TC Friction Welding

Der verschweißte Einbau von Casings und Tubings hat sich bei der Errichtung von Speicherkavernen als Standardtechnologie etabliert. Das manuelle Schweißen ist jedoch sehr zeitaufwendig. Die Technologie des Reibschweißens kombiniert die Vorteile einer hohen Verbindungsqualität einer Schweißnaht mit den kurzen Taktzeiten des Verschraubens.

Auf Grund der langjährigen Erfahrung der UGS GmbH beim verschweißten Rohreinbau wurde mit Mitteln des Ministeriums für Wirtschaft und Europaangelegenheit des Landes Brandenburg und der EU ein Prototyp für das Reibschweißen entwickelt, konstruiert und in Betrieb genommen.

Gasdichte Verbindungen sind für die Rohrtouren einer Gasspeicherbohrung unerlässlich. Das betrifft insbesondere die letzte zementierte Rohrtour und den Förderstrang.

Von Hand geschweißte Rohrverbindungen haben sich in der Untergrundspeicherung als belastbar, dauerhaft zuverlässig und gasdicht bewährt. Allerdings wird für das Herstellen einer solchen Verbindung sehr viel Zeit benötigt.

Warum Reibschweißen?

Mit der Reibschweißtechnologie kann der Zeitbedarf für das Herstellen einer geschweißten Tubing- bzw. Casingverbindung deutlich gesenkt werden. Das reduziert nicht nur die Winden- und Arbeitszeit für den Rohreinbau. Durch den beschleunigten Einbau können auch Casings in solchen Bohrungen installiert werden, bei denen die Bohrlochstabilität kritisch ist und somit eine geringe Einbauzeit von Vorteil wäre.

Für das Reibschweißen von Rohren im Bohrloch wurde von der UGS GmbH eine spezielle Anlage entwickelt. Die technischen Anforderungen an die Entwicklung der Reibschweißanlage leiten sich aus den Erfahrungen und Erkenntnissen ab, die in zurückliegenden Jahrzehnten beim verschweißten Rohreinbau gesammelt wurden:

  • Die Reibschweißanlage soll auf einer herkömmlichen Bohranlage bzw. Workover-Winde einsetzbar sein, auch unter widrigen Wetterbedingungen.
  • Der Zeitbedarf für die Herstellung einer Schweißverbindung einschließlich vorbereitendem Handling soll deutlich unter dem für eine von Hand geschweißte Verbindung liegen.
  • Die beim Herstellen der Schweißverbindung gesammelten Prozessdaten müssen einen Rückschluss auf die Qualität der Schweißverbindung zulassen. Damit ist angestrebt, auf eine herkömmliche zerstörungsfreie Nahtprüfung vollständig zu verzichten.

Mit dem Versuchsstand der Reibschweißanlage wurde die Rohrdimension 8 5/8“ erfolgreich getestet und eingebaut.

Vorteile des Reibschweißens

  • Deutlich reduzierter Zeitbedarf gegenüber dem Handschweißen
  • Geeignet für den verschweißten Rohreinbau bei tiefen und geologisch instabilen Bohrungen
  • Die Qualität der Schweißnaht ist unabhängig von den Fähigkeiten und Fertigkeiten der Schweißer.
  • Die Reibschweißtechnologie kann auf eine große Bandbreite von Materialgüten, die in der Öl- und Gasindustrie im Einsatz sind, angewendet werden.
  • Es ist kein gesonderter Arbeitsschritt der zerstörungsfreien Schweißnahtprüfung erforderlich.
  • Die Festigkeit von Reibschweißverbindungen erreicht die Werte des Rohrmaterials. Damit ist eine gute Belastbarkeit bei hoher Wechselbeanspruchung und starken Biegemomenten gegeben.

Das Funktionsprinzip

Die für das Zusammenfügen der beiden Rohre erforderliche Hitze wird durch Reibung erzeugt. Dazu werden die zu verbindenden Rohre in axialer Richtung gegeneinander verstellbar angeordnet. Zwischen den Stirnflächen dieser Rohre befindet sich eine Reibscheibe, die durch einen drehtisch-ähnlichen Antrieb in Rotation versetzt wird.

Während sich die Reibscheibe dreht, werden die beiden Stirnflächen an dieselbe angepresst. Die dabei entstehende Reibungswärme führt zur Plastifizierung des Reibscheiben- und Rohrwerkstoffs. Beim weiteren Andrücken wird das Material der Reibscheibe in den Reibgrat verdrängt.

Mit dem vollständigen „Durchreiben“ der Reibscheibe endet der Fügeprozess. Der entstehende Reib- und Stauchgrat wird noch im plastifizierten Zustand abgetrennt.

Während des Schweißvorgangs werden alle prozessrelevanten Parameter digital aufgezeichnet. Die Auswertung dieser Daten, unmittelbar nach Herstellung der Schweißverbindung, ermöglicht eine Aussage zur Qualität der Schweißverbindung ohne herkömmliche zerstörungsfreie Werkstoffprüfungen.

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