NO179593B - Höytrykks-tetningsanordning for tetning av et ringformet rom mellom to sylindriske flater - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en høytrykks-tetningsanordning for tetning av et ringformet rom mellom to sylindriske flater som angitt i innledningen i krav 1.

Brønner for olje og naturgass som bores offshore har ofte brønnhodene anbrakt på sjøbunnen. Brønnhodet blir normalt installert ved å montere det øverst på en foringsrørstreng som er senket ned i borehullet og sementert på plass. Brønnhodet er vanligvis i form av en sylinder med en boring som på en tett måte bærer en indre konsentrisk foringsrørstreng og en foringsrør-henger som er festet til foringsrørstrengen før strengen nedsenkes og hengeren plasseres inn i brønnhodet. Foringsrør-hengeren kan opptas og holdes inne i brønnhodet. Hver henger er forsynt med et tetningselement langs omkretsen for å gi en trykktett forsegling mellom utsiden av foringsrøret og innsiden av brønnhodet.

I mange tilfeller blir ringformede tetningselementer i dag anbrakt mellom brønnhodet og hvert foringsrør for å tilveiebringe en trykktett forsegling. Det er viktig at gass, vann og andre fluider som kan bli drevet inn i de ytre foringsrør hindres fra å bevege seg inn i det indre foringsrør og at fluider fra det indre foringsrør hindres fra å bevege seg inn i de ytre forings-rør. Hver tetning må konstrueres for å kunne motstå det maksimale oljetrykk da unormale trykk kontrolleres ved å stenge en boresik-ringsventil plassert over brønnhodet, og dette vil forårsake høyt trykk mot de forskjellige tetninger.

Noen kjente tetninger inkluderer et elastomerisk materiale som presses sammen av et høyt trykk mot materialet. Dette høye trykk driver det elastomeriske materiale mot forings-røret og mot brønnhodet slik at en tetning tilveiebringes mellom foringsrøret og brønnhodet. Dette trykk kan drive gasser inn i det elastomeriske materiale. Eventuell etterfølgende utløsning av trykket får gassene til å bevege seg raskt ut av materialet, hvilket kan forårsake oppriving og ødeleggelse av materialet og svikt i tetningene.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en høytrykks-tetningsanordning hvor de ovenfor nevnte ulemper unngås.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette formål ved at høy-trykks-tetningsanordningen har de karakteristiske trekk som angitt i den kjennetegnende del av krav 1. Forskjellige utførel-sesformer av tetningsanordningen er angitt i de uselvstendige krav.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 er et delriss av den midtre del av et brønnforingsrør og et foringsrørhode hvor tetningsanordningen kan brukes i samsvar med oppfinnelsen, fig. 2 viser en del av fig. 1 i større målestokk hvor foringsrøret er fjernet, fig. 3 er et delriss i større målestokk av tetningsanordningen ifølge oppfinnelsen, fig. 4 viser et tverrsnitt av tetningsanordningen i samsvar med oppfinnelsen.

Fig. 1 viser et tverrsnitt av en del av et ringformet f oringsrørhode 10 med en øvre del 11 og en nedre del 12. Delene 11 og 12 er sammenkoplet ved hjelp av flere bolter 16 (hvorav bare én er vist) og flere muttere 17. Foringsrørhodet 10 har en aksial boring 18 med en innadvendt flens 22 i den øvre del 11. En føringsring 23 for borkronen med en innadvendt flens 24 er montert inn i boringen 18 under flensen 22. Et brønnforingsrør 28 er montert innenfor føringsringen 23 med en øvre ende 29 nærliggende flensen 24 av f øringsringen 23. En holdemutter 30 er gjenget inn i boringen 18 ved den nedre ende av den øvre del 11 av foringsrørhodet 10 for å holde en tetningsanordning 34 i samsvar med oppfinnelsen. Tetningsanordningen 34 er montert over mutteren 30 i et rom 35 mellom ytterveggen 36 av foringsrøret 28 og innerveggen 37 av foringsrørhodet 10. En tetningsring 41 montert i to motstående spor 42, 43 tilveiebringer en tetning mellom øvre og nedre deler 11, 12 av foringsrørhodet 10. En teståpning 47 mellom den nedre ende av tetningsanordningen 34 og den øvre del av foringsrørhodet 10 kan brukes for å sjekke eventuell lekkasje fra boringen 18. En avtappingsplugg 48 for teståpningen som er gjenget i åpningen 47, tilveiebringer en tetning når lekkasje ikke blir kontrollert.

Tetningsanordningen 34 (fig. 3, 4) har en overveiende T-formet metallring 49 med en stammedel 53 montert overveiende parallelt med de vertikale vegger 36, 37 (fig. 1, 4) av forings-røret 28 og foringsrørhodet 10. En tverrdel 54 av T-ringen 49 med to skråflater 55, 56 på undersiden av delen 54, strekker seg i rett vinkel i forhold til stammedelen 53. To elastomeriske ringer 60, 61 er montert nærliggende stammedelen 53 for å tilveiebringe en tetning mellom foringsrøret 28 og T-ringen 49 og mellom foringsrørhodet 10 og ringen 49. To metallringer 62, 63 er montert en på hver side av stammedelen 53 og holdes av holdemut-teren 30.

Når fluider og/eller gasser under høyt trykk er til stede i boringen 18 (fig. 1, 2) vil noen av disse fluider og gasser beveges gjennom et rom 67 mellom føringsringen 23 og veggen 37 av foringsrørhodet 10. Disse fluider og gasser utøver et nedadrettet trykk mot en øvre del 54a av tverrdelen 54 (fig. 2, 4) og tvinger delen 54 mot de elastomeriske ringer 60, 61. Da arealet av den øvre flate 54a er større enn arealet av skråflat-ene 55, 56, vil trykket pr kvadratcentimeter som utøves mot de elastomeriske ringer 60, 61 være større enn det nedadrettede trykk pr kvadratcentimeter mot toppen av tverrdelen 54. Denne forskjell i trykk kan forårsake at materialet i ringene 60, 61 ekstruderes inn i et rom 68 mellom veggen 36 og tverrdelen 54 og inn i et rom 69 mellom veggen 37 og tverrdelen 54. To kileformede ringer 73, 74 som hindrer ekstrusjon beveger seg langs skråflåt-ene 55, 56 for å tette mot veggene 36, 37 på grunn av det oppadrettede trykk fra de elastomeriske ringer 60, 61. Dette hindrer at det elastomeriske materiale i ringene 60, 61 beveger seg inn i rommene 68, 69. Det høyere trykk pr kvadratcentimeter mot de elastomeriske ringer 60, 61 vil forårsake at spenningen i elastomeren er høyere enn trykket som utøves mot den øvre ende av tetningsanordningen 34 og hindrer diffusjon av gass inn i elastomeren. Dette hindrer avriving av elastomeren når trykket i boringen 18 plutselig reduseres.

Flere kileformede ringer 78 - 81 (fig. 4) som hindrer ekstrusjon hindrer det elastomeriske materiale i ringene 60, 61 fra å bevege seg nedover. Et nedadrettet trykk fra den elastomeriske ring 60 får en nedre flate 78a av ringen 78 til å gli over en øvre flate 80a av ringen 80, slik at ringen 80 presser tett mot veggen 36 og ringen 78 føres tett mot stammedelen 53 av T-ringen 49. Dette hindrer det elastomeriske materiale fra å bli drevet inn i rommet 85 mellom ringen 62 og veggen 36 og inn i et eventuelt rom (ikke vist) som kan dannes mellom ringen 62 og stammedelen 53 av T-ringen 49. Det nedadrettede trykk fra den elastomeriske ring 61 får ringen 79 til å bevege seg tett mot stammen 53 og forårsake at ringen 81 beveger seg tett mot veggen 37 av foringsrørhodet 10. Dette hindrer det elastomeriske materiale fra å bli drevet inn i et rom 86 mellom ringene 63 og veggen 37 og inn i et eventuelt rom (ikke vist) som kan dannes mellom ringen 63 og stammedelen 53 av T-ringen 49.

Det nedadrettede trykk mot tverrdelen 54 (fig. 1, 4)

får den elastomeriske ring 60 til å bli trykket sammen mellom ringene 78, 80 og tverrdelen 54 og ringen 73. Den sammentrykkede ring 60 presser mot veggen 36 av foringsrøret 28 og mot stammedelen 53 av T-ringen 49 for å tilveiebringe en fluidtett tetning. Det nedadrettede trykk mot tverrdelen 54 forårsaker også at den elastomeriske ring 61 trykkes sammen mellom ringene 79, 81 og tverrdelen 54 og ringen 74. Den sammentrykte ring 61 tilveiebringer en fluidtett tetning mellom veggen 37 av foringsrørhodet 10 og stammedelen 53 av T-ringen 49.

Oppfinnelsen tilveiebringer en tetningsanordning som

kan motstå høyt trykk og stigende og minkende trykk inne i foringsrøret uten å skade tetningen. En økning av trykket i foringsrøret hindrer diffusjon av gasser inn i en elastomerisk del av tetningen og får den elastomeriske del av tetningsanordningen til å tilveiebringe en fluidtett tetning. Flere kileformede ringer som hindrer ekstrusjon og som er nærliggende den elastomeriske del av tetningen hindrer bevegelse av elastomeren inn i rom nærliggende tetningsanordningen.

Claims (3)

1. Høytrykks-tetningsanordning (34) for tetning av et ringformet rom (35) mellom to sylindriske flater (36, 37) utformet på hvert sitt av to konsentrisk anordnede, rørformede legemer, så som et brønnf oringsrør (28) og et f oringsrørhode (10), hvor det ytre (10) av de rørf ormede legemer har en holdeanordning (30) som begrenser tetningsanordningens aksiale bevegelse, omfattende: - en metallring (49) med et overveiende T-formet tverrsnitt, hvor en aksial, rørformet del danner T-ens stammedel (53), og en radial, ringformet del danner T-ens tverrdel (54), hvor tverrdelen på oversiden har en hovedsakelig plan endeflate (54a) som vender mot det høye trykket, og på undersiden har en radialt indre og en radialt ytre flate (55, 56) som heller skrått utover og nedover hhv innover og nedover, og går over i stammedelen på hver sin side av denne, og hvor stammedelen (53) har en plan, nedre endeflate; - en ringinnretning som er beregnet til å få anlegg mot holdeanordningen (30) og som innbefatter en indre metallring (62) montert mellom stammedelen (53) og det indre (28) av de to rørformede legemer, og en ytre metallring (63) montert mellom stammedelen (53) og det ytre (10) av de to rørformede legemer, hvilken indre metallring (62) og ytre metallring (63) hver har en plan, øvre endeflate og, sammen med den T-formede metallringens (49 ) stammedel ( 53) og tverrdel (54), avgrenser et indre hhv et ytre ringformet rom, - en indre og en ytre elastomerisk tetningsring (60, 61) montert i nevnte indre hhv ytre ringformede rom, samt en indre og en ytre kilef ormet ring (73, 74) som hindrer ekstrusjon, montert i nevnte indre hhv ytre ringformede rom, mellom respektive tetningsring (60, 61) og tverrdelen (54), idet den indre og den ytre kileformede ring (73, 74) hver har en nedre flate som ligger an mot den indre hhv den ytre elastomeriske tetningsring (60, 61), og en skrå, øvre flate som ligger an mot tverrdelens indre hhv ytre skrå flate (55, 56), slik at de kilef ormede ringer (73, 74), under aksial trykkpåvirkning, presses radialt innad hhv utad mot den respektive av de sylindriske flater (36, 37), KARAKTERISERT VED - et indre og et ytre par av kileformete ringer (78, 80; 79, 81) som hindrer ekstrusjon, montert i nevnte indre, hhv ytre ringformete rom, mellom respektive tetningsring (60, 61) og nevnte ringinnretning, - at det indre par av kilef ormete ringer (78, 80) innbefatter en øvre ring (78) som har en plan, øvre flate som ligger an mot den indre tetningsring (60), og en skrå, nedre flate, samt en nedre ring (80) som har en skrå øvre flate i anlegg mot den øvre rings skrå nedre flate, og en plan, nedre flate som ligger an mot metallringens (62) plane, øvre endeflate, slik at under aksial trykkpåvirkning trykkes den ene ringen i det indre par ringer radialt innad mot den indre sylindriske flaten (36) , mens den andre ringen trykkes radialt utad mot stammedelen (53), og - at det ytre par av kilef ormete ringer (79, 81) innbefatter en øvre ring (79) som har en plan, øvre flate som ligger an mot den ytre tetningsring (61), og en skrå, nedre flate, samt en nedre ring (81) som har en skrå, øvre flate i anlegg mot den øvre rings skrå, nedre flate, og en plan, nedre flate som ligger an mot metallringens (63) plane, øvre endeflate, slik at under aksial trykkpåvirkning trykkes den ene ringen i det ytre par ringer radialt innad mot stammedelen (53), mens den andre ringen trykkes radialt utad mot den ytre sylindriske flaten (37) .

2. Høytrykks-tetningsanordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED - at de mot hverandre liggende, skrå flater til ringene i det indre par (78, 80) heller utover og nedover, og - at de mot hverandre liggende, skrå flater til ringene i det ytre par (79, 81) heller innover og nedover.

3. Høytrykks-tetningsanordning ifølge krav 1 eller 2, KARAKTERISERT VED - en kanal (47) gjennom det ytre rørformete legeme (10) for tilførsel av et lavt trykk til ringrommet (35) i området ved holdeanordningen (30), slik at stammedelens ( 53 ) nedre endeflate utsettes for det lave trykket, og - en anordning (48) for å stenge kanalen (47) ved en eventuell lekkasje.