JPH04231592A - ケーシング・ハンガ・シーリング集合体 - Google Patents

ケーシング・ハンガ・シーリング集合体

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JPH04231592A
JPH04231592A JP3086493A JP8649391A JPH04231592A JP H04231592 A JPH04231592 A JP H04231592A JP 3086493 A JP3086493 A JP 3086493A JP 8649391 A JP8649391 A JP 8649391A JP H04231592 A JPH04231592 A JP H04231592A
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sealing
lip
assembly
seal
housing
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James A Burton
ジェームズ・エイ・バートン
Rickey D Book
リッキー・ディー・ブック
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Cooper Industries LLC
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    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/02—Surface sealing or packing
    • E21B33/03—Well heads; Setting-up thereof
    • E21B33/04—Casing heads; Suspending casings or tubings in well heads
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S285/00—Pipe joints or couplings
    • Y10S285/917—Metallic seals

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、海底ウエルに格別に適
した改良されたウエルヘッド構造体に関するものであり
、このような構造体はウエルヘッド・ハウジングと、改
良ハンガと、１回の吊上げ中に着座および設定されうる
シーリング集合体とを有している。
【０００２】
【従来の技術】本発明の以前には、ハンガの着座、固着
、ハンガの外面とハウジングの内面との間の環状体中に
シールを設定することを許す満足すべきハンガおよびシ
ール集合体を与えるために、多くの努力がなされてきた
。
【０００３】米国特許第３，２７３，６４６号は、スナ
ップ・リングがハウジングの内面内で溝内で係合するよ
うに用いられ、また、シールを半径方向に膨張させかつ
環状体を密封するように軸方向に圧縮される肩に着座し
かつポートの下方にシールを強制するように設定スリー
ブの回転に応答してシールが設定される前に、セメント
の環状を続行させるポート上でシールが環状体内で作用
するハンガおよびシール集合体を開示している。
【０００４】米国特許第３，４０４，７３６号は、シー
ルが環状体内に定置されかつ非設定位置に剪断ピンによ
って保持される環状シールを開示している。設定スリー
ブの回転がピンを剪断し、また、シールおよびくさびリ
ングを下方に移動させて保持リングを設定しかつ弾性シ
ールを環状体の壁とシーリング係合するように圧縮させ
る。
【０００５】米国特許第３，７９７，８６４号は、シー
ルを軸方向に圧縮するように回転によって設定される別
の環状体シールを開示している。このシール集合体は弾
性シールの端に係合する縁リップを有する端リングを有
し、また、シールが圧縮されたとき、リップが環状体の
壁と金属対金属シーリング係合するように変形される。 米国特許第４，５２１，０４０号は前述の米国特許第３
，７９７，８６４号の変更を開示している。
【０００６】ハンガの外ねじにナットを螺合させること
によって設定される別のハンガ・シールは、外下方に延
びる複数の外金属フィンを有しかつこのフィン間に弾性
材料を有するシール本体と、半径方向内方に延びかつフ
ィン間にある弾性材料を有する複数の内金属フィンと、
前記シール本体と本体が一体にされたときに外シール脚
を設定する直立リムを有する下方本体との間の接続体と
を有している。別のハンガ・ナットねじセット・シール
は、内外シール脚を有している。これら内外シール脚は
未広がりでかつ上下本体上の内外リムによって荷重を受
ける。
【０００７】他の先行特許は、弾性環状体用の金属端キ
ャップを利用していたので、圧縮によるシールの設定の
さいに、端キャップのリップは環状体の壁に係合して弾
性材料のはみ出し防止しかつ密封する。このような構造
の一例は、米国特許第４，４９６，１６２号に見られる
。
【０００８】米国特許第４，６１５，５４４号は、設定
スリーブの回転によって設定される別の形式の環状シー
ルを開示している。シールはリンクによって確実に接続
された複数の円錐台金属リングを有するＺ形状部分を有
している。リングによって成形された溝は弾性部材で満
たされる。シールは、リングの内外端および弾性部材を
密封されるべき環状体の壁とシーリング係合するように
作用する。
【０００９】米国特許第４，５７２，５１５号は、ボー
ル弁内のシート・リングおよび本体の壁間を密封するた
めのシールを開示している。シールは、本体の壁を密封
する離隔された外方に広がるシール・リップと、シート
・リングの壁を密封する外方に広がるシール・リップと
を有するポリエトラフルオロエチレンのリングである。
【００１０】別の先行構造は米国特許第４，８２３，８
７１号に示されている。シーリング集合体は、シール本
体から外方に広がりかつリップ間に弾性部材を有する外
リップを有している。内リップは弾性部材と互いに向か
って内方に広がる。シール集合体は、外リップの少なく
とも１つ上に力を発生してそれをハウジングの内面に密
にシーリング係合するようにシール本体のベース接続の
まわりで外方に押し付ける。内リップはハンガの外シー
リング面よりも小さい自由な直径を有している。内リッ
プは、外シーリング面に対して密封し、かつ、ハンガ・
シーリング面上での内リップの移動はリップをハンガ・
シーリング面とシーリング係合させる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ハン
ガーハウジング環状体の内外面に対して改良された金属
対金属シーリングとともにウエルヘッド・ハウジング内
に使用しかつ金属対金属シールを保持するように設定エ
ネルギを貯える改良されたハンガ・シーリング集合体を
得ることにある。
【００１２】本発明の別の目的は、外シーリング・リッ
プ上のシーリング荷重がリップがそれらのシーリング位
置に設定された後に維持される上述した形式の改良され
たハンガ・シーリング集合体を得ることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の改良された構造
は、ハンガとウエル・ハウジングとの間を密封する改良
されたハンガ・シーリング集合体に関するものである。 ハンガは、シーリング集合体がハウジングとハンガとの
間のシーリング位置に動される前に、ウエル・ハウジン
グ内に着座される。シーリング集合体は、ウエル・ハウ
ジングの内面上の凹部内に画定される内ハウジング・シ
ーリング面から離隔された外ハンガ・シーリング面間で
シーリング位置に下降され、また、外方に広がる外金属
シーリング・リップを有しているが、ハンガ外シーリン
グ面の直径よりも小さい自由な直径を有する本体の内面
上のハウジング内シーリング面と内金属シーリング面の
直径以下の最初の自由直径を有しているシール本体と、
このシール本体に移動自在に接続されていて、下方外シ
ール・リップに係合しそれをその設定位置に動かすこと
によって発生する力を貯える直立リムを有する下方付勢
リングと、シール本体に移動自在に接続されていて、上
方リップに係合しそれをその設定位置まで動かすことに
よって発生する力を貯える付属リムを有する上方付勢リ
ングとを有している。上下シール・リップは焼鈍された
または軟い金属からなり、他方、上下付勢体は高降伏点
の金属からできているので、リップ上の作用力は、それ
らがシーリング位置に設定された後に、貯えられ保持さ
れる。内面シーリングを与える内突起は、設定中に入る
液体の問題を避けるために十分に深いか、または液体排
除材料を有する凹部によって、シール本体の内面にそっ
て離隔される。シール集合体および付勢リングをそれら
の設定位置に固定掛止する手段が設けられ、また、この
よううな手段はハンガの外面とハウジングの内面との溝
内に係合する手段を有している。本発明のすべての形態
においては、リップ設定力に貯えるある手段が設けられ
る。これは、シール・リップを設定するために発生され
た軸および半径方向力の貯蔵を含んでいる。
【００１４】
【実施例】図１に示すように、本発明の改良されたシー
ル集合体１０は、ウエル・ハウジング１２内でその内面
とそれに着座されたハンガ１６の外面との間の環状体１
４内に下降されつつある状態に図示されている。図１に
示すように、ハンガ１６Ａ，１６Ｂはハウジング１２内
に着座され、また、それらの各シール集合体１０Ａ，１
０Ｂは各環状体１４Ａ，１４Ｂ内で着座されている。シ
ーリング集合体１０は設定集合体１８から支持され、ま
た、設定集合体１８は後述するようにその設定位置に着
座した後に設定集合体１８を移動させることができる適
当な工具（図示せず）上に支持される。
【００１５】シーリング集合体１０は、環状本体２０、
下方付勢リング２２、上方付勢リング２４を有している
。下方付勢リング２２は、その内面の溝３０および下方
本体リム２６の外面の細長い溝３２に定置される分割リ
ング２８によって本体２０の下方リム２６に移動自在に
取り付けられる。これは、本体２０に関して付勢リング
２２の相対的な軸方向移動を許す。上方付勢リング２４
は分割リング３６によって本体２０の上方本体リム３４
に移動自在に取り付けられる。分割リング３６は、付勢
リング２４の内面の溝３８内および上方本体リム３４の
外面の細長い溝４０内に定置される。これは、本体２０
に関して付勢リング２４の相対軸方向移動を許す。窓４
２は、リング２４のまわりに定置されかつ内外にそれぞ
れ偏倚された内外分割掛止リング４４，４６を上方付勢
リング２４内に設けられる。くさび要素４８は運転中に
外分割掛止リング４４の直上で窓４２内に定置され、ま
た、外分割掛止リング４４上の上方内テーパ付き面５２
と共同する下方外テーパ付き面５０を有している。リン
グ５４はリング２４の付勢リム６６内に定置され、また
、キャップねじ５６またはその他の適当な固定手段によ
って図示するようにくさび要素４８に固定される。リン
グ５４は、後述するように分割掛止リング４６上の上方
外テーパ付き面６０と共同する下方テーパ付き面５８を
有している。リング５４は、内フランジ６２と、運転中
に上方付勢リング２４上の上面とほぼ同じレベルにある
上面６４とを有する。
【００１６】シーリング集合体１０がハンガ１６によっ
て与えられる外肩６８上の下方付勢リング２４の下方端
に着座されたとき、設定工具を上方付勢リング２４の上
方面６６上で下方に押すことによって、設定が達成され
る。後述するように、設定が完全になった後に、リング
５４上で下方に押すことによって、外分割掛止リング４
４が内ハウジング溝７０内に外方に食い込まされ、また
、内分割掛止リング４６がハンガ溝７２内で内方に食い
込まされて、シーリング集合体１０を着座設定位置に掛
止する。
【００１７】シール本体２０は上方環状リップ７４およ
び下方環状リップ７６を有している。上方環状リップ７
４は本体２０の外面から外方に延び、次いで、全体とし
て軸方向上方位置に湾曲している。下方環状リップ７６
は本体２０の外面から外方に延び、そして、全体的に軸
方向下方位置まで曲がっている。運転位置において、リ
ップ７４，７６の外径はハウジング１２の内径よりも小
さい。上方付勢リング２４は、上方リム３４の外面から
わずかに外方に間隔をあけた内面と下方テーパ付き面７
８とを有している。下方テーパ付き面７８は設定中に上
方リップ７４の内面に係合してそれをハウジング１２の
内面に金属対金属シーリング係合状態で設定位置に半径
方向外方に動かす。下方付勢リング２２は、下方リム２
６の外面からわずかに外方に間隔をあけた内面と、上方
テーパ付き面８０とを有している。上方テーパ付き面８
０は、設定中に下方リップ７６の内面に係合して、それ
をハウジング１２の内面に金属対金属シーリング係合状
態で設定位置まで半径方向外方に動かす。
【００１８】本発明の改良点は、付勢リング２２，２４
用の高降伏点鋼を使用すること、また、上下リップ７４
，７６用の低降伏点鋼を用いることである。これは、ハ
ウジング１２の内面に対して作用されたときに、リップ
７４，７６をこの面の欠陥および不規則部に流れ込ませ
、また、完全な金属対金属シーリングがあるように保証
する。高降伏点の付勢リング２２，２４については、そ
れらが図６に示すようにそれらの末端でわずかに内方に
曲げられている。これは、設定力を有効に貯蔵してハウ
ジング１２の内面に対してリップ７４，７６の連続した
シーリングを保証する。
【００１９】本体２０の内面は、溝８４によって分離さ
れた一連の環状突条８２を有している。突条８２の内径
は、シール本体２０が係合密封すべきハンガ１６の外部
の部分の直径よりも小さい。突条８２のシーリング荷重
が減少されないように設定中に、溝に入った液体の圧力
の生成という問題を避けるために、溝８４の深さについ
て注意を払わなければならない。溝８４が約０．０１２
７ｍｍ（０．００５″）の半径を有している場合には、
水排除材料または容積補償材料が溝８４内に設けられね
ばならないので、そこに発生された水圧はハンガ１６の
外面に対して突条８２のシーリング荷重を干渉または減
少させない。このような材料の使用に対していくらかの
支障がある場合に、溝８４の深さは少なくとも１．０２
（０．０４０″）である。上方弾性シール・リング８６
は上方溝８８内に定置され、また、下方弾性シール・リ
ング９０が下方溝９２内に定置される。シール・リング
８６，９０は、シール本体２０の内面とハンガ１６の外
面との間に補充シーリングを与える。
【００２０】突条８２とハンガ１６の外部部分との係合
を保証するために、付勢リング２２，２４の内部部分は
内方に延びる突起９４，９６をそれぞれ設けられている
。突起９４，９６は、シーリング集合体１０が図５らに
示すように設定されたとき、上下突条８２の直接外部に
定置される。突起９４，９６は、上下突条８２がハンガ
１６の外部部分にシール係合状態にあることを保証する
半径寸法を有している。
【００２１】付勢リング２２，２４のくさび端の形状に
ついては、シール・リップ７４，７６に作用する力が軸
方向に延びる面９８，１００によって発生される。これ
は、半径方向の力のみをリップ７４，７６に発生させる
ので、シール・リップから軸方向に離れて付勢リングを
押し付ける軸力はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のケーシング・ハンガ・シーリング集合
体の縦断面図である。
【図２】シーリング集合体の部分縦断面図である。
【図３】非設定位置にあるシーリング集合体の詳細部分
断面図である。
【図４】図３に示す下方シール・リップおよび付勢リン
グの部分拡大断面図である。
【図５】設定位置に移動された後の図３に示すシール集
合体の詳細部分断面図である。
【図６】図５に示す下方シール・リップおよびその付勢
リングの部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１０：シーリング集合体、　　　　　　　　　　　　　
　　　１２：ウエル・ハウジング、１４：環状体、　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１
６：ハンガ、１８：設定集合体、　　　　　　２０：環
状本体、２２：下方付勢リング　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　２４：上方付勢リング、２６：下方
本体リム、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
３２：溝、３４：上方本体リム、　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　４０：溝、４４，４６：分割掛止
リング、　　　　　　　　　　４８：くさび要素、５４
：リング、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　５６：キャップねじ、７４，７６：リップ
。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　ウエル・ハウジングのシーリング内面
    とウエル・ハウジング内に着座されたハンガのシーリン
    グ外面との間を密封するシーリング集合体であって、外
    シール・リップと複数の内突条とを有する環状シール本
    体と、前記外シール・リップに係合しかつ前記ハウジン
    グのシーリング面にシーリング係合するように該リップ
    を外方に押し付ける付勢体とからなり、該付勢体が該リ
    ップに力が維持されるように該リップをそのシーリング
    位置に動かすエネルギを貯える手段を有していることを
    特徴としたシーリング集合体。
  2. 【請求項２】　　前記エネルギ貯蔵手段が前記シール・
    リップの移動中に弾性変形に耐えるように設計された前
    記付勢体の一部を有していることを特徴とした請求項１
    記載の集合体。
  3. 【請求項３】　　前記付勢体が前記シール・リップの材
    料よりも比較的高い降伏点を有する材料からなっている
    ことを特徴とした請求項１記載の集合体。
  4. 【請求項４】　　前記付勢体は前記リップに係合するリ
    ムを有し、該リムの外端はリップ移動力を受けたときに
    内方に自由に変形できることを特徴とした請求項１記載
    の集合体。
  5. 【請求項５】　　前記付勢体は逆湾曲端を有し、該湾曲
    端の外方部分が該シール・リップ内に係合し、かつ、該
    リップをシーリング位置に移動させるさいに内方に曲げ
    を受けることを特徴とした請求項１記載の集合体。
  6. 【請求項６】　　前記内突条がそれらの間に溝を有し、
    その内径がハンガ・シーリング面の外径よりも小さいこ
    とを特徴とした請求項１記載の集合体。
  7. 【請求項７】　　前記突条間にある溝内に入った液体中
    に発生する過剰圧力を防止する手段を有していることを
    特徴とした請求項６記載の集合体。
  8. 【請求項８】　　前記過剰圧力防止手段が前記溝内に水
    排除材料を有していることを特徴とした請求項７記載の
    集合体。
  9. 【請求項９】　　前記過剰圧力防止手段が少なくとも１
    ｍｍの深さの溝を有していることを特徴とした請求項７
    記載の集合体。
  10. 【請求項１０】　　前記付勢体は前記シール・リップと
    の設定係合からの後退を防止する手段を有していること
    を特徴とした請求項７記載の集合体。
  11. 【請求項１１】　　前記付勢体が環状本体と前記シール
    ・リップに係合するくさびとを有することを特徴とした
    請求項１記載の集合体。
  12. 【請求項１２】　　ウエル・ハウジングのシーリング内
    面とウエル・ハウジング内に着座されたハンガのシーリ
    ング外面との間を密封するシーリング集合体であって、
    外上方シール・リップと外下方シール・リップと複数の
    内突条とを有する環状シール本体と、前記外上方シール
    ・リップに係合しかつ前記ハウジングのシーリング面に
    シーリング係合するように該リップを外方に押し付ける
    付勢体と、前記下方シール・リップに係合しかつ前記ハ
    ウジングのシーリング面にシーリング係合するように該
    リップを外方に押し付ける下方付勢体とからなり、該付
    勢体が該両リップに力が維持されるように該リップをそ
    のシーリング位置に動かすエネルギを貯える手段を有し
    ていることを特徴としたシーリング集合体。
JP3086493A 1990-08-24 1991-04-18 ケーシング・ハンガ・シーリング集合体 Expired - Fee Related JP2966131B2 (ja)

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US07/573,630 US5110144A (en) 1990-08-24 1990-08-24 Casing hanger seal assembly
US573630 1990-08-24

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JPH04231592A true JPH04231592A (ja) 1992-08-20
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US (1) US5110144A (ja)
EP (1) EP0475557B1 (ja)
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AT (1) ATE131573T1 (ja)
AU (1) AU630791B2 (ja)
BR (1) BR9101566A (ja)
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DE (1) DE69115397T2 (ja)
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