DE2828801C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine ringförmige Dichtungseinheit eines Bohrlochpreventers, die gegen ihre Achse druckmäßig einwärts verschiebbar ist und einen um die Achse angeordneten Kreis­ ring aus elastomerem Material sowie metallische Einsätze aufweist, die allgemein kreisförmig mit Abstand voneinander um die Achse herum angeordnet und in dem elastomeren Material eingebettet sind.

Bei einer bekannten, ähnlichen ringförmigen Dichtungseinheit für einen Bohrlochpreventer (DE-OS 25 28 102) sind an Stegen der Einsätze seitliche Aussteifungen angebracht, die im wesentlichen in Umfangsrichtung um die Längsachse des Bohrlochpreventers verlaufen. Bei einer nach einwärts gerichteten Verengung der um ein Bohrgestänge in einem Bohrloch herum befindlichen Dichtungseinheit wird jedoch das Gummi radial nach einwärts durch den von den Einsätzen aus­ geübten Widerstand gequetscht, an denen das Gummi verankert ist. Der nach oben auf das gedehnte oder langgestreckte Gummi ausgeübte Bohrlochdruck neigt dazu, das Gummi nach oben zu verschieben, so daß das Material sowohl einer radialen wie auch einer vertikalen Dehnung unterworfen ist. Hierdurch wird eine Ermüdung und Schwächung des Materials, insbesondere nach wiederholtem Schließen der Dichtungseinheit, bewirkt, so daß jede Dichtungseinheit normalerweise unter Berück­ sichtigung seiner Leistungsfähigkeit so bemessen ist, daß sie sicher eine bestimmte Anzahl Schließvorgänge aushält. Versuche sind vorgenommen worden, um die Anzahl der Schließ­ vorgänge zu steigern, wobei jedoch das Problem einer über­ mäßigen Dehnung des Gummis den Erfolg solcher Versuche einschränkt.

Bei einer anderen ähnlichen bekannten Dichtungseinheit eines Bohrlochpreventers (US-PS 26 09 836) sind an Stegen der Einsätze seitliche Aussteifungen angebracht, die in Längsrichtung des Bohrlochpreventers verlaufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungs­ einheit eines Bohrlochpreventers gemäß der eingangs er­ wähnten Art so zu gestalten, daß eine wesentlich ge­ steigerte Verankerung des elastomeren Materials bei extremen Bohrlochdruck bei gleichzeitiger beträchtlicher Verringerung der Dehnung des elastomeren Materials erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die metallischen Einsätze Aussteifungen aufweisen, die schief­ winklig verlaufend sich sowohl in Achsrichtung als auch um­ fangsmäßig um die Achse erstrecken.

Vorteilhafterweise weisen die Aussteifungen - gesehen in radialer Richtung - ein oberes konkav-konvexes Teil und ein unteres konvex-konkaves Teil auf. Jeder Einsatz weist eine obere Platte und eine untere Platte auf, zwischen denen seine Aussteifung angeordnet ist. Die untere Platte ist zur oberen Platte winklig versetzt. Die Aussteifungen sind radial zur Achse hin langgestreckt. Aufeinanderfolgende Aussteifungen sind bei radialer Einwärtsverschiebung der Dichtungseinheit ineinander verschachtelt. Hierdurch ist das Dichtungsmaterial zwischen den Aussteifungen wirkungs­ voller verankert oder eingeschlossen, wenn die Krümmung der Aussteifungen vorausgesetzt wird. Außerdem verstärkt eine Rippenversteifung auf den Aussteifungen diesen Effekt. Folg­ lich wird das Gummi einer wesentlich geringeren Dehnung und Verformung, insbesondere in einer axialen Richtung, ausgesetzt, und die Lebensdauer des Bohrlochpreventers wird somit vergrößert.

Die erfindungsgemäße Dichtungseinheit wird nun anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen ist

Fig. 1 eine Stirnansicht, teilweise im Schnitt, einer in einen Bohrlochpreventer eingebauten ringförmigen Dichtungseinheit,

Fig. 2 eine vergrößerte Grundrißansicht, teilweise weggebrochen, entlang der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 ein Aufriß entlang der Linie 3-3 der Fig. 2,

Fig. 4 eine der Fig. 2 gleiche Ansicht, die jedoch die ringförmige Dich­ tungseinheit um das Bohrlochrohr herum geschlossen zeigt,

Fig. 5 ein Aufriß entlang der Linie 5-5 der Fig. 4,

Fig. 6 ein bruchstückartiger, in linearer Abwicklung ent­ lang der Linie 6-6 der Fig. 2 dargestellter Aufriß,

Fig. 7 ein Seitenriß eines metallischen Einsatzes, wie er in der Dichtungseinheit nach den Fig. 1 bis 6 Anwendung findet,

Fig. 8 eine Endansicht entlang der Linie 8-8 der Fig. 7,

Fig. 9 eine Grundrißansicht des Einsatzes nach Fig. 7, von oben gesehen,

Fig. 10 eine schematische Ansicht ähnlich der Fig. 9, wobei je­ doch die gerichtete Orientierung verschiedener horizon­ taler Abschnitte gezeigt ist,

Fig. 11 bis 14 Schnitte auf den Linien 11-11 bis 14-14 der Fig. 7,

Fig. 15 eine Ansicht ähnlich der Fig. 7, die jedoch einen modi­ fizierten Aufbau des Einsatzes zeigt,

Fig. 16 eine Endansicht des Einsatzes nach Fig. 15 entlang der Linie 16-16,

Fig. 17 eine Grundrißansicht des Einsatzes nach Fig. 15 von oben gesehen,

Fig. 18 eine schematische Ansicht des Einsatzes nach Fig. 15, ähnlich der Fig. 17, wobei jedoch die gerichtete Orien­ tierung der horizontalen Abschnitte gezeigt ist,

Fig. 19 bis 24 Ansichten von Schnitten entlang der Linien 19-19 bis 24-24 der Fig. 15 und

Fig. 25 eine Ansicht ähnlich der der Fig. 6, wobei jedoch ein anderer Aufbau gezeigt ist.

Wie aus den Fig. 1 und 3 hervorgeht, weist der Bohrlochpreventer 10 ein metallisches Gehäuse 11 mit einem Flansch 12 an seinem unteren Ende und mit Schrauben 13 auf, mittels derer er an einem Futterrohrflansch 14 des Bohrlochkopfes oder an einer anderen Bohrlochkopfvorrichtung befestigbar ist. Das Ge­ häuse 11 weist einen Kolben 15 auf, der in einer Kammer 16 in Ab­ hängigkeit von einem nach oben auf die Kolbenfläche 17 ausge­ übten hydrostatischen Druck aufwärtsbewegbar ist, um eine ring­ förmige Dichtungseinheit 18 über den von einer Kolbennockenflä­ che 22 gegen die Außenfläche 23 der Dichtungseinheit 18 ausgeübten Druck zu verengen. Wenn die Dichtungseinheit 18 ausreichend radial nach innen verschoben worden ist, bildet sie eine Abdichtung um ein Bohrrohr 19 herum, das sich längsaxial durch den Bohrlochpreventer 10 erstreckt. Ist kein Bohrrohr vorhanden, so wird die Dichtungseinheit 18 den vertikalen Kanal 20 des Bohrlochpreventers 10 vollkommen absperren, wenn die Dichtungseinheit 18 durch den Kolben 15 ausreichend verengt worden ist. Bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 15 in Abhängigkeit von dem auf die Fläche 24 ausgeübten hydrostatischen Druck dehnt sich die Dich­ tungseinheit 18 radial nach außen in die in den Fig. 1 und 2 ge­ zeigte offene Stellung aus. Die ringförmige Kolbenfläche 25 kann in einer Bohrung 26 der Gehäusekappe gleitend geführt sein.

Die Dichtungseinheit 18 endet normalerweise vertikal unter der unteren Fläche 27 der Gehäusekappe. Hydrostatische Drucklei­ tungen 28 und 29 verbinden Kammern 30 bzw. 31 mit dem Außen­ druck. Eine vertikale Hülse 32 kommuniziert mit dem Bohr­ loch über das Gehäuse 33, und das Oberteil der Hülse 32 sitzt auf der Dichtungseinheit 18 auf, wenn der Kolben 15 sich in der un­ teren Stellung befindet.

Die Achse 36 der Dichtungseinheit 18 verläuft längsaxial im Bohrlochpreventer 10 und die Dichtungseinheit 18 ist gegen ihre Achse 36 druckmäßig radial verschiebbar und ver­ engbar. Die Dichtungseinheit 18 weist folgende Elemente auf:

• a) metallische Einsätze 37, die im allgemeinen kreisförmig im Abstand voneinander um die Achse 36 herum angeordnet sind und Aussteifungen 42 aufweisen, die schiefwinklig verlaufend sich sowohl in Achsrichtung als auch umfangsmäßig um die Achse 36 herum erstrecken und Oberflächen 38 mit in Längsrichtung gewandten Ausdehnungen 38 a aufweisen, und
• b) einen Kreisring 39 aus elastomeren Material, der um die Achse 36 angeordnet ist und in dem die Aussteifungen 42 eingebettet sind. Der Kreisring 39 steht mit den Oberflächenteilen 38 a derart in Berührung (Fig. 6), daß die Ausstei­ fungen 42 das Material des Kreisrings 39 verankern und einer Aufwärtsverschie­ bung des Materials in Längsrichtung bei extremen Druck auf die Dichtungseinheit 18 während der druckmäßigen Verschie­ bung letzterer widerstehen, wie aus den Fig. 4 und 5 her­ vorgeht.

Die einander ähnlichen Einsätze 37, die aus den Fig. 1 bis 14 hervorgehen, weisen obere und untere Platten 40 bzw. 41 auf, zwischen denen sich die Aussteifungen 42 erstrec­ ken. Die Aussteifungen 42 weisen obere und untere Teile 42 a bzw. 42 b mit entgegengesetzt gerichteter Krümmung auf. So sind z. B. - gesehen in radialer Richtung (Pfeil 43 in Fig. 6) - die oberen Teile 42 a konkav-konvex und die unteren Teile 42 b konvex-konkav gestaltet. Ferner ist ein Krümmungsbereich 44 zwischen den entgegengesetzt gekrümmten oberen und unteren Teilen 42 a bzw. 42 b vorgesehen. Außerdem ist die untere Platte 41 relativ zur oberen Platte 40 in Richtung des Pfeiles 43 winklig versetzt.

Aus den Fig. 5 und 6 geht deutlich hervor, daß die Ausstei­ fungen 42 eine aufrecht stehende Rippung 45, die sich über ihre Länge erstreckt, und eine seitliche, um sich herum laufende Rippung 46 aufweisen, wobei die seitliche Rippung 46 so vorragt, daß zusätzliche Flächen zur Verankerung des Gummimaterials des Kreisrings 39 gegen eine Längsverschiebung bei einem ex­ tremen Gesamtdruck gebildet werden. Die Rippung 45 ist entsprechend wie die Aussteifungen 42 gekrümmt und verankert das Gummimaterial gegen ein übermäßiges radiales Einwärts­ fließen während der radialen Verengung der Dichtungseinheit 18. Eine solche Verengung hat zur Folge, daß die gebogenen, auf­ einanderfolgenden Aussteifungen 42 bei radialer Einwärtsverschiebung der Dichtungseinheit 18 ineinandergeschachtelt werden, wobei der untere Teil 42 b jeder Aussteifung 42 sich unterhalb des oberen Teils 42 a der nachfolgenden Aussteifung erstreckt. Dies hat zur Folge, daß das Gummi oder elastomere Dichtungsmaterial zwischen den ineinandergeschachtelten Aussteifungen 42 besser festgehalten oder besser gegen eine Aufwärtsverschiebung als bei herkömmlichen Dichtungseinheiten verankert wird, bei denen die Aus­ steifungen vertikal und parallel gehalten werden.

Wie aus den Fig. 7 bis 10 hervorgeht, erstrecken sich die oberen und un­ teren Teile 42 a bzw. 42 b der Aussteifungen 42 seitlich parallel bis in die Nähe der Achse 36. In diesem Zusammenhang sind in Fig. 10 Horizontalschnitte 50, 51, 52 und 53 der Aussteifung 42 schematisch dargestellt. Die Schnitte 50 und 51 sind in verschiedenen Aufrissen im oberen Teil 42 a der Aussteifung 42 und die Schnitte 52 und 53 in verschiedenen Aufrissen in dem unteren Abschnitt 42 b der Aussteifung vorge­ nommen worden. Die Schnitte 50 bis 53 sind keilförmig und wei­ sen parallele zentrische Achsen 50 a bis 53 a auf. Die Platte 41 ist in bezug auf die obere Platte 40 und Schnitte 50 bis 53 winklig versetzt und derart ausgerichtet, daß bei um das Bohrrohr 19 geschlossener Dichtungseinheit 18 oder bei in sich selbst geschlossener Dichtungseinheit 18 im Falle eines of­ fenen Bohrloches die Achse 41 a der keilförmigen Platte 41 zur Achse 36 hin gerichtet ist oder dicht an letzterer liegt.

Die in den Fig. 11 bis 14 gezeigten seitlichen Schnitte sind parallel zueinander und in von der Horizontalen leicht versetzten Ebenen geführt, wodurch sich keilförmige Schnittansichten mit zueinander parallelen Achsen 55 bis 58 ergeben. Die Schnitte gemäß Fig. 11 und 12 sind dem oberen Teil 42 a der Aussteifung 42 und die Schnitte gemäß Fig. 13 und 14 dem unteren Teil 42 b der Aussteifung 42 zu­ geordnet. Aus Fig. 7 geht hervor, daß die untere Platte 41 im Verhältnis zur oberen Platte 40 nach einwärts versetzt ist. Aus Fig. 8 geht hervor, daß der obere Teil 42 a eine zusätzlich gekrümmte Ausdehnung 60 mit in Längsrichtung nach unten gerichteten Flächen aufweist, um das abdichtende Gummi darunter zu verankern. Die Ausdehnung 60 befindet sich an der zur Ausdehnung 38 a gegenüberliegenden Seite der Aussteifung 42 und ist nach unten gerichtet.

Aus den Fig. 15 bis 24 geht ein modifizierter metallischer Einsatz 137 hervor, der dem metallischen Einsatz 37 bis auf folgende Aus­ nahmen ähnlich ist: Die hori­ zontalen Schnitte 169 bis 174 gemäß den Fig. 15 und 18 bzw. 24 sind entlang der Ausstei­ fung 142 durch diese fortschreitend schiefwinklig geführt, d. h. die Schiefwinklig­ keit steigt entlang der Längsachsen der Schnittbilder an, wie sie z. B. durch die Achsen 169 a bis 174 a bestimmt werden. Die Verlängerungen dieser Achsen treffen sich in Punkten auf der gemeinsamen Längsachse 200, die parallel zur Achse 136 der Dichtungseinheit verläuft. Die Achse 200 kann mit der Achse 136 in einigen Stellungen der Dichtungseinheit, z. B. im nicht verengten Zustand, im teilweise verengten Zustand oder im vollkommen verengten Zustand zusammenfallen. Die Schnitte 169 bis 171 sind dem oberen Teil 142 a der Aussteifung 142 und die Schnitte 172 bis 174 dem unteren Teil 142 b der Aussteifung 142 zugeordnet.

Die untere Platte 141 erstreckt sich auch in seitlicher Richtung zu der Achse 200 hin, obwohl sie zur oberen Platte 140 versetzt ist, wie aus der Grundrißansicht der Fig. 18 hervorgeht. Die unteren Platten weisen somit eine zur Längsachse 136 des Bohrlochpreventers im wesentlichen radiale Erstreckung bei gleichzeitig länglicher Ausbildung auf. Die obere Platte 140 erstreckt sich auch gegen die Achse 200.

Wie aus den Fig. 1 bis 3 hervorgeht, weist das Dichtungsmate­ rial radiale Schlitze 250 und 251 am oberen Teil bzw. am Boden der Dichtungseinheit 18 auf. Diese Schlitze 250, 251 sind einer Verengung der Dichtungseinheit 18 ausgesetzt. Die Schlitze 250, 251 sind umfangsmäßig im Abstand voneinander zwischen den oberen und unteren Platten 40 bzw. 41 nahe der Einsätze 37 angeordnet.

Aus Fig. 6 geht schließlich eine andere Ausführung der Einsätze 337 hervor, die obere und untere Platten 340 bzw. 341 auf­ weisen, die zentrisch vertikal übereinander angeordnet sind. Die Einsätze 337 weisen Aussteifungen 342 auf, die seitlich aus der vertikalen Ausrichtung mit den Platten 340 und 341 aus­ gewölbt sind. Die Aussteifungen 342 können gekrümmt sein und Oberflächen mit in Längsrichtung gewandten Ausdehnungen bil­ den, um einer Verschiebung in Längsrichtung (d. h. in verti­ kaler Richtung) des Kreisringes 339 aus elastomerem Material zu widerstehen, in das die Aussteifungen eingebettet sind. Die Aussteifung 342 weist kon­ vexe und konkave seitliche Flächen 337 a und 337 b auf. Diese doppelt gekrümmte Gestaltung läßt sich durch Einsatz von Formwerkzeugen erzielen, wie sie herkömmliche Dichtungseinheiten verwenden, wobei die obere und untere Platte des Einsatzes im Abstand voneinander an­ geordnet sind.

Claims (5)

1. Ringförmige Dichtungseinheit eines Bohrlochpreventers, die gegen ihre Achse druckmäßig einwärts verschiebbar ist und einen um die Achse angeordneten Kreisring aus elastomerem Material sowie metallische Einsätze aufweist, die allgemein kreisförmig mit Abstand voneinander um die Achse herum angeordnet und in dem elastomeren Material eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die metalli­ schen Einsätze (37, 137) Aussteifungen (42, 142) aufweisen, die schiefwinklig verlaufend sich sowohl in Achsrichtung, als auch umfangsmäßig um die Achse (36) erstrecken.

2. Dichtungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussteifungen (42, 142) - gesehen in radialer Rich­ tung - ein oberes konkav-konvexes Teil (42 a, 142 a) und ein unteres konvex-konkaves Teil (42 b, 142 b) aufwei­ sen.

3. Dichtungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Einsatz (37, 137) eine obere Platte (40, 140) und eine untere Platte (41, 141) aufweist, zwi­ schen denen seine Aussteifung (42, 142) angeordnet ist, und daß die untere Platte (41, 141) zur oberen Platte (40, 140) winklig versetzt ist.

4. Dichtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussteifungen (42, 142) radial zur Achse (36) hin langgestreckt sind.

5. Dichtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Aussteifun­ gen (42, 142) bei radialer Einwärtsverschiebung der Dichtungs­ einheit (18) ineinander verschachtelt sind.