DE3850763T2

DE3850763T2 - Aufhänge- und Abdicht-Einrichtung.

Info

Publication number: DE3850763T2
Application number: DE3850763T
Authority: DE
Inventors: James P Mcever; David H Theiss
Original assignee: Cooper Industries LLC
Current assignee: Cameron International Corp
Priority date: 1988-02-24
Filing date: 1988-11-24
Publication date: 1994-10-27
Anticipated expiration: 2008-11-25
Also published as: DE3850763D1; BR8900647A; EP0329895B1; US4823871A; EP0329895A3; CA1317541C; JPH01219287A; ATE108863T1; EP0329895A2; NO890499L; NO890499D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Bohrlochkopfstruktur, welche insbesondere für Unterwasserbohrungen geeignet ist. Eine solche Struktur besteht aus einem Bohrlochkopfgehäuse und einer verbesserten Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung, welche in einem einzigen Arbeitsgang aufgesetzt und abgedichtet werden kann.
Vor Schaffung der vorliegenden Erfindung wurden viele Versuche unternommen, eine den Anforderungen genügende Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung zu entwickeln, welche das Aufsetzen der Aufhängung, das Zementieren und das Einsetzen der Dichtung in den Ringraum zwischen der Außenfläche der Aufhängung und der Innenfläche des Gehäuses ermöglicht.
Das US-Patent 3 273 646 von R. W. Walker offenbart eine Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung, in welcher ein Sprengring verwendet wird, der in eine Nut im Inneren des Gehäuses eingreift, und bei der die Dichtung in den Ringraum oberhalb einer Öffnung eingebracht wird, welche es der Zementschlempe ermöglicht, die Zementierung voranzutreiben, bevor die Dichtung infolge der Drehung der Setzbuchse zur Wirkung kommt, indem diese die Dichtung nach unten unter die Öffnung drückt, um diese auf eine Schulter aufzusetzen und gegen diese axial zu drücken, und sie radial auszudehnen und den Ringraum quer abzudichten.
Das US-Patent 3 404 736 von B. H. Nelson und anderen offenbart eine ringförmige Abdichtung, in welcher die Dichtung innerhalb des Ringraumes angeordnet und in ungesetzter Lage durch einen Scherbolzen gehalten wird. Die Drehung der Setzbuchse veranlaßt den Bolzen zum Abscheren und den Dichtungs- und Keilring, sich nach unten zu bewegen, um den Niederhaltering anzuordnen, und die elastische Dichtung in eine dichtende Verbindung mit den Wänden des Ringraumes zu drücken.
Das US-Patent 3 797 864 von J. H. Hynes und anderen offenbart eine andere Ringraum-Dichtung, welche durch Drehung, mit der die Dichtung axial zusammengedrückt wird, angeordnet wird. Diese Dichtungseinrichtung besteht aus Endringen mit am Rande befindlichen Lippen, welche mit dem Ende der elastomeren Dichtung zusammenwirken und, wenn die Dichtung zusammengedrückt wird, die Lippen verformen, so daß eine Metall-Metall- Dichtung mit den Wänden des Ringraumes zustande kommt. Das US-Patent 4 521 040 von Slyker und anderen offenbart eine Modifikation der Anordnung, wie sie in dem Patent von Hynes beschrieben wird.
Eine andere Aufhängungsabdichtung, welche durch Aufschrauben einer Mutter auf ein Außengewinde der Aufhängung angeordnet wird, besteht aus einem Dichtungskörper mit einer Vielzahl von nach außen und unten vorstehenden Rippen, zwischen denen sich elastomeres Material befindet, und einer Vielzahl von radial nach innen vorstehenden Rippen, zwischen denen sich elastomeres Material befindet, und einer Verbindung zwischen dem Dichtungskörper und einem darunter befindlichen Körper mit einem nach oben stehenden Rand, welcher, wenn die Körper gedrückt werden, die äußeren Dichtungsteile anordnet. Eine weitere Aufhängungsabdichtung mit Gewinde und Mutter umfaßt sowohl innere als auch äußere Dichtungsteile, welche auseinandergehen und durch innere und äußere Ränder am oberen und unteren Körper belastet werden, um alle vier Dichtungsteile in dichtende Verbindungen mit den Wänden des Ringraumes zwischen Gehäuse und Aufhängung zu bringen.
Andere Patente des Standes der Technik benutzen metallische Endkappen für einen elastomeren Ring, so daß beim Anordnen der Dichtung die Lippen der Endkappen durch Druck mit den Wänden des Ringraumes in Berührung kommen, und sowohl abdichten als auch das Herausquellen des elastomeren Materials verhindern. Ein Beispiel für eine solche Konstruktion ist das US-Patent 4 496 162 von McEver und anderen (die Bewegung des Dichtringes auf einen vergrößerten Bereich des Durchmessers der Aufhängung bringt den Dichtungsring in Dichtungsposition).
Das US-Patent 4 615 544 von B. F. Baugh offenbart einen anderen Typ einer ringförmigen Dichtung, welche durch Drehung einer Setzbuchse angeordnet wird. Die Dichtung umfaßt einen Z- förmigen Bereich mit einer Vielzahl von kegelstumpfförmigen Metallringen, die durch Verbindungsstücke und die Ausnehmungen, die durch die Ringe gebildet werden, und mit elastischen Kunststoffteilen ausgefüllt werden, miteinander sicher verbunden sind. Die Dichtung wird durch axiales Zusammenpressen, welches die inneren und äußeren Enden der Ringe und der elastischen Teile in dichte Verbindungen mit den Wänden des abzudichtenden Ringraumes drückt, angeordnet.
Das US-Patent 4 572 515 von A. J. Grazoli offenbart eine Dichtung zur Abdichtung zwischen den Wänden eines Setzringes und eines Körpers in einem Kugelventil. Die Dichtung besteht aus einem Ring aus Polytetraflourethylen, welcher voneinander beabstandete, nach außen auseinanderlaufende Dichtlippen zur Abdichtung gegen die Wand des Körpers, sowie nach außen auseinanderlaufende Dichtlippen zur Abdichtung gegen die Wand des Setzringes aufweist.
US-A-4 719 971 beschreibt eine Dichtungseinrichtung zur Abdichtung zwischen einer Aufhängung und einem Bohrlochkopf. Die Einrichtung besteht aus einem Dichtungskörper mit einem Paar von Dichtungslippen zur Abdichtung gegen das Gehäuse des Bohrlochkopfes und einem weiteren Paar von Lippen zur Abdichtung gegenüber der Aufhängung. Die Dichtungseinrichtung kann mittels eines Keilringes aufgesetzt werden.
Eine weitere Anordnung des Stands der Technik ist in DE-A-3 614 868 veröffentlicht.
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung zur Anordnung in einem Bohrlochkopfgehäuse mit einer inneren Setzschulter und einer inneren Dichtungsfläche, bestehend aus einer Aufhängung mit einer äußeren Setzschulter zum Aufsetzen auf der inneren Setzschulter und einer äußeren Dichtungsfläche und einer Abdichtungseinrichtung, umfassend einen Dichtungskörper mit einer oberen äußeren ringförmigen Dichtungslippe und einer unteren äußeren ringförmigen Dichtungslippe, wobei die obere äußere ringförmige Dichtungslippe nach oben und außen weist und ihr größter freier Durchmesser an ihrem äußeren Ende kleiner ist als der Durchmesser der inneren Dichtungsfläche des Gehäuses, und mit inneren, oberen und unteren ringförmigen Dichtungslippen, welche nach innen aufeinander zuweisen und deren kleinster freier innerer Durchmesser an ihren inneren Enden kleiner ist als der Durchmesser der äußeren Dichtungsfläche der Aufhängung, und einer Einrichtung zum Aufsetzen der Abdichtungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufsetzeinrichtung besteht aus: einem oberen Lastring, der den oberen Teil des Dichtungskopfes umgibt, und der an der oberen äußeren ringförmigen Dichtungslippe anliegt,
einem oberen Körper, der mit dem Dichtungskörper beweglich verbunden ist, so daß er relativ zu diesem in begrenztem Maße beweglich ist, und
einer Buchseneinrichtung, die den oberen Körper mit dem Lastring so verbindet, daß die Abwärtsbewegung des oberen Körpers relativ zum Dichtungskörper den Lastring nach unten auf die obere äußere ringförmige Dichtungslippe bewegt, um die ringförmige Dichtungslippe nach unten und außen in dichtende Verbindungen mit der inneren Gehäuse-Dichtungsfläche zu drücken und
einer Einrichtung zwischen der Buchseneinrichtung und dem oberen Körper zum Halten der oberen äußeren ringförmigen Dichtungslippe in dichtender Verbindung mit der inneren Gehäuse-Dichtungsfläche.
In der vorliegenden Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung wird die Dichtungseinrichtung unter Aufrechterhaltung der Belastung auf den Dichtungen in dichtender Stellung verriegelt.
Die Belastung der Dichtungseinrichtung kann durch Druckdifferentiale quer zur Dichtung erhöht werden, und die Druckdifferentiale verringern nicht die Last.
Die Erfindung soll nachfolgend beispielhaft mit besonderem Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben werden. Die Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ist eine Teilschnittansicht der verbesserten Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung, wie sie in das Bohrlochkopfgehäuse abgesenkt wurde und mit der Aufhängungsvorrichtung auf der Setzfläche des Gehäuses aufgesetzt hat und zur Zementierung bereit ist.
Fig. 2 ist eine ähnliche Teilschnittansicht der verbesserten Konstruktion, wobei die Abdichtungsvorrichtung innerhalb des Ringraumes zwischen der Außenseite der Aufhängung und dem Inneren des Gehäuses angeordnet ist und sich in verriegelter Stellung in Eingriff mit der Nut des Gehäuses befindet.
Fig. 3 ist eine weitere ähnliche Schnittansicht der verbesserten Konstruktion, in der sich die Abdichtungseinrichtung in aufgesetzter Position befindet und zum Test bereit ist.
Fig. 4 ist eine weitere Teilschnittansicht der verbesserten Konstruktion, bei der sich die Verriegelung der Dichtungseinrichtung in Arbeitsstellung befindet, um die Belastung der Dichtung zu sichern.
Fig. 5 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die das Absenken der Dichtungseinrichtung in den Ringraum zwischen der Aufhängung und dem Gehäuse zeigt.
Fig. 6 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die die Abdichtungseinrichtung in aufgesetzter Position vor dem Verriegeln der Dichtungseinrichtung zur Sicherung der Belastung der Dichtungslippen zeigt.
Fig. 7 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht einer modifizierten Form der vorliegenden Erfindung, die die Position der Dichtung innerhalb des Ringraumes, jedoch vor dem Aufsetzen der oberen Dichtungslippe zeigt.
Fig. 8 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht der modifizierten Form der Erfindung, die jedoch die belastete und verriegelte Position der Dichtungseinrichtung zeigt.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die verbesserte Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung 10, 12 innerhalb des Gehäuses 10 angeordnet, wobei die Aufhängungseinrichtung 10 mit ihrer Setzschulter 16 auf der inneren Setzschulter 18 des Gehäuses aufgesetzt hat. Die Aufhängung 10 umfaßt die üblichen Schlitze 20, welche das Durchfließen von Fluid während der Zementierungsphase ermöglichen. In dieser Stellung sind beide Aufhängungen 10 und die Dichtungseinrichtung 12 mit der Antriebseinrichtung 22 verbunden. Das Gehäuse 14 besitzt eine innere Nut 24, welche oberhalb seiner Setzschulter 18 und gegenüber dem Verriegelungsring 26 der Aufhängung angeordnet ist. Der Ring 26 befindet sich oberhalb der Schulter 28 in dichter Verbindung zur Aufhängung und ist nach innen vorgespannt, so daß er sich nicht über den Durchmesser der Aufhängung 10 unterhalb der Schulter 28 ausdehnt. Die Lippe 30 erstreckt sich nach oben bis an die Außenseite der Schulter 28 und wirkt mit der herabhängenden Lippe 32 am Verriegelungsring 26 zusammen, um den Ring 26 in Verbindung mit der Schulter 28 der Aufhängung zu halten, wenn sie in Setzposition in die Nut 24 eingreift, wie dies nachfolgend erläutert wird. Es wird darauf hingewiesen, daß einige konstruktive Einzelheiten der Aufhängung 10 und der Dichtungseinrichtung 12 in den Fig. 5 und 6 besser zu erkennen sind, während die Fig. 1, 2, 3 und 4 einen besseren Gesamtüberblick über die Anordnung der Einrichtungen zueinander und zur Antriebseinrichtung 22 geben.
Die Antriebseinrichtung 22 besteht aus der Spindel 34 mit einem oberen Innengewinde 36 zur Verbindung mit einem (nicht dargestellten) Antriebsstrang, dem Außengewinde 37, einer Außenfläche 38 unterhalb des Außengewindes 37 mit einem J- förmigem Stift 40 innerhalb des unteren Teiles der Fläche 38 und einem Vorsprung 42, welcher das untere Ende der Fläche 38 bildet. Die Fläche 44 der Spindel 34 unterhalb des Vorsprunges 42 erstreckt sich nach unten bis zum Außengewinde 46, an welchem der Ring 48 angeschraubt ist, und die Fläche 50 unterhalb des Gewindes 46 hat einen kleineren Durchmesser als der innere Durchmesser der ineinandergreifenden Gewinde am Stützring 48, so daß der Ring 48 auf die Spindel 34 leicht aufgebracht werden kann. Die Buchse 52 wird mit ihrem inneren Bereich während des Betriebes mit der oberen Fläche des Vorsprunges 42 in Berührung gebracht und enthält den J-förmigen Schlitz 54, welcher mit dem J-förmigen Schlitz 40, welcher nachstehend beschrieben wird, zusammenwirkt. Die Stützbuchse 56 der Aufhängung wird am Innengewinde 58 des herabhängenden Randes 60 der Buchse 52 angeschraubt und besitzt einen äußeren Vorsprung 62, welcher während des Betriebes in den Schlitz 64 am oberen Ende der Aufhängung 10 eingreift, einen inneren Vorsprung 66 und eine Öffnung 68, welche die Stützösen 70 der Aufhängung aufnimmt. Die Stützösen der Aufhängung 70 werden durch das Zusammenwirken mit dem Ring 48 in ihrer äußeren Position gehalten, und in dieser Position greifen sie in die inneren Ausnehmungen 72 in der Aufhängung 10 ein, so daß die Aufhängung 10 durch die Einrichtung 22 während des Betriebes abgestützt wird. In der Ausnehmung 74 an der oberen Außenseite der Buchse 52 befindet sich der Sprengring 76. Der Sprengring 76 ist vorgespannt, so daß er, wenn er freigegeben wird, sich in der nachfolgend erläuterten Weise ausdehnt.
Der Stützring 78 der Dichtungseinrichtung, der am Gewinde 37 angeschraubt ist, wird mit dem Lastring 80 verschraubt, und enthält sich durch ihn erstreckende Durchgänge 82 für das Fluid, um den Rückfluß des Fluids während der Zementierungsphase zu ermöglichen. Der Stift 86 wird im unteren Ende des Ringes 78 abgestützt und ist durch die Feder 88 belastet, um sich, wie dargestellt, nach außen zu bewegen. Die untere Innenfläche 90 des Ringes 78 ist so angeordnet, daß sie mit der oberen Außenfläche der Buchse 52 zusammenwirkt und den Sprengring 76 in die Nut 74 zurückdrückt. Das obere Ende des Ringes 78 ist bei 92 zurückgesetzt, um eine nach unten weisende Schulter 94 an seinem unteren Ende zu bilden.
Die Dichtungseinrichtung 12 umfaßt einen Dichtungskörper 100 mit oberen und unteren auseinanderlaufenden äußeren Lippen 102, 104 und oberen und unteren zusammenlaufenden inneren Lippen 106 und 108, einem unteren Körper 110 und einem oberen Körper 112, wie dies am besten in den Fig. 5 und 6 zu erkennen ist. Der Stift 114 wird im oberen Teil des Dichtungskörpers 100 gehalten und ist innerhalb des Schlitzes 116 in dem äußeren nach oben stehenden Rand 118 des unteren Körpers 110 angeordnet, um den Dichtungskörper 100 mit dem unteren Körper zu verbinden, während er axiale Bewegungen zwischen diesen ermöglicht. Der Stift 120 ist im oberen Teil des Dichtungskörpers 100 gehalten und greift in den Schlitz 122 im herabhängenden Rand 124 des oberen Körpers 112 ein.
Elastisches Material 126, zum Beispiel ein geeignetes Elastomer, ist in der Ausnehmung 127 zwischen den äußeren Lippen 102 und 104 angeordnet und umfaßt eine mittlere äußere Ausnehmung 128, um die Bewegung der Lippen 102 und 104 beim Abdichten ohne vollständiges Ausfüllen des Raumes zwischen den Lippen zu ermöglichen, so daß die notwendige Bewegung zur Abdichtung vollendet werden kann und nicht dadurch verhindert wird, daß es nicht möglich ist, das Material 126 zusammenzupressen. Das Material 130, zum Beispiel ein geeignetes Elastomer, ist in der Ausnehmung 132 zwischen den inneren Lippen 106 und 108 angeordnet.
Die untere Außenseite des unteren Körpers 110 besitzt eine kegelige Fläche 134, welche nach unten und innen abgewinkelt und so angepaßt ist, daß sie mit der oberen Innenseite des Niederhalteringes 26 zusammenwirkt, um diesen nach außen in enge Verbindung mit der inneren Nut 24 des Gehäuses zu bringen. Der Lastring 136 umgibt die obere Außenseite des Dichtungskörpers 100, und sein unteres Ende hat Verbindungen mit der oberen äußeren Dichtlippe 102. Der obere Körper 112 erstreckt sich nach oben und besitzt eine nach oben weisende Schulter 138 mit einer Innenfläche 140, die sich bis zu den oberen Vorsprüngen 142 erstreckt, welche einen geeigneten J- förmigen Schlitz 144 einschließen, um den Stift 86 aufzunehmen, und weist außerdem ein Außengewinde 146 auf, welches in das Innengewinde 148 an der Verriegelungsbuchse 150 eingreift. Der untere Bereich der Verriegelungsbuchse 150 erstreckt sich nach unten um den oberen Körper 112, und ihr unteres Ende befindet sich im Eingriff mit dem oberen Ende des Lastringes 136. Der Spaltring 152 ist in der Ausnehmung 154 im unteren Körper 110 angeordnet und besitzt einen oberen Flansch 156, welcher während des Betriebes mit dem unteren des Dichtungskörpers 100 zusammenwirkt, einen unteren Flansch 158, welcher in der Ausnehmung 154 angeordnet ist, außerhalb der Lippe 160 und des inneren Vorsprunges 162, welcher sich nach innen erstreckt, so daß, wenn die Dichtungseinrichtung 12 in den Ringraum zwischen der Aufhängung 10 und dem Gehäuse 14 abgesenkt wird, er in die Ausnehmung 154 gedrückt wird, so daß der obere Flansch 156 sich vom unteren Ende des Dichtungskörpers 100 entfernt und eine relative Bewegung zwischen dem Dichtungskörper 100 und dem unteren Körper 110 ermöglicht. Der Verriegelungsring 153 der Dichtung ist innerhalb der Fläche 140 angeordnet und ruht auf der Schulter 138 des oberen Körpers 112. Die Betätigungsbuchse 155 ist unterhalb des Vorsprunges 142 angeordnet und umfaßt eine untere kegelige Fläche 155a, welche geeignet ist, mit der oberen Außenfläche des Ringes 153 zusammenzuwirken und diesen nach innen zu drücken, um die Dichtungseinrichtung 12 in Bezug zur Aufhängung 10 festzusetzen.
Die Innenseite der Aufhängung 10 ist mit einem geeigneten Profil versehen, das innere Ausnehmungen 72 enthält, und die Außenseite der Aufhängung 10 umfaßt obere Ausnehmungen 164, eine zylindrische Fläche 166 unterhalb der Ausnehmungen 164, eine kegelige Fläche 168, die sich zu der oberen Dichtungsfläche 170 erstreckt und eine schwach kegelige Fläche 172, die sich zur unteren Dichtungsfläche 174 erstreckt.
Die Aufhängung 10 und die Dichtungseinrichtung 12 sind zum Betrieb mit der Antriebseinrichtung 22 verbunden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Wenn die Setzschulter 16 der Aufhängung auf der Setzschulter 18 des Gehäuses aufgesetzt hat, können die Funktionen, wie z. B. das Zementieren, ausgeführt werden, weil der Rückfluß des zirkulierenden Fluides oberhalb des Ringraumes durch die Schlitze 20 in der Außenseite der Aufhängung 10 und die Durchgänge 82 durch den Stützring 78 der Dichtungseinrichtung ermöglicht werden. Nach Abschluß dieser Operationen wird die Spindel 34 um 450 nach rechts gedreht, um den Stift 40 aus dem J-förmigen Schlitz 54 herauszuziehen. Dies löst zuverlässig die Verbindung zwischen der Spindel 34 und der Buchse 52 und ermöglicht die Abwärtsbewegung der Spindel 34, des Stützringes 78 der Dichtungseinrichtung und der Dichtungseinrichtung 12. Die Dichtungseinrichtung 12 bewegt sich nach unten, so daß die kegelige Fläche 134 am unteren Ende des unteren Körpers 110 sich hinter den Verriegelungsring 26 bewegt, um diesen in enge Verbindung mit der inneren Ausnehmung 24 des Gehäuses zu drücken und so die Aufhängung 10 gegen axiale Bewegung im Verhältnis zum Gehäuse 14 zu sichern. Diese Abwärtsbewegung der Dichtungseinrichtung 12 veranlaßt auch den Vorsprung 162 am Auslösering 152, mit der Außenseite der Aufhängung 10 zusammenzuwirken, so daß diese nach außen in eine Position gedrückt wird, in der sich der obere Flansch 156 aus der abgestützten Verbindung mit dem unteren Ende des Dichtungskörpers 100 löst. Dies ermöglicht eine weitere Abwärtsbewegung des Dichtungskörpers 100 im Verhältnis zum unteren Körper 110, was, wegen des Zusammenwirkens des oberen Endes des Randes 118 des unteren Körpers 110 mit der unteren äußeren Dichtlippe 104 und dem Aufsetzen des unteren Endes des unteren Körpers 110 auf der Schulter 31, zu einer nach oben gerichteten Belastungskraft auf die untere äußere Dichtlippe 104 führt, und diese in dichtende Verbindung mit der inneren Dichtfläche 19 des Gehäuses oberhalb der Ausnehmung 24 bringt. In dieser unteren Position des Dichtungskörpers 100 befindet sich die untere innere Dichtungslippe 108 in dichtender Verbindung mit der unteren Dichtungsfläche 174 und die obere innere Dichtungslippe 106 befindet sich in dichtender Verbindung mit der oberen Dichtungsfläche 170. Die oben beschriebene Bewegung der Bauteile wird durch die Einwirkung des Gewichtes des Betriebsstranges auf die Dichtungseinrichtung 12 ermöglicht.
Nach Abschluß dieser nach unten gerichteten Bewegung der Dichtungseinrichtung 12 wird die Spindel 34 um weitere 20º gedreht, um eine weitere Abwärtsbewegung des oberen Teiles der Dichtungseinrichtung 12 zu ermöglichen. Diese Drehung bewirkt das Austreten des Stiftes 86 aus dem Schlitz 144 am oberen Ende des oberen Körpers 112. Danach wird das Gewicht des Stranges weiter auf die Verriegelungsbuchse 150 und auf den Lastring 136 ausgeübt. Dies führt zu einer Belastung der oberen äußeren Dichtlippe 102 und bewegt diese in dichtende Verbindung mit der inneren Dichtungsfläche 19 des Gehäuses. Die zusätzliche Abwärtsbewegung bringt den Stift 86 in Eingriff mit dem oberen Ende der Betätigungsbuchse 155 und bewegt diese mit ihrer keilförmig nach unten gerichteten Fläche 155a nach unten, um den Verriegelungsring 153 nach innen in dichte Verbindung mit den Ausnehmungen 164 an der Außenseite der Aufhängung 10 zu drücken. In dieser Position sind alle Dichtungen belastet und der Verriegelungsring 153 verhindert jegliche Bewegung des oberen Körpers 112, des Dichtungskörpers 100 und des unteren Körpers 110 in bezug auf jedes andere Element und die Aufhängung 10. Wie in Fig. 6 erkennbar ist, ist das Gewinde 148 der Verriegelungsbuchse 150 und das Gewinde 146 des oberen Körpers 112 in dieser Position nicht in fester Verbindung, so daß es geraten ist, die Spindel weiter zu drehen, um die Verriegelungsbuchse 150 in enge Verbindung unter dem Gewinde 146 des oberen Körpers 112 zu bringen. Dies kann die Dichtungseinrichtung weiter belasten, aber in erster Linie setzt es die Verriegelungseinrichtung, so daß die Belastung der Dichtungseinrichtung bei der Zurückgewinnung der Antriebseinrichtung 22 nicht aufhört. Die Belastung der äußeren Dichtungslippen führt, wie beschrieben, ebenfalls zu einer zusätzlichen Belastung der inneren Dichtungslippen.
Die Antriebseinrichtung 22 wird durch Anheben des Betriebsstranges und durch Ausrichten des Stranges in der Weise, daß die Stifte 86 veranlaßt werden, durch einen (nicht dargestellten) Schlitz im Vorsprung 142 am oberen Ende des oberen Körpers 112 hindurchzutreten und in den J-förmigen Schlitz 144 einzutreten, leicht zurückgewonnen. Der Sprengring 78 wird an der Schulter 94 der inneren Fläche der Buchse 78 angreifen, um die Stützbuchse 56 der Aufhängung anzuheben. Die Stützösen 70 der Aufhängung werden aus den Ausnehmungen 72 austreten, weil der Stützring 48 unterhalb der Ösen 70 angeordnet wird, und der Kegel an den oberen Enden der Ausnehmungen 72 ermöglicht den Ösen 70, sich nach innen und außer Eingriff mit den Ausnehmungen 72 zu bewegen. Weil der Eingriff zwischen der Verriegelungsbuchse 150 und dem Lastring 80 nur aus einer Keilverbindung besteht, wird durch das Anheben der Betätigungseinrichtung 22 der Lastring 80 ungehindert von der Verriegelungsbuchse 150 abgehoben. Indem die Dichtungseinrichtung 12 mit der Aufhängung 10 sicher verriegelt ist und der Stift 86 sich außer Eingriff mit dem Vorsprung 142 befindet, besteht die Zurückgewinnung aus einem unkomplizierten Herausheben. Es wird darauf hingewiesen, daß die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäß verbesserten Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung für ein Unterwasser-Bohrlochkopfgehäuse vorgesehen ist, daß sie aber ebensogut in anderen Bohrlochkopfgehäusen verwendet werden kann. Dies gilt auch für die modifizierte Form der Erfindung, die in den Fig. 7 und 8 dargestellt und nachfolgend erläutert wird.
Eine modifizierte Form der vorliegenden Erfindung, welche aus der Aufhängung 200 und einer Dichtungseinrichtung 202 besteht, ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt. Die Aufhängung 200 ist im wesentlichen der Aufhängung 10 gleich und umfaßt die normale Setzschulter und (nicht dargestellte) Schlitze und, falls erforderlich, eine Sprengring-Verriegelung (ebenfalls nicht dargestellt). Die Aufhängung 200 besteht aus dem inneren Profil mit inneren Ausnehmungen 204, durch welche die Antriebseinrichtung (nicht dargestellt) mit ihr verbunden ist. Äußere Ausnehmungen 206 im oberen Bereich der Außenseite der Aufhängung 200 sind den Ausnehmungen 164 an der Aufhängung 10 ähnlich und die äußeren Flächen, einschließlich der oberen Dichtungsfläche 208 und der unteren Dichtungsfläche 210 sind dieselben wie jene Flächen an der Aufhängung 10. Das Gehäuse 212 enthält die innere Dichtungsfläche 214 und die (nicht dargestellte) übliche Setzschulter und, sofern erforderlich, eine (ebenfalls nicht dargestellte) Ausnehmung zur Verriegelung.
Die Dichtungseinrichtung 202 umfaßt den Dichtungskörper 216 mit äußeren, aufwärts gerichteten oberen und unteren Lippen 218 und 220 und inneren oberen und unteren aufeinander zu laufenden Lippen 222 und 224. Elastisches Material 226 ist zwischen den äußeren Lippen 218 und 220 angeordnet und füllt den dazwischenliegenden Raum aus. Elastisches Material 228 ist zwischen den inneren Lippen 222 und 224 angeordnet und füllt ebenfalls den dazwischenliegenden Raum aus. Die obere innere Lippe 222 ist so angepaßt, daß sie gegen die obere Dichtungsfläche 208 abdichtet und die untere Lippe 224 ist entsprechend angepaßt, um gegen die untere Dichtungsfläche 210 abzudichten. Das untere Ende des Dichtungskörpers 216 tritt in den Ringraum zwischen der Aufhängung 200 und dem Gehäuse 212 ein. Die untere äußere Lippe 220 ist so angeordnet, daß sie die innere Gehäusedichtungsfläche 214 berührt, wenn sie in den Ringraum eintritt, während die obere äußere Lippe 218 davon Abstand hat. Die inneren Dichtungslippen 222 und 224 kommen in dichtenden Kontakt mit ihren entsprechenden Dichtungsflächen an der Außenseite der Aufhängung 200. Das Aufsetzen der Dichtungseinrichtung 202 ist vorgesehen, wenn die Schulter 230 an der unteren Innenseite des Dichtungskörpers 216 in Berührung mit der äußeren Setzschulter 231 an der Aufhängung 200 kommt. Auf diese Weise wird die notwendige Dichtungsstellung der Dichtungsvorrichtung 202 gesichert. Der obere Körper 232, ist mit dem Dichtungskörper 216 durch den Stift 234 verbunden, welcher im Dichtungskörper 216 befestigt ist und in den Schlitz 236 im oberen Körper 232 eintritt. Die Antriebseinrichtung wird dann betätigt, um den oberen Körper 232 zu veranlassen, sich nach unten zu bewegen, bis seine untere Fläche mit der nach oben weisenden Schulter 238 am inneren Dichtungskörper 202 in Berührung kommt. Der Lastring 240 umgibt das obere Ende des Dichtungskörpers 216 und dessen unteres Ende ist in Berührung mit der oberen äußeren Lippe 218. Die Verriegelungsbuchse 242 ist in umschließender Verbindung am oberen Ende des oberen Körpers 232 angeordnet und umfaßt innere Gewindegänge 244, welche sich in lockerem Eingriff mit den Außengewindegängen 246 an der oberen Außenseite des oberen Körpers 232 befinden. Das untere Ende der Verriegelungsbuchse 242 befindet sich in Eingriff mit dem oberen Ende des Lastringes 240. An der Innenseite des oberen Körpers 232 befinden sich der obere Vorsprung 248 mit einem darin befindlichen geeigneten J-förmigen Schlitz 250, eine inneren Fläche 252 mit der Betätigungsbuchse 254, deren untere innere Fläche 256 kegelig ist, und die innerhalb der fläche 252 unmittelbar unter dem Vorsprung 248 angeordnet ist, und der Verriegelungsring 258, der innerhalb des unteren Endes der inneren Fläche 252 angeordnet ist, und sich gegen die nach oben weisende Schulter 260 am oberen Körper 232 abstützt.
Wenn genügend Last durch den Stift, der die Antriebseinrichtung mit dem J-förmigen Schlitz 250 verbindet, übertragen wird, wird der Lastring 240 die obere Dichtungslippe 218 nach unten und außen in dichtenden Kontakt mit der inneren Dichtfläche 214 bewegen. Das nachfolgende Auskoppeln des Stiftes aus dem J-förmigen Schlitz 250 ermöglicht der Antriebseinrichtung das Absenken, so daß die Betätigungsbuchse 254 sich nach unten bewegt und den Verriegelungsring 258 der Dichtung in festen Verriegelungseingriff mit den Ausnehmungen 206 bringt, was ein nachfolgendes Aufwärtsbewegen des oberen Körpers 232 in Bezug auf den Dichtungskörper 216 und die Aufhängung 200 verhindert. Der Verriegelungsring 242 wird dann gedreht, um die Gewindegänge 242 in festen Eingriff mit den Gewindegängen 246 an der Außenseite des oberen Körpers 232 zu bringen und dadurch zu sichern, daß die Belastung der äußeren Dichtlippen 218 und 220 danach nicht aufgehoben wird. Es wird darauf hingewiesen, daß die Bewegung der oberen Dichtungslippe 218 in ihre Setzposition ein Ansteigen der Belastung der unteren Dichtlippe 220 hervorruft, weil der Raum zwischen den Lippen mit elastischem Material ausgefüllt ist, welches im wesentlichen nicht komprimierbar ist, und die Belastung der oberen Lippe auf die untere Lippe übertragen wird. Außerdem verursacht, wie beschrieben, die Belastung der äußeren Lippen auch eine zusätzliche Belastung auf den inneren Lippen.
Die verbesserte Abdichtungseinrichtung ist auch gegenüber dem Druck stabil, weil der Druckbereich, welchem die Dichtungen von oben oder, in der bevorzugten Form der Erfindung, von unten ausgesetzt sind, den gesamten Bereich des abgedichteten Ringes umfaßt, jedoch der Rückwirkungsbereich die Reaktionskraft umfaßt, die entweder vom unteren Körperrand oder dem Lastring auf deren Dichtlippe ausgeübt wird. Dadurch wird gesichert, daß die Dichtungen den Drücken immer standhalten. Im Falle der modifizierten Form der Erfindung ist dies ebenfalls zutreffend, wenn die Druckkraft von unten auf die Dichtungseinrichtung ausgeübt wird.
Weiterhin wird durch die Verwendung der Verriegelungsbuchse und deren Gewindeeingriff in die Gewindegänge des oberen Körpers die Belastung auf den Dichtungslippen beibehalten, und die Dichtungseinrichtung wird mit der Aufhängung durch den Verriegelungsring der Dichtung verriegelt. Die verbesserte Vorrichtung kann mit der Aufhängung leicht betrieben und aufgesetzt werden, und nach dem Abschluß aller Operationen, z. B. dem Zementieren, wird die Dichtungseinrichtung in dichtende Stellung gebracht und in dieser verriegelt, und danach kann die Antriebseinrichtung insgesamt leicht durch eine einzige Operation des Betriebsstranges zurückgewonnen werden.

Claims

1. Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung (10, 12) zur Anordnung in einem Bohrlochkopfgehäuse (14), mit einer inneren Setzschulter (18) und einer inneren Dichtungsfläche (19), bestehend aus einer Aufhängung (10) mit einer äußeren Setzschulter (16) zum Aufsetzen auf der inneren Setzschulter (18) und einer äußeren Dichtungsfläche (174) und

einer Abdichtungseinrichtung (12), umfassend

einen Dichtungskörper (100) mit einer oberen äußeren ringförmigen Dichtungslippe (102) und einer unteren äußeren ringförmigen Dichtungslippe (104), wobei die obere äußere ringförmige Dichtungslippe (102) nach oben und außen weist und ihr größter freier Durchmesser an ihrem äußeren Ende kleiner ist als der Durchmesser der inneren Dichtungsfläche (19) des Gehäuses, und mit inneren oberen und unteren ringförmigen Dichtungslippen (106, 108), welche nach innen aufeinander zu weisen, und deren kleinster freier innerer Durchmesser an ihren inneren Enden kleiner ist als der Durchmesser der äußeren Dichtungsfläche (174) der Aufhängung, und eine Einrichtung zum Aufsetzen der Abdichtungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufsetzeinrichtung besteht aus:

einem oberen Lastring (136), der den oberen Teil des Dichtungskörpers (100) umgibt, und der an der oberen äußeren ringförmigen Dichtungslippe (102) anliegt, einem oberen Körper (112), der mit dem Dichtungskörper (100) beweglich verbunden ist, so daß er relativ zu diesem in begrenztem Maße beweglich ist, und

einer Buchseneinrichtung (150), die den oberen Körper (112) mit dem Lastring (136) so verbindet, daß die Abwärtsbewegung des oberen Körpers (112) relativ zum Dichtungskörper (100) den Lastring (136) nach unten auf die obere äußere ringförmige Dichtungslippe (102) bewegt, um die ringförmige Dichtungslippe (102) nach unten und außen in dichtende Verbindung mit der inneren Gehäuse-Dichtungsfläche (19) zu drücken, und einer Einrichtung (146, 148) zwischen der Buchseneinrichtung (150) und dem oberen Körper (112) zum Halten der oberen äußeren ringförmigen Dichtungslippe (102) in dichtender Verbindung mit der inneren Gehäuse-Dichtungsfläche (19).

2. Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung (10, 12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine untere äußere ringförmige Dichtungslippe (104) nach unten und außen vorsteht und einen größten freien äußeren Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser der inneren Dichtungsfläche (19) des Gehäuses und die weiterhin umfaßt:

einen unteren Körper (110), der beweglich mit dem Dichtungskörper (100) verbunden ist und einen nach oben stehenden Außenrand (118) besitzt, der den unteren Teil des Dichtungskörpers (100) umgibt und der die untere äußere ringförmige Dichtungslippe (104) berührt, wobei die relative Bewegung des unteren Körpers (110) relativ zum Dichtungskörper (100) die untere äußere ringförmige Dichtungslippe (104) nach unten gegen das obere Ende des unteren Körperrandes (118) bewegt, um die untere äußere ringförmige Dichtungslippe (104) nach außen und oben in dichtende Verbindung mit der inneren Gehäuse- Dichtungsfläche (19) zu drücken.

3. Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung (10, 12) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine lösbare Einrichtung (152) zur zeitweiligen Unterbindung der Bewegung des Dichtungskörpers (100) relativ zum unteren Körper (110).

4. Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung (10, 12) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bewegung unterbindende Einrichtung (152) besteht aus:

einer Ausnehmung (154) im Inneren des unteren Körpers (110),

einem gespaltenen Auslösering (152), der im äußeren Teil der Ausnehmung (154) im unteren Körper in abstützender Stellung zum Dichtungskörper (100) angeordnet ist, und

einer Einrichtung (160) am Auslösering (152), um diesen beim Aufsetzen der Abdichtungseinrichtung (12) um die Aufhängung (10) nach außen zu bewegen und ein Lösen der Abstützung des Dichtungskörpers (100) zu bewirken und eine Relativbewegung zwischen dem Dichtungskörper (100) und dem unteren Körper (110) zu ermöglichen.

5. Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung (10, 12) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (160) zum Bewegen des Auslöseringes (152) besteht aus:

einem inneren Vorsprung (160) am Auslösering (152), der die Außenfläche (168, 174) der Aufhängung (10) berührt, wenn die Abdichtungseinrichtung (12) um diese herum abgesenkt ist, und den Auslösering (152) nach außen bewegt.

6. Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung (10, 12) nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die untere äußere ringförmige Dichtungslippe (104) nach oben und außen vorsteht und ihren größten freien Außendurchmesser an ihrem unteren Ende aufweist, der größer ist als der Durchmesser der inneren Dichtungsfläche (19) des Gehäuses, wobei der Eintritt der Abdichtungseinrichtung (12) in die innere Dichtungsfläche (19) des Gehäuses die untere äußere ringförmige Dichtungslippe (104) in dichtende Verbindung mit der inneren Dichtungsfläche (19) des Gehäuses bringt.

7. Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung (10, 12) nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine elastische Dichtungseinrichtung (126) zwischen den äußeren ringförmigen Dichtungslippen (102, 104) und eine elastische Dichtungseinrichtung (130) zwischen den inneren ringförmigen Dichtungslippen (106, 108) angeordnet ist.

8. Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung (10, 12) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Dichtungseinrichtung (126) zwischen den äußeren ringförmigen Dichtungslippen mit Aussparungen versehen ist, um abdichtende Bewegungen der äußeren ringförmigen Dichtungslippen (102, 104) zu ermöglichen.

9. Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung (10, 12) nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die obere äußere Dichtungslippe haltenden Einrichtungen besteht aus:

einer Einrichtung (153) zum Befestigen des oberen Körpers (112) an der Aufhängung (10), um eine weitere Bewegung des oberen Körpers (112) relativ zum Dichtungskörper (100) zu verhindern und

einer Einrichtung (146, 148) zum Halten der belasteten Stellung des Lastringes (136) in bezug auf die obere äußere ringförmige Dichtlippe (102) nach Abschluß der Belastung.

10. Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung (10, 12) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Befestigen des oberen Körpers an der Aufhängung umfaßt:

eine äußere Nut (164) an der oberen Außenseite der Aufhängung (10),

einen Haltering (153), der vom oberen Körper (112) getragen wird und

eine Betätigungsbuchse (150), die vom oberen Körper (112) getragen wird und in diesem gleitend angeordnet ist, um den Haltering (152) in die äußere Nut (164) der Aufhängung zu bewegen und den oberen Körper (112) an der Aufhängung (10) zu befestigen.

11. Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung (10, 12) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Halten der Last der oberen äußeren ringförmigen Dichtlippe (102) umfaßt:

eine Haltebuchse (150), die den oberen Teil des oberen Körpers (112) umgibt und auf dem Lastring (136) aufsitzt und

einer Einrichtung (146, 148), die eine Gewindeverbindung zwischen der Haltebuchse (150) und dem oberen Körper (112) vorsieht, um die Belastung des Lastringes (136) auf der oberen äußeren ringförmigen Dichtlippe (192) zu halten.

12. Abdichtungseinrichtung zur Verwendung in einer Aufhängungs- und Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtungseinrichtung umfaßt:

einen Dichtungskörper (100) mit einer oberen äußeren ringförmigen Dichtungslippe (102) und einer unteren äußeren ringförmigen Dichtungslippe (104), wobei die obere äußere ringförmige Dichtungslippe (102) sich nach oben und außen erstreckt und einen größten freien Durchmesser an ihren äußeren Ende aufweist und die inneren oberen und unteren ringförmigen Dichtungslippen (106, 108), welche nach innen aufeinander zu weise, und ihren kleinsten freien inneren Durchmesser an ihrem inneren Ende aufweisen, und eine Einrichtung zum Aufsetzen der Abdichtungseinrichtung vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufsetzeinrichtung einen oberen Lastring (136) aufweist, der den oberen Teil des Dichtungskörpers (100) umgibt und auf der oberen äußeren ringförmigen Dichtungslippe (102) aufsitzt, sowie

einen oberen Körper (112), der beweglich mit dem Dichtungskörper (100) verbunden und relativ zu diesem bewegbar ist, und

eine Buchseneinrichtung (150), die den oberen Körper (112) mit dem Lastring (136) verbindet, wobei eine Abwärtsbewegung des oberen Körpers (112) relativ zum Dichtungskörper (100) den Lastring (136) nach unten auf die obere äußere ringförmige Dichtungslippe (102) bewegt, um die ringförmige Dichtungslippe (102) nach unten und außen zu bewegen, und

eine Einrichtung (146, 148) zwischen der Buchseneinrichtung (150) und dem oberen Körper (112) zum Halten der oberen äußeren ringförmigen Dichtungslippe (102) in ihrer Dichtungsstellung.