DE3229006A1

DE3229006A1 - Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE3229006A1
Application number: DE19823229006
Authority: DE
Inventors: Terry Lynn 77056 Houston Tex. Shinn
Original assignee: Smith International Inc
Current assignee: Cameron International Corp
Priority date: 1981-08-03
Filing date: 1982-08-03
Publication date: 1983-02-17
Also published as: NL8203027A; GB2103309A; GB2103309B; JPS5829994A; US4455040A; CA1176974A; FR2510702A1; JPH0233837B2; FR2510702B1

Description

- li -

Die Erfindung bezieht sich auf hohem Druck ausgesetzte Bohrlochkopf ausrüstung in Ölfeldern und betrifft insbesondere Dichtungen zur Abdichtung innerhalb der Bohrlochkopfausrüstung gegen Drücke im Bereich bis zu 2C?C bar (30 COO psi) .

Sine der Hauptschwierigkeiten beim Niederbringen von Tiefbohrungen und bei der Förderung aus derartigen Bohrungen verursacht der darin angetroffene hohe Druck. Ss ist bekannt, daß in modernen tiefen Gasbohrungen ein SoBendruck bis zu 2070 bar (30 000 psi) herrschen kann. Wenn der Druck einmal über 1380 bar (20 000 psi) ansteigt, so verursacht das qualitativ andere mechanische Probleme, die bei der Auslegung von Dichtungen für den Bohrlochkopf gelöst werden müssen. Dabei besteht nicht nur die Schwierigkeit, eine Abdichtung mit minimalen Leckverlusten zu erzielen, sondern das Hochdruck-Abdichtproblem wird weiter erschwert durch die hohen ■Temperaturen an der Sohle und durch die korrodierenden Gase. Angesichts der vorliegenden Tiefen und der Kompliziertheit von Fcrdergeräten müssen für diese ultrahohen Drücke einzusetzende Geräte so ausgelegt sein, daß sie nach ihrer Anbringung aber vor der eigentlichen Förderung geprüft werden können. Sin unrichtiger Sitz muß in einem Stadium feststellbar und korrigierbar sein, wenn der Ausbau noch relativ rasch und ohne große Kosten möglich ist.

Ss ist allgemein bekannt, daß bei mäßigen Drücken tellerfederartige Dichtungen zufriedenstellend sind. Aber selbst bei mäßigen Drücken sind derartige Dichtungen im allgemeinen nicht elastisch genug um gegen eine beträchtliche Druckschwankung oder eine Druckumkehr abdichtend zu wirken, ohne daß die Abdichtung für Niedrigdruck verlorengeht. Sie ermöglichen deshalb nicht das Aufbringen von Früfdruck aus einer Richtung entgegengesetzt zum Arbeitsdruck.

Beim Sinsetzen einer Verrohrungsaufhängevorrichtung werden

die Dichtungen, sobald der Aufhänger im Bohrloch in seine Lage abgesenkt ist, im allgemeinen durch das Gewicht des vom Aufhänger abgestützten, herabhängenden Rohrstranges justiert oder eingerichtet. /\ienn der nächste Kopf oberhalb des Rohraufhängers eingebaut werden soll, muß die Unversehrtheit von Zwischendichtungen zwischen dem Rohraufhänger und dem Kopf geprüft werden. Die meisten bekannten Einrichtungen haben keine Möglichkeit einer Druckprüfung aus einer anderen Richtung als von der Arbeitsdruckseite. Wenn Prüfdruck auf in einer Richtung wirksame Metalldichtungen aufgebracht wird, leiden Dorn und Bohrung häufig Schaden, da tellerfederartige Dichtungen in die Oberfläche "eingeprägt" werden oder sich in die Oberfläche eingraben, so daß die Dichtung unter Druckschwankungen nicht mehr wirksam ist. Um sowohl eine Niedrigdruckabdichtung (beim Justieren) und eine Hochdruckdichtung (gegen Arbeitsdruck) zu erzielen, ist in vielen bekannten Einrichtungen eine zusammengesetzte Slastomer/Ketall-Dichtung oder ein Satz aus V-förmigen (Chevron) elastomeren Fackungen zusätzlich zu der Hauptmetalldichtung vorgesehen, zwischen denen der Prüfdruck für die Metalldichtung aufgebracht wird. Allerdings ist die Anwendbarkeit derartiger elastomerer Dichtungen stark eingeschränkt, oder sie können gar nur einmal benutzt werden in sauren GasUmgebungen, bei hohem Druck und bei Betriebstemperaturen von bis zu ca. 177⁰C (35O⁰F). Häufig werden gemäß verwandtem Stand der Technik weichere Metalle für kegelstumpfförmig verjüngte Dichtungen vorgesehen. So offenbart z.B. US-PS 1 323 660 eine Bohrloch-Abdeckvorrichtung, die aus einer auf die Verrohrung passenden Hülse besteht, welche mittels keilförmiger Gleitstücke, deren Innenflächen sägezahnförmig gestaltet sind, gegen die Verrohrung gedrückt v/ird, wobei gekrümmte Zähne zum Eingriff mit der Verrohrungswand gebildet werden. Zwischen den keilförmigen Gleitstücken und einem erweiterten Kragen am unteren Ende der Hülse sind mehrere kegelstumpfförmig gestaltete Ringe aus einem sehr weichen "etall, beispielsweise Blei angeordnet. Wenn ein Blowout droht, bewirkt der Verrohrungsdruck, daß der konische Ring zwischen den Gleitstücken und dem Kragen zusammengepreßt wird.

Da die Ringe aus weichem Metall bestehen, werden sie flachgedrückt und lassen dadurch eine engpassende Verbindung zwischen der Verrohrung und der Hülse entstehen. Da Blei jedoch ein Metall praktisch ohne Zähigkeit, Biegsamkeit und Elastizität ist, könnte es nicht viel Beanspruchung in Umfangsrichtung und Dehnung aushalten und würde bei aufhörender Belastung nicht wieder seine ursprüngliche Gestalt annehmen. ~:leinn nicht das Anfangsspiel zwischen einem solchen Bleidichtring und der Innen- und Außenfläche, zwischen denen er abdichten soll, an Null angenähert ist, bricht der Bleiring unter Ringspannung beim Aufbringen von Belastung, i'/enn eine Dichtungsdruckförderung längs der radialen Oberflächen wirksam v/erden soll, müssen die Ringspannungen imstande sein, die Ringe in radialer Richtung elastisch zu dehnen.

Die Benutzung einer Serie kegelstumpfförmig gestalteter Fackungsringe, die nicht aus Metall sondern aus einem porösen Werkstoff bestehen, lehrt US-FS 2 09O 956. Diese Ringe können in Längsrichtung zwischen ähnlich gestalteten Anpaßringen zusammengedrückt werden. Zwischen den abgeschrägten Flächen der Anpaßringe werden die weicheren Fackungsringe flachgedrückt und radial gegen die Dichtungsflächen gepreßt.

Bei einer im Bohrlochinnern zu benutzenden Packung gemäß US-FS 2 120 982 ist eine 'Bleihülse vorgesehen, die mit dem Innendurchmesser eines konzentrischen Verrohrungsstranges in Berührung tritt. Ein alternatives Ausführungsbeispiel sieht die Verwendung keilförmiger, miteinander in Eingriff tretender Ringe in kegelstumpfförmiger Gestalt aus Blei vor, die komprimiert werden und die Dichtungsberührung zwischen der Oberfläche am Innendurchmesser und am Außendurchmesser fördern, wenn eine Belastung durch Einrichtungsdruck erfolgt, der durch das Zusammenschrauben der Verrohrung mit einem Futterrohr erzeugt wird. Es besteht allerdings ein beträchtlicher Spalt zwischen dem Futterrohr und dem Kantelrohr, so daß der Bleikeil nach außen erweitert werden muß, wenn es zu einer Abdichtung kommen soll. Diese Keile wirken dann eher wie eine

Lippendichtung, d.h. sie sind ausgesprochen einseitige Abdichtungen.

üine Kombinationspackung, in der eine weiche Sleidichtung als Unterstützung einer Packung aus Gewebe oder einer zweiten weichen Metalldichtung für größere Zuverlässigkeit vorgesehen ist,- geht aus US-PS 2 135 583 hervor. Die Packung wird durch das Gewicht des Rohrstranges justiert und eingerichtet und zu einer insgesamt kegeistumpfförrnigen Gestalt zusammengedrückt. US-PS 3 3^7 319 bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Aufhängen von Verrohrungen mit großem Durchmesser. Dabei ist ein innerer, hängender Ring von insgesamt dreieckigem Querschnitt mit der Innenseite des größeren Stranges der Verrohrung verschweißt. Ein entsprechend verjüngter äußerer hängender Ring von insgesamt kegelstumpfförmiger Gestalt ist an der Außenseite der kürzeren Länge der Verrohrung befestigt. Die in dieser Patentschrift erwähnten beiden Hauptzwecke dieser Ketall-Ifetall-Dichtung bestehen darin, einen Vorsprung zu schaffen, an dem die nachfolgende Länge der Verrohrung aufgehängt werden kann, und die Verrohrung zu verstärken, damit sie nicht durch Druck von außen zerstört wird. Eine Abdichtfunktion scheint weder beabsichtigt noch erreicht zu sein.

Aus U3-FS 3 V36 C8k geht eine Packung mit einem elastomeren Fackungselement hervor, welches so eingehalten ist, daß ein Fließen des elastomeren Materials unter Druck im wesentlichen verhindert ist. Durch vertikale Schnitte in Abständen voneinander entsteht eine Reihe gekrümmter Segmente längs einer Umfangskants des verformbaren Packungselements. An den Segmenten sind Platten aus Metall oder mit hartem zähem Harzbelag an den zusammenwirkenden vertikalen Stirnflächen angeformt, und durch die Stirnplatten verschiebbare Verbindungsstifte, die der Verstärkung dienen, verhindern, daß das Packungselement unter Druck in Längsrichtung fließt, wenn das Packungselement selbst nach außen gedrängt wird.

In US-PS 3 797 864 ist eine Aufhängeeinrichtung für eine Bohrlochverrohrung mit einer Dichtung beschrieben, die tie im tatsächlichen Zusammenpressen der Dichtung in abdichtenden Eingriff mit einander gegenüberliegenden zylindrischen Wänden des Aufhängerkörpers und eines v/eiteren Körpers verformbar ist. Die Dichtung ist zusammengesetzt aus einem zylindrischen elastomere« Körper und einem metallischen Rand bzw. Endringen an den Ecken des elastomeren Elements. Die Endringe sind mit Randlippen versehen, welche in entgegengesetzter Richtung in abdichtenden Metall-Metall-Eingriff mit den Zylinderwänden verformt werden. Die Ketallringe scheinen also hauptsächlich die Aufgabe zu haben, das Extrudieren des elastomeren Elements zu verhindern.

US-FS 3 9C2 7^3 befaßt sich mit einer zurückziehbaren Stützschulteranordnung, die einen Sitz in Form eines Spaltringes bildet, welcher das Niederbringen von Werkzeugen maximaler Größe ins Bohrlochinnere durch die obere Zugangsöffnung des Verrohrungskopfes bei Bohrtätigkeit erleichtert. In gestreckter Stellung bildet das Sitzelement in Form des geteilten Ringes eine im wesentlichen einen vollen Kreis ausmachende Sitzfläche, die einen Aufhänger einer Verrohrung oder sonstigen Vorrichtung im Kopf fest und richtig abstützt. In dieser Stellung hat das Dichtelement insgesamt kegelstumpfförmig verjüngte Sitzflächen, die keinerlei Dichtfunktion zu haben scheinen.

l~.it der Erfindung sollen die Schwierigkeiten und Mängel des Standes der Technik überwunden werden und insbesondere in zwei Richtungen Druck aufbringbar sein, um eine Dichtung aus einer anderen Richtung als der des Betriebsdrucks prüfen su können.

In einer Aufhängevorrichtung für eine Rohrleitung ist ein Γ,-etalldichtring zwischen einem Stützring und einer Stangenschulter zur Abdichtung gegenüber extrem hohem Druck von bis zu 2C7O bar (30 OCO psi) aus der einen oder anderen Richtung

eingesetzt. Bei der bevorzugten Ausführungsf orm ist eine obere und eine untere Dichtung in den Ringraum zwischen dem Rohrleitungsaufhänger, dem Mantelrohraufhänger oder der Stange und dem Rohrleitungskopf oder Mantelrohrkopf angeordnet. • Den liinrichtdruck oder Justierdruck für die untere Dichtung liefert das Gewicht der Rohrleitung oder des IVlantelrohres, welches über den Stützring auf den Dichtring übertragen wird. Im vorläufig zusammengesetzten Zustand bilden die axialen (vertikal verjüngten) Lagerflächen des Dichtringes einen Winkel von 23° mit den vertikalen (radialen) Dichtflächen des Dichtringes. In fertigzusammengesetztem Zustand entspricht dieser './inkel und folglich die Lagerflächen des Dichtringes den entsprechenden passenden Oberflächen am Rohrleitungsaufhänger und am Stützring, die einen Winkel von 30 mit der horizontalen Ebene bilden.

Wenn auf die Dichtungsanordnungen Vorbelastungen oder Arbeitsdruck ausgeübt wird, wirkt· dieser Druck auf die jeweiligen Dichtringa unter Aufbringen von Druckbelastung, so daß die dabei entstehenden Kräfte an den Dichtungsflächen in radialer Richtung wirken (nach innen und nach außen). Die durch die Belastung geförderten Reaktionskräfte senkrecht zu den Lagerflächen erzeugen folglich radiale Komponenten, die im wesentlichen gleichen Kontaktdruck gegen die Innendurchmesser-Lagerflächen und die Außendurchmesser-Lagerflächen ausüben. Auf diese Weise ist der Ringraum gleichermaßen gut gegen Druck von oben und von unten abgedichtet. Folglich ist es möglich, die gesamte Dichtungsanordnung vor der Förderung durch Aufbringen von Prüfdruck in Arbeitsdruckgröße im v/esentlichen in Richtung entgegengesetzt zur Richtung des Arbeitsdrucks zu prüfen.

Im Folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläuterte. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht der typischen Umgebung von Dichtungen gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Dichtungsringes gemäß der Erfindung!

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungs-"beispiels der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine typische Umgebung für die Erfindung gezeigt, aus der ein Bohrlochkopf oder Rohrleitungskopf hervorgeht, der einen Rohrleitungshänger · 20 abstützt, welcher mittels eines Rohrleitungskopf-AnschluSstücks 30 und Sicherungsschrauben 21 in seiner Lage gehalten ist. Der Rohrleitungskopf 10 und der Rohrleitungsaufhänger 2 0 ist durch eine Dichtungsanordnung 4-0 gegenüber Druck im Innerendes Bohrlochs abgedichtet, während der Rohrleitungsaufhänger 2 0 und das Rohrleitungskopf-Änschlußstück 30 mittels einer Dichtungsanordnung 50 gegenüber dem Druck im Bohrloch abgedichtet ist. Im Rohrleitungskopf 10 und im Anschlussstück 3 0 sind in den einander zugewandten Flächen 24 und 26 Ringnuten 13 und 22 ausgebildet, mit deren bänden 14 und 16 eine Metallringdichtung 12 abdichtend in Eingriff steht. Im Rohrleitungskopf IC sind um den Umfang herum durchgehende Öffnungen 32 vorgesehen, die Schraubbolzen 28 aufnehmen, die z.B. bei j4 in das AnschluiBstück 30 eingeschraubt sind. VJie Fig. 1 zeigt, ist die Erfindung beim Niederbringen eines einzigen konzentrischen Stranges vorgesehen, wie insgesamt im "Composite Catalog of CiI Field Equipment and Services" 198C-Sl₁ S. 4-9C9 beschrieben und ausdrücklich hier eingeschlossen. Aber die Erfindung kann auch bei der I-Iiederbringung mehrfacher paralleler Stränge benutzt werden, wie insgesamt im "Composite Catalog of Oil Field Equipment and Services", I98O-8I, S. 4910 gezeigt und beschrieben und hier ausdrücklich eingeschlossen. Es sei noch erwähnt, daß der Bohrlochkopf (Rohrleitungskopf 10) einen weiteren Bohrlochkopf (Verrohrungskopf) überragt, an dem er befestigt ist und in dem ein Rohrleitungsstrang (Verrohrung) hängend angebracht ist, wie aus der oben genannten Veröffentlichung hervorgeht, und daß sich eine Rohrleitung 25

gemäß Fig. 1 gemeinsam mit dem Kantelrohr im Bohrloch herab z.3. bis zu den fündigen Formationen erstreckt.

Der Rohrleitungskopf IC hat eine innere Ansenkung, die eine nach oben weisende und nach innen-unten abgeschrägte kegelstumpf förmige Schulter 38 zum abstützenden Eingriff mit einer nach unten weisenden, nach außen-oben abgeschrägten, ringförmigen, kegel stumpfförmigen Schulter 42 am Rohrleitungsaufhänger 2 0 aufweint. Im Rohrleitungsaufhänger 20 ist die Rohrleitung 25 innerhalb des Bohrlochs durch den Stützeingriff zwischen den Schultern 33 und 42 hängend abgestützt, wodurch schließlich das Gesamtausmaß der Bewegung des Rohraufhangers 2 0 in den Rohrleitungskopf 10 begrenzt ist.

Unterhalb der kegeistumpfförmigen Schulter 38 hat der Rohrleitungskopf 10 einen Bereich mit kleinerem Durchmesser oder eine der Abdichtung dienende Ansenkung 44, die eine nach oben weisende und nach innen-unten abgeschrägte, kegelstumpfförmige Schulter 46 zum Abstützen einer Dichtungsanordnung 4o bildet. Die nach unten v/eisende kegelsturapfförmige Schulter 42 am Rohrleitungsaufhänger 2 0 hat eine innere, ringförmige, nach unten weisende und.nach außen-oben abgeschrägte, kegelstumpfförmige, der Bedienung dienende Schulter 43, deren Außendurchmesser 52 so bemessen ist, daß er teleskopartig in der Ansenkung 44 des Rohrleitungskopfes IC aufnehmbar ist. Unterhalb der unteren Dichtungsanordnung 40 hat der Rohrleitungsaufhänger 2 0 um seinen Außenumfang herum einen Haltering 94, der die Abwärtsbewegung der Dichtungsanordnung 4o beim Einbau oder Ausbau der Aufhängungseinrichtung begrenzt.

Das Rohrleitungskopf-Anschlußstück 30 hat einen Bereich mit etwas vergrößertem Innendurchmesser oder eine der Abdichtung dienende Ansenkung 54, deren Durchmesser im wesentlichen dem Durchmesser der Ansenkung 52 des Rohrleitungsaufhängers 20 entspricht. Für den Zusammenbau gemäß Fig. 1 weist der Rohrleitungsaufhänger 20 eine nach oben weisende, nach außen-unten abgeschrägte, kegelstumpfförmige Schulter 58 auf, gegen die die Sicherungs-

3chrauben 21 anzuziehen sind. Oberhalb der Schulter 58 ist der Rohrleitungsaufhänger 2 0 mit einer Ringfläche 62 versehen, die einen der Ansenkung J6 im Rohrleitungskopf 10 gegenüberliegenden Bereich ha

t.

Die für Dichtungszwecke vorgesehene Ansenkung 54 hat eine nach unten weisende, nach innen-oben abgeschrägte, kegelstumpf förmige Schulter 66, die mit der oberen Dichtungsanordnung in Eingriff steht. Oberhalb der Ringfläche 62 hat der Rohrleitungsaufhänger 20 einen Bereich von kleinerem Außendurchmesser oder Stützfläche 68, der bzw. die der Abdichtung dient und innerhalb der Ringfläche 62 liegt. Die Stützfläche 63 hat eine Oberflächenbearbeitung der Güte R"S 52 oder besser, d.h. eine glatte Oberflächenbearbeitung, die vorzugsweise durch Schleifen erzielt ist. Die Stützfläche 68 bildet eine nach oben weisende und nach innen-oben abgeschrägte, kegelstumpfförmige Schulter 7 0 zum Eingriff mit der Dichtungsanordnung ^C. Dadurch ist die Dichtungsanordnung $0 in der Ansenkung 5^ des Anschlusstüclcs 30 zwischen der Stützfläche 68 des Rohrleitungsaufhängers 20 und zwischen kegelstumpfförmigen Schultern 66, 7 0 des Anschlußstücks 3C bzw, des Rohrleitungsaufhangers 2 0 aufgenommen.

Das Rohrleitungskopf-Anschlugstück 30 hat einen Bereich 72 von kleinerem Durchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser der der Abdichtung dienenden Ansenkung $h. Wenn zusätzliches Prüfen von oben, d.h. in Richtung von Bohrioc hinnendruck erwünscht oder nötig ist, kann zwischen dom oberen Snde 76 des Bereichs 72 rr.it kleinerem Durchmesser und der Oberseite der Dichtungsanordnung 5C eine elastomere oder V-förmige (Chevron) Prüfpackung 7^ angeordnet sein.

Beim Zusammenbau entsteht zwischen dem Rohrleitungsaufhänger und dam Rohrleitungskopf 10 ein ringförmiger Bereich oder Ringraum 8C. Von dem unteren Teil des Rohrleitungsaufhängers 2 0 und der Rohrleitung 25 wird ein unterer ringförmiger Be-

reich cd3r Ringraum 82 mit dem Rohrleitungskopf 10 und der Rohrloitung 25 gebildet. Oberhalb der Dichtungsanordnung 50 ist z.B. zwischen der Prüfpackung 74· und einem oberen Stützrir.g 110 ein kleiner Ringraum 84· gebildet. Der untere Ringraum 32 unterhalb der Dichtungsanordnung 4-C wird vom Sohlendruck beaufschlagt, der auch den oberen Ringraum 84· durch die ο trcr.ungs öffnung 88 im Innern des R ohr auf hängers 2 0 und an der Prüfpackung 74- am oberen Ende des Rohraufhängers 2 0 vorbei beaufschlagt. Sine der Aufgaben der Dichtungsanordnungen 4· C, 5C ist es, den Ringraum 8 0 gegenüber Druck im Inneren des Bohrlochs zu isolieren.

Eine der v/ichtigsten Aufgaben der Erfindung besteht in der Prüfung der Dichtungsanordnungen 4· C₁ 50. Hierzu ist im Rohrleitungskopf-Anschlussstück 3 0 eine obere radiale Prüf Öffnung 9C und eine untere radiale PrüfÖffnung 92 für das Aufbringen von Prüfdruck auf die Dichtungsanordnungen 50 bzw. 4-0 vorgesehen. Um die obere Dichtungsanordnung 50 einer Druckprüfung unterziehen zu können, ermöglicht die Prüfpackung 74·, die in dem Bereich 72 mit kleinerem Durchmesser im Anschlußstück 30 oberhalb der Dichtungsanordnung 50 angeordnet ist, daß Prüfdruck durch die obere Prüföffnung·9 0 aufgebracht wird, um die Dichtungsanordnung 50 von oben zu prüfen. Die PrüfÖffnung 92 ermöglicht das Aufbringen von Prüfdruck, um gleichzeitig beide Dichtungsanordnungen 4-0 und 50 zu prüfen. Da die Dichtungsanordnungen gemäß der Erfindung die Fähigkeit haben, in beiden Richtungen abdichtend zu wirken, braucht der Prüfdruck nicht in der gleichen Richtung aufgebracht zu werden wie die ,Justierbelastung (und wie durch die Prüf Öffnung 9 0 auf die obere Dichtungsanordnung 50 ausgeübt), sondern er kann auch durch eine Prüföffnung 92 für beide Dichtungsanordnungen <C und 4-G erreicht werden (wodurch die obere Dichtungsanordnung 5C i-i entgegengesetzter Richtung zum Einricht- bzw. Ju-Gtierdruck geprüft wird).

Für eine detaillierte Beschreibung der Dichtungsanordnung 50

wird auf Fig. 2 verwiesen, die die Dichtungsanordnung 50 in vergrößerter Ansicht vor dem festen Anziehen des Rohrleitungskopf -AnschluSstücks 30 auf dem Rohrleitungskopf 10 zeigt. Da die untere Dichtungsanordnung ^O in Konstruktion und Funktion mit der oberen Dichtungsanordnung 50 identisch ist (lediglich umgekehrt eingebaut) gilt die Beschreibung von funktions- und konstruktionsmäßigen Einzelheiten der oberen Dichtungsanordnung 50-gemäß Fig. 2 analog auch für die untere Dichtungsanordnung ^C, die deshalb nicht im einzelnen beschrieben wird.

Zur Dichtungsanordnung 5C gehört ein Dichtring 100 und der Stützring 110. Wie schon erwähnt, ist die Dichtungsanordnung 50 auf der nach oben weisenden und nach außen-unten abgeschrägten, kegelstumpf förmigen Schulter ?0 des Rohrleitungsaufhängers 2 0 angeordnet. Radial ist die Dichtungsanordnung 50 sowohl in der Ansenkung 5^ des AnschluSstücks 30 als auch der Stützfläche 68 des Rohrleitungsaufhängers 2 0 angeordnet. Der Dichtrir.g 100 ruht auf der kegelstumpf förmigen Schulter 7 0 des Rohrleitungsauf häng er s 2 0, und der Stützring HC steht mit der nach unten weisenden und nach innen-oben abgeschrägten, kegelstumpfförmigen Schulter 66 des AnschluSstücks 3 0 in Zingriff.

Zurr, besseren Verständnis der /Jirkungsweise des Dichtringes ICG sind seine vier Oberflächen einzeln bezeichnet, d.h. erhat eine obere Lagerfläche 102, eine untere Lagerfläche 1C4, eine innere Lagerfläche 1C6 und eine äußere Lagerfläche 1C3. Die obere Lagerfläche 102 steht mit dem Stützring 110 in Singriff, die untere Lagerfläche 1C4 steht mit der nach oben '.veisenden kegelstumpfförirdgen Schulter 7C- des Rohrleitungsaufhängers 20 in eingriff, die innere Lagerfläche 1C6 steht mit der '.Vand der Ansenkung 68 im Rohrleitungsaufhänger 2 0 und die äußere Lagerfläche 108 mit der '-/and der Ansenkung 5^ i" AnschluSstück 30 in Singriff.

Der ."Juerschnitt des Dichtungsringes 100 gemäß Fig. 2 ist insgesamt rautenförmig und hat die Gestalt eines Parallel ogranims.

Die bei im Querschnitt dargestelltem Dichtring 100 von den Lagerflächen 102, 1C6 und 1C&, 108 eingeschlossenen Winkel, die mit Λ bezeichnet sind, haben in vorgespanntem Zustand vorzugsweise eine Größe von 28 . Wenn man vom Schnittpunkt zwischen den Lagerflächen 102 und 1C8 zum Schnittpunkt zwischen den Lagerflächen 1C&, 1C6 eine Linie zieht, so bildet sie mit einer zweiten Linie rechtwinklig zur Lagerfläche durch den Schnittpunkt zwischen den Lagerflächen 1C2 und 1C8 einen V/inkel B. In vorgespanntem Zustand hat dieser Winkel vorzugsweise eine Größe von 17° bis 20°. Die Abschrägung der nach oben weisenden, kegelstumpfförmigen Schulter 7 0 bildet verzugsweise einen V/inkel von 12 0° mit der VJand der Stützfläche 63.

Der Stützring 110 hat eine untere, nach unten weisende, kegelstumpfförmige Fläche 112, die zum Eingriff mit der oberen kegelstumpfförmigen Lagerfläche 102 des Dichtringes 100 geeignet ist. Der Stützring 110 hat außerdem eine nach oben weisende kegelstumpfförmige Fläche 11^· zum Zusammenwirken mit der nach unten weisenden kegelstumpfförmigen Schulter am ?,ohrleitungskopf-Anschlußstück 30.

¹BeIn Zusammenbau des AnschluSstücks 30 mit dem Rohrleitungs-. kopf 10 übt die von der nach unten weisenden kegelstumpfförmigen Schulter 66 auf den Stützring 110 ausgeübte Druckbelastung eine Einricht- oder Justierbelastung rechtwinklig zur Lagerfläche 102 des Dichtringes 100 aus. Diese durch Pfeile ar.gedeutete_/ rechtwinklig v/irkende Kraft bewirkt eine gleichfalls durch Pfeile angedeutete Reaktionskraft von der nach obpn weisenden kegelstumpfförmigen Schulter 70 am Rohrleitungsaufhänger 2 0 rechtwinklig zu der Lagerfläche ICM- des Dichtringes IOC·. Die auf den Stützring 110 und die Schulter 70 rechtwinklig zu den Lagerflächen 102 bzw. 1O^ des Dichtrin- ?es IOC wirkenden ?Iräfte haben innere und äußere radiale Komponenten (durch Pfeile angedeutet), die im wesentlichen den gleichen Berührungsdruck der inneren Lagerfläche 106 gegen die '//and der Stützfläche 68 des Rohrleitungsaufhängers 20

und der äußeren Lagerfläche 103 gegen die viand der Ansenkung 5^· im Anschlußstück 30 schaffen.

Umgekehrt bewirkt nach dem Einrichten der Dichtungsanordnung SC das Aufbringen von Prüfdruck durch die Prüföffnung 92 auf die untere Lagerfläche 1ΟΨ eine Druckbelastung rechtwinklig zur Lagerf-läche 1C4, wodurch wiederum der Stützring 110 eine Reaktionskraft rechtwinklig zur Lagerfläche 102 aufbringt. Die aus diesen Kräften rechtwinklig zu den Lagerflächen 102 und ICA resultierenden radialen Komponenten fördern wiederum zu im wesentlichen gleichen Anteilen den Berührungsdruck auf die ./and der Stützfläche 68 des Rohrleitungsaufhängers 2 0 und auf die './and der Ansenkung S^ des Anschlußstücks 3 C. Der Dichtring 100 kann also in zwei Richtungen betätigt werden, entweder von oben oder von unten,und dabei im wesentlichen den gleichen Kontaktdruck auf die innere und äußere Lagerfläche 106 bzw. 108 ausüben. Hewn auf den Ringraum 8^- Bohrlochinnenäruck ' ausgeübt oder durch die Prüföffnung 90 Prüfdruck aufgebracht wird, wird der Dichtring ICC aus der oberen axialen Richtung druckbeaufschlagt.

Herkömmliche Metalldichtringe sind sehr dünne kegelstumpfförmige Ringe in der Art von Beilagscheiben. Dagegen ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 der :/inkel B, der die Dicke des Dichtringes 10 steuert, erheblich größer für herkömmliche Dichtungen. Herkömmliche beilagscheibenartige oder telLerfederartige Dichtringe v/erden in axialer Richtung flachgedrückt, wenn Sinricht- oder Arbeitsbelastungen aufgebracht werden. Herkömmliche Dichtringe werden meistens auch ohne Stützringe verwendet, die ihnen entsprechend verjüngt sind. Zwischen insgesamt flache Lastübertragungsflächen geschichtet nimmt der Innendurchmesser derartiger dünner Ringe ab und der Außendurchmesser zu, was zu einem "Einprägen" in den Aufhänger oder Körper führt und eine plastische Verformung längs der radialen Dichtflächen der tellerfederartigen Beilagscheiben verursacht. Aufgrund dieser Beschädigung geht

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die !'iedrirdruckdichtung verloren, wenn die Spitzenbelastung bei Druckschwankungen abwechselnd erhöht und erniedrigt wird.

Dar in zwei Richtungen wirksame Dichtring ICO gemäß der Erfindung ist hingegen eine Druckbeaufschlagungsdichtung. Er ist go konstruiert, daß die gesamte je auftretende plastische Verformung im Zeitpunkt des Einrichtens oder Justierens dor Dichtung erfolgt. Der Dichtring 100 selbst muß deshalb besonders gut eingefaßt sein, und der erzeugte Kontaktdruck sowie die Streckgrenze der verwendeten ',Jerkstoffe so gewählt sein, daf3 es zu keiner weiteren plastischen Verformung im Arbeitsdruckbereich kommt, auch wenn dieser von der einen oder anderen Richtung aufbringbar ist.

Die entscheidenden Parameter, um eine in zwei Richtungen wirksame Abdichtung und unter ultrahohem Druck ebenso wie bei kontinuierlichem niedrigem Druck wirksame Dichtungen trotz zyklisch schwankenden Drucks zu erzielen, sind 1.) die Dicke des Dichtringes ICO, 2.) der Schrägungswinkel der kegelstumpffcrrr.igen, axialen Lagerflächen des Dichtringes 100 und 3·) die relative Streckgrenze der an den verschiedenen Lagerflächen oder Dichtflächen des Dichtrings 100, des Stützrings 110 und der Schultern 66, 7 0, 43 bzw. 46 zusammenwirkenden V/erkstoffe.

Die Dicke des Dichtrings 100 wird vom Winkel B gesteuert. Die Dicke ist eine Funktion des auftretenden Arbeitsdrucks und der von ihm erzeugten Kontaktbeanspruchungen. Durch die Einrichtbelastung induzierte ■ Ringspannungen müssen (unabhär.^io· von der Addition oder Subtraktion von Arbeitsbelastungen) innerhalb eines Bereichs liegen, dergerade etwas größer ist als die Streckgrenze des Materials des Dichtringes aber in federn Fall niedriger als die Grenzfestigkeit, die zum Bruch der Ringe führen würde, und auch weniger als die Beanspruchung, die eine Beschädigung in den zusammenwirkenden Teilen verursachen würde. Die Schultern 66, 7 0 und 46, 48 sind in ihrem Flächenbereich so bemessen, daß sie die richtige Belastungsmenge ergeben, die nötig ist, um die Dichtung

betriebsfertig zu machen (wobei es sich insgesamt um eins Belastung handelt, die etwas geringer ist als das Rohrleitungsgev/icht und die mit Hilfe der Sicherungsschrauben 21 entsprechend bemessen werden kann). Die Einrichtbelastur.g muß ihrerseits größer sein als jegliche Belastung, die Druck aus der entgegengesetzten Richtung ausüben kann, und andererseits so h"och, daß alle plastischen Verformungen während des Einrichtstadiums, erfolgen. Die elastische und plastische Verformung des im Rohrleitungskopf 10 auf der Schulter 46 abgestützten Stützringes 110 begrenzt das Gesamtausmaß an Vorbelastung, welches auf den Dichtring 100 ausgeübt werden kann.

Die für das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung gewählte geometrische Form schließt einen Schrägungswinkel (definiert durch Kinkel A) von ca. 30° nach dem Einrichten ein (siehe Fig. 3)· Für Dichtringe mit Durchmessern zwischen ca. IC bis 20 cm (4 bis 8 Zoll) und mit Querschnitten bis zu ca. 1,27 cm (1/2 Zoll) ruft der Winkel A anhand jeglicher axialer Arbeitsbelastung die richtigen radialen Additionskomponer.ten hervor, die Gesamtbeanspruchungen (radial) der Dichtfläche mit Grenzwerten oberhalb der Streckgrenze für den Dichtring und unterhalb der Grenzwerte der Streckgrenze für die Einsatzstange oder die Oberflächen des Rohrleitungskopfes gewährleisten.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht der Dichtring 100 aus rostfreiem, vergütetem Stahl Mr. 3l6 und hat eine Streckgrenze im Bereich von 2G?C bis 2587,5 bar (30 CCC bis 35 OCC psi). Der Stützring lic besteht aus eir.er Legierung oder aus Kohlenstoffstahl mit einer Streckgrenze von ca. 3^50 bar (50 000 psi). Die für den Rohrleitungskopf IC, den Rohrleitungsaufhänger 2C und das Rohrleitungskopf-Anschlußstück 30 verwendeten V/erkstoffe sind für den Fall von saurem Gas und für Drücke oberhalb 690 bar (IG COC psi) im allgemeinen aus dem Brinell-Härtebereich von 21C bis 235 -it einer Streckgrenze von ca. 5175 ^Dar (75 COO psi) gewählt.

Dis Dichtmaterial muß weich genug sein, um nachgiebig zu oein, so daß es sich Unregelmäßigkeiten in den Stützflächen des Aufhängers, d.h. an den Flächen 4°. und 68 und den Schultern 43, ?C anpaßt, und doch stark genug, um die auftretenden Belastungen stützen zu können. Für den als Material für der. Dichtring IGC gemäß der Erfindung gewählten rostfreien Stahl der TIr. 316 liegt der Arbeitsdruck von 207 0 bar (30 COC ?si) an der Streckgrenze. Ein gut eingefaßter Dichtrir.g paßt sich aber plastisch allen Unregelmäßigkeiten in dem (härteren) Stützring oder in den Schulterflächen an. Er behält dabei jedoch ein ziemliches Piaß an Elastizität bei, so daß zusätzliche Belastungen keine weiteren plastischen Verformungen hervorrufen und auch keine dauerhafte Beschädigung der Stützringe oder Schultern. Selbst aus einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Einrichtbelastung kommende zusätzliche Belastungen erzeugen aufgrund der geometrisch symmetrischen Anordnung der Schultergrenzflächen zwischen dem Dichtring und dem Stützring weitere radiale Komponenten, an die abdichtende Berührung selbst in diesem Fall nicht nachlassen zu lassen. Das Dichtringmaterial, d.h. der rostfreie Stahl dar Mr. Jl6 hat ein ausreichend großes elastisches Beharrungsvermögen, um eine vorgespannte Gestalt im wesentlichen wieder anzunehmen, so daß die Entfernung der Dichtungsanordnung ohne Beschädigung der Bohrung möglich ist. Auch wenn der Rohrleitungsaufhänger Jahre lang an Ort und Stelle bleiben soll, ist es sehr wichtig, daß ein Bohrlochkopf abgenommen werden kann, falls und wenn das nötig ist, ohne daß dabei zusammenpassende Dichtungsflächen zerstört v/erden.

Der für den Dichtring verwendete Werkstoff muß einen Wärmedehnungskoeffizienten haben, der etwa dem des Werkstoffs des Ctützrinfces und des Bohrlochkopfes und des Aufhängers entspricht, um jegliche überlastung oder Ringspalte innerhalb der Dichtungsanordnung bei erhöhten Arbeitstemperaturen zu vormeiden. Außerdem muß der Dichtring 100 aus einem sehr elastischen Werkstoff hergestellt sein, da er sehr hohen Ring-

spannungen ausgesetzt ist, die der VJerkstoff aushalten können muß, um die abdichtende Berührung unter extrem hohem Druck zu erhalten. Beim Aufbringen von Prüfdruck durch die Prüföffnung 92 expandiert z.B. der Rohrleitungskopf 10 unter dem im Ringraum 8 0 aufrechterhaltenen Druck radial nach au.2en (d.h. weg von der abdichtenden Lagerfläche 103), während gleichzeitig' der Rohrleitungsaufhänger 2 0 unter dem gleichen Druck innerhalb des Ringraums 8 0 radial nach innen zusammengepreßt wird·(d.h. weg von der abdichtenden Lagerfläche 1C6). Der Dichtring 100 muß diesen Bewegungen folgen können und eine abdichtende Berührung längs der Lagerflächen 1C6, 1C3 aufrechterhalten. Ein unelastischer, stark plastischer '.Verkstoff, z.B. Blei wäre vielleicht geeignet, den rein kompressiv wirkenden axialen Belastungen standzuhalten, hätte aber nicht die Zugfestigkeit und Biegsamkeit, die nötig sind, um die erforderliche radiale Expansion mitzumachen. Ein V/erkstoff von hoher Elastizität ist außerdem deshalb für den Dichtring nötig, weil Druckschwankungen und der Ausbau der Dichtungsanordnungen ^C, 50 ohne Beschädigung der Bohrung möglich sein naüssem

Fig. 3 zeigt zusätzliche Merkmale' und Abwandlungen des bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 und 2, wobei die allen Ausführungsbeispielen gemeinsamen Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Fig.3 zeigt einen abgewandelten Dichtring 2CC, der eine obere Lagerfläche 2 02, eine untere Lagerfläche 2 04, eine innere Lagerfläche 2C6 und eine äußere Lagerfläche 2C8 hat. Die obere Lagerfläche 2C2 steht in Eingriff mit dem Stützring IiG, die untere Lager fläche 2C4 steht in Eingriff mit der nach oben v/eisenden kegelstumpf förmigen Schulter 7 0 des Rohrleitungsaufhängers 2 0, die innere Lagerfläche 2c6 steht in Eingriff mit der Wand der Ctützflache 68 des Rohrleitungsaufhängers 2 0 und die äußere Lagerfläche 2C3 mit der "."'and der Ansenkung 5^ des Rohrleitun~skopf-Anschlußstücks 3C.

Dio luercchnittsgestalt des in Fig. 3 gezeigten Dichtringes 2CC ist wiederum insgesamt rautenförmig und hat die Gestalt ■2ines larallelogramms, wie auch in Fig. 2 gezeigt. Die von den Lasrerflächen 2C2, 2C6 und 2C^, 2CS eingeschlossenen V/ink°l ies Dichtrinsrs 2CC in dem in Fig. 3 gezeigten zusammengesetzten Zustand, die wiederum als '.Vinkel A bezeichnet sind, sir.d nunme-hr angepaßte I¹J ink el von 3C⁰, wie auch die passenden '-.'inlzel der Berührungsflächen 7 0 und 112 des Rohrleitungsaufhängers bzw. Stützringes HC. iVie oben beschrieben, ist der Dichtflächenwinkel zwischen den Lagerflächen 1C4, 108, 2 C^ und 2C3 der Dichtringe ICC bzw. 2 00 im vorgespannten Zuctand nur ca. 23°. '.Venn jedoch Sinrichtbelastung aufgebracht wird, verursachen die in den Dichtringen ICC, 2 00 induzierten Ring-pannungen, daß der Winkel A der 3C°-Geometrie des .j tut ζ ringes 110 und der Kontaktschulter 7 0 des Rohrleitungsaufhängers 2 0 angepaßt wird.

Der /."inkel 3 wird gebildet von einer Linie ausgehend vom Schnittpunkt der Lagerflächen 2 02, 2C8 zum Schnittpunkt der lagerflächen 2C4, 2C6 und einer zweiten Linie rechtwinklig zur Lagerfläche 2C8 durch den Schnittpunkt der Lagerflächen 2C2, 2CS. Dieser Kinkel 3 ist in dem in Fig. 3 gezeigten Zustand des Zusammenbaus vorzugsweise 15°.

Der Hauptunterschied zwischen dem Dichtring 100 des bevorzugten Ausführungsbeispiels und dem Dichtring 2 00 besteht darin, daß die innere Lagerfläche 2C6 zwei (oder mehr) im Querschnitt dreieckige Nuten 210, 212 und die äußere Lagerfläche 2C8 zv/ei (oder mehr) im Querschnitt dreieckige Nuten 22Λ, 216 aufweist. Durch die Nuten 21C, 212 und 214, 216 wird das Ausmaß der Berührungsfläche mit der ./and der Ansenkung 63 im Rohrleitungsaufhänger 2 0 und der //and der Ansenkung $k, im Anschlußstück 3 0 längs der inneren Lagerfläche 2C6 bzw. der äußeren Lagerfläche 2CS verkleinert. Die Verkleinerung ■3er Berührungsfläche führt zu früheren plastischen Verformungen im riiedrigdruckbereich. Außerdem hat die Verringerung der

Berührungsfläche zur Folge, daß die anfängliche Berür.rur.gsbeanspruchung sehr hoch ist, was die Niedrigdruckdiehtur.g fördert. In dem Pias, in dem der Druck zunimmt, werden die Scheitelpunkte C der dreieckigen Nuten 21C-, 212 und 214, 216 ausgedrückt und dadurch vergrößert, wodurch zusätzlich rontaktflächenbereich geschaffen wird, der nötig ist, um sicherzustellen, daß Spitzenbeanspruchungen bei der Berührung die zulässige Auslegungsgrenze nicht überschreiten.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen jeweils einen rechtsseitigen, halben Axialschnitt. Insofern sind die gezeichneten und beschriebenen Parallelogrammquerschnitte der Ringe 100, 110 bzw. 200 spiegelbildlich linksseitig nochmals vorhanden.

Claims

Patentansprüche

1. Doppeltwirkender, druckverstärkender Dichtring aus Metall, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Querschnitt in Gestalt eines Parallelogramms hat, der innere und äußere Dichtflächen sowie obere und untere Lagerflächen (102, 1C4) aufweist, daß er ein hohes Verhältnis axialer Dicke zu radialer Breite hat, bei dem der Kegelwinkel der Querschnittsgestalt im wesentlichen gleich bleibt, wenn der Dichtring axialen Kompressionsbelastungen ausgesetzt ist, und daß er aus hochelastischem und geschmeidigem Ketall hergestellt ist.

2. Dichtring nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Metall rostfreien Stahl Nr. J1& aufweist.

3. Dichtring nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Metall Metalle mit einer Streckgrenze im gleichen Größenordnungsbereich wie der abzuschließendeDruck aufweist.

U-. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennz eichnet, daß die inneren und äußeren Dichtflächen mindestens eine Ringnut in jeder der Flächen aufweisen.

5· Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der äußeren Dichtfläche und der unteren Lagerfläche (10^) eingeschlossene Winkel ca. 28° beträgt.

6. Doppeltwirkende, druckverstärkende Dichtungsanordnung aus Metall,

gekennzeichnet durch

- ein erstes zylindrisches Metalldruckgefäß;

- ein zweites zylindrisches Metalldruckgefäß, welches konzentrisch innerhalb des ersten Druckgefäßesunter Schaffung eines Ringraums angeordnet ist,

- einen Metalldichtring, der in dem Ringraum angeordnet ist und einen Querschnitt von Parallelogrammgestalt hat, welcher eine innere und eine äußere Dichtfläche und eine obere und eine untere Lagerfläche aufweist und ein hohes Verhältnis axialer Dicke zu radialer Breite hat, wobei die Kegelwinkel der Querschnittsgestalt im wesentlichen gleichbleiben, wenn der Dichtring axialen Kompressionsbelastungen ausgesetzt ist, und der aus einem hochelastischen und geschmeidigen Metall hergestellt ist,

- eine erste ringförmige Kompressionseinrichtung, die innerhalb des Ringraums angeordnet ist und mit einer der Lagerflächen des Metalldichtringes in Eingriff steht, und

- durch eine zweite ringförmige Kompressionseinrichtung, die innerhalb des Ringraums angeordnet ist und mit der anderen der Lagerflächen des Metalldichtringes in Eingriff steht.

7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste ringförmige Kompressionseinrichtung einen Metallstützring aufweist, der einen insgesamt trapezförmigen Querschnitt mit inneren und äußeren radialen Oberflächen und oberen und unteren Belastung umwandelnden Oberflächen hat, von denen eine der Belastung umwandelnden Oberflächen mit einer der Belastung tragenden Oberflächen des Dichtringes in Eingriff steht und die mit dem Dichtring in Eingriff stehende, Belastung umwandelnde

Oberfläche und die äußere radiale Oberfläche des Stützringes einen v'/inkel von ca. 3 O⁰ einschließen, und daß der Stütsring aus einem Werkstoff hergestellt ist, dessen Streckgrenze höher liegt als die des Dichtringes.

S. Dichtungsanordnung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstütz ring eine axiale Dicke hat, die mindestens so groß ist wie die radiale Breite des Stützringes (110).

9. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste ringförmige Kompressionseinrichtung ferner eine Druck umwandelnde Schulter innerhalb des Ringraumes hat, die mit einem der zylindrischen Druckgefäße verbunden ist und mit der anderen der Last umwandelnden Oberflächen des Dichtringes (100) in Eingriff steht.

10. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite ringförmige Kompressionseinrichtung ferner eine Druck umwandelnde Schulter innerhalb des Ringraumes hat, die mit dem anderen der zylindrischen Druckgefäße verbunden ist.

11. Dichtungsanordnung nach 9 oder 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schultern aus einem Werkstoff hergestellt sind, dessen Streckgrenze höher liegt als die des Stützringes (110).

12. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Stütsringes Stahl mit einer Streckgrenze von mindestens 3450 bar (50 000 psi) aufweist.

13. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Schultern und Druckgefäße Stahl mit einer Streckgrenze von

mindestens 4830 bar (7 0 000 psi) aufweist.

14. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring aus rostfreiem Stahl 316 hergestellt ist.

15. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (100) aus einem Metall hergestellt ist, dessen Streckgrenze im gleichen Größenordnungsbereich liegt wie der abzuschließende de Druck.

16. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren und äußeren Dichtflächen des Dichtrings ferner mindestens eine Ringnut in jeder der Oberflächen aufweisen.

17. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Dichtfläche und die untere Lagerfläche des Dichtringes einen Winkel von ca. 28° in vorgespanntem Zustand einschließen.

18. Doppeltwirkende, druckverstärkende Dichtungsanordnung aus Metall,

gekennzeichnet durch

- ein erstes zylindrisches Metalldruckgefäß,

- ein zweites zylindrisches Metalldruckgefäß, welches konzentrisch innerhalb des ersten Druckgefäßesmter Schaffung eines Ringraums angeordnet ist,

- einen l'.e tall dichtring, der in dem Ringraum angeordnet ist und einen Querschnitt von Parallelogrammgestalt hat, welcher eine innere und eine äußere Dichtfläche und eine obere und eine untere Lagerfläche aufweist und ein hohes Verhältnis axialer Dicke zu radialer Breite hat, wobei die Kegelwinkel der Querschnittsgestalt im wesentlichen gleichbleiben, wenn der Dichtring axialen Kompressionsbelastungen ausgesetzt ist, und der aus einem hochelastischen und geschmeidigen Metall

hergestellt ist,

- eine erste ringförmige Kompressionseinrichtung, die innerhalb des Ringraums angeordnet ist und mit einer der Lagerflächen des Metalldichtringes in Eingriff steht,

- durch eine zweite ringförmige Kompressionseinrichtung, die innerhalb des Ringraums angeordnet ist und mit der anderen der Lagerflächen des Metalldichtringes in Eingriff steht,

- einen zweiten Metalldichtring, der im wesentlichen mit dem ersten Metalldichtring identisch ist,

- eine dritte ringförmige Kompressionseinrichtung, die innerhalb des Ringraums axial unterhalb der zweiten Kompressionseinrichtung angeordnet ist und mit den Lagerflächen des zweiten Metalldichtringes in Eingriff steht, und

- durch eine vierte ringförmige Kompressionseinrichtung, die in dem Ringraum axial unterhalb der dritten Kompressionseinrichtung angeordnet ist und mit den Lagerflächen des Metalldichtringes in Eingriff steht.

19. Dichtungsanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennz eichnet, daß sich eine Prüföffnung durch das erste Druckgefäß erstreckt, durch die Früffluid in den Ringraum zwischen der zweiten und dritten ringförmigen Kompressionseinrichtung einführbar ist.

2 0. Dichtungsanordnung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und dritte ringförmige Kompressionseinrichtung einen Metallstützring aufweist, der in dem Ringraum angeordnet ist und einen insgesamt trapezförmigen oder parallelogrammförmigen Querschnitt mit inneren und äußeren radialen Oberflächen und oberen und unteren Belastung umwandelnden Oberflächen hat, von denen eine der Belastung umwandelnden Oberflächen mit einer der Belastung tragenden Oberflächen eines der Dichtringe in Eingriff steht und die mit dem Dichtring in Eingriff stehende, Belastung umwandelnde Oberfläche und die äußere radiale Oberfläche des Stützringes einen .Vinkel von ca. 30° einschließen, und daß der Stützring aus einem Werkstoff hergestellt ist, dessen Streckgrenze höher

liegt als die der Dichtringe.

21. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2 0,

dadurch gekennzeichnet, daß die Metalldichtringe ferner eine axiale Dicke haben, die mindestens so groß ist wie die radiale Breite der Stützringe.

22. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und dritte ringförmige Kompressionseinrichtung ferner eine Druck umwandelnde Schulter innerhalb des Ringraumes hat, die mit einem der zylindrischen Druckgefäße verbunden ist und mit der anderen der Belastung umwandelnden Oberflächen der Dichtringe in Eingriff steht.

23. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und vierte ringförmige Kompres.sionseinrichtung ferner eine Druck umwandelnde Schulter innerhalb des Ringraums hat, die mit dem anderen der zylindrischen Druckgefäße verbunden ist.

Zk, Dichtungsanordnung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennz eichnet, daß die Schultern aus einem '/Werkstoff hergestellt sind, der eine Streckgrenze hat, die höher liegt als die der Stützringe.

25. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Stützringes Stahl mit einer Streckgrenze von mindestens 3^-50 bar (50 000 psi) aufweist.

26. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Schultern Stahl mit einer Streckgrenze von mindestens 4830 bar (7 0 000 psi) aufweist.

27. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringe aus rostfreiem Stahl 316 hergestellt sind.

28. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennz ei chnet, daß die Dichtringe aus einem ,Metall hergestellt sind, dessen Streckgrenze im gleichen Größenordnungsbereich liegt wie der abzuschließende Druck.

29c Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren und äußeren Dichtflächen des Dichtringes ferner mindestens eine Ringnut in jeder der Flächen aufweisen.

30. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Dichtfläche und die untere Lagerfläche des Dichtringes einen Winkel von ca. 28 in vorgespanntem Zustand einschließen.

31. Metalldichtung zum Abdichten zwischen oberen und unteren axialen Kräften ausgesetzten_;inneren und äußeren vertikalen Ringflächen,

dadurch gekennzeichnet, daß sein Querschnitt die Gestalt eines Parallelogramms hat, daß eine obere ringförmige, kegelstumpfförmige Lagerfläche die obere axiale Kraft aufnimmt, daß eine untere ringförmige kegelstumpfförmige Lagerfläche die untere axiale Kraft aufnimmt, daß eine innere ringförmige abdichtende Kontaktfläche geeignet ist, mit der inneren vertikalen Ringfläche in abdichtenden Eingriff zu treten, daß eine äußere ringförmige abdichtende Kontaktfläche geeignet ist, mit der äußeren vertikalen »Ringflache in abdichtenden Eingriff zu treten, daß die innere ringförmige abdichtende Kontaktfläche mit der inneren vertikalen Ringfläche und die äußere ringförmige abdichtende Kontaktfläche mit der äußeren vertikalen Ringfläche unter im wesentlichen gleicher abdichtender Berührung bei Aufbringen der oberen axialen

Kraft auf die obere ringförmige kegelstumpfförmige Lagerfläche oder bei Aufbringen der unteren axialen Kraft auf die untere ringförmige kegelstumpfförmige Lagerfläche abdichtend in Eingriff stehen.

32. Metalldichtring nach Anspruch 31»

dadurch g· e k e η η ζ eichnet, daß vor dem Aufbringen der oberen und unteren axialen Kraft der von der oberen Lagerfläche und der inneren Kontaktfläche gebildete Winkel 28° und der von der unteren Lagerfläche und der äußeren Kontaktfläche gebildete Winkel 28° beträgt.

33. I.:etalldichtring nach Anspruch 32 oder 33,

dadurch gekennz eichnet, daß vor dem Aufbringen der oberen und unteren axialen Kraft eine erste Linie, die sich zwischen dem Schnittpunkt der oberen Lagerfläche und der äußeren Kontaktfläche und dem Schnittpunkt der unteren Lagerfläche und der inneren Kontaktfläche erstreckt und eine zweite Linie, die sich von dem Schnittpunkt der oberen Lagerfläche und der äußeren Kontaktfläche erstreckt und zu der äußeren Kontaktfläche rechtwinklig verläuft, einen Winkel zwischen 17° und 2 0° einschließen'.

3^. Bohrlochkopf-Ab'dichtvorrichtung,
gekennzeichnet durch

- einen Bohrlochkopf, der einen Rohrleitungsaufhänger (2 0) innerhalb der Bohrung abstützt und eine obere, nach unten weisende, kegelstumpfförmige Schulter sowie eine untere, nach oben v/eisende, kegelstumpfförmige Schulter hat, wobei der Rohrleitungsaufhänger eine untere, nach unten weisende kegelstumpfförmige Schulter hat, die oberhalb der unteren Bohrlochkopf schult er angeordnet ist, sowie eine obere, nach oben weisende kegelstumpfförmige Schulter, die unterhalb der oberen Bohrlochkopfschulter angeordnet ist und die untere Rohrleitungsaufhängerschulter und die untere Bohrlochkopfschulter in der gleichen Richtung abgeschrägt sind und die obere Rohrleitungsaufhängerschulter und die obere Bohrlochkopfschulter

in der gleichen Sichtung abgeschrägt sind,

- eine erste Dichtungsanordnung, die zwischen der oberen Bohrlochkopfschulter und der oberen Rohrleitungsaufhängerschulter angeordnet ist und den Ringraum zwischen dem Rohrleitungsaufhänger und dem Bohrlochkopf gegenüber Bohrlochdruck abdichtet, und

- durch eine zweite Dichtungsanordnung, die zwischen der unteren Bohrlochkopfschulter und der unteren Rohrleitungsaufhängerschulter angeordnet ist und den Ringraum gegenüber Ringdruck ins Bohrloch abdichtet.

35· 3ohrungsanOrdnung gekennzeichnet durch

- einen ersten Rohrstrang,

- einen ersten Bohrlochkopf, der mit dem oberen Ende des ersten Rohrstranges verbunden ist,

- einen zweiten Bohrlochkopf, der dem ersten Bohrlochkopf überlagert ist, einen zweiten Rohrstrang innerhalb des ersten Rohrstranges, der von dem ,zweiten Bohrlochkopf unter Schaffung eines Ringraumes zwischen den Rohrsträngen herabhängend abgestützt ist, und

- eine doppeltwirkende Abdichteinrichtung zwischen dem zweiten Rohrstrang und dem zweiten Bohrlochkopf, die gegen Fluiddruck in Richtung nach oben in dem Ringraum zwischen den Rohrsträngen und gegen abwärtsgerichteten Fluiddruck in dem zweiten Rohrstrang abdichtet, der über das obere Ende des zweiten Rohrstranges in dem Bohrlochkopf übertragen wird, wobei der zweite Bohrlochkopf mit nach oben erweiterten konischen Stützmitteln versehen ist und einen zylindrischen inneren Umfangsbereich hat, der sich von der Stützeinrichtung nach oben erstreckt, und der zweite Rohrstrang einen zylindrischen äußeren Umfangsteil hat, der sich von der Stützeinrichtung nach oben erstreckt und mit dieser und mit dem zylindrischen inneren Uiafangsteil eine ringförmige Dichtungstasche bildet,

- eine ringförmige Dichtungseinrichtung in der Tasche,

- einen oberen Kompressionsring oberhalb der Dichtungseinrichtung, der axial in der Tasche verschiebbar ist und eine nach oben erweiterte konische Unterseite hat, die mit der

Tasche eine Dichtungskammer bildet,

- eine ringförmig angeordnete, nach unten weisende Schulter am zweiten Rohrstrang, die auf dem Kompressionsring ruht und dabei den zweiten Rohrstrang hängend abstützt,

- einen Dichtrir.g in der Tasche mit einer unteren, einer oberen, einer inneren und einer äußeren Umfangsfläche, die zu denen der Dichtkammer in Beziehung stehen und eng aber axial verschiebbar in diese passen, wobei der Dichtring aus elastischem Metall von hoher Zugfestigkeit, d.h. Flußstahl besteht und geeignet ist, sich elastisch nach innen in abdichtenden Singriff mit dem äußeren zylindrischen Umfangsteil zu komprimieren und sich zuerst elastisch und dann geschmeidig nach außen in abdichtenden Eingriff mit der inneren Umfangsfläche des Bohrlochkopfes zu strecken, unter dem Fluiddruck, der aus dem Innern des zweiten Rohrstranges nach unten auf ihn wirkt, und auch unter dem Fluiddruck, der aus dem Innern des Ringraums nach oben auf ihn wirkt, und sich bei Aufheben des Drucks von den Umfangsbereichen in seine ursprüngliche Lage elastisch zurückzuziehen.