves from straight tubes can generally be divided into rolling and hydroforming or hydrofolding processes. Rolling methods are used on thin-walled materials that have a smaller diameter than that used for linings or high-pressure pipelines. While other variations of rolling are applicable for larger thicknesses, for example where an internal spiral-slotted mandrel is positioned on the inside of the tube and external rolls are used to deform the tube into the mandrel grooves, such localized forming methods are not as simple as more global forming by using hydroforming.

Det bør understrekes at forming av bølgeprofiler i spiral-sveisede rør ved å posisjonere bølgeprofilene i lekten før eller under sveiseprosessen gir en annen realistisk formingsprosess for høytrykkledninger av større diameter. Denne metoden kan selvfølgelig ikke anvendes for rør og er ikke egnet for rørledninger og foringer av mindre diameter. It should be emphasized that forming wave profiles in spiral-welded pipes by positioning the wave profiles in the lath before or during the welding process provides another realistic forming process for high-pressure lines of larger diameter. This method cannot of course be used for pipes and is not suitable for pipelines and liners of smaller diameter.

Tilvirkningen av bølgeprofilerte rør eller belger for an-vendelser så som rørekspansjonsforbindelser ved hydroforming eller hydrofolding, er velkjente teknikker. Som beskrevet i US patent 4193280: "I en prosess av denne typen starter operasjonen med en sjiktmetallhylse av en lengde større enn belgen som skal tilveiebringes, der lengden fak-tisk tilsvarer den utarbeidede lengden av sylinderendene av belgene og av de deformerbare bølgeprofilene derimellom. En rekke egnede, atskilte ringer påføres den ytre veggen av The manufacture of corrugated tubes or bellows for applications such as tube expansion joints by hydroforming or hydrofolding are well known techniques. As described in US patent 4193280: "In a process of this type, the operation starts with a sheet metal sleeve of a length greater than the bellows to be provided, where the length actually corresponds to the prepared length of the cylinder ends of the bellows and of the deformable wave profiles in between. A series of suitable, spaced rings are applied to the outer wall of

hylsen som fortrinnsvis er forsynt med endeforbindelser, idet den så posisjoneres på den faste pressplaten av en the sleeve which is preferably provided with end connections, as it is then positioned on the fixed pressure plate by a

presse. Det indre av hylsen fylles med en væske som slippes ved en kontrollert hastighet og pressen opereres på en slik måte at den mobile pressplaten på en ende av sammenstil-lingen. Den delvis innesluttede væsken på innsiden av hylsen opparbeider et indre trykk og bevirker sammen med den aksielle belastningen til at metallet deformeres utover mellom formringene, slik at belgene omsider dannes." press. The interior of the sleeve is filled with a liquid which is released at a controlled rate and the press is operated in such a way that the mobile press plate at one end of the assembly. The partially contained liquid on the inside of the sleeve builds up an internal pressure and, together with the axial load, causes the metal to deform outwards between the forming rings, so that the bellows are finally formed."

Som beskrevet nevner denne teknikken ikke applikasjoner i As described, this technique does not mention applications in

forbindelse med foringer og høytrykksrørledninger som relativt sett har et mindre forhold mellom diameter og tykkelse (D/t) enn rørmaterialet som vanligvis anvendes, i ovennevn-te skrift beskrevet som en "sjiktmetallhylse". Denne be-skrivelsen viser dessuten at fremgangsmåten, så som den praktiseres nå, ikke angir det å skifte buelengde av det formede røret, idet den "utviklede lengden" forventes å være den samme som den intielle "sjiktmetall-hylselengden". Selv om fremgangsmåten muliggjør en direkte kontroll av bølgeprofilperioden ved en utvelgelse av ringavstandene og graden av aksiell komprimering, vil disse parametrene samtidig i stor grad styre amplituden. Det er små muligheter for ytterligere styring av bølgeprofilformen utover utformingen av innskrenkningsringene og den naturlige uinnskren-kede ringutbuling som oppstår mellom ringene. En styring av veggtykkelsesfordelingen er ikke angitt, noe som for eksempel er antydet ved bruken av betegnelsen 11 hydrof olding" og den forventningen at "den utviklede lengden" forblir uforandret, noe som generelt ikke kan være tilfellet dersom tykkelsen skal varieres. For applikasjoner ved forings- og høytrykksrørledningsbølgeprofiler, er det imidlertid ønskelig å tilveiebringe bølgeprofiler uten dramatiske forandringer av den opprinnelige rørlengden for å mer uavhengig styre perioden og amplituden og for å styre aspekter ved de lokale bølgeprofilsgeometrivariabler, så som størrelse og tykkelse. connection with liners and high-pressure pipelines which relatively have a smaller ratio between diameter and thickness (D/t) than the pipe material that is usually used, described in the above-mentioned document as a "sheet metal sleeve". This description also shows that the method, as currently practiced, does not indicate changing the arc length of the formed tube, the "developed length" being expected to be the same as the initial "sheet metal sleeve length". Although the method enables a direct control of the wave profile period by a selection of the ring distances and the degree of axial compression, these parameters will at the same time largely control the amplitude. There are little opportunities for further control of the wave profile shape beyond the design of the restriction rings and the natural unrestricted ring bulge that occurs between the rings. A control of the wall thickness distribution is not indicated, which is for example implied by the use of the designation 11 hydrof olding" and the expectation that the "developed length" remains unchanged, which generally cannot be the case if the thickness is to be varied. For lining applications - and high-pressure pipeline wave profiles, it is however desirable to provide wave profiles without dramatic changes to the original pipe length in order to more independently control the period and amplitude and to control aspects of the local wave profile geometry variables, such as size and thickness.

Før man vurderer hvordan den modifiserte hydroformingsprosessen ifølge foreliggende oppfinnelse kan brukes for å overkomme disse vanskelighetene og begrensningene, samt tilveiebringe andre fordeler, er det ønskelig å se på forholdet mellom disse bølgeprofilsgeometrivariablene og bøl-geprof ilforingsytelsene. Det er dermed også ønskelig å se på hvordan bølgeprofilene som introduseres i foringsmate-rialene, skiller seg fra den aksepterte forståelsen av bøl-geprof ilsgeometrier. Som en betegnelse som er alminnelig anerkjent i teknikken, er begrepet "rørbølgeprofil" generelt ment å beskrive en fold eller bølge i ellers sylindriske rørvegger. Slike bølgeprofiler går vanligvis fra topp til bølgedal, til topp til bølgedal osv. Langs hele eller ett parti av rørlengden og, selv når den er spiralformet, er stort sett omkretsene i orientering. Denne forståelsen impliserer også antagelsen at materialtykkelsen ikke varierer betydelig langs bølgen og at disse rørene kan behandles som skall for spenningsanalysehensikter. Slike bølgeprofi-ler eller belger kan behandles som skall, og utformings-egenskaper, så som spennings- og fortrengningsrespons i forhold til belastninger, kan oppnås ved hjelp av standard løsningsmetoder, så som for eksempel angitt av W.C. Young: "Roark's Formulas for Stress and Strain", sjette bind, McGraw Hill Inc. 1989, s. 570. Slike behandlinger bryter imidlertid ned der forholdet mellom bølgeprofilkrumnings-radius og tykkelse blir liten. I de angitte referansene skjer dette for R/t-forhold mindre enn 10. Before considering how the modified hydroforming process of the present invention can be used to overcome these difficulties and limitations, as well as provide other advantages, it is desirable to look at the relationship between these corrugation geometry variables and corrugation performance. It is therefore also desirable to look at how the wave profiles introduced in the lining materials differ from the accepted understanding of wave profile geometries. As a term generally recognized in the art, the term "pipe corrugation" is generally intended to describe a fold or wave in otherwise cylindrical pipe walls. Such wave profiles usually run from peak to trough, to peak to trough, etc. along all or part of the pipe length and, even when helical, are generally circumferential in orientation. This understanding also implies the assumption that material thickness does not vary significantly along the wave and that these tubes can be treated as shells for stress analysis purposes. Such wave profiles or bellows can be treated as shells, and design properties, such as stress and displacement response to loads, can be obtained using standard solution methods, as for example stated by W.C. Young: "Roark's Formulas for Stress and Strain", Sixth Volume, McGraw Hill Inc. 1989, p. 570. However, such treatments break down where the ratio of corrugation radius of curvature to thickness becomes small. In the given references, this happens for R/t ratios less than 10.

Mens betegnelsen "bølgeprofil" i dette skrift anvendes for å uttrykke den generelle betydningen av den modifiserte While the term "wave profile" in this document is used to express the general meaning of the modified

foringsveggeometrien, som er ment å tilveiebringe fordelene ifølge foreliggende oppfinnelse, krever de særegne behovene for brønnforingsapplikasjonene bølgeprofilsgeometrier som i betydelig grad ligger utenfor forståelsen av bølgeprofiler som nå er vanlig i teknikken. For å tilveiebringe bølge-prof iler med en betydelig reduksjon av den aksielle fjæringsevne og elastisitetsgrense som behøves for de tiltenk-te applikasjoner, er det generelt ønskelig å danne bølge-profiler med en maksimal stegvinkel som er større enn omtrent 20° med hensyn til røraksen. For å holde seg innenfor casing wall geometry intended to provide the benefits of the present invention, the unique needs of well casing applications require wave profile geometries that are significantly beyond the understanding of wave profiles now common in the art. In order to provide wave profiles with a significant reduction of the axial resilience and elastic limit required for the intended applications, it is generally desirable to form wave profiles with a maximum pitch angle greater than approximately 20° with respect to the pipe axis . To stay within

rimelige amplituder og for å ytterligere optimalisere spennings- og strekkfordelene ved å variere vekktykkelsen over bølgeprofilintervallet eller bølgelengden, innebærer dette et forhold mellom krumningsradius og tykkelsen som er betydelig mindre enn 10, fortrinnsvis mindre enn 5. Det er derfor nødvendig å betrakte bølgeprofilene som skal anvendes i forings- eller rørledningsveggene, som tykkveggede bølge-prof iler og man må forsøke å oppnå estimater for ytelsen ved å bestemme spennings- og strekkvariablene på grunnlag av dette. Som fagmannen vil forstå, er bølgeprofilamplitu-den begrenset innenfor den ringformede klaringen som tilla-tes av både den ytre og indre innegrensende flater, henholdsvis typisk brønnboringsveggen og produksjonsrøret, i tillegg til andre forløpende og sementerte klaringer. Innenfor denne begrensningen må bølgeprofilgeometrien, som dannes for å oppnå den ønskede reduksjonen i aksiell stivhet, fremdeles gi tilstrekkelig styrke til å drive røret og kanskje motvirke frontlastede trykkbelastninger. Mens disse grunnleggende vilkårene oppfylles, er det ytterligere ønskelig å oppnå en geometri som danner en aksiell belastning som er betydelig mindre enn det som oppstår i sylindriske rør når de varmes opp, men uten å føre til store sykliske og deformerbare strekkbelastninger, en parameter som i stor grad bidrar til korrosjonsutmatningssvikt. For å oppnå en betydelig reduksjon i stivhet, bør vinkelen av rørveggpar-tiet som befinner seg mellom toppene og bølgedalene av bøl-geprof ilen, her kalt bølgeprofilsteget, økes betraktelig, typisk over 45° med hensyn til aksen. Dette gir et behov for relativt skarpe krumninger i topp- og bølgebunnområde-ne, for å unngå at amplitudene overstiger det tilgjengelige ringrommet. For forings- og høytrykksrør resulterer disse krumningene i R/t-forhold som ligger nærmere 1 enn 10, noe som plasserer slike bølgeprofiler langt bortenfor grensene av standard membran-elastningsanalyse. Spesielt ved topp-partiene har dette en tendens til å resultere i betydelige bøyebelastnings- eller strekkkonsentrasjoner ved aksielle belastninger, dersom typiske toroidgeometrier anvendes. Det er derfor fordelaktig å tilveiebringe en geometri der toppene er noe utflatet, for dermed å fordele bøyebelastninge-ne over et lengre intervall. Det er videre fordelaktig å tilveiebringe en geometri der veggens stegpartier er noe tynnere, for derved å tilveiebringe en ytterligere forbed-ret belastningsdistribusjon og lavere aksiell stivhet innenfor samme ringromsbegrensninger. Da veggens bøyestivhet er sterkt avhengig av tykkelsen (proposjonal med tykkelsen i tredje potens for elastiske deformasjoner), vil åpenbart små variasjoner i tykkelse ha en uforholdsmessig stor virkning på belastningsfordelingen. reasonable amplitudes and to further optimize the stress and tension benefits by varying the web thickness over the wave profile interval or wavelength, this implies a ratio between the radius of curvature and the thickness that is significantly less than 10, preferably less than 5. It is therefore necessary to consider the wave profiles to be used in the casing or pipeline walls, as thick-walled wave profiles and one must attempt to obtain estimates of performance by determining the stress and strain variables on this basis. As those skilled in the art will understand, the wave profile amplitude is limited within the annular clearance allowed by both the outer and inner bounding surfaces, typically the wellbore wall and the production pipe, in addition to other continuous and cemented clearances. Within this limitation, the corrugation geometry, which is formed to achieve the desired reduction in axial stiffness, must still provide sufficient strength to drive the pipe and perhaps counteract front-loaded compressive loads. While these basic conditions are met, it is further desirable to obtain a geometry which produces an axial load significantly less than that which occurs in cylindrical tubes when heated, but without leading to large cyclic and deformable tensile loads, a parameter which in largely contributes to corrosion fatigue failure. In order to achieve a significant reduction in stiffness, the angle of the pipe wall part located between the crests and troughs of the wave profile, here called the wave profile step, should be increased considerably, typically above 45° with respect to the axis. This creates a need for relatively sharp curvatures in the peak and trough areas, to avoid the amplitudes exceeding the available ring space. For casing and high-pressure piping, these curvatures result in R/t ratios closer to 1 than 10, placing such wave profiles well beyond the limits of standard diaphragm loading analysis. Especially at the top sections, this tends to result in significant bending stress or tension concentrations in the case of axial loads, if typical toroidal geometries are used. It is therefore advantageous to provide a geometry where the peaks are somewhat flattened, in order to distribute the bending loads over a longer interval. It is also advantageous to provide a geometry in which the stepped portions of the wall are somewhat thinner, thereby providing a further improved load distribution and lower axial stiffness within the same annulus limitations. As the wall's bending stiffness is strongly dependent on the thickness (proportional to the thickness in the third power for elastic deformations), small variations in thickness will obviously have a disproportionately large effect on the load distribution.

Styring av slike geometribetraktninger som følge av bøl-geprof il foringens tykkveggede karakter, er ikke generelt tatt hensyn til i de eksisterende hydroformingsprosesser. Som allerede angitt, har bølgeprofilene som dannes ved disse eksisterende prosessene stort sett konstant tykkelse, toroideformet ved toppene og bølgedalene og med en tynnveg-get karakter. Benevnelsen "triaksial hydroforming" har derfor blitt anvendt i dette skrift for å beskrive den mer spesialiserte prosessen som behøves for å produsere foringer, som omfatter tykkveggede bølgeprofiler som er bedre egnet for jordbaserte rørutformingskrav. Denne prosessen krever typisk høyere trykk, bedre styring av de aksielle belastningene og er mer følsom for friksjons-forløpet mellom røret og den avgrensende formen enn hydrofolding, der en komprimerende belastning først og fremst anvendes for å bevirke til et internt trykksatt rør som bu-ler ut mellom innsnevrende ringer. Control of such geometry considerations as a result of the thick-walled character of the wave profile lining is not generally taken into account in the existing hydroforming processes. As already indicated, the wave profiles formed by these existing processes have a largely constant thickness, toroidal shape at the crests and troughs and with a thin-walled character. The term "triaxial hydroforming" has therefore been used herein to describe the more specialized process required to produce liners, which include thick-walled corrugated profiles better suited to earth-based pipe design requirements. This process typically requires higher pressure, better control of the axial loads and is more sensitive to the friction between the tube and the bounding mold than hydrofolding, where a compressive load is primarily used to cause an internally pressurized tube to bulge out between narrowing rings.

Man har funnet at triaksial hydroforming som utføres under globale planstrekkingsforhold, der bølgeprofilene dannes ved påføring av et høyt indre fluidtrykk mens den totale rørlengden holdes konstant, tilveiebringer en bølgeprofil-geometri som er velegnet for termisk strekkabsorbsjon. I dette tilfellet er den aksielle kraften utstrekkende under formingen, og den resulterende plastiske material-strømningen som styres ved kontakt og friksjonsinduserte spenninger mellom røret og formen danner en fordelaktig fortynning i stegområdet av bølgeprofilen under formingen av bølgeprofilsutbulingen under trykk. It has been found that triaxial hydroforming carried out under global plane drawing conditions, where the corrugations are formed by applying a high internal fluid pressure while keeping the total tube length constant, provides a corrugation geometry that is suitable for thermal stretch absorption. In this case, the axial force is expansive during forming, and the resulting plastic material flow controlled by contact and friction-induced stresses between the pipe and the mold forms a beneficial thinning in the step region of the wave profile during the formation of the wave profile bulge under pressure.

Dette er bare én kombinasjon av aksiell belastning eller fortrengning og trykk- eller fluidvolumstyring. Andre kom-binasjoner ville ha vært mulige som for eksempel dersom ingen aksiell belastning påførtes (planbelastning) og forming ble fullstendig oppnådd ved påføring av indre trykk som bevirker til at utbulinger ble dannet mellom ringer som vanligvis ble brukt til hydroforming. Slike varianter av trykkaksial belastningsforholdet kan manipuleres for å danne geometrier som har egenskaper egnet for spesielle applikasjoner og som samtidig påvirker den totale rørlengden som følge av formingsprosessen. Det enkle ved den triaksiale planstrekkeformingsprosessen som brukes for å tilveiebringe denne bølgeprofilsgeometrien ifølge en foretrukket utførel-se, er at den fører til moderate tilvirkningskostnader og setter små krav til ringromsdimensjonene. Den resulterende rørarkitektur er velegnet for bruk i brønner som anvender den sykliske dampstimuleringsproduksjonsmetoden, så vel som andre applikasjoner som drar nytte av rør med redusert aksiell belastning og større strekkabsorbering for å for-hindre ustabiliteten tilknyttet global plastisk deformasjon. Planstrekkbetingelsen innebærer den ytterligere for-delen at den opprinnelige forbindelseslengden opprettholdes, noe som letter utskifting mellom bølgeprofilerte og rette rør. Fra det foregående vil fagmannen forstå at de fundamentale triaksiale prosessvariabler ved en inneslut-tende utforming, aksiell belastning eller strekk, indre trykk og kontaktfriksjon, muliggjør tilvirkningen av en rørbølgeprofil med betydelig kontroll over både bølgepro-filsamplituden som en funksjon av aksiell lengde samt tyk-kelsesfordelingen for å kontrollere spennings- og strekk-responsen for å dekke et stort spekter av designkrav for jordbaserte rørsystemer. Den bølgeprofilerte utformingen som oppnås ved planstrekkhydroforming, tilveiebringer imidlertid en spesielt egnet bølgeprofilutforming for applikasjon i sykliske dampstimuleringsbrønnkompletterings-applikasjoner som angitt i den foretrukne utførelse. This is just one combination of axial load or displacement and pressure or fluid volume control. Other combinations would have been possible such as if no axial load was applied (plane load) and forming was completely achieved by applying internal pressure causing bulges to form between rings commonly used for hydroforming. Such variations of the compressive-axial load ratio can be manipulated to form geometries which have properties suitable for particular applications and which at the same time affect the total pipe length as a result of the forming process. The simplicity of the triaxial planar forming process used to provide this wave profile geometry according to a preferred embodiment is that it leads to moderate manufacturing costs and places small demands on the annulus dimensions. The resulting tubing architecture is well suited for use in wells employing the cyclic steam stimulation production method, as well as other applications that benefit from tubing with reduced axial load and greater strain absorption to prevent the instability associated with global plastic deformation. The planar tension condition entails the further advantage that the original connection length is maintained, which facilitates replacement between corrugated and straight pipes. From the foregoing, the person skilled in the art will understand that the fundamental triaxial process variables of an inclusive design, axial load or tension, internal pressure and contact friction, enable the production of a pipe wave profile with considerable control over both the wave profile amplitude as a function of axial length and thickness distribution to control the stress and strain response to cover a wide range of design requirements for underground piping systems. However, the wave profile design obtained by planar hydroforming provides a particularly suitable wave profile design for application in cyclic steam stimulation well completion applications as set forth in the preferred embodiment.

Tilveiebringelsen av egnede bølgeprofiler i rørveggen utfø-res ved hjelp av en spesialisert hydroformingsprosess som gir mulighet for å danne aksielt føyelige bølgeprofil-geometrier uten betydelig, indre maskinbearbeiding, idet prosessen gir en kontroll av den aksielle lengden under hy-droformingen og derfor er i stand til å styre lengdeforand-ringen av røret som dannes. Hydroformingsprosessen omfatter de trinn: • å posisjonere en sylindrisk rørlengde på innsiden av en innelukket flate som omfatter elementer som er atskilt og utformet for å kontrollere forbindelsesgeometrien slik at den generelt har en bølgeprofil i midtpartiene og sylindriske endepartier, idet den befinner seg i et innesperrende rør som understøtter eller leder elementene som danner den innesperrende flaten og påfører et tilstrekkelig indre trykk til å tvinge rørveggen radielt utover mot den innesperrende flate mens den aksielle lengden av røret samtidig styres under og etter påfø-ringen av det indre trykket, og dermed plastisk danner rørgjenstanden, idet den aksielle lengdestyringen fortrinnsvis er slik at den opprinnelige rørlengden hovedsakelig opprettholdes eller forblir uforandret, • å fjerne den utformede, bølgeprofilerte rørforbindelsen fra formapparatet, idet fjerning kan lettes ved påfø-ringen av et ytre trykk som er tilstrekkelig til å fri-gjøre gjenstanden fra den innesperrende flaten, og om nødvendig å ytterligere sluttbearbeide den utformede forbindelsen ved en ytre maskinbearbeiding av bølge-prof ileringene for å ytterligere styre den endelige geometrien eller ved å maskinbearbeide de sylindriske endene for å sørge for en sammenføyning ved gjengede forbindelser, sveising eller andre sammenføyningsmetoder. The provision of suitable wave profiles in the pipe wall is carried out by means of a specialized hydroforming process which enables the formation of axially compliant wave profile geometries without significant internal machining, as the process provides a control of the axial length during hydroforming and is therefore able to control the change in length of the tube that is formed. The hydroforming process includes the steps of: • positioning a length of cylindrical pipe inside a confined surface comprising elements separated and designed to control the joint geometry so that it generally has a wave profile in the middle portions and cylindrical end portions, being in a confining pipe which supports or guides the elements that form the confining surface and applies a sufficient internal pressure to force the pipe wall radially outwards towards the confining surface while the axial length of the pipe is simultaneously controlled during and after the application of the internal pressure, thus plastically forming the pipe object , with the axial length control preferably being such that the original pipe length is mainly maintained or remains unchanged, • to remove the designed, wave-profiled pipe connection from the molding apparatus, since removal can be facilitated by the application of an external pressure which is sufficient to release the object from the confinement end surface, and if necessary to further finish the designed connection by external machining of the wave profiles to further control the final geometry or by machining the cylindrical ends to provide a joint by threaded connections, welding or other joining methods.

I den foretrukne utførelsen er det tilveiebrakt bølgeprofi-lerte forbindelser 1 som danner del av en streng av ikke-bølgeprofilerte rørforbindelser. Forbindelsen har en side-vegg 52 som omfatter et sentralt bølgeprofilert parti 55 og sylindriske, ikke-bølgeprofilerte endepartier 2. Endepartiene letter sammenføyningen, idet det anvendes standardiserte industrimetoder, så som sveising for rørledninger eller gjengede sammenføyninger for brønnforinger. En slik sammenføyning av bølgeprofilerte foringer er vist på figur 1 med gj engede innføringsender 3. Diameteren og veggtykkelsen av de sylindriske endepartiene 2 er valgt for å sikre kompatibilitet med standard industristørrelser. Den sylindriske endelengden velges typisk for å tillate inngripen med standardiserte forbindeleser og håndteringsutstyr. I visse tilfeller kan andre operasjons- eller kompletteringskrav, så som pakningsposisjonene, diktere lengre sylindriske in-tervaller ved endene eller ytterligere sylindriske seksjo-ner andre steder langs forbindelseslengden. Som vist på figur 1 tilsvarer bølgeprofildalene den minste indre rørdia-meter slik at bølgeprofilamplituden har den virkning at den øker den effektive rørlegeme-diameter mens det forventes at denne konfigurasjonen er ønskelig for de fleste applikasjoner, kan en bølgeprofildal-diameter som er mindre enn den In the preferred embodiment, wave-profiled connections 1 are provided which form part of a string of non-wave-profiled pipe connections. The connection has a side wall 52 which comprises a central wave-profiled part 55 and cylindrical, non-wave-profiled end parts 2. The end parts facilitate joining, using standardized industrial methods, such as welding for pipelines or threaded joints for well casings. Such a joining of corrugated liners is shown in Figure 1 with threaded insertion ends 3. The diameter and wall thickness of the cylindrical end portions 2 have been chosen to ensure compatibility with standard industry sizes. The cylindrical end length is typically chosen to allow engagement with standardized connectors and handling equipment. In certain cases, other operational or completion requirements, such as the packing positions, may dictate longer cylindrical intervals at the ends or additional cylindrical sections elsewhere along the connection length. As shown in Figure 1, the corrugation valleys correspond to the smallest internal pipe diameter so that the corrugation amplitude has the effect of increasing the effective pipe body diameter, while it is expected that this configuration is desirable for most applications, a corrugation valley diameter smaller than the

nominelle rørdiameteren også tilveiebringes. the nominal pipe diameter is also provided.

Den triaksiale planstrekkhydroformingsprosessen som er foretrukket for å tilveiebringe en slik bølgeprofilert foringsgjenstand, krever et apparat 4 så som den som er vist på figur 2. I dette apparatet 4 er et innelukkende rør 5 tilveiebrakt med tettende, ringformede endelukninger 6 og en profilform 7. Formen 7 omfatter elementer som tilveiebringer sylindriske endepartier 8, og et bølgeprofilert senterparti som er tett tilpasset på innsiden av det inne-lukkede røret 5. Røret 5, endelukningene 6 og profilformen 7 omfatter til sammen en formbeholder 30. En formfluid-tilgangsport 10 er tilveiebrakt i en ringformet endelukning 6. En spindel 11 med ytre endetetninger 12 og en formfluid-tilgangsport 13 er også tilveiebrakt. The triaxial plane stretch hydroforming process which is preferred for providing such a wave-profiled liner article requires an apparatus 4 such as that shown in Figure 2. In this apparatus 4 a containment tube 5 is provided with sealing annular end closures 6 and a profile mold 7. The mold 7 comprises elements which provide cylindrical end portions 8, and a wave-profiled center portion which is closely fitted to the inside of the enclosed tube 5. The tube 5, the end closures 6 and the profile mold 7 together comprise a mold container 30. A mold fluid access port 10 is provided in an annular end closure 6. A spindle 11 with outer end seals 12 and a form fluid access port 13 is also provided.

Det midtbølgeprofilerte parti 9 er konstruert av forskjellige asymmetriske ring- og hylseelementer 14 og 16 som vist på figurene 2 og 3. For å lette fjerning etter formingen, er noen eller alle av disse elementene 14, 15 delt. Ele-mentutformingene som omfatter formingsprofilen er valgt for å tilveiebringe en fordeling av tomrommet som rørmaterialet bevirkes til å fylle under påføringen av det indre trykket. Friksjonskrefter som aktiveres ved kontaktspenningen mellom den innelukkende flaten og foringsforbindelsen 16 bidrar også til å styre den plastiske deformasjonen under formingen. For et gitt rør vil den endelige bølgeprofilutformingen dermed styres av tomromsfordelingen, smøre- eller frik-sjonskoeffisienten i grensesnittområdet mellom foringsforbindelsen 16 og formen 7 og formingstrykket. The mid-wave profiled portion 9 is constructed of various asymmetric ring and sleeve elements 14 and 16 as shown in Figures 2 and 3. To facilitate removal after forming, some or all of these elements 14, 15 are split. The element designs comprising the forming profile are chosen to provide a distribution of the void which the pipe material is caused to fill during the application of the internal pressure. Frictional forces which are activated by the contact stress between the enclosing surface and the lining connection 16 also help to control the plastic deformation during forming. For a given pipe, the final wave profile design will thus be controlled by the void distribution, the lubrication or friction coefficient in the interface area between the liner connection 16 and the mold 7 and the molding pressure.

De sylindriske endepartiene 8 har en indre diameter som bare er noe større enn den ytre diameteren til foringsforbindelsen 16 som skal dannes for å tilveiebringe forings-forbindelsesendepartiene 2 av standard dimensjoner som er egnet for gjenging og håndtering. Endepartiene 8 trenger ikke deles for å tillate fjerning. Om ønskelig kan ring- og hylseelementene 14, 15 av midtbølgeprofilpartiet 9, så vel som de sylindriske endepartier 8, alle være utformet som en enkelt delt halvform. Denne konfigurasjonen av formen til-later en raskere montering og demontering der gjentagende forming er påkrevd. The cylindrical end portions 8 have an inner diameter only slightly larger than the outer diameter of the liner connection 16 to be formed to provide liner connection end portions 2 of standard dimensions suitable for threading and handling. The end portions 8 do not need to be split to allow removal. If desired, the ring and sleeve elements 14, 15 of the center wave profile portion 9, as well as the cylindrical end portions 8, can all be designed as a single split half-form. This configuration of the mold allows for faster assembly and disassembly where repetitive molding is required.

Som vist på figur 4 er foringsforbindelsen 16 posisjonert på innsiden av formingsbeholderen 30 og spindelen 11 er posisjonert på innsiden av foringsforbindelsen. Spindelen 11 er forsynt med tetninger 32 for tetning mot den indre flate 31 av foringsforbindelsen 16 på to steder, typisk nær forbindelse sendene. Tetningene 32 er atskilt for å tilveiebringe et intervall av foringsforbindelsen på innsiden av formingsbeholderen 30 som på innsiden kan fylles med et fluid ved et trykk som bevirker til at foringsmaterialet plastisk ekspanderer utover. På tilsvarende måte er de ringformede endelukningene tilveiebrakt med tetninger 33 for å tette mellom det ytre av foringsforbindelsen og inne-lukningsrørendelukningene 6 med nesten samme aksielle posi-sjon som spindeltetningene 32 slik at foringsforbindelsene kan trykksettes over samme intervall. As shown in Figure 4, the lining connection 16 is positioned on the inside of the forming container 30 and the spindle 11 is positioned on the inside of the lining connection. The spindle 11 is provided with seals 32 for sealing against the inner surface 31 of the liner connection 16 in two places, typically near the connection ends. The seals 32 are separated to provide an interval of the lining compound on the inside of the forming container 30 which can be filled internally with a fluid at a pressure which causes the lining material to plastically expand outwards. Similarly, the annular end closures are provided with seals 33 to seal between the outside of the casing connection and the inner casing pipe end closures 6 with almost the same axial position as the spindle seals 32 so that the casing connections can be pressurized over the same interval.

Ved hjelp av dette arrangementet brukes apparatet 4 for å forme foringsforbindelsen 16 ved først å påføre et indre trykk som overstiger rørlegemeflytepunktet, for dermed å ekspandere foringsmaterialet utover mot den indre flaten 38 av det bølgeprofilerte partiet 9. Den indre profUformen av formingsbeholderen 30 er tilveiebrakt for å styre formen av den ytre ekspansjonen av foringsmaterialet, slik at foringsmaterialet progressivt tvinges utover i kontakt med den profilerte flaten 38 etter hvert som det indre tykk økes, som vist på figur 3. Som vist på figur 5 reduseres foringsforbindelseslengden ikke betydelig ved denne prosessen i forhold til typiske hydroformings- eller hydrofo-ringsprosesser som brukes for å tilveiebringe bølgeprofi-lerte rør. Det forstås at planstrekkformingsforholdet krever oppbygningen av en aksiell strekkspenning når korruge-ringen 34 dannes. Apparatet 4 virker tilbake på den resulterende kraften gjennom friksjonskrefter som utvikles langs de sylindriske endehylsene. Friksjonskreftene oppstår som følge av kontaktspenningen mellom det internt trykksatte foringsmaterialet og de innelukkingsformende partiene 8 når trykket initielt økes over det som kreves for å initiere utflytning og lukker det relativt lille installasjonsgapet som er tilveiebrakt mellom foringsforbindelsen og formende-partiene 8. Ytterligere økninger av trykket brukes for å bevirke til en plastisk strømning inn i bølgeprofiltomrom-mene i den grad som kreves for å danne bølgeprofilerings-geometrier som gir betydelige reduksjoner i aksiell rørfjæ-ring, idet trykkene som kreves for å bevirke til slike de-formasjonsstørrelser typisk overstiger foringsmaterial-flytepunkt flere ganger. By means of this arrangement, the apparatus 4 is used to form the liner joint 16 by first applying an internal pressure in excess of the pipe body yield point, thereby expanding the liner material outwards towards the inner surface 38 of the corrugated portion 9. The inner profile of the forming container 30 is provided for to control the shape of the outer expansion of the liner material, so that the liner material is progressively forced outwards into contact with the profiled surface 38 as the inner thickness is increased, as shown in Figure 3. As shown in Figure 5, the liner connection length is not significantly reduced by this process in compared to typical hydroforming or hydroforming processes used to provide wave-profiled pipes. It is understood that the planar tensile forming relationship requires the build-up of an axial tensile stress when the corrugation ring 34 is formed. The apparatus 4 acts back on the resulting force through frictional forces which are developed along the cylindrical end sleeves. The frictional forces arise from the contact stress between the internally pressurized liner material and the enclosure forming portions 8 when the pressure is initially increased above that required to initiate flow and close the relatively small installation gap provided between the liner compound and the forming portions 8. Further increases in pressure are used to effect a plastic flow into the corrugation voids to the extent required to form corrugation geometries that provide significant reductions in axial tube suspension, the pressures required to effect such magnitudes of deformation typically exceeding the lining material yield point repeatedly.

Etter formingen ved disse høye trykkene, vil restkontaktspenningen mellom foringsforbindelsen 16 og profil-formingsflaten 38 ha en tendens til å utelukke en enkel fjerning av foringsforbindelsen 16 fra formingsbeholderen 30. Derfor avsluttes formingsprosessen ved å påføre et tilstrekkelig ytre trykk gjennom porten 10 til å plastisk deformere foringsforbindelsen og bevirke til en innover-rettet, radiell deformasjon for å danne et gap mellom forbindelsen og konturformflaten 38 og dermed hovedsakelig eliminere restkontaktspenningen som forhindrer fjerningen. Trykk- og tetningskapasiteten av de ringformede endelukningene 6 og tetningen 33 trenger bare å tilveiebringe tilstrekkelig innelukning til å bevirke en global rørlegeme-deformasjon. After forming at these high pressures, the residual contact stress between the lining compound 16 and the profile forming surface 38 will tend to preclude easy removal of the lining compound 16 from the forming container 30. Therefore, the forming process is terminated by applying a sufficient external pressure through the port 10 to plastically deform the liner joint and cause an inward radial deformation to form a gap between the joint and the contoured surface 38 and thereby substantially eliminate the residual contact stress that prevents removal. The pressure and sealing capacity of the annular end closures 6 and the seal 33 need only provide sufficient containment to effect a global tube body deformation.

Etter å ha påført og deretter fjernet det ytre trykket, fjernes spindelen og i hvert fall én endehette. Foringen og profilformen blir så fjernet og til slutt blir formelemen-tene fjernet fra foringen. Prosessen kan gjentas for å danne ytterligere formrørforbindelser. After applying and then removing the external pressure, the spindle and at least one end cap are removed. The liner and the profile mold are then removed and finally the mold elements are removed from the liner. The process can be repeated to form additional formwork connections.

I bestemte applikasjoner kan nytten av det bølgeprofilerte røret som dannes ved denne prosessen ytterligere forbedres ved en varmebehandling, så som herding for stål, etter formingen. Det kan være behov for dette fordi graden av plastisk deformasjon som følge av formingsprosessen kan påvirke ytelsesegenskaper så som korrosjonsfølsomhet, utmattings-livstid eller simpelthen den gjenblivende plastiske kapasitet . In certain applications, the utility of the corrugated tube formed by this process can be further enhanced by a heat treatment, such as hardening for steel, after forming. There may be a need for this because the degree of plastic deformation as a result of the forming process can affect performance characteristics such as corrosion sensitivity, fatigue life or simply the remaining plastic capacity.

En typisk tykkvegget bølgeprofilert geometri av foringsforbindelsene som er vist på figur 1 og som er dannet av planstrekktriaksialhydroformingsprosessen, er vist på figur 6. Denne figuren viser et tverrsnitt gjennom flere bølge-prof iler 34. Hver bølgeprofil 34 omfatter steg 53 og en topp 54. Stegene 54 er fortrinnsvis anordnet med en stegvinkel på omtrent 20°. De relativt udefinerbare variasjone-ne i tykkelse som oppnås ved den triaksiale formingsprosessen er åpenbare. Spenningsanalyser av denne geometrien ved hjelp av den endelige elementmetoden ble brukt for å regne ut en reduksjon i aksiell stivhet på omtrent 5 ganger den aksielle stivhet av det opprinnelige, ikke-bølgeprofilerte, rette røret. A typical thick-walled corrugated geometry of the liner joints shown in Figure 1 and formed by the plane stretch triaxial hydroforming process is shown in Figure 6. This figure shows a cross-section through several corrugated profiles 34. Each corrugated profile 34 includes a step 53 and a peak 54. The steps 54 are preferably arranged with a step angle of approximately 20°. The relatively undefinable variations in thickness achieved by the triaxial forming process are obvious. Stress analyzes of this geometry using the finite element method were used to calculate a reduction in axial stiffness of approximately 5 times the axial stiffness of the original non-corrugated straight pipe.

Eksempel Example

For å illustrere nytten av foreliggende oppfinnelse med hensyn til å redusere den termisk induserte aksielle belastningen, kan man se på en brønn der en sylindrisk stål-foring med en flytegrense på 550 MPa ble sementert ved 20°C med ubetydelig aksielle belastninger, og som deretter ble oppvarmet til 250°C. Typiske egenskaper for den termiske ekspansjonskoeffisient og elastiske modulus for foringsstål er henholdsvis 12 e/°C og 200 Gpa. For et slikt materiale vil den aksielle spenningen øke ved oppvarming forutsatt at den elastiske grensen ikke overstiges, og kan regnes ut fra forholdet: Aksiell spenning = temperaturforandring x ekspansjonskoeffisient x elastisk modulus = 552 Mpa. To illustrate the usefulness of the present invention in reducing the thermally induced axial load, consider a well in which a cylindrical steel casing with a yield strength of 550 MPa was cemented at 20°C with negligible axial loads, and which then was heated to 250°C. Typical properties for the thermal expansion coefficient and elastic modulus for lining steel are 12 e/°C and 200 Gpa respectively. For such a material, the axial stress will increase upon heating provided that the elastic limit is not exceeded, and can be calculated from the relationship: Axial stress = temperature change x expansion coefficient x elastic modulus = 552 Mpa.

Foringen vil i dette punktet befinne seg på flytegrensen med dertil følgende, skadelige virkninger på forbindelsene og rørlegememotstandsdyktighet mot svikt. I den samme app-likasjonen vil en foring med bølgeprofiler over det meste av sin lengde, så som vist på figur 6, reduserer denne belastningen ved en faktor på nesten 5, for derved å redusere den aksielle spenningen til 110 MPa og plassere foringene og forbindelsene i et mye mer fordelaktig lastoperasjonsom-råde. At this point, the liner will be at the yield point, with consequential, harmful effects on the connections and pipe body resistance to failure. In the same application, a liner with corrugated profiles over most of its length, as shown in Figure 6, will reduce this load by a factor of nearly 5, thereby reducing the axial stress to 110 MPa and placing the liners and connections in a much more advantageous cargo operation area.

Som et alternativ til hydroforming ved påføring av indre trykk for å ekspandere et rør mot en ytre form som beskrevet i den foretrukne utførelse, kan denne prosessen inver-teres ved å påføre et ytre trykk på røret og ved å tilveiebringe en form på innsiden av røret. I dette tilfellet vil formen typisk være konfigurert for å tilveiebringe spiral-formede bølgeprofiler som letter fjerningen. As an alternative to hydroforming by applying internal pressure to expand a tube towards an outer shape as described in the preferred embodiment, this process can be inverted by applying an external pressure to the tube and providing a shape to the inside of the tube. . In this case, the mold will typically be configured to provide helical wave profiles that facilitate removal.

Claims

1. String (50) of tubular metal pipe connections extending through and held by a soil material (51), where the string is exposed to changes in axial load after installation, where the string comprises at least one corrugated connection (1), characterized in that the corrugated the connection is thick-walled with a ratio of diameter to wall thickness (D/t) of less than 100, and the connection sidewall (52) is formed to provide corrugations (74) having a ratio of corrugation radius to thickness (R/t) of less than 10.

2. String according to claim 1, characterized in that the profile Unshaped connecting side wall (52) is hydroformed to form the wave profiles (34).

3. String according to claim 1, characterized in that the wave-profiled connection side wall is hydroformed while the length of the connection (1) is mainly kept constant.

4. String according to claim 3, characterized in that the wall thickness for each wave profile (34) varies along its length.

5. String according to claim 4, characterized in that the wave profiles (34) have a D/t of less than 50 and an R/t of less than 5.

6. String according to claim 1,2,3,4 or 5, characterized in that the wave profiles (34) have steps (53) and peaks (54), the steps having a step angle of at least 20° with respect to the axis of the wave profile -th connection (1), and the wall thickness of the steps is thinner than the wall thickness of the tops.

7. String according to claim 6, characterized in that the wave-profiled connection (1) has a central wave-profiled part (55) and non-wave-profiled, threaded end parts (2).

8. String according to claim 7, characterized in that an outer sleeve on the outside of the wave-profiled connection contains the wave profiles.

9. String according to claim 7 or 8, characterized in that an inner sleeve on the inside of the wave-profiled connection supports the wave profiles.