DE69105111T2

DE69105111T2 - Dichtungsanordnung für bohrlochhänger.

Info

Publication number: DE69105111T2
Application number: DE69105111T
Authority: DE
Inventors: Robert Mcinnes
Original assignee: Cooper Industries LLC
Current assignee: Cameron International Corp
Priority date: 1990-09-05
Filing date: 1991-08-26
Publication date: 1995-03-23
Anticipated expiration: 2011-08-27
Also published as: MX9100925A; EP0498878B1; SG13495G; US5070942A; BR9105895A; DE69105111D1; WO1992004526A1; ATE114019T1; EP0498878A1; AU8653591A; CA2072103A1; AU648597B2; JPH05503127A

Description

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Dichtungen für Bohrlochhänger und im besonderen auf Bohrlochhängerdichtungen, die eine Antriebsbuchse zum Zusammenpressen einer Metall-Metall-Dichtung verwenden, um zwischen der Innenseite eines Bohrlochkopfes und der Außenseite eines Bohrlochhängers abzudichten.
Bei der Erdöl- und Erdgasgewinnung ist es immer erforderlich, den Ringraum zwischen dem Förderstrang und dem Bohrlochkopfgehäuse abzudichten. Bei hohen Umgebungstemperaturen wurden bisher anstelle von Elastomer- oder Plastikdichtungen, Metalldichtungen verwendet. In den meisten Fällen sorgte der Rohrstrang für das Gewicht, um die Metalldichtung zwischen dem Hänger und der Bohrlochkopfschulter zusammenzupressen. Das führte dazu, daß die Zuverlässigkeit der Dichtung von einem ständig wechselnden Gewicht des Rohrstranges und dem ringförmigen Druck der Lagerstätte gegen die vorstehende Fläche der Unterseite des Hängers bestimmt wurde. Hinzu kam, daß die Dichtung auf eine Richtung beschränkt war und wenig Schutz gegen eine Ausbruchssituation bot.
Es ist deshalb ein Gegenstand dieser Erfindung, eine Metall- Metall-Dichtung für einen Bohrlochhänger vorzusehen, dessen Zuverlässigkeit nicht vom Gewicht des Bohrstranges abhängt.
Noch ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung ist, eine Metall-Metall-Dichtung vorzusehen, deren Unversehrtheit sowohl bei nach oben als auch bei nach unten gerichteten Kräften erhalten bleibt.
GB-A-2 216 965 offenbart eine keilartige Dichtungsvorrichtung, die durch Ausübung einer Druckkraft in einer axialen Richtung belastet wird, um eine radiale Ausdehnung zu bewirken. Mittels eines Betriebswerkzeuges wird ein Gehäuse bis zu einer Endstellung gedreht, und die weitere Drehung bewirkt, daß die Dichtungsvorrichtungen in einen Hohlraum gepreßt werden.
US-A-4 836 579 offenbart einen Unterwasser-Bohrlochhänger, bei dem der Hänger innerhalb des Gehäuses durch Ausdehnung eines gespaltenen Lastringes gesetzt wird.
GB-A-2 221 484 beschreibt zwei Buchsen, welche axial aufeinander zubewegt werden, bis die erste Buchse durch eine vorstehende Schulter angehalten wird, woraufhin die zweite Buchse weiterbewegt wird, um die Dichtung zu belasten.
US-A-4 501 441 offenbart einen radial gesetzten Bohrlochhänger bei dem keine Dichtungseinrichtung beschrieben wird.
US-A-4 907 812 offenbart eine axial belastete Dichtungseinrichtung, bei der kein Hänger beschrieben wird.
Erfindungsgemäß wird eine Dichtungsanordnung für Bohrlochhänger geschaffen, die gebildet ist aus einen im wesentlichen zylinderischen Bohrlochkopf mit einem Flansch an jedem Ende, einer durchgehenden, im wesentlichen vertikalen Längsbohrung und einer Nut im oberen Teil der Innenseite der im wesentlichen vertikalen Längsbohrung; einem im wesentlichen zylinderischen Bohrlochhänger mit einer durchgehenden Längsbohrung zur Verbindung mit einem Rohrstrang, wobei der im wesentlichen zylinderische Bohrlochhänger ein zum Teil mit Gewinde versehenes oberes Teil mit einer Vielzahl von Drehungen verhindernden Vorsprüngen und ein unteres Teil mit größerem Durchmesser aufweist, und die oberen und unteren Teile durch eine nach außen abgeschrägte Schulter voneinander getrennt sind; einer im wesentlichen zylinderischen Antriebsbuchse mit Gewinde an ihrem unteren Innenteil, wobei die Antriebsbuchse konstruiert und angeordnet ist, um unter Eingriff des Gewindes den Bohrlochhänger zu erfassen, und die im wesentlichen zylinderische Antriebsbuchse weiterhin einen größeren oberen Außendurchmesser und einen kleineren unteren Außendurchmesser aufweist und die Außendurchmesser durch eine nach innen abgeschrägte Schulter voneinander getrennt sind; einen im wesentlichen runden Lastring, der einen kleineren oberen Innendurchmesser und einen größeren Innendurchmesser besitzt, und die Teile unterschiedlichen Durchmessers durch eine hängende Schulter voneinander getrennt sind und die hängende Schulter eine Vielzahl von Schlitzen an ihrer Unterseite aufweist, die konstruiert und angeordnet sind, um mit den Drehungen verhindernden Vorsprüngen am unteren Durchmesser des Bohrlochhängers zusammenzuwirken; einem metallischen Dichtring mit einer Innenfläche, wobei die Innenfläche einen nach unten weisenden Keil und weiterhin eine ringförmige Nut in der Außenfläche bildet, um eine obere und untere ringförmige Dichtfläche zu bilden; einem Spaltring, der so konstruiert und angeordnet ist, daß er in die Nut im oberen Teil der Innenseite des Bohrlochkopfgehäuses paßt, und der Außendurchmesser des Ringes eine obere Schulter und eine untere, hängende Schulter aufweist, die mit der hängenden oberen Schulter und der unteren Schulter der Nut korrespondiert; einem Tragring, der oben auf den Lastring aufgelegt ist, um die Reibung zwischen dem im wesentlichen runden Lastring und der Antriebsbuchse zu vermindern.
Bevorzugt wirkt die Erfindung, wie im Folgenden dargestellt: Wenn sich die Buchse am Hänger nach unten bewegt, trifft sie auf einen Spaltring, welchen sie nach unten und außen in eine Nut in der Innenseite des Bohrlochkopfes drückt. Wenn die Buchse sich über den Spaltring hinausbewegt, trifft sie auf einen Lastübertragungsring, welcher seinerseits den Metall- Dichtring belastet und ihn zwischen dem Bohrlochkopf und dem kegelstumpfförmigen Profil des Bohrlochhängers zusammenpreßt. Sobald die Dichtung mit einem vorbestimmten Betrag belastet ist, wird das Betriebswerkzeug entfernt, und die Antriebsbuchse hält die Metall-Metall-Dichtung mit der Setzkraft in ihrer Stellung, während der Spaltring dazu dient, jegliche vertikale Bewegungen des Hängers und des Dichtringes zu verhindern.
Die beigefügten Zeichnungen zeigen:
Figur 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Baueinheit des Bohrlochkopfes umfassend ein Betriebswerkzeug, eine Antriebsbuchse, einen Spaltring, einen Lastring und einen metallischen Dichtring.
Figur 2 ist eine seitliche Schnittansicht, die die Elemente aus Figur 1 detaillierter zeigt.
Figur 3 ist eine Seitenansicht der Elemente aus Figur 1, die die Dichtung in belastetem Zustand zeigt.
Figur 4 ist eine Explosionsdarstellung und zeigt den Lastring, den metallischen Dichtring und den Bohrlochhänger.
Nunmehr sollen die Zeichnungen detaillierter beschrieben werden. Figur 1 zeigt einen Bohrlochkopf in teilweiser Schnittansicht, bei dem eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung verwendet wird. Die Antriebsbuchse 1 paßt zwischen die Innenwand des Bohrlochkopfes und die Außenseite des Bohrlochhängers und ist mit dem Bohrlochhänger verschraubt. Die Antriebsbuchse wird durch ein entfernbares Betriebswerkzeug 2 angetrieben oder geschraubt, welches von oben eingesetzt und entfernt wird, und einen Verriegelungsmechanismus verwendet, der aus einem passenden J-förmigen Schlitz 9 an der Oberseite der Antriebsbuchse und einer entsprechenden J-förmigen Sprosse 10 am Ende des Betriebswerkzeuges 2 gebildet ist.
Die Antriebsbuchse 1 umfaßt zwei nach innen abgeschrägte Schultern 11, 12 zwischen ihrem oberen und ihrem unteren Durchmesser. Wenn die Buchse sich nach unten bewegt, berührt die untere Schulter 12 den Spaltring 3 und drückt ihn nach unten gegen den Lastring 4 und dann nach außen in eine Nut 8 im Bohrlochkopf. Wenn sich der Spaltring in die Nut bewegt, wird er am Außendurchmesser zwischen den Schultern 11, 12 zurückgehalten. Dies ermöglicht es der Buchse, sich nach unten zu bewegen und den Lastring 4 über einen Tragring 13 zu belasten. Eine Drehung des Lastringes wird durch zinnenartige Schlitze 15 am Lastring, wie in Figur 4 dargestellt, und passende zinnenartige Vorsprünge 14 an der Außenseite des Bohrlochhängers, ebenfalls in Figur 4 dargestellt, verhindert. Der Lastring seinerseits belastet den metallischen Dichtring 5, indem er ihn in einen keilförmigen Bereich, der zwischen dem nach außen abgeschrägten Bohrlochhänger und der Innenseite des Bohrlochkopfes gebildet ist, drückt.
Durch Ausübung eines vorgegebenen Drehmoments auf das Betriebswerkzeug kann ein sehr genau bemessener Dichtdruck auf den metallischen Dichtungsring ausgeübt werden. Die obere Schulter 11 verhindert eine Überlastung der Dichtung. Wenn das erforderliche Drehmoment ausgeübt wurde, wird das Betriebswerkzeug entfernt und die metallische Dichtungsanordnung verbleibt durch die Antriebsbuchse unter Belastung. Zusätzlich verbleibt der Spaltring in der Nut 8 und verhindert Ausbrüche.
Wenn vorstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Einzelheiten beschrieben wird, soll dies die Erfindung nicht auf ein einzelnes Ausführungsbeispiel beschränken, und die Erfindungsgedanken können in einer Reihe von verschiedenen Wegen umgesetzt werden.
Das Vorstehende beweist, daß die vorliegende Erfindung die Probleme überwindet, die daraus resultieren, daß man sich bei der Belastung einer Metall-Metall-Dichtung allein auf das Gewicht eines Bohrlochstranges verläßt. Zusätzlich zeigt die Erfindung einen effektiven Weg auf, um Schutz gegen aus dem Bohrloch nach oben ansteigenden Druck und einen daraus resultierenden Ausbruch zu bieten.

Claims

1. Dichtungsanordnung für Bohrlochhänger, dadurch gekennzeichnet, daß sie gebildet ist aus:

einem im wesentlichen zylindrischen Bohrlochkopf mit einem Flansch an jedem Ende, einer durchgehenden, im wesentlichen vertikalen Längsbohrung und einer Nut (8) im oberen Teil der Innenseite der im wesentlichen vertikalen Längsbohrung;

einem im wesentlichen zylindrischen Bohrlochhänger mit einer durchgehenden Längsbohrung zur Verbindung mit einem Rohrstrang, wobei der im wesentlichen zylindrische Bohrlochhänger ein zum Teil mit Gewinde versehenes oberes Teil mit einer Vielzahl Drehungen verhindernder Vorsprünge (14) und einem unteren Teil mit größerem Durchmesser aufweist und die oberen und unteren Teile durch eine nach außen abgeschrägte Schulter voneinander getrennt sind;

einer im wesentlichen zylindrischen Antriebsbuchse (1) mit Gewinde an ihrem unteren Innenteil, wobei die Antriebsbuchse konstruiert und angeordnet ist, um unter Eingriff des Gewindes den Bohrlochhänger zu erfassen, und die im wesentlichen zylindrische Antriebsbuchse weiterhin einen größeren oberen Außendurchmesser und einen kleineren unteren Außendurchmesser aufweist und die Außendurchmesser durch eine nach innen abgeschrägte Schulter (11, 12) voneinander getrennt sind;

einem im wesentlichen runden Lastring (4), der einen kleineren oberen Innendurchmesser und einen größeren Innendurchmesser besitzt, und die Teile unterschiedlichen Durchmessers durch eine hängende Schulter voneinander getrennt sind und die hängende Schulter eine Vielzahl von Schlitzen (15) an ihrer Unterseite aufweist, die konstruiert und angeordnet sind, um mit den Drehungen verhindernden Vorsprünge am unteren Durchmesser des Bohrlochhängers zusammenzuwirken;

einem metallischen Dichtring (5) mit einer Innenfläche, wobei die Innenfläche einen nach unten weisenden Keil und weiterhin eine ringförmige Nut in der Außenfläche bildet, um eine obere und untere ringförmige Dichtfläche zu bilden;

einem Spaltring (3), der so konstruiert und angeordnet ist, daß er in die Nut im oberen Teil der Innenseite des Bohrlochkopfes paßt, und der Außendurchmesser des Ringes eine obere Schulter und eine untere, hängende Schulter aufweist, die mit der hängenden oberen Schulter und der unteren Schulter der Nut korrespondiert;

einem Tragring (13), der oben auf den Lastring aufgelegt ist, um die Reibung zwischen dem im wesentlichen runden Lastring und der Antriebsbuchse zu vermindern.

2. Dichtungsanordnung für Bohrlochhänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Antriebsbuchse (1) einen J-förmigen Schlitz (9) um ihren oberen Umfang besitzt, der so konstruiert und angeordnet ist, daß er ein Zusammenwirken mit einem entfernbaren Kraftwerkzeug ermöglicht.

3. Dichtungsanordnung für Bohrlochhänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Antriebsbuchse (1) einen größeren oberen Durchmesser und einen kleineren unteren Durchmesser besitzt und die größeren und kleineren Durchmesser durch zwei nach innen abgeschrägte Schultern (11, 12) getrennt sind.

4. Verfahren zum Einbau einer Dichtungsanordnung für Bohrlochhänger nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Absenkung eines Betriebswerkzeugs (2) in dem Bohrlochkopf; Verbindung der Antriebsbuchse (1) mit dem Betriebswerkzeug; Drehen des Betriebswerkzeugs, bis die Antriebsbuchse eine bestimmte Kraft auf den Spaltring (3) ausübt und diesen in die Nut (8) im oberen Teil der Innenseite des Bohrlochkopfes drückt und mit dem Tragring (13) zusammenwirkt, welcher eine nach unten gerichtete Kraft auf den metallischen Dichtring (5) ausübt; Trennen des Eingriffes des Betriebswerkzeugs von der Antriebsbuchse; und Herausziehen des Betriebswerkzeugs.