NL8302655A

NL8302655A - Stelsel voor het beschermen van vloeistofafdichtingen.

Info

Publication number: NL8302655A
Application number: NL8302655A
Authority: NL
Original assignee: Exxon Production Research Co
Priority date: 1982-07-26
Filing date: 1983-07-26
Publication date: 1984-02-16
Also published as: US4561679A; AU1726483A; GB8320125D0; GB2124720A; NO832709L; GB2124720B

Description

r 'k -1- VO 4964

Stelsel voor het beschermen van vloeistofafdichtingen.

De uitvinding heeft betrekking op een stelsel voor het beschermen van vloeistofafdichtingen tegen aantasting als gevolg van chemische werking, een bovenmatige temperatuur en een bovenmatige druk. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een stelsel voor het 5 verminderen van de druk van de afdichting, waarbij gebrik wordt gemaakt van hydraulische drukvergroters samen met vloeistofafdichtingen voor het verlengen van de levensduur en het verhogen van de betrouwbaarheid van het afdichtstelsel.

De buitengaatse produktie van aardolie en gas vereist het ge-10 bruik van in hoofdzaak vertikale, fluidumdragende buizen, bekend als "spuitleidingen" voor het vanaf een verbuizingskop onder water transporteren van fluïdi naar het wateroppervlak. Dikwijls bevindt een aantal spuitleidingen zich in een vertikaal spandeel, dat een "stijgbuls" wordt genoemd. Het bovenste einde van de stijgbuis is verbonden met een t 15 drijvend vaartuig of een boei, die onderhevig is aan zijdelingse beweging als gevolg van wind, golven en oceaanstromingen. Voor het vereffenen van deze zijdelingse beweging van het vaartuig of de boei rond de vaste verbuizingskop onder water, worden gewoonlijk scharnierbare verbindingen gemonteerd tussen de stijgbuis en -de verbuizingskop onder 20 water. Draaibare of scharnierbare verbindingen worden ook gemonteerd in de spuitleidingen, teneinde de stijgbuis te laten bewegen zonder de spuitleidingen te beschadigen. Een toepassing van draaibare verbindingen in spuitleidingen is bijv. geopenbaard in het Amerikaanse octrooischrift 4.318.423.

25 Draaibare en scharnierbare verbindingen in stijgbuizen en andere fluidumdragende stelsels moeten goed zijn afgedicht voor het voorkomen van het in de omringende omgeving lekken van de fluidi. Deze fluïdi worden hierna aangeduid als "produktiefluïdi". Gewoonlijk worden vloeistofafdichtingen van buigzaam elastomeer of kunststof gebruikt tussen 30 de bewegende delen van een draaibare of scharnierbare verbinding voor het voorkomen van het lekken van het produktiefluïdum. Dergelijke buigzame vloeistofafdichtingen worden gebruikt, omdat zij een doeltreffender, lekvrije afdichting vormen dan harde metalen of samengestelde afdichtingen. Voorspoedig bedrijf van het fluidumdragende stelsel ver-35 eist, dat de vloeistofafdichtingen gedurende de ontworpen levensduur van het fluidumdragende stelsel betrouwbaar zijn.

8302655 -2-

i f T

De eisen aan de bestaande vloeistofafdichtingstechnologie zijn toegenomen bij het uitbreiden van het zoeken naar ruwe aardolie en gas in pas ontdekte reservoirs- Deze reservoirs bevinden zich dikwijls op grote diepten onder het aardoppervlak, en fluïdi uit dergelijke 5 reservoirs worden dikwijls met hoge temperaturen en drukken geproduceerd. Diepe gasputten kunnen bijv. fluïdi produceren op temperaturen, die hoger liggen dan 232°C, en drukken, die 69MPa overschrijden. Bovendien zijn de uit dergelijke reservoirs geproduceerde fluïdi dikwijls "zure" fluïdi, die grote concentraties zwavelwaterstof, kooldioxyde en andere 10 verontreinigingen bevatten.

Hoewel vloeistofafdichtingen zijn ontwikkeld, die een goede weerstand hebben tegen aantasting, veroorzaakt door de chemische werking van een zuur fluïdum, neigen deze "produktafdichtingen" tot verslech-tring bij onderwerping aan hoge temperaturen en bovenmatige drukken.

15 Bepaalde produktafdichtingseleastomeren bijv., die bestendig zijn tegen chemische aantasting, worden week .wanneer de temperatuur van de produkt-afdichting wordt verhoogd. Dit weekmaken vermindert de treksterkte van de produk taf dichting en vermindert het vermogen om beschadiging te weerstaan als gevolg van een bovenmatige druk. Omgekeerd worden andere 20 produktafdichtingselastomeren bij hoge temperaturen bros. Dit brosworden neigt tot het laten barsten van de produktafdichting. Verder vermindert dit bros worden de veerkracht van de produktafdichting, hetgeen de afdichtdoelmatigheid vermindert.

Andere produktafdichtingselastomeren, zoals fluorkoolstoffen en 25 perfluorelastomeren, die bestendig zijn tegen chemische aantasting, zijn ook bestendig tegen hoge temperaturen. Deze produktafdichtingen neigen echter tot gevoeligheid voor beschadiging als gevolg van bovenmatige vloei stof drukken. De druk neigt tot het uitpersen van de produktafdichtingen in de afdichtspleten tussen de bewegende delen van de draai-30 bare of schamierbare verbinding, en kan de produktafdichtingen breken. Het door druk uitpersen van dergelijke produktafdichtingen vergroot tevens de slijtage van de produktafdichtingen wanneer zij in aanraking zijn met de afdichtlip van de draaibare of schamierbare verbinding.

Bepaalde kunststoffen kunnen het samenstel weerstaan van hoge tem-35 peraturen, hoge drukken en corrosieve omgevingen. De afdichtdoelmatigheid van vloeistofafdichtingen , gemaakt van dergelijke kunststoffen, is 8302655 r < -3- echter beperkt. Dit komt, omdat vloeistofafdichtingen, gemaakt van dergelijke kunststoffen, de neiging hebben harder te zijn dan elastomeren, en zich niet gemakkelijk aanpassen aan kleine onregelmatigheden van het bijpassende oppervlak van een draaibare of schamierbare verbinding.

5 Als gevolg dichten vloeistofafdichtingen van kunststof niet even doelmatig af als elastomeren, en lekken zij dikwijls.

Vloeistofafdichtingen, die op juiste wijze het samenstel kunnen weerstaan van een corrosief fluïdum, geproduceerd bij hoge temperaturen * en bovenmatige drukken onder het verschaffen van een doeltreffende, 10 lekdichte afdichting zijn nog niet ontwikkeld. Er bestaat dus duidelijk behoefte aan een afdichtstelsel, dat een betrouwbare afdichting kan verschaffen bij blootstelling aan het samenstel van deze omstandigheden.

Verschillende afdichttechnieken zijn ontwikkeld voor het verlengen van de nuttige levensduur van vloeistofafdichtingen. Elk dezer technie-15 ken heeft echter bepaalde beperkingen. Bij een dergelijke techniek wordt gebruik gemaakt van een tweede aanvullende afdichting achter de eerste afdichting voor het afdichten van de spleet tussen de bewegende elementen van de draaibare of schamierbare verbinding. Indien de eerste afdichting faalt, voorkomt de tweede afdichting het lekken, totdat ook 20 deze faalt. Hoewel de tweede afdichting de mogelijkheid van het onder lage druk lekken vermindert, wordt de tweede afdichting door het falen van de eerste afdichting als gevolg van een plotselinge drukverhoging dikwijls eveneens verbroken. Zelfs indien de tweede afdichting niet onmiddellijk faalt, wordt deze daarna blootgesteld aan de volledige druk 25 van het produktiefluïdum, en is de gewenste afdi ch taan vulling niet langer aanwezig.

Een tweede techniek voor het verlengen van de nuttige levensduur van de vloeistofafdichtingen omvat het gebruik van steunringen, bestaande uit metaal of andere harde verbindingen voor het voorkomen van het uit-30 persen van de zachtere vloeistofafdichting in de afdichtspleet. De steun-ring is achter de vloeistofafdichting geplaatst voor het verkleinen van de grootte van de afdichtspleet. Deze techniek voegt de voordelen van een zachte vloeistofafdichting, die een doeltreffender afdichting vormt bij lage vloeistofdrukken dan een stijvere vloeistofafdichting, bij die 35 van een harde steunring, die een betere bestendigheid heeft tegen het onderdruk uitpersen. Het gebruik van een steunring is echter beperkt 8302655 . * * -4- wanneer de steunring is blootgesteld aan hoge temperaturen. Bij hoge temperaturen zet de steunring uit. Omdat de afdichtspleet tussen de steunring en het bewegende element van de draaibare of schamierbare verbinding zeer klein moet zijn, teneinde het uitpersen van de vloei-5 stof afdichting te voorkomen, kan warmteuitzetting van de stemring deze doen aangrijpen op het bewegende element. Dit vergroot de slijtage en af schuring van de steunring en het bewegende element, en veroorzaakt uiteindelijk het falen van de draaibare of schamierbare verbinding.

Het verkleinen van de diameter van de steunring voor het voorkomen 10 van dit aangrijpen, vergroot de afmeting van de afdichtspleet, die de stemring moet verkleinen.

Een derde techniek voor het verlengen van de levensduur van vloeistofafdichtingen berust op het gebruik van het samenstel van een afdichting met een vrij beweegbare zuiger, een vaste steunafdichting 15 en een tussen de afdichtingen aangebracht hydraulisch fluïdum. De zuigerafdichting is aan een zijde blootgesteld aan het produktiefluldum en aan de andere aan het hydraulische fluïdum De druk van het produktiefluldum verplaatst de zuigerafdichting, waardoor het hydraulische fluïdum wordt samengedrukt. Het in de omgeving lekken van hettissen-20 fluïdum wordt voorkomen door de steunafdichting. Een afdichting met een vrij beweegbare zuiger is echter in bepaalde toepassingen beperkt. Hoewel een afdichting met een vrij beweegbaar zuiger het drukverschil opheft, dat werkt op de zuigerafdichting, berust het stelsel op een beweging van de zuigerafdichting en kan het niet worden aangepast aan 25 een toepassing, waarbij een vaste afdichting nodig is. Bovendien is· de afdichtdoelmatigheid van de zuigerafdichting beperkt door veranderingen in de temperatuur van het produktiefluïdum. Bij lage temperaturen trekt de zuigerafdichting samen, en lekt het produktiefluïdum in het "schone" hydraulische fluïdum. Bij hogere temperaturen zet de zuiger 30 uit en grijpt aan op de wanden van de cylinder.

Afgezien van het gebruik van aanvullende afdichtingen, steunringen en afdichtingen met een vrij beweegbare zuiger voor het verlengen van de levensduur van het afdichtstelsel, zijn bepaalde andere technieken ontwikkeld voor het in drukevenwicht brengen van de bewegende elementen 35 van een schamierbare verbinding. In een kogeltapverbinding bijv., neigt de druk van het produktiefluldum tot het tegen elkaar persen van 8302655 * -5- de slij toppervlakken van de kogeltapelementen. Deze stuwkracht kan de kogeltapelementen beschadigen door het vergroten van de wrijving, die de slijtoppervlakken afschuurt. Voor het verminderen van deze stuwkracht wordt volgens een algemeen..bekende toepassing van de wet 5 van de hydrostatica gebruik gemaakt van een hydraulische pers of druk-vergroter voor het produceren van een kracht op de kogeltapelementen, die de stuwkracht van het produktiefluldum tegengaat. Zie bijv. de Amerikaanse octrooischriften 3.479.061 en 3.746.372, die het gebruik openbaren van een drukvergroter voor drukevenwicht van kogeltapelementen. 10 In elk dezer octrooischriften, wordt de druk van het produktiefluldum door een drukvergroter geleid voor het onder druk plaatsen van een hydraulisch fluïdum. Het hydraulische fluïdum, dat door de drukvergroter is gescheiden van het produktiefluïdum, wordt tegen het stuw-element van de verwinding gericht voor het vereffenen van de stuwkracht 15 van het produktiefluïdum. Vloeistofsteunafdichtingen, die zich bevinden in de afdichtspleet tussen de kogeltapelementen, voorkomen het lekken van het onder druk geplaatste hydraulische fluïdum in de omringende omgeving. Hoewel het onder druk geplaatste hydraulische fluïdum de stuwkracht van het produktiefluïdum vereffent, wordt de qp de vloeistof-20 steunafdichtingen werkende druk vergroot in plaats van verkleind.

Het doeleinde van het verminderen van de druk, die op de vloeistofaf-dichtingen werkt, is dus niet bereikt.

Hoewel afdichtstelsels zijn ontwikkeld voor het verlengen van de levensduur van vloeistofafdichtingen, die zijn blootgesteld aan zure 25 produktiefluïdi, die bij bovenmatige temperaturen en drukken worden getransporteerd, is de doelmatigheid van elk afdichtstelsel onderworpen aan bepaalde beperkingen. Derhalve bestaat behoefte aan een verbeterd stelsel voor het verminderen van de druk van een afdichting, welk stelsel de levensduur van een afdichtstelsel kan verlengen.

30 De uitvinding lost de bovenvermelde moeilijkheden op door het verschaffen van een stelsel voor het verminderen van de druk van een afdichting, welk stelsel de druk, die neigt tot het uitpersen van vloeistofafdichtingen in een draaibare of schamierbare verbinding, vermindert of opheft. De vloeistofafdichtingen, die het in de omgeving lekken 35 van het produktiefluïdum voorkomen, bevinden zich in de afdichtspleet tussen de bewegende elementen van de draaibare of scharaierbare verbinding. In de voorkeursuitvoeringsvorm bestaat het stelsel uit een eerste 8302855 —6— afdichting, geplaatst in de afdichtspleet in aanraking met het produktiefluldum, uit een tweede afdichting, geplaatst in de afdichtspleet tussen de eerste afdichting en de omgeving, voor het zodoende vormen van een afgedichte holte, tussen de eerste afdichting en de tweede 5 afdichting, uit een in de af gedichte holte zich bevindend hydraulisch fluïdum, en uit een drukvergroter, die kan worden gedreven door de druk van het. produktiefluldum voor het onder druk plaatsen van het hydraulische fluïdum. Het drukverschil, dat op de eerste afdichting werkt, is dus beperkt tot het verschil tussen de drukken van het produktie-10 fluïdum en het hydraulische fluïdum.

Zoals hiervoor opgemerkt, kan het produktiefluldum een zuur fluïdum zijn, geproduceerd bij hoge temperaturen en drukken. De keuze van de juiste afdichtmaterialen voor de eerste afdichting en voor de tweede afdichting verhogen dus de waarde van de uitvinding. Produkt-15 afdichtingen, die bestendig zijn tegen aantasting, veroorzaakt door chemische werking en hoge temperaturen, worden bij voorkeur gebruikt voor de eerste afdichting. Drukafdichtingen, die bestendig zijn tegen uitpersen door bovenmatige drukken worden bij voorkeur gebruikt voor de tweede afdichting. Op deze wijze wordt het drukverschil, dat werkt 20 op de zwakke produktafdichting, verminderd, waarbij de drukafdichting is gescheiden van de nadelige gevolgen van het produktiefluldum.

In een andere uitvoeringsvorm bestaat het stelsel uit een eerste afdichting, geplaatst in de afdichtspleet in aanraking met het produktiefluldum, uit een aantal tweede afdichtingen, achter elkaar geplaatst 25 in de afdichtspleet voor het zodoende vormen van een aantal afgedichte holten tussen:., de eerste afdichting en de omgeving, uit een in elke afgedichte holte zich bevindend hydraulisch fluïdum, en uit een aantal drukvergroters, waarbij elke drukvergroter behoort bij een van de af gedichte holten en het hydraulische fluïdum in de bijbehorende afgedichte 30 holte onder druk kan plaatsen. De eerste drukvergroter wordt gedreven door de druk van het produktiefluldum voor het onder druk plaatsen van een hydraulische fluïdum in de eerste afgedichte holte, waarbij elke volgende drukvergroter wordt gedreven door de druk van het hydraulische fluïdum in de voorgaande afgedichte holte voor het onder druk plaatsen 35 van het hydraulische fluïdum in de bijbehorende afgedichte holte. Het drukverschil, dat werkt op elke afdichting in het stelsel voor het ver- 8302655 -7- minderen van de druk van de afdichting, is derhalve verminderd tot een klein gedeelte van de druk van het produktiefluïdum.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin: 5 figuur 1 een aanzicht is, gedeeltelijk in doorsnede, van het stelsel, aangepast aan een gebruikelijke in-lijn draaiverbinding, figuur 2 een aanzicht is, gedeeltelijk in doorsnede, van een andere uitvoeringsvorm, voorzien van een aantal samenstellen van een hydraulisch drukmiddel en een afdichtmiddel, 10 figuur 3 een aanzicht is, gedeeltelijk in doorsnede, van het stelsel, aangepast aan een gebruikelijke concentrische draaibare verbinding, waarbij het gebruik is weergegeven van een aantal samenstellen hydraulische drukmiddelen en afdichtingen, en figuur 4 een aanzicht is, gedeeltelijk in doorsnede, van het 15 stelsel, aangepast aan een kogeltapverbinding.

Figuur 1 verduidelijkt het stelsel, zoals aangepast aan een gebruikelijke in-lijndraaiverbinding 10. In-lijn draaiverbindingen zijn algemeen bekend als een middel voor het verschaffen van het draaien tussen de hartlijnen van twee aangrenzende segmenten van een fluïdum-20 dragende pijpleiding. Gewoonlijk zijn beide einden van de draaiverbinding 10 voorzien van een flens om de draaiverbinding te kunnen verbinden met een pijpleiding. De pijpleiding 12 wordt gebruikt voor het transporteren van produktiefluïdum 14, dat een "zuur" fluïdum kan zijn op een hoge temperatuur en onder een grote druk. Het insteekeinde 16 25 is concentrisch draaibaar in het huiseinde 18 van de draai verbinding 10. Legers 20 voorkomen een axiale beweging van het insteekeinde 16 met betrekking tot het huiseinde 18 onder toelaten van het vrij draaien van deze elementen rond de lengtehartlijn van de draaiverbinding 10.

Zoals afgeheeld in figuur 1, is de radiale spleet tussen het in-30 steekeinde 16 en het opneemeinde 18 bepaald als afdichtspleet 22. De afdichtspleet 22 voorkomt aanraking tussen het insteekeinde 16 en het opneemeinde 18. Elk bewegend element kan dus draaien zonder het andere af te schuren. De axiale spleet tussen het insteekeinde 16 en het huiseinde 18 is bepaald als eindspleet 25. Een produktafdichting 24 bevindt 35 zich in de afdichtspleet 22 nabij de eindspleet 25 voor het van het produktiefluïdum 14 scheiden van de legers 20 en het voorkomen van het in de omgeving lekken van het produktiefluïdum 14. De uitdrukking 8302655 -8- "produktafdichting" wordt hier gebruikt voor het in het algemeen beschrijven van een soort afdichtingen, die bestendig is tegen aantasting door chemische werking en hoge temperaturen. Elke produk taf dichting heeft 1wee zijden, aangeduid als de voorzijde F en achterzijde B. Zoals 5 afgebeeld in figuur 1, is de voorzijde van de produktafdichting 24 in aanraking met het produktfluxdum 14.

Zoals hiervoor opgemerkt, kan het produk tie fluïdum 14 een zuur fluïdum zijn op een hoge temperatuur en onder een grote druk. Uit geothermische putten geproduceerde fluldi bijv. kunnen stoom of zwavel-10 waterstofverbindingen bevatten bij temperaturen van wel 343°C en onderdrukken van wel 44,85 MPa. Een diepe zure gasput kan fluldi produceren onder temperaturen van meer dan 232°C en onderdrukken, die 69 MPa overschrijden. Omdat de temperatuur en chemische samenstelling van elk produktiefluldum van put tot put verandert, moet elke produktafdich-15 ting bij voorkeur zijn gekozen om bestendig te zijn tegen de temperatuur en chemische samenstelling van het bepaalde produktiefluldum.

Weer verwijzende naar figuur 1, is de voorzijde van de produktaf dichting 24 onderworpen aan de druk van het produktiefluldum 14.

Deze druk neigt tot het uitpersen van de produktaf dichting 24 in de 20 afdichtspleet 22. Volgens de uitvinding wordt het produktiefluldum 14 ook geleid door een kanaal 28 voor het drijven van hydraulische drukmiddelen 26. Hydraulische drukmiddelen, gewoonlijk aangeduid als "drukvergroters" zijn algemeen bekend. Hydraulische drukmiddelen worden gewoonlijk gebruikt voor het overbrengen van de kracht, uitgeoefend 25 door de druk van een fluïdum, voor het onder druk plaatsen van een tweede fluïdum. Verwijzende naar figuur 1, hebben de hydraulische drukmiddelen 26 een inlaatzijde I en een uitlaatzijde O. Het produktiefluldum 14 oefent op de inlaatzijde van de hydraulische drukmiddelen 26 een kracht uit, die gelijk is aan de druk van het produktiefluldum 14, vermenig-30 vuldigd met het gebied van de inlaatzijde van de hydraulische drukmiddelen 26, blootgesteld aan het produktiefluldum 14. Dit verband wordt uitgedrukt door de vergelijking F=PA. Omdat de door de hydraulische drukmiddelen 26 overgebrachte kracht gelijk is aan de kracht, uitgeoefend op de inlaatzijde van de hydraulische drukmiddelen 26, is het verband 35 tussen de inlaat- en uitlaatdrukken (waarbij I de inlaat is en O de uitlaat) als volgt: F^=FQ; p^A^PqAq en P^/P^Ag/A^. Op grond van deze verhoudingen is de inlaatdruk P groter dan de uitlaatdruk indien het 8302555 -9- uitlaatgebied A^ van de hydraulische drukmiddelen 26 groter is dan het inlaatgebied A^. De gewenste drukvergroting of vermindering kan worden bereikt door het kiezen van passende inlaat- en uitlaatgebieden voor de hydraulische drukmiddelen 26.' 5 Een drukafdichting 32 is gemonteerd in de afdichtspleet 22 tussen de produktafdichting 24 en de omgeving voor het zodoende vormen van een afgedichte holte tussen de produktafdichting 24, de drukafdichting 32 en de bewegende delen van de draaiverbinding 10. De uitdrukking "drukafdichting", zoals hier gebruikt, heeft betrekking op vloeistof-10 afdichtingen, die bestendig zijn tegen uitpersen door een afdichtspleet bij blootstelling aan hoge drukken. Evenals de produktafdichting 24 heeft de drukafdichting 32 een voorzijde F en een achterzijde B. Een hydraulisch fluïdum 30 is aangebracht in de afgedichte holte. Een kanaal 31 is gevormd tussen de uitlaatzijde van de hydraulische druk-15 middelen 26 en de afgedichte holte. Wanneer de hydraulische drukmiddelen 26 worden gedreven door de druk van het produktiefluldum 14, plaatsen de hydraulische drukmiddelen 26 het hydraulische fluïdum 30 door het kanaal 31 onder druk. Het drukverschil, dat werkt op de produktafdichting 24 wordt zodoende verminderd tot het verschil tussen de 20 druk van het produktiefluldum 14 en die van het hydraulische fluïdum 30. Het in de omgeving lekken van het hydraulische fluïdum 30 wordt voorkomen door de drukafdichting 32.

Zoals hiervoom vermeld, is de produktafdichting 24 bestendig tegen aantasting door de corrosieve werkingen van het produktiefluldum 25 14 en tegen hoge temperaturen, maar gevoelig voor uitpersing door druk.

De drukafdichting 32 is bestendig tegen uitpersing door druk, maar gevoelig voor de corrosieve werkingen van het produktiefluldum 14. De tekortkomingen van de afzonderlijke afdichtingen worden dus opgeheven door het van de daarvoor schadelijke faktoren afsluiten van elke af-30 dichting. Het gebruik van de produktafdichting 24, de drukafdichting 32 en de hydraulische drukmiddelen 26 kan worden toegpast bij draaitap-verbindingen, bij draaiverbindingen, bij kogeltapverbindingen en andere schamierbare buisverbindingen, die gewoonlijk in fluldumdragende stelsels worden gebruikt. De uitvinding is in het bijzonder voordelig wan-35 neer een zuur produktiefluldum wordt geproduceerd met hoge temperaturen en drukken. De uitvinding kan echter bij een grote verscheidenheid aan 8302855 -10- vloeistofafdichtingstoepassingen worden gebruikt.

Indien, weer verwijzende naar figuur 1, de hydraulische drukmiddelen 26 het hydraulische fluïdum 30 onder een druk plaatsen, die groter is dan die van het produktiefluïdum 14, wordt de richting van de daaruit 5 voortvloeiende druk, die werkt op de produkt af dichting 24, omgekeerd (in een dergelijk geval is de richting van de afdichting 24 omgekeerd). Dit voorkomt verontreiniging van het hydraulische fluïdum 30 door het voorkomen van migratie of lekkage van produktiefluïdum 14 om de pro-duktafdichting 24 heen. Om rekening te houden met het eventueel lekken 10 van hydraulisch fluïdum 30 in het produktiefluïdum 14 of in de omgeving, kan een algemeen bekend geschikt hydraulisch fluïdumaanvulmiddel 34 worden gebruikt voor het aan de afgedichte holte toevoegen van hydraulisch fluïdum 30.

Figuur 2 toont een andere uitvoeringsvorm, aangepast voor een 15 in-lijn draai verbinding 10. Zoals hiervoor beschreven, bevindt de pro-duktafdichting 24 zich in de afdichtspleet 22 voor het insluiten van het produktiefluïdum 14. Drie drukafdichtingen 32a, 32b en 32c bevinden zich achter elkaar in de afdichtspleet 22 voor het vormen van drie afgedichte holten tussen de produktafdichting 24 en de omgeving. Elke 20 af gedichte holte is gevuld met het hydraulische fluïdum 30. Hydraulische drukmiddelen 26a, 26b en 26c, resp. behorende bij de eerste, tweede en derde afgedichte holten, zijn bevestigd aan de draaiverbinding 10.

De hydraulische drukmiddelen 26a warden gedreven door de druk van het produktiefluïdum 14 voor het onder druk plaatsen van het hydraulische 25 fluïdum 30 in de eerste afgedichte holte. De hydraulische drukmiddelen 26b worden gedreven door het.hydraulische fluïdum 30 in de eerste afgedichte holte voor het onder druk plaatsen van het hydraulische fluïdum 30 in de tweede afgedichte holte. Op soortgelijke wijze worden de hydraulische drukmiddelen 26c gedreven door het hydraulische fluïdum 30 30 in de tweede afgedichte holte voor het onder druk plaatsen van het hydraulische fluïdum 30 in denderde afgedichte holte. Het drukverschil, werkende op elke drukafdichting 32 in het stelsel, is beperkt tot het verschil tussen de drukken, die werken op de voor- en achterzijden daarvan. Ter verduidelijking toont figuur 2 het gebruik van drie drukaf-35 dichtingen en drie afgedichte holten. Een willekeurig aantal drukaf-dichtingen en afgedichte holten kan echter worden gebruikt zonder het 8302655 -11- kader van de uitvinding te verlaten.

Figuur 3 toont een andere uitvoeringsvorm, aangepast aan een gebruikelijke concentrische draaitapverbinding 36. Het produktiefluïdum 14 wordt getransporteerd door de pijpleiding 12. De bewegende elementen 5 van de concentrische draaitapverbinding 36 zijn een draai-einde 38 en een vast einde 40. Een axiale afdichtspleet 42 strekt zich uit aan weerszijden van een inlaat 43. Duidelijkheidshalve wordt het afdicht-stelsel voor slechts een zijde beschreven. De produktafdichting 24 bevindt zich in de axiale afdichtspleet 42 voor het voorkomen van het in 10 de omgeving lekken van het produktiefluldum 14. De druk afdi chtingen 32a en 32b bevinden zich in de afdichtspleet 42 tussen de produktaf dichting 24 en de omgeving voor het vormen van twee af gedichte holten. Het hydraulische fluïdum 30 bevindt zich in elke afgedichte holte. De hydraulische drukmiddelen'26a en 26b, resp. behorende, bij de eerste en 15 tweede afgedichte holten, zijn bevestigd aan de draaitapverbinding 36. De hydraulische drukmiddelen 26a worden gedreven door het produktiefluldum 14 voor het onder druk plaatsen van het hydraulische fluïdum 30 in de eerste afgedichte holte, gevormd tussen de produktafdichting 24 en de drukafdichting 32a. De hydraulische drukmiddelen 26b worden 20 gedreven door het hydraulische fluïdum 30 in de eerste afgedichte holte voor het onder druk plaatsen van het hydraulische fluïdum 30 in de tweede afgedichte holte. Deze uitvoering is aan de andere zijde van de inlaat 43 herhaald. Zoals eerder gestéld met betrekking tot figuur 2, kan een willekeurig aantal drukafdichtingen en afgedichte holten wor-25 den gebruikt zonder het kader van de uitvinding te verlaten.

Figuur 4 toont een uitvoeringsvorm, aangepast aan een kogeltap-verbinding 44. Kogeltapverbindingen zijn algemeen bekend als een middel voor het verbinden van twee buisgedeelten onder het verschaffen van een hoekbeweging daartussen. Het kogeleinde 46 en het tapeinde 48 zijn voor 30 wat betreft de werking gelijk aan het insteékeinde 16 en het huiseinde 18 van de in-lijn draaiverbinding 10, zoals afgebeeld in de figuren 1 en 2. Deze uitvoeringsvorm is dus op dezelfde wijze werkzaam als hiervoor beschreven.

Het stelsel voor iet verminderen van de druk van een afdichting 35 kan zijn ontworpen voor het beperken van het drukverschil, dat werkt op een afdichting in het stelsel door het gebruiken van een geschikt aantal «302655 -12- hydraulische drukmiddelen en produktafdichtingen. De mathematische beschrijving van de drukvermindering van het in figuur 2 afgebeelde hydraulische drukstelsel bijv., kan worden afgeleid uit een aantal grondverbanden. Aannemende dat de druk van het produktiefluidum 14 5 gelijk is aan p^, en de druk van het hydraulische fluïdum 30 in de eerste af gedichte holte gelijk is aan is <3e verhouding van de uitlaat-druk tot de inlaatdruk voor de eerste hydraulische drukmiddelen 26a gelijk aan Pj/p^B^. B is derhalve een funktie van de fysische afmetingen van elk der hydraulische drukmiddelen., en kan een andere 10 waarde zijn voor elk der hydraulische drukmiddelen. De waarde van B voor de hydraulische drukmiddelen 26a, 26b en 26c is resp. B^, B2 en B^. Wanneer p^ de druk is van het hydraulische fluïdum 30 in de tweede af gedichte holte, en Ρ2 de druk van het hydraulische fluïdum 30 in de eerste afgedichte holte, is voor de hydraulische drukmiddelen 15 26b. Op soortgelijke wijze is wanneer p4 de druk is van het hydraulische fluïdum 30 in de derde afgedichte holte, p^/p^B^ voor de hydraulische drukmiddelen 26c. Verder is het drukverschil DP, dat werkt op de produkt-afdichting 24 uitgedrukt als DP^=p^-p2* Op soortgelijke wijze zijn de drukverschillen, werkende op de drukafdichtingen 32a en 32b resp. uit-20 gedrukt als DP2ep2-P3 en Het drukverschil, dat werkt op de druk af dichting 32c, is gelijk aan het verschil tussen p^ en de omge-vingsdruk.

Het drukverschil, werkende op elke afdichting in het stelsel kan worden verkregen uit de bekende waarde van p^ en de bekende waarden van 25 B voor elk der hydraulische drukmiddelen. Het drukverschil, werkende op elke afdichting, kan als volgt worden uitgedrukt: / en zodat DPl-Pl-BjPj 30 DPj «Pjtl-Bj)

Op soortgelijke wijze voor DP2: DP2=P2“P3, en P2=BiPi' ρ3=Β2ρ2βΒ1Β2Ρ1 zodat ΒνΒΛ-ΒΑ*ι 35 DPj-BjPjd-Bj) 8302655 «· -13-

Op soortgelijke wijze voor DP^: DP3=p3-p4, en P3=B1B2Pi' P4=B3P3=B1B2B3P1 zodat 5 DP3=B1B2p1 (1-B3)

Op te merken is, dat DP4 gelijk is aan p^ min de omgevingsdruk.

De waarde B voor elk der hydraulische drukmiddelen kan zodanig worden gekozen, dat elke afdichting in het stelsel wordt onderworpen aan hetzelfde drukverschil. Door het substitueren van de waarden B^t 3/4, 10 B2*2/3 en B3* 1/2 in de voorgaande vergelijkingen, is het drukverschil DP, werkende op elke afdichting, 1/4 p^ in plaats van de oorspronkelijke druk p^, uitgeoefend op de prodüktafdichting 24 bij afwezighèid van het onderhavige stelsel.

Het stelsel voor het verminderen van de druk van een afdichting 15 beschermt vloeistof af dichtingen door het verminderen van de druk, die weikt op de produktafdichtingen, die zijn blootgesteld aan een produktie-fluidum. Deze druk wordt verminderd door het laten werken van een onder druk geplaatst hydraulisch fluïdum op de achterzijde van de produkt-afdichting voor het zodoende verminderen van het drukverschil, dat 20 werkt op de prodüktafdichting. Een drukafdichting voorkomt het in de omgeving lekken van het hydraulische fluïdum. De drukaf dichting is beschermd tegen aantasting als gevolg van de chemische werking of overmatige temperatuur van het produktiefluldum. Een reeks hydraulische drukmiddelen en bijbehorende afdichtingen kan worden gebruikt voor het ver-25 minderen van het drukverschil, dat werkt op elke afdichting in het stelsel. Door het beperken van elke afdichting tot een omgeving, die met de fysische eigenschappen daarvan verenigbaar is, worden zodoende de eerder besproken afdichtmoeilijkheden opgeheven en wordt de nuttige levensduur van het afdichtstelsel verlengd.

30 Kleine veranderingen van het stelsel produceren bepaalde voordelige resultaten. De hydraulische drukmiddelen kunnen bijv. een vermenigvul-digingsfaktor hebben van een. In een dergelijk geval is het drukverschil, dat werkt op de bijbehorende afdichting, gelijk aan nul. Ook kunnen de eerste hydraulische drukmiddelen worden gebruikt voor het vermenigvul-35 digen van de invoerdruk van het produktiefluldum met een faktor B, die groter is dan een, waarbij daaropvolgende hydraulische drukmiddelen de 3302555 -14- invoerdruk vermenigvuldigen met een faktor B, die kleiner is dan een. Een dergelijke uitvoering voorkomt verontreiniging van het eerste hydraulische fluïdum door het produktiefluldum onder het mogelijk maken van het door het stelsel verminderen van het drukverschil, dat werkt 5 op elke afdichting.

Het stelsel kan bij een grote verscheidenheid van toepassingen worden gebruikt, zoals, hoewel niet daartoe beperkt, het transport van fluldi uit aardolie-, gas- en geothermische putten. Bovendien kan het stelsel worden gebruikt in pijpleidingen voor aardgas, kracht-10 centrales, raffinaderijen en andere chemische of industriële bedrijven. De beschreven uitvoeringsvormen kunnen met slechts een geringe wijziging worden aangepast aan bestaande afdichtstelsels. Bovendien kunnen de hydraulische drukmiddelen en de fluldumaanvulmiddelen aan de buitenzijde van een draaibare of schamierbare verbinding worden gemonteerd 15 voor het verschaffen van gemakkelijke toegang voor eventueel vereist onderhoud.

Aangezien de uitvinding gevoelig is voor vele veranderingen, wijzigingen en detailverschillen, is het de bedoeling, dat alle hierboven besproken en in de bijgaande tekening weergegeven materie wordt 20 geïnterpreteerd als illustratief en niet in een beperkende betekenis.

8302555

Claims

1. Stelsel voor het beschermen van vloeistofafdichtingen tegen aantasting als gevolg van chemische inwerking, bovenmatige temperatuur en bovenmatige druk, welke vloeistofafdichtingen in de afdichtspleet zijn geplaatst tussen twee bewegende elementen in een fluïdumdragend 5 stelsel, dat een eerste fluïdum transporteert, voor het voorkomen van het in de omgeving lekken van de eerste fluïdum, gekenmerkt door eerste afdichtmiddelen, voorzien van een vocmzijde en een achterzijde en zich zodanig bevindende in de afdichtspleet, dat de voorzijde in aanraking is met het eerste fluïdum, door tweede afdichtmiddelen, voorzien van 10 een voorzijde en een achterzijde en zich bevindende in de afdichtspleet tussen de eerste afdichtmiddelen en de omgeving voor het vormen van een afgedichte holte tussen de eerste afdichtmiddelen, de tweede afdichtmiddelen en de bewegende elementen, door een tweede fluïdum, ingesloten in de afgedichte holte en in aanraking met de achterzijde van 15 de eerste afdichtmiddelen en de voorzijde van de tweede afdichtmiddelen, en door hydraulische drukmiddelen, die het tweede fluïdum onder druk kunnen plaatsen en worden gedreven door de druk van het eerste fluïdum.

2. Stelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hydraulische drukmiddelen het tweede fluïdum onder een-druk plaatsen, die 20 kleiner is dan die op het eerste fluïdum.

3. Stelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hydraulische drukmiddelen het tweede fluïdum onder een druk plaatsen, die groter is dan die op het eerste fluïdum.

4. Stelsel volgens een der voorgaande conclusies, gekenmerkt door 25 een fluldumaanvulmiddel, dat is verbonden met de af gedichte holte, zodat een aanvullende hoeveelheid van het tweede fluïdum aan de afgedichte holte kan worden toegevoegd voor het vereffenen van lekkage van het tweede fluïdum uit de af gedichte holte.

5. Stelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de eerste 30 afdichtmiddelen bestendig zijn tegen aantasting als gevolg van chemische inwerking.

6. Stelsel volgens conclusie 1, of 5, met het kenmerk, dat de eerste afdichtmiddelen bestendig zijn tegen aantasting, veroorzaakt door temperatuur.

7. Stelsel volgens conclusie 1 of 5, met het kenmerk, dat de tweede afdichtmiddelen bestendig zijn tegen druk. 8302655 -16-

8. Stelsel voor het beschermen van vloeistofafdichtingen tegen aantasting als gevolg van chemische inwerking, overmatige temperatuur en bovenmatige druk, welke vloeistofafdichtingen in de afdichtspleet zijn geplaatst tussen twee bewegende elementen in een fluïdumdragend 5 stelsel, dat een eerste fluïdum transporteert, voor het voorkomen van het in de omgeving lekken van het eerste fluïdum, gekenmerkt door eerste afdichtmiddelen, die bestendig zijn tegen aantasting als gevolg van chemische inwerking en temperatuur en zijn voorzien van een voorzijde en een achterzijde, en zich zodanig in de afdichtspleet bevindende, 10 dat de voorzijde in aanraking is met het eerste fluïdum, door tweede afdichtmiddelen, bestendig tegen druk en voorzien van een voorzijde en een achterzijde, en zich bevindende in de afdichtspleet tussen de eerste afdichtmiddelen en de omgeving voor het vormen van een afge= dichte holte tussen·· de eerste afdichtmiddelen, de tweede afdichtmidde- 15 len en de bewegende elementen, door een tweede fluïdum, ingesloten in de afgedichte holte en in aanraking met de achterzijde van de eerste afdichtmiddelen en de voorzijde van de tweede afdichtmiddelen, en door hydraulische drukmiddelen, die het tweede fluïdum onder druk kunnen plaatsen en worden gedreven door de druk van het eerste fluïdum.

9. Stelsel volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de hydrau lische drukmiddelen het tweede fluïdum onder een druk plaatsen, die kleiner is dan die op het eerste fluïdum.

10. Stelsel volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de hydraulische drukmiddelen een tweede fluïdum onder een druk plaatsen, die 25 groter is dan die op het eerste fluïdum.

11. Stelsel volgens een der conclusies 8-10, gekenmerkt door een fluïdumaanvulmiddel, dat is verbonden met de afgedichte holte, zodat een aanvullende hoeveelheid met tweede fluïdum aan de afgedichte holte kan worden toegevoegd voor het vereffenen van lekkage van het tweede 30 fluïdum uit de afgedichte holte.

12. Stelsel voor het beschermen van vloeistofafdichtingen tegen aantasting als gevolg van chemische inwerking, overmatige temperatuur en bovenmatige druk, welke vloeistofafdichtingen in de afdichtspleet zijn geplaatst tussen twee bewegende elementen in een fluïdumdragend stelsel, 35 dat een eerste fluïdum transporteert, voor het voorkomen van het in de omgeving lekken van het eerste fluïdum, gekenmerkt door eerste af- 8302655 -17- dichtmiddelen, voorzien van een voorzijde en een achterzijde en zich zodanig in de afdichtspleet bevindende, dat de voorzijde in aanraking is met het eerste fluïdum, door een aantal tweede afdichtmiddelen, elk voorzien van een voorzijde en een achterzijde, en op elkaar volgend 5 zich bevindende in de afdichtspleet voor het vormen van een aantal afgedichte holten langs de lengte van de afdichtspleet tussen de eerste afdichtmiddelen en de omgeving, door een tweede fluïdum, ingesloten in elk der afgedichte holten, en door een aantal hydraulische drukmiddelen, elk behorende bij een van de af gedichte holten, waarbij de eerste hy- 10 draulische drukmiddelen kunnen worden gedreven door de druk van het eerste fluïdum voor het onder druk plaatsen van het tweede fluïdum in de eerste afgedichte holte, en elk der volgende hydraulische drukmiddelen kan worden gedreven door de druk van het tweede fluïdum in de voorafgaande afgedichte holte voor het onder druk plaatsen van het tweede 15 fluïdum in de bijbehorende afgedichte holte.

13. Stelsel volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de eerste hydraulische drukmiddelen het tweede fluïdum in de eerste afgedichte holte onder een druk plaatsen, die kleiner is dan die op het eerste fluïdum.

14. Stelsel volgens conclusie 12, met hetkenmerk, dat de eerste hydraulische drukmiddelen het tweede fluïdum in de eerste afgedichte holte onder een druk plaatsen, die groter is dan die op het eerste fluïdum.

15. Stelsel volgens een der conclusies 12-14, gekenmerkt door een aantal fluldumaanvulmiddelen, elk verbonden met een van de af gedichte 25 holten, zodat aanvullende hoeveelheden van het tweede fluïdum kunnen worden toegevoegd aan de afgedichte holten, voor het vereffenen van lekkage van het tweede fluïdum uit de afgedichte holten.

16. Stelsel volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de eerste afdichtmiddelen bestendig zijn. tegen aantasting als gevolg van de tem- 30 peratuur.

17. Stelsel volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat elk der tweede afdichtmiddelen bestendig is tegen druk. 8302655