DE3713071C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für das obere Ende einer Steigrohr- bzw. Förderleitung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Dichtungsanordnung ist vorzugsweise zwischen einem Steigrohrhänger und einem Steigrohrdeckel vorgesehen, ist aber auch zwischen einem Futterrohrhänger und dem darüberliegenden Spulenkörper verwendbar.

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, wie er bei Gasen aus großen Tiefen (z. B. 4000-6000 m) auftritt, widerstehen. Dies wurde bereits nach der US-PS 44 55 040 erkannt, die eine gattungsgemäße Dichtungsanordnung betrifft. Die in der genannten Druckschrift beschriebene Dichtungsanordnung wird allerdings schon bei einer sehr geringen axialen Relativbewegung der beiden gegeneinander abzudichtenden Teile aufgrund einer axialen Krafteinwirkung undicht.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Dichtungsanordnung derart weiterzuentwickeln, daß sie auch beim Auftreten axialer Kräfte ihre Dichtigkeit beibehält und dennoch möglichst einfach aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Dichtungsanordnung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch den konischen Abschnitt ist ein radiales Verpressen der Dichtung möglich und es wird die bei den bisher bekannten Keildichtungen durch den langen Überschubweg bedingte Riefenbildung vermieden. Durch den Freiraum wird ein gewisser Bewegungsspielraum, z. B. für Temperaturdehnungen, geschaffen und die Ausübung eines Druckes von oben auf die O-Ring-Dichtung vermieden.

Eine Dichtungsanordnung mit einigen dieser kennzeichnenden Merkmale ist aus der CH-PS 626 693 bekannt, die ansonsten aber für Vakuumverbindungen vorgesehen ist und nicht gegen eine axiale Bewegung der gegeneinander abzudichtenden Teile unempfindlich ist.

Es kann zweckmäßig sein, daß der Steigrohrhänger mit einer weiteren Schulter oder Andrehung und der Steigrohrdeckel mit einer entsprechenden Schulter ohne Ausdrehung versehen ist, die unterhalb der metallischen O-Ring-Dichtung angeordnet ist und als Schutz für die Dichtung dient und/oder als Sitzschulter vorgesehen ist.

Besonders gute Ergebnisse werden mit der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung dann erzielt, wenn die metallische O-Ring-Dichtung aus einer O-Ring-förmigen Spiralfeder mit einer vorzugsweise doppelten Metallummantelung besteht. Dabei kann der Mantel bzw. können die Mäntel geschlitzt sein, wobei sich dessen bzw. deren Kanten überlappen. Eine solche O-Ring-Dichtung ist aus der DE-OS 22 41 273 bekannt.

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.

Ein Steigrohr oder eine Förderleitung 1 mündet in einem Steigrohrhänger 2, der seinerseits in einem Steigrohrkopf 3 und im Steigrohrdeckel 4 angeordnet ist. Der Steigrohrkopf 3 und der Steigrohrdeckel 4 sind mittels eines Weicheisendichtrings 12 gegeneinander abgedichtet. Mit 5 ist ein Anschlußflansch für ein 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 ein konischer Abschnitt 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 7a (Fig. 2) mit einer einfachen oder doppelten Metallummantelung 7b, 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 7b, deren Dehnbarkeit (Elastizität) größer ist als die der umgebenden Werkstoffe. Die Spiralfeder 7a hat soviel Kraft und Elastizität, daß sie durch die für sie erforderliche Deformationskraft der Deformation der äußeren Ummantelung 7b soviel Widerstandskraft entgegensetzt, daß ein dauerhafter Kontakt zwischen den Dichtflächen und der Ummantelung 7b gewährleistet ist. Bei der Verwendung einer Spiralfeder 7a 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 der H´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 (Warenzeichen).

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 (4)

1. Dichtungsanordnung für das obere Ende einer Steigrohr- oder Förderleitung, welche Dichtungsanordnung zwischen dem Steigrohrhänger und dem Steigrohrdeckel vorgesehen ist, aber auch zwischen Futterrohrhänger und dem darüberliegenden Spulenkörper verwendbar ist, wobei der Steigrohrhänger (2) an seinem oberen Ende mit einer Schulter oder Andrehung (6) zur Aufnahme einer metallischen Ringdichtung (7) versehen ist, und wobei im Steigrohrdeckel (4) eine der Schulter oder Andrehung (6) im Steigrohrhänger (2) entsprechende Ausdrehung oder Schulter (8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdrehung im Steigrohrdeckel (4) einen an sich bekannten konischen Abschnitt (9) zum radialen Vorpressen der als O-Ring-Dichtung (7) ausgebildeten metallischen Ring-Dichtung aufweist, der in einen zylindrischen Ringraum (20) übergeht, in welchem die vorgepreßte O-Ring-Dichtung (7) angeordnet ist, wobei in dem durch die Andrehung oder Schulter (6) im Steigrohrhänger (2) und die Ausdrehung oder Schulter (8) im Steigrohrdeckel (4) gebildeten zylindrischen Ringraum (20) zur Aufnahme der O-Ring-Dichtung (7) oberhalb oder oberhalb und unterhalb dieser Dichtung (7) ein Spiel oder Freiraum vorgesehen ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, 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 und/oder als Sitzschulter vorgesehen ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische O-Ring-Dichtung (7) in an sich bekannter Weise aus einer O-Ring-förmigen Spiralfeder (7a) mit einer vorzugsweise doppelten Metallummantelung (7b) besteht.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel bzw. die Mäntel (7b), wie an sich bekannt, geschlitzt ist oder sind, wobei sich dessen oder deren Kanten überlappen.