DE3713071A1 - Dichtungsanordnung fuer das obere ende einer steigrohr- bzw. foerderleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für das obere Ende einer Steigrohr- bzw. Förderleitung, welche Dichtungsanordnung vorzugsweise zwischen dem Steigrohrhänger und dem Steigrohrdeckel vorgesehen ist, aber auch zwischen Futterrohrhänger und dem darüberliegenden Spulenkörper verwendbar ist.

Um eine sichere und feuerfeste Abdichtung zwischen hochkorrosiven, hochgiftigen Fördermedien (H₂S, CO₂) in Erdgassonden und der Umgebung zu gewährleisten, ergibt sich die Notwendigkeit einer metallischen Abdichtung. Die bisher üblichen Gummi- bzw. Kunststoffabdichtungen werden durch die H₂S- bzw. CO₂-Anteile zusammen mit Wasser bzw. dem geförderten Gas zu stark angegriffen. Eine solche metallische Abdichtung muß auch einem Arbeitsdruck von 1350 Bar (= 20.000 PSI), wie er bei Gasen aus großen Tiefen (z. B. 4000-6000 m) auftritt, widerstehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln eine solche metallische Abdichtung zu schaffen, deren Sicherheit die der bisher bekannten nichtmetallischen Abdichtung übertrifft.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs näher bezeichneten Dichtungsanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Steigrohrhänger an seinem oberen Ende mit einer Schulter bzw. Andrehung zur Aufnahme einer metallischen O-Ring- Dichtung versehen ist, und daß im Steigrohrdeckel eine der Schulter bzw. Andrehung im Steigrohrhänger entsprechende Ausdrehung bzw. Schulter vorgesehen ist, wobei die Ausdrehung im Steigrohrdeckel einen konischen Abschnitt zum radialen Vorpressen der O-Ring-Dichtung aufweist. Durch den konischen Abschnitt ist ein radiales Vorpressen der Dichtung möglich und es wird die bei den bisher bekannten Keildichtungen durch den langen Überschubweg bedingte Riefenbildung vermieden.

Dabei ist es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig, wenn in dem durch die Andrehung bzw. Schulter im Steigrohrhänger und die Ausdrehung bzw. Schulter im Steigrohrdeckel gebildeten Raum zur Aufnahme der O-Ring- Dichtung oberhalb und gegebenenfalls auch unterhalb dieser Dichtung ein Spiel bzw. Freiraum vorgesehen ist. Dadurch wird ein gewisser Bewegungsspielraum, z. B. für Temperaturdehnungen, geschaffen und die Ausübung eines Druckes von oben auf die O-Ring-Dichtung vermieden. Weiters kann es zweckmäßig sein, daß der Steigrohrhänger mit einer weiteren Schulter bzw. Andrehung und der Steigrohrdeckel mit einer entsprechenden Schulter bzw. Ausdrehung versehen ist, die unterhalb der metallischen O-Ring-Dichtung angeordnet ist und als Schutz für die Dichtung dient bzw. als Sitzschulter vorgesehen ist.

Besonders gute Ergebnisse werden mit der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung dann erzielt, wenn die metallische O-Ring-Dichtung in an sich bekannter Weise aus einer O-Ring-förmigen Spiralfeder mit einer vorzugsweise doppelten Metallummantelung besteht. Dabei kann der Mantel bzw. können die Mäntel, wie an sich bekannt geschlitzt sein, wobei sich dessen bzw. deren Kanten überlappen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch die oberen Elemente eines Steigrohrabschlusses und Fig. 2 das Detail A aus Fig. 1 in vergrößertem aber verzerrtem Maßstab.

Das Steigrohr bzw. die Förderleitung 1 mündet in den Steigrohrhänger 2, der seinerseits im Steigrohrkopf 3 und im Steigrohrdeckel 4 angeordnet ist. Steigrohrkopf 3 und Steigrohrdeckel 4 sind mittels eines Weicheisendichtrings 12 gegeneinander abgedichtet. Mit 5 ist der Anschlußflansch für das Eruptivkreuz bezeichnet.

Die am bisherigen Steigrohrhänger 2 und Steigrohrdeckel 4 erforderlichen Änderungen zur Anbringung der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung sind folgende: Am oberen Ende des Steigrohrhängers 2 werden zwei zylindrische Absätze bzw. Andrehungen bzw. Schultern 6, 10 angedreht. Der erste Absatz 6 dient zur Zentrierung der O-Ring-Dichtung 7 und als Führung bzw. Zentrierung beim Absetzen des Steigrohrdeckels 4; der Steigrohrdeckel 4 ist somit bereits zentriert und geführt, bevor noch der Verpressungsvorgang der Dichtung 7 begonnen hat. Der zweite Absatz 10 dient als Schutz der Dichtung 7 beim Absetzen und übernimmt die Funktion einer Sitzschulter. Die Bohrung des Steigrohrdeckels 4 erhält ebenfalls die beiden entsprechenden Schultern bzw. Ausdrehungen 8, 11, wobei hier noch der Preßkonus 9 (Fig. 2) zu beachten ist.

Die Dichtung 7 liegt somit zunächst ohne Verpressung in ihrem Sitz. Durch das Einführen des Steigrohrhängers 2 in die Bohrung im Steigrohrdeckel 4 (die Einbaurichtung ist in Fig. 2 durch den Pfeil 13 angedeutet) erfährt die Dichtung 7 infolge des konischen Abschnittes 9 eine Reduzierung des Außendurchmessers, d. h. sie wird verpreßt; die Pressung erfolgt progressiv mit 0,1 mm pro 1 mm Hub. Durch den kurzen Hubweg der zylindrischen Wände ist die Entstehung von Riefen nicht zu befürchten.

Die Dichtung ist in dieser Ausführung komplett gekammert. Der die Dichtung 7 aufnehmende zylindrische Raum soll höher sein als der Durchmesser der O-Ring-Dichtung 7; es soll eine Bewegung von ±5 mm nach oben oder unten zulässig sein bei voller Aufrechterhaltung der Dichtfunktion. Die Dichtung 7 hat außerdem eine positive Dichtwirkung, d. h. je höher der Druck desto dichter wird abgedichtet (Selbstdichtungseffekt).

Als metallische O-Ring-Dichtung wird vorzugsweise eine solche verwendet, die unter dem Markennamen"H´licoflex vertriebene Dichtung besteht aus einer inneren, O-Ring-förmigen Spiralfeder 7 a (Fig. 2) mit einer einfachen oder doppelten Metallummantelung 7 b, die geschlitzt ist und eine Überlappung aufweist.

Diese Dichtung besteht aus folgenden Materialien:

Dichtungsmantel:Monel Zwischenmantel:Inconel 600 Feder:Nimonic 90

Diese Materialkombination besitzt die höchste Korrosionsbeständigkeit für den Einsatz bei Erdgasen, d. h. sie widersteht allen korrosiven Bestandteilen im Erdgas. Durch die Heliumdichtheit und die hohe Temperaturbeständigkeit von -270°C bis +700°C ergibt sie, auch durch den Wegfall sämtlicher Klemmspindeln (eventuelle Undichtheiten der Packung) eine sehr sichere Abdichtung.

Die Dichtung ist vom Typ 210, d. h. zweilagig. Diese Art ist für die radiale Verpressung (durch Konusse) geeignet. Es wurde die Außenverpressung gewählt, da hier die Dichtung erst kurz vor dem Absetzen montiert und solange geschützt ist.

Das Dichtheitsprinzip der Dichtung 7 beruht auf der durch die Verpressung hervorgerufene Deformation ihrer Ummantelung 7 b, deren Dehnbarkeit (Elastizität) größer ist als die der umgebenden Werkstoffe. Die Spiralfeder 7 a hat soviel Kraft und Elastizität, daß sie durch die für sie erforderliche Deformationskraft der Deformation der äußeren Ummantelung 7 b soviel Widerstandskraft entgegensetzt, daß ein dauerhafter Kontakt zwischen den Dichtflächen und der Ummantelung 7 b gewährleistet ist. Bei der Verwendung einer Spiralfeder 7 a als elastische Seele arbeit jede Windung der Preßkraft während der radialen Verpressung in totaler Unabhängigkeit entgegen. Diese außergewöhnlichen Eigenschaften beim Verpressen und die elastische Remanenz verleihen derH´licoflex-Dichtung die Vorteile einer Elastomerdichtung unter Beibehaltung der Charakteristika und Vorteile von Metalldichtungen.

Der Durchmesser der Dichtung beträgt 7 mm und hat eine "microflon"- Auflage.

Ein großer Vorteil dieser Abdichtung ist auch der geringe Kraftbedarf zur Verpressung der Dichtung:
z. B. H´licoflex-Dichtung ⌀ 7,9/7,5 mm mit Monel-Mantel.
Preßkraft pro cm Dichtungslänge
7000 N/cm  zur Verpressung
Preßkraft pro cm Dichtungslänge
1500 N/cm  zur Erhaltung der Dichtheit
Monel-Dichtung (voller Ringquerschnitt) ⌀ 7,9 mm
Preßkraft pro cm Dichtungslänge
13900 N/cm  zur Verpressung
Preßkraft pro cm Dichtungslänge
9040 N/cm  zur Erhaltung der Dichtheit

Mit 14 ist eine Klemmspindel mit zugehöriger Klemmspindelpackung 15 bezeichnet. Mit 16 sind Packungen für Weichstoffdichtungen bzw. Kanäle zum Nachfüttern von Dichtmasse bezeichnet. Das Bezugszeichen 17 kennzeichnet diverse Kontrollbohrungen und mit 18 ist ein Anschluß für eine Kontroll- bzw. Steuerleitung bezeichnet. Die Leitung 19 ist für ein Untertageabsperrventil vorgesehen.

Claims (5)

1. Dichtungsanordnung für das obere Ende einer Steigrohr- bzw. Förderleitung, welche Dichtungsanordnung zwischen dem Steigrohrhänger und dem Steigrohrdeckel vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigrohrhänger (2) an seinem oberen Ende mit einer Schulter bzw. Andrehung (6) zur Aufnahme einer metallischen O-Ring-Dichtung (7) versehen ist, und daß im Steigrohrdeckel (4) eine der Schulter bzw. Andrehung (6) im Steigrohrhänger (2) entsprechende Ausdrehung bzw. Schulter (8) vorgesehen ist, wobei die Ausdrehung im Steigrohrdeckel (4) einen konischen Abschnitt (9) zum radialen Vorpressen der O-Ring-Dichtung (7) aufweist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem durch die Andrehung bzw. Schulter (6) im Steigrohrhänger (2) und die Ausdrehung bzw. Schulter (8) im Steigrohrdeckel (4) gebildeten Raum zur Aufnahme der O-Ring-Dichtung (7) oberhalb und gegebenenfalls auch unterhalb dieser Dichtung ein Spiel bzw. Freiraum vorgesehen ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigrohrhänger (2) mit einer weiteren Schulter bzw. Andrehung (10) und der Steigrohrdeckel (4) mit einer entsprechenden Schulter bzw. Ausdrehung (11) versehen ist, die unterhalb der metallischen O-Ring-Dichtung (7) angeordnet ist und als Schutz für die Dichtung (7) dient bzw. als Sitzschulter vorgesehen ist.

4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische O-Ring-Dichtung (7) in an sich bekannter Weise aus einer O-Ring-förmigen Spiralfeder (7 a) mit einer vorzugsweise doppelten Metallummantelung (7 b) besteht.

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel bzw. die Mäntel (7 b), wie an sich bekannt, geschlitzt ist bzw. sind, wobei sich dessen bzw. deren Kanten überlappen.