NO20110967A1

NO20110967A1 - Tetning med spenningskontrollspor

Info

Publication number: NO20110967A1
Application number: NO20110967A
Authority: NO
Inventors: Christopher G Kocurek; Daniel Ryan Quates
Original assignee: Cameron Int Corp
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2011-08-10
Also published as: GB201114256D0; US8800648B2; SG172054A1; WO2010083132A1; US20110266752A1; GB2481329B; GB2481329A; BRPI1006848A2

Abstract

En tetning innbefatter i visse utførelser et tetningslegeme (28) med et spor (40, 38) på en flate av tetningslegemet. Flaten er utformet for å kontakte en overflate av en separat komponent for å danne en tetning. Sporet avbryter kontinuiteten til flaten mellom et første flateparti og et andre flateparti. I tillegg muliggjør sporet materialdeformasjon lateralt mellom det første flateparti og det andre flateparti. Videre øker sporet kontaktspenning ved hjørner mellom motsatte vegger av sporet og de respektive første og andre flatepartiene.

Description

KRYSSREFERANSE TIL RELATERT SØKNAD

[0001]Denne søknad krever prioritet fra US provisorisk patentsøknad nr. 61/145,730, med tittelen "Seal Håving Stress Control Groove", innlevert 19. januar 2009, som herved er innlemmet med referanse i sin helhet.

OMRÅDE FOR OPPFINNELSEN

[0002]Denne foreliggende oppfinnelse angår tetninger innen et fluidsystem. Mer nøyaktig angår den foreliggende oppfinnelse sportetninger tilpasset for bruk i harde miljøer som påtreffes ved for eksempel mineralutvinningssystemer.

BAKGRUNN

[0003]Denne del er ment å innføre leseren til forskjellige fagaspekter som kan være relatert til forskjellige aspekter av den foreliggende oppfinnelse, som er beskrevet og/eller krevet nedenfor. Denne omtale anses for å være nyttig ved å tilveiebringe leseren med bakgrunnsinformasjon for å tilrettelegge for en bedre forståelse av de forskjellige aspekter av den foreliggende oppfinnelse. Følgelig skal det forstås at disse angivelser skal leses i dette lys, og ikke som innrømmel-ser av tidligere kjent teknikk.

[0004]Fluidsystemer, slik som mineral (f.eks. olje og gass) utvinningssystemer og transportsystemer, innbefatter typisk flere segmenter av rør, ventiler og koblinger som er forseglet sammen ved forskjellige tetninger. Disse tetninger er ofte utsatt for harde miljøforhold, slik som eksponering mot korrosive fluider, ekstreme trykk og ekstreme temperaturer. Dessuten er tetninger ofte anbrakt i fjernt utstyr, slik et marint (f.eks. undervanns) brønnhode, som kan gjøre adkomst og reparasjon av tetningen vanskelig og kostbar. I mineralutvinningsanvendelser er tetninger ofte konstruert av elastomerer eller gummier. Disse tetninger erfarer hyppig store temperaturvarianser. Over tid, primært på grunn av denne temperaturgradient, er disse tetninger skadet ved at de har en tendens til å miste deres hukommelse eller form. Når denne type av skade oppstår er tetningene mindre effektive ved høye trykk og under omgivelsestemperaturer.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0005]Forskjellige egenskaper, aspekter og fordeler med den foreliggende oppfinnelse vil bedre forstås når den følgende detaljerte beskrivelse er lest med referanse til de vedføyde figurer, hvor like henvisningsbetegnelser representerer like deler ut gjennom figurene, hvori:

[0006]Figur 1 er et blokkdiagram av et tetning anbrakt i et fluidsystem, i henhold til utførelser av den foreliggende teknikk;

[0007]Figur 2 er et delvis tverrsnitt av en eksemplifiserende utførelse av sportetningen;

[0008]Figurer 3A og 3B er tverrsnittsriss av eksemplifiserende utførelser av et indre legeme og et ytre legeme, innen hvilke sportetningen kan orienteres;

[0009]Figurer 4A og 4B illustrerer belastningene og kontaktspennings-konsentra-sjonene som kan anvendes på eksemplifiserende utførelser av sportetningen;

[0010]Figur 5 er et delvis tverrsnitt av en eksemplifiserende utførelse av en S-tetning med et indre spor i sin indre flate.

[0011]Figur 6 er et delvis tverrsnitt av en eksemplifiserende utførelse av en S-tetning med flere indre spor på sin indre flate og et ytre spor på sin ytre flate;

[0012]Figur 7 er et delvis tverrsnitt av en eksemplifiserende utførelse av en S-tetning med flere indre spor på sin indre flate og flere ytre spor på sin ytre flate;

[0013]Figur 8 er et delvis tverrsnitt av en eksemplifiserende utførelse av en T-tetning med flere indre spor på sin indre flate og et ytre spor på sin ytre flate;

[0014]Figur 9 er et delvis tverrsnittsriss av en eksemplifiserende utførelse av en Metall-Ende-Deksel tetning med flere indre spor på sin indre flate og et ytre spor på sin ytre flate;

[0015]Figur 10 er et delvis tverrsnitt av en eksemplifiserende utførelse av en generisk ringformet (radial) tetning med flere indre spor på sin indre flate og flere ytre spor på sin ytre flate; og

[0016]Figur 11 er et delvis tverrsnitt av en eksemplifiserende utførelse av en flatetetning med flere øvre spor på sin øvre flate og flere bunnspor på sin bunnflate.

DETALJERT BESKRIVELSE AV SPESIFIKKE UTFØRELSER

[0017]Én eller flere spesifikke utførelser av den foreliggende oppfinnelse vil beskrives nedenfor. Disse beskrevne utførelser er kun eksempel på den foreliggende oppfinnelse. I tillegg, i en anstrengelse for å tilveiebringe en nøyaktig beskrivelse av disse eksemplifiserende utførelser, kan alle trekk med en virkelig implementasjon ikke beskrives i beskrivelsen. Det vil verdsettes at i utviklingen av enhver slik virkelig implementasjon, som i ethvert ingeniør- eller konstruksjons-prosjekt, må mange implementasjons-spesifikke avgjørelser gjøres for å oppnå utviklerens spesielle mål, slik som overensstemmelse med systemrelaterte og forretningsrelaterte begrensninger, som kan variere fra én implementasjon til en annen. Dessuten vil det forstås at en slik utviklingsanstrengelse kan være kompleks og tidkrevende, men ikke desto mindre et rutineforetakende ved konstruksjon, fabrikasjon og fremstilling for de som er normalt faglært og som har fordelen av denne omtale.

[0018]Ved innføring av elementer av forskjellige utførelser av den foreliggende oppfinnelse er artiklene "en", "et", "den", "det" og "nevnte" ment å bety at det er én eller flere av elementene. Betegnelsene "omfattende", "innbefattende" og "med" er ment å være inklusiv og betyr at det kan være ytterligere elementer enn de opp-listede elementer. Dessuten er bruken av "topp", "bunn", "over", "under" og varianter av disse betegnelser gjort for enkelhets skyld, men krever ikke noen spesiell orientering av komponentene.

[0019]Figur 1 er et delvis tverrsnittsriss av en utførelse av et fluidsystem 10 med én eller flere tetninger 12 mellom et indre legeme 14 og et ytre legeme 16.1 visse utførelser innbefatter fluidsystemet 10 et mineralutvinningssystem for utvinningen av underjordiske naturressurser, slik som olje og gass. For eksempel innbefatter, i den illustrerte utførelse, det ytre legemet 16 et brønnhode 18 koblet til en mineral-avsetning 20 via en brønn 22. Det indre legeme 14 innbefatter en henger 24 anbrakt i en brønnhodeboring 26 og opplagret av for eksempel brønnhode 18.1 tilfellet med minneralutvinningssystemer, kan det indre legeme 14 og det ytre legeme 16 innbefatte eller være koblet til ethvert antall av komponenter, slik som ventiltrær, foringsrørhengere, foringsrørhoder, foringsrørstrenger, rørhengere, rørhoder, rørstrenger, setteverktøy, utblåsningssikringer, ventiler, flenser, og så videre. I mineralutvinning og lignende systemer kan tetningen 12 benyttes med arbeidstrykk opptil 20000 pund per kvadrattomme (psi). I visse utførelser kan tetningen 12 benyttes for å isolere områder med gass eller fluider med trykkdifferen-sialer over tetningen 12 på 15000 psi eller større. Videre kan operasjonsmiljøet for slike systemer innbefatte temperaturer som strekker fra -50 °F til 400 °F.

[0020]Visse eksemplifiserende sportetningsutførelser beskrevet heri innbefatter systemer og fremgangsmåter som adresserer én eller flere av de ovenfor nevnte

utfordringer for å operere en tetning 12 i harde undersjøiske miljøforhold, slik som eksponering mot korrosive fluider, ekstreme trykk, og ekstreme temperaturer. Som forklart i større detalj nedenfor innbefatter de omtalte utførelser en tetning 12 med et tverrsnitt som innbefatter spor på indre og/eller ytre flater av tetningen, som kontakter de indre og ytre legemer 14,16 for å danne fluidtetninger. Sporene kan fungere for å skape høyere kontaktspenninger nær sporene og kan tvinge materialet benyttet for legemet til tetningen 12 til å deformere seg noe til et hulrom dannet av sporet, og derved mer effektivt tette mellom det indre og ytre legeme 14, 16 og sportetningen 12.

[0021]I tillegg kan sportetningen 12 utførelsen beskrevet heri være i stand til å operere over et bredere spekter av temperaturer og trykk. Som beskrevet ovenfor skifter miljøene innen hvilke undersjøiske tetninger opererer hyppig mellom varme og kalde temperatursykluser. Tester har vist at typiske undervannstetninger generelt er kun i stand til å opprettholde 12500 psi idet de svinger mellom omkring 35 °F og omkring 285 °F. Disse tester har imidlertid vist at sportetningen 12 beskrevet heri kan være i stand til å opprettholde 15000 psi idet det svinger mellom omkring 20 °F og 375 °F. Derfor kan sportetningen 12 utførelsene beskrevet heri opprettholde større trykk enn typiske tetninger over et større område av temperaturer enn typiske tetninger. I tillegg er det beregnet at spor-tetningsutførelsen beskrevet heri kan være i stand til å opprettholde 10000 psi idet det svinger mellom omkring 10 °F og omkring 400 °F og opprettholder 20000 psi idet det svinger mellom omkring 35 °F og omkring 350 °F.

[0022]Figur 2 illustrerer et tverrsnittsriss av en eksemplifiserende utførelse av sportetningen 12. Den illustrerte utførelse innbefatter den ringformede sportetning 12 med et legeme 28, en indre flate 30, en ytre flate 32, en toppflate 34, en bunnflate 36, én eller flere indre spor 38 på den indre flate 30, én eller flere ytre spor 40 på den ytre flate 32, og en langsgående akse 42. Legemet 28 til den ringformede (f.eks. radial) sportetning 12 innbefatter en ringlignende del sentrert omkring den langsgående akse 42. Den indre flate 30 innbefatter den innerste diameteren til legemet 28, som generelt grenser med (f.eks. kontakter) det indre legeme 40. Den ytre flate 32 innbefatter flaten til sportetningen 12 på den ytterste diameter av legemet 28, som generelt grenser med (f.eks. kontakter) det ytre legeme 16. Følgelig kan den indre flate 30 og den ytre 32 tilveiebringe en fluidtetning mellom henholdsvis den ringformede sportetning 12 og det indre legeme 14 og det ytre legeme 16.

[0023]I en ringformet tetningsutforming er sportetningen 12 generelt satt ved en radial belastning, som komprimerer eller ekspanderer tetningen inn i kontakt med de komplementære tetningsoverflater (f.eks. det indre legeme 14 og det ytre legeme 16). For eksempel kan det indre legeme 14 innbefatte en seksjon med en mindre diameter, en seksjon med større diameter, og en konet seksjon mellom de to seksjoner. Således kan det indre legeme 14 presse sportetningen 12 på det indre legeme 14 og over den konede seksjon fra den lille diameterseksjon til den store diameterseksjonen. Dette kan tilveiebringe en aksial belastning, som forspenner sportetningen 12 utover og komprimerer sportetningen 12 mot det ytre legeme 16. Likeledes kan en koning på det ytre legeme 16 tilveiebringe en kompresjonsbelastning på en sportetning 12 for å generere en innover radial belastning, som komprimerer sportetningen 12 mot det indre legeme 14.

[0024]Generelt tetter ikke toppflaten 34 og bunnflaten 36 generelt med en komplementær overflate. Imidlertid, i et pakningsarrangement, kan toppflaten 34 og bunnflaten 36 generelt være benyttet som steder for å påføre belastninger for å anbringe, sette og/eller låse sportetningen på plass. Med andre ord kan toppflaten 34 og bunnflaten 36 erfare aksiale belastninger for å skyve sportetningen 12 i posisjon, for å komprimere sportetningen 12 slik at den ekspanderer radialt mellom det indre legeme 14 og det ytre legeme 16, og for å holde sportetningen 12 på plass. For eksempel kan et verktøy tvinges mot toppflaten 34 inntil bunnflaten 36 kontakter en overflate og/eller et annet verktøy. Derfor kan toppflaten 34 være belastet i en retning parallell til den langsgående akse 42 for å komprimere sportetningen 12, og bevirke at sportetningen 12 ekspanderer radialt. Den radiale ekspansjon kan bevirke at den indre flate 30 og den ytre flate 32 forspenner mot henholdsvis den indre legeme 14 og det ytre legeme 16, og danner en fluidteknisk tetning mellom de respektive grenseflater. Ved å fortsette å påføre den aksiale kraft (f.eks. låsing av sportetningen 12) kan opprettholde den radiale ekspansjon og således opprettholde fluidtetningen.

[0025]Legement 28 til sportetningen 12 kan være orientert i forskjellige utforminger mellom det indre legeme 14 og det ytre legeme 16. For eksempel er figurer 3A og 3B tverrsnittsriss av eksemplifiserende utførelser av et indre legeme 14 og et ytre legeme 16, innen hvilke sportetningen 12 kan være orientert. For eksempel er i fig. 3A sportetningen 12 lokalisert innen en ytre legemefordypning 44 til det ytre legeme 16.1 tillegg, som illustrert, er sportetningen 12 i fig. 3A illustrert som er fjærtetning, orientert på en slik måte at siden av sportetningen 12 som innbefatter anti-utdrivingsfjærene er nærmest den innerste diameter av sportetningen 12. Omvendt, i fig. 3, er sportetningen 12 lokalisert innen en indre legemefordypning 46 til det indre legeme 14.1 tillegg, som illustrert, er sportetningen 12 i fig. 3B, igjen illustrert som en fjærtetning, orientert på en slik måte at siden av sportetningen 12 som innbefatter anti-utdrivingsfjærene er den ytterste diameter av sportetningen 12. Derfor kan sportetningen 12 være lokalisert innen fordypningene av enten det indre legeme 14 eller det ytre legeme 16 og kan være orientert på forskjellige måter innen disse fordypninger. Med andre ord kan lokaliseringen og orienteringen av sportetningen 12 variere.

[0026]Ved å returnere til fig. 2 kan partiet av sportetningen 12 (f.eks. tetningsgrenseflaten) som opptar de komplementære overflater (f.eks. det indre legeme 14 og det ytre legeme 16) innbefatte en varietet av former og utforminger. For eksempel kan tetningsgrenseflaten innbefatte en kontinuerlig overflate som er formet fra én eller flere materialer. I en utførelse hvori den komplementære tetningsoverflate generelt former seg til konturen av sportetningen 12 (f.eks. en relativt flat overflate), kan tetningsgrenseflaten innbefatte et enkelt inngrepsparti som strekker seg over en overflate av sportetningen 12.1 en utførelse hvor den komplementære overflate innbefatter en overflate som ikke former seg til en overflate av sportetningen 12 (f.eks. en avbrutt overflate), kan tetningsgrenseflaten innbefatte én eller flere inngrepspartier ved hvert sted hvor sportetningen 12 kontakter den komplementære overflate. Videre kan sportetningen 12 innbefatte et flertall av avbrytelser langs sin tetningsoverflate. For eksempel kan sportetningen 12 innbefatte én eller flere ujevnheter, fremspring, innbulinger, fordypninger, eller lignende egenskaper. Følgelig, der hvor den komplementære overflate ikke former seg til konturene av sportetningen 12, kan tetningsgrenseflaten innbefatte én eller flere inngrepspartier ved hver av stedene hvor sportetningen 12 kontakter den komplementære overflate. Videre kan hver av tetningsinngrepspartiene innbefatte den samme eller til og med forskjellige typer av materialer, avhengig av sammen-setningen og arrangementet av materialer benyttet for å forme sportetningen 12.

[0027]Legemet 28 til sportetningen 12 kan være kjennetegnet som hard og/eller bløt ved en varietet av mål. I en utførelse kan hardheten av legemet 28 være kjennetegnet ved motstanden mot innbuling, ellers referert til materialenes Durometer (D) angitt i Shore A skalaen. I en annen utførelse kan legemet 28 være kjennetegnet som hard eller bløt basert på sin stivhet (f.eks. glassovergangstemperatur). I en karakterisering innbefattende Durometer er materialene generelt kjennetegnet basert på områder. Harde elastomerer innbefatter generelt de som har en Durometer større enn omkring 80 Shore A, bløte elastomerer innbefatter generelt de som har en Durometer på omkring 60 Shore A til omkring 80 Shore A, og superbløte elastomerer innbefatter generelt de som har en Durometer under omkring 60 Shore A.

[0028]I visse utførelser innbefatter legemet 28 til sportetningen 12 en hydrert nitril butadien gummi (HNBR) med en Durometer på omkring 90 Shore A. I andre utførelser innbefatter legemet 28 en nitrigummi (NBR) med en Durometer på omkring 70 Shore A. Videre kan visse utførelser innbefatte legemet 28 formet fra et CAMLAST™ eller et DUROCAM™ materiale, fremstilt av Cameron med hoved-kvarteret i Houston, Texas. I tillegg kan visse utførelser innbefatte legemet 28 formet fra et Elast-O-Lion® materiale (f.eks. Elast-O-Lion® 101 eller Elast-O-Lion® 985), fremstilt av James Walker Group med hovedkvarter i Cheshire, England. Generelt kan ethvert annet elastomer eller gummi (f.eks. Viton, EPDM, og så videre) være passende til bruk i undervannstetningsanvendelser være benyttet for legemet 28 til sportetningen 12. Spesielt kan gummier og elastomerer med en Durometer mellom 70 Shore A og 90 Shore A være spesielt godt tilpasset. Imidlertid kan gummier og elastomerer med en Durometer mellom 60 Shore A og 100 Shore A også benyttes.

[0029]For mer fullstendig å forklare sportetning 12 utførelsen beskrevet heri, vil mekanismene som er grunnleggende for sportetning 12 utførelsene nå presenteres. Spesielt illustrerer fig. 4A og 4B belastningene og kontaktspennings-konsentrasjonene som kan anvendes på eksemplifiserende utførelser av sportetningen 12. Spesielt illustrerer fig. 4A hvorledes en belastning 47 kan anvendes på en første plate av materialene 48, slik som gummi. For illustrasjons-formål er belastningen (lasten) 47 vist som en enhetlig last 47 påført en enhetlig plate av materialet 48. Mekanismene presentert heri kan imidlertid også generelt brukes på mindre enhetlige utforminger. Lasten 47 er analog med typen av last som kan anvendes på for eksempel den indre flate 30 til sportetningen 12 fra det indre legeme 14 i fig. 2, 3A og 3B. Lasten 47 kan imidlertid også være analog med typen av last som kan utøves på for eksempel den ytre flate 32 til sportetningen 12 fra det ytre legeme 16 i fig. 2, 3A og 3B. I scenariet hvor lasten 47 er enhetlig fordelt over en enhetlig fordelt plate av materialet 48 (dvs. uten spor eller fremspring), kan kontaktspennings-konsentrasjonen 50 over det første platematerialet 48 også være relativt enhetlig. Selvfølgelig kan kontaktspenningen være omtrent lik med:

[0030] HvorQuniformer kontaktspenningen, F er kraften påført av lasten 47, og A er tverrsnittsarealet til den første materialplaten 48, på hvilken lasten 47 er anvendt.

[0031]Omvendt illustrerer fig. 4B den samme last 47 påført en andre materialplate 52. Som med den første materialplate 48, er den andre materialplate 52 enhetlig fordelt. Imidlertid innbefatter den andre materialplate 52 en slisse 54 med en uendelig liten bredde. I dette scenario, som illustrert, vil kontaktspennings-konsentrasjonen 56 over den andre materialplate 52 ikke være enhetlig, til tross for den relativt enhetlige last 47 og det enhetlige tverrsnitt av den andre materialplate 52. Isteden vil kontaktspennings-konsentrasjonen 56 over den andre materialplate 52 være større ved kontaktspenningspunkt 58, svarende til lokaliseringen av slissen 54 langs bunnflaten av den andre materialplate 52. Selv-følgelig vil kontaktspenningen ved punkt 58 være større enn crUniform, svarende til den enhetlige kontaktspennings-konsentrasjon illustrert i fig. 4A. Det skal imidlertid bemerkes at det integrale areal av både kontaktspennings-konsentrasjon 50, 56 profilene vil være den samme for begge materialplater 48, 52.

[0032]Spesielt er kontaktspenningen i y-retningen større ved slissen 54 på grunn av i det minste delvis det faktum at den andre materialplaten 52 ikke er opplagret i x-retningen og z-retningen (f.eks. inn i og ut av siden) ved slissen 54. Med andre ord er materialet som motsto bevegelse i både x-retningen og z-retningen i fig. 4A tillatt å bevege seg, selv om meget lite, i x-retningen og z-retningen i fig. 4B. I tillegg kan i sammenhengen med sportetning 12 utførelsene materialet til legemet 28 til sportetningen 12 deformere seg noe inn i hulrommet dannet av sporene, og videre skape en tettere tetning. Disse mekanismer kan vise seg å være fordelaktige ved at høyere kontaktspenninger ved punktene svarende til sporene kan muliggjøre at sportetningen 12 skaper tettere tetninger og opprettholder form-hukommelsen av sportetningen 12 over et større område av opererende temperaturer og trykk.

[0033]Kontaktspenningen ved slissen 54 vil imidlertid tilnærme seg en uendelig stor verdi hvis slissen 54 hadde en uendelig liten bredde. Uendelige store spenninger ved individuelle punkter kan motvirke de fordelaktige mekanismene beskrevet ovenfor. Derfor, som en praktisk sak kan slissen 54 illustrert i fig. 4B erstattes med spor som har tydeligere tverrsnittsområder, som beskrevet i større detalj nedenfor. Anvendelse av spor kan betydelig redusere spenningene sammenlignet med de som erfares ved slissen i fig. 4B idet det er fordelene beskrevet ovenfor det tas hensyn til. I tillegg kan bruken av spor forhindre sprekk-utbredelse, som vil være mer sannsynlig ved anvendelse av slisser.

[0034]Derfor innbefatter utførelser av sportetningen 12 tverrsnitt med én eller flere spor. I visse utførelser kan sporene være lokalisert langs den indre flate 30 og/eller den ytre flate 32 til legemet 28 til sportetningen 12. Imidlertid, i andre utførelser, kan sporene være lokalisert langs toppflaten 34 og/eller bunnflaten 36 til legemet 28 til sportetningen 12. Sporene skaper effektivt rygger som tilveiebringer områder med økt kontaktspenning for å opprettholde en fluidtetning mellom sportetningen 12 og de indre og ytre legemer 14,16. Spesielt kan punktet hvor sporene forener sine respektive flater til legemet 28 til sportetningen 12 erfare økt kontaktspenning. I tillegg kan det totale kontaktområdet reduseres mellom for eksempel den indre flate 30 til legemet 28 og sportetningen 12 og det indre legeme 14, som videre øker kontaktspenningen. Det skal bemerkes at sporene ikke passer sammen med andre mekaniske egenskaper til de indre og ytre legemer 14, 16 slik som sampassende fremspring. Isteden er et hulrom formet mellom hvert spor og det indre eller ytre legeme 14, 16 tilstøtende det respektive spor. Selvfølgelig kan materialet til legemet 28 til sportetningen 12 deformere seg noe inn i hulrommet formet av sporene.

[0035]Ved å gå til fig. 5-7, er forskjellige utførelser av sportetningen 12 illustrert som en S-tetning. Imidlertid, som beskrevet i større detalj nedenfor, kan utførelser av sportetningen 12 innbefatte andre utforminger og geometrier. Figur 5 er et delvis tverrsnitt av en eksemplifiserende utførelse av en S-tetning 12 med et indre spor 38 på sin indre flate 30. S-tetningen 12 innbefatter buede fremspring 60 fra den ytre flate 32 til legemet 28 til S-tetningen 12. Fremspringet 60 kan være partiet av legemet 28 til S-tetningen 12 som kontakter det ytre legeme 16. S-tetningen 12 innbefatter også integrale anti-utdrivingsfjærer 62 nær hjørnene til den ytre flate 32 til legemet 28 til S-tetningen 12. Anti-utdrivingsfjærene 62 kan for eksempel være laget av metall, PEEK (polyetereterketon), eller andre passende harde materialer.

[0036]I tillegg innbefatter den indre flate 30 til legemet 28 til S-tetningen 12 avfasede hakk 64 som strekker seg fra den indre flate 30 til lepper 66, som støter mot henholdsvis toppflaten 34 og bunnflaten 36 til legemet 28 til S-tetningen 12. De avfasede hakk 64 kan redusere kontaktområdet mellom legemet 28 til S-tetningen 12 og det indre legeme 14, med hvilket den indre flate 30 til legemet 28 til S-tetningen 12 kontakter. I tillegg innbefatter den indre flate 30 til legemet 28 til S-tetningen 12 et indre spor 38, som omtalt i større detalj ovenfor, kan hjelpe til med å skape høyere kontaktspenninger langs den indre flate 30 så vel som å muliggjøre at legemet 28 til S-tetningen 12 deformerer seg noe inn i hulrommet formet av det indre spor 38. Således kan effektiviteten av fluidtetningsegen-skapene til S-tetningen 12 forsterkes for et større område av opererende temperaturer og trykk.

[0037]Selv om illustrert i fig. 5 som et fullradius spor, behøver ikke det indre spor 38, og selvfølgelig alle sporene beskrevet heri, å være begrenset til en fullradius

utforming. For eksempel kan sporene være halvradius, rektangulære, triangulære, og så videre. I tillegg kan sporene i visse utførelser være bredere, tynnere, dypere, grunnere, og så videre. Selvfølgelig er intet spesielt sportverrsnitt påkrevet. Tester

har imidlertid vist at et fullradius spor, i mange tilfeller, kan tilveiebringe spesielt god tetningsevne over et stort område av temperaturer.

[0038]I tillegg skal det bemerkes at en viktig betraktning er at sporene ikke er brede eller dype, siden et generelt formål med sporene er å forstyrre tetningsflaten minimalt idet den radiale "fjær"-energi til tetningen fremdeles utnyttes. I motsetning, hvis sporene er for brede eller for dype, kan mengden av radial energi lagret i tetningen avta, og derved minske effektiviteten av tetningen. Således kan sporene generelt være konstruert slik at bredden og dybden av sporene er kun en fraksjon (f.eks. 2%, 5%, 8%, 10%, og så videre) av tetningsoverflaten innen hvilken sporene er lokalisert.

[0039]I tillegg har tester vist at en annen viktig konstruksjonsfaktor kan være bruken av 90° vinkler mellom den indre flate 30 og den indre vegg til det indre spor 38 (dvs. den indre vegg av det indre spor 38 og den indre flate 30 er perpendikulær). Videre har tester vist at sporene kan være mest effektive med radius på 0,020 tommer. Imidlertid kan også radiusverdier, slik som 0,005 toms inkrementer mellom 0,015 tommer og 0,060 tommer, også benyttes. Alle disse betraktninger er også riktige for spor på den ytre flate 32 så vel som for alle sporene beskrevet heri.

[0040]Figur 6 er et delvis tverrsnitt av en eksemplifiserende utførelse av en S-tetning 12 med flere indre spor 38 på sin indre flate 30 og et ytre spor 40 på sin ytre flate 32. Istedenfor det buede fremspring 60 illustrert i fig. 5, innbefatter S-tetningen 12 i fig. 6 flere konede innføringer 68 og tilhørende lepper 70 på den ytre flate 32 til legemet 28 til S-tetningen 12.1 tillegg innbefatter den ytre flate 32 til legemet 28 til S-tetningen 12 det ytre spor 40. Det ytre spor 40 kan fungere likeledes som det indre spor 38 i fig. 5, og skape høyere kontaktspenninger langs den ytre flate 32 og sørge for at legemet 28 til S-tetningen 12 deformerer seg noe inn i hulrommet formet av det ytre spor 40.

[0041]I tillegg, i motsetning til utførelsene illustrert i fig. 5 innbefatter den indre flate 30 til legemet 28 til S-tetningen 12 i fig. 6 flere indre spor 38. Bruken av flere spor 38 langs den indre flate 30 kan være på grunn av et større kontaktareal mellom den indre flate 30 og det indre legeme 14. Med andre ord kan flere indre spor 38 generere flere punkter av øket kontaktstress, som illustrert ved punkt 58 i fig. 4B. I tillegg innbefatter den indre flate 30 til legemet 28 til S-tetningen 12 i fig. 6 buede hakk 72, i motsetning til de konede hakk 64 i fig. 5, ved hjørnene til den indre flate 30 som støter mot toppflaten 34 og bunnflaten 36 til legemet 28 til S-tetningen 12, henholdsvis. Som med de konede hakk 64 i fig. 5, kan de buede hakk 72 i fig. 6 redusere kontaktarealet mellom legemet 28 til S-tetningen 12 og det indre legeme 14, med hvilket den indre flaten 30 til legemet 28 til S-tetningen 12 kontakter.

[0042]Figur 7 er et delvis tverrsnitt av en eksemplifiserende utførelse av en S-tetning 12 med flere indre spor 38 på sin indre flate 30 og flere ytre spor 40 på sin ytre flate 32. For det meste er utførelsen illustrert i fig. 7 meget lik med utførelsen illustrert i fig. 6. Imidlertid, i denne utførelse, innbefatter både den indre flate 30 og den ytre flate 32 flere spor. Selvfølgelig kan ethvert antall av spor være benyttet på ethvert antall av flater til legemet 28 til sportetningen 12.1 tillegg kan avstanden mellom flere spor på en spesiell flate variere. For eksempel kan flere spor være atskilt med 1/4", 1/2", 1", 2", og så videre, fra hverandre, avhengig av den spesifikke utforming.

[0043]I tillegg til utførelsene av S-tetningen 12 illustrert i fig. 5-7, innbefatter andre utførelser alternative utforminger og geometrier. For eksempel innbefatter visse utførelser T-tetninger, Metall-Ende-Deksel tetninger, generisk ringformede (f.eks. radiale) tetninger, flatetetninger, og så videre. For eksempel er fig. 8 et delvis tverrsnitt av en eksemplifiserende utførelse av en T-tetning 12 med flere indre spor 38 på sin indre flate 30 og et ytre spor 40 på sin ytre flate 32. T-tetningen 12 innbefatter et fremspring 74 fra den ytre flate 32 til legemet 28 til T-tetningen 12, og utdrivingsringer 76 anbrakt integral med fremspringet 74. Utdrivingsringene 76 kan for eksempel være laget av metall, PEEK eller andre passende harde materialer.

[0044]I tillegg er fig. 9 et delvis tverrsnitt av en eksemplifiserende utførelse av en Metall-Ende-Deksel tetning 12 med flere indre spor 38 på sin indre flate 30 og et ytre spor 40 på sin ytre flate 32. Metall-Ende-Deksel tetningen 12 innbefatter metalldeksler 78 anbrakt på toppflaten 34 og bunnflaten 36 til Metall-Ende-Deksel tetningen 12. Videre innbefatter Metall-Ende-Deksel tetningen 12 avfasinger 80 som danner et første fremspring 82 innbefattende den ytre flate 32. Metall-Ende-Deksel tetningen 12 innbefatter også et andre fremspring 84 som danner den indre flate 30. Imidlertid kan i visse utførelser Metall-Ende-Deksel tetningen 12 ha det første fremspring 82 og avfasingene 80 anbrakt på den indre flate 30 til Metall-Ende-Deksel tetningen 12 og det andre fremspring 84 anbrakt på den ytre flate 32.

[0045]I tillegg til S-tetningen, T-tetningen, og Metall-Ende-Deksel tetningsutførel-sene illustrert i fig. 5-9, kan sportetningen 12 også innbefatte mer konvensjonelle ringformede (radiale) utforminger. For eksempel er fig. 10 et delvis tverrsnitt av en eksemplifiserende utførelse av en generisk ringformet (radial) tetning 12 med flere indre spor 38 på sine indre flater 30 og flere ytre spor 40 på sin ytre flate 32.

[0046]Selv om utførelsene beskrevet ovenfor fokuserer primært på ringformede (radiale) tetninger 12, kan lignende teknikker anvendes ved konstruksjonen og bruken av flatetetninger. Flatetetninger tilveiebringer generelt en fluidtetning mellom to generelt flate overflater. For eksempel er fig. 11 et delvis tverrsnitt av en eksemplifiserende utførelse av en flatetetning 12 med flere toppspor 86 på sin toppflate 34 og flere bunnspor 88 på sin bunnflate 36. Under drift er toppflaten 34 tilpasset til et første legeme og bunnflaten 36 er tilpasset til et andre legeme for å tilveiebringe en fluidtetning mellom de første og andre legemer. Følgelig innbefatter denne utførelse tillegget av tetningsegenskaper som bidrar til tetning via toppflaten 34 og bunnflaten 36. Fordelingen av kontaktspenninger gjennom toppsporene 86 og bunnsporene 88 skjer generelt på den samme måte som med flatetetningen 12 som med de indre spor 38 og de ytre spor 40 med de ringformede (radiale) tetningsutførelser beskrevet ovenfor.

[0047]Hver av de ovenfor omtalte utførelser av sportetningen 12 kan innbefatte enhver kombinasjon av elastomerer og tverrsnitt som bidrar til å tilveiebringe en fluidtetning. For eksempel kan sportetningen 12 innbefatte et elastomer med en annen hardhet, stivhet eller glassovergangstemperatur. Videre kan visse utførelser innbefatte kombinasjoner av hovedtverrsnittene. For eksempel kan en utførelse innbefatte et tverrsnitt innbefattende et profil i likhet med fig. 5 på den indre flate 30, og et tverrsnitt innbefattende et profil i likhet med fig. 7 på den ytre flate 32. Med andre ord kan den indre flate 30 og den ytre flate 32 profiler enten være symmetrisk med hverandre eller asymmetrisk med hverandre. I tillegg kan antallet, avstanden, og utformingen av spor benyttet på enhver spesiell flate til sportetningen 12 være valgt, for eksempel, basert på lengden av grensesnittet mellom sportetningen 12 og legemene med hvilke sportetningen 12 kontakter, de antatte kontaktspenningen de antatte opererende forhold av brønnen 22, de ønskede trykk-klassifiseringer av sportetningen 12, den ringformede diameter og bredde av sportetningen 12, og så videre.

[0048]Idet oppfinnelsen kan være mottakelig for forskjellige modifikasjoner og alternative former, har spesifikke utførelser blitt vist ved hjelp av eksempler i tegningene og har blitt beskrevet i detalj heri. Det skal imidlertid forstås at oppfinnelsen ikke er ment å være begrenset til de spesielle former som omtalt. Isteden skal oppfinnelsen dekke alle modifikasjoner, ekvivalenter og alternativer som faller innen området for oppfinnelsen og definert ved de følgende vedføyde krav.

Claims

1. Tetning, omfattende: et ringformet legeme med en materialsammensetning omfattende hydrert nitrilbutadien-gummi, nitril-gummi, CAMLAST™, DUROCAM™, Elast-O-Lion® 101, Elast-O-Lion® 985, eller kombinasjoner derav, hvori det ringformede legeme omfatter en indre ringformet flate og en ytre ringformet flate, den indre ringformede flate er utformet for å kontakte et indre ringformet legeme og den ytre ringformede flate er utformet for å kontakte et ytre ringformet legeme for å danne en fluidteknisk tettet tilstand mellom det indre ringformede legeme og det ytre ringformede legeme, den ringformede flaten og den ytre ringformede flaten innbefatter et halvsirkulært spor omkring en periferi av det ringformede legeme, og det halvsirkulære spor er utformet for å øke kontaktspenning og muliggjøre materialdeformasjon inn i det halvsirkulære spor.

2. Tetning ifølge krav 1, karakterisert vedat tetningen har en trykk-klassifisering på i det minste 15000 pund per kvadrattomme for alle temperaturer innen området av omkring 20° F og omkring 375° F.

3. Tetning ifølge krav 1, karakterisert vedat tetningen har en trykk-klassifisering på minst 10000 pund per kvadrattomme for alle temperaturer innen området av omkring 10° F og omkring 400° F.

4. Tetning ifølge krav 1, karakterisert vedat det halvsirkulære spor har en full radius, og veggene til det halvsirkulære spor er generelt perpendikulær til en tilstøtende tetningsoverflate til den indre eller ytre ringformede flate.

5. System, omfattende: et første legeme med et mineralutvinningssystem; et andre legeme med mineralutvinningssystemet; og en tetning anbrakt mellom de første og andre legemer til mineralutvinningssystemet, hvori tetningen omfatter et tetningslegeme med en første flate og en annen flate, den første flate er utformet for å kontakte det første legeme og den andre flate er utformet for å kontakte det andre legeme, og den første flate innbefatter et første spor som avbryter kontinuiteten av den første flate mellom en første flateposisjon og en andre flateposisjon.

6. System ifølge krav 5, karakterisert vedat det første spor er utformet for å øke kontaktspenning og muliggjøre materialdeformasjon inn i det første spor.

7. System ifølge krav 5, karakterisert vedat det første spor er et halvsirkulært spor som er fordypet under den første flate mellom det første flateparti og det andre flateparti.

8. System ifølge krav 7, karakterisert vedat det omfatter et andre spor som er halvsirkulært og som er fordypet under den andre flate, hvori det andre spor avbryter kontinuiteten til den andre flate.

9. System ifølge krav 5, karakterisert vedat tetningslegemet har en materialsammensetning omfattende hydrert nitrilbutadien-gummi, nitril-gummi, CAMLAST™, DUROCAM™, Elast-O-Lion® 101, Elast-O-Lion® 985 eller kombinasjoner derav.

10. System ifølge krav 5, karakterisert vedat tetningen har en trykk-klassifisering på i det minste 15000 pund per kvadrattomme for alle temperaturer innen området av omkring 20° F og omkring 375° F.

11. System ifølge krav 5, karakterisert vedat tetningen omfatter en S-tetning, en T-tetning, en metall-ende-deksel tetning, en flatetetning eller en kombinasjon derav.

12. System ifølge krav 5, karakterisert vedat de første og andre legemer omfatter et ventiltre, en foringsrørhenger, et foringsrørhode, en foringsrørstreng, en rørhenger, et rørhode, en rørstreng, et setteverktøy, en utblåsningssikring, en ventil, en brønn, eller en kombinasjon derav.

13. Tetning, omfattende: et tetningslegeme omfattende et spor på en flate av tetningslegemet, hvori flaten er utformet for å kontakte en overflate av en separat komponent for å danne en tetning, sporet avbryter kontinuiteten til flaten mellom et første flateparti og et andre flateparti, sporet muliggjør materialdeformasjon lateralt mellom det første flateparti og det andre flateparti, og sporet øker kontaktspenningen ved hjørner mellom motsatte vegger av sporet og de respektive første og andre flatepartier.

14. Tetning ifølge krav 13, karakterisert vedat sporet følger en ringformet bane langs flaten av tetningslegemet.

15. Tetning ifølge krav 13, karakterisert vedat sporet har et halvsirkulært tverrsnitt.

16. Tetning ifølge krav 13, karakterisert vedat motsatte vegger av sporet er generelt perpendikulære til de respektive første og andre flatepartier ved respektive hjørner.

17. Tetning ifølge krav 13, karakterisert vedat tetningslegemet har en materialsammensetning omfattende hydrert nitrilbutadien-gummi, nitril-gummi, CAMLAST™, DUROCAM™, Elast-O-Lion® 101, Elast-O-Lion® 985 eller en kombinasjon derav.

18. Tetning ifølge krav 13, karakterisert vedat tetningslegemet har en materialsammensetning omfattende et elastomer med en hardhet på større enn 60 Shore A Durometer og mindre enn 100 Shore A Durometer.

19. Tetning ifølge krav 13, karakterisert vedat tetningen har en trykk-klassifisering på i det minste 15000 pund per kvadrattomme for alle temperaturer innen området av omkring 20° F og omkring 375° F.

20. Tetning ifølge krav 13, karakterisert vedat tetningen har en trykk-klassifisering på i det minste 10000 pund per kvadrattomme for alle temperaturer innen området av omkring 10° F og omkring 400° F.

21. Tetning ifølge krav 13, karakterisert vedat tetningen har en trykk-klassifisering på i det minste 20000 pund per kvadrattomme for alle temperaturer innen området av omkring 35° F og omkring 350° F.

22. Tetning ifølge krav 13, karakterisert vedat tetningslegemet omfatter en S-tetning, T-tetning, en metall-ende-deksel tetning, en flatetetning, eller en kombinasjon derav.

23. Tetning ifølge krav 13, karakterisert vedat flaten er utformet for å kontakte en overflate av et ventiltre, en foringsrørhenger, et foringsrørhode, en foringsrørstreng, en rørhenger, et rørhode, en rørstreng, et setteverktøy, en utblåsningssikring, en ventil, en brønn, eller en kombinasjon derav.

24. Tetning ifølge krav 13, karakterisert vedat den omfatter flere spor på flaten til tetningslegemet.

25. Tetning ifølge krav 13, karakterisert vedat sporet er et første spor og flaten er en første flate, og tetningslegemet innbefatter et andre spor på en andre flate av legemet.

26. Fremgangsmåte, omfattende: å tette første og andre legemer med en fluidteknisk tetning, hvori den fluidtekniske tetning omfatter et legeme med i det minste ett spor på i det minste én flate av legemet, og det i det minste ene spor danner et hulrom mellom det i det minste ene spor og en overflate til det første eller andre legeme.

27. Fremgangsmåte ifølge krav 26, karakterisert vedat den omfatter å opprettholde et trykk på i det minste 15000 pund per kvadrattomme for alle temperaturer innen området av omkring 20° F og omkring 375° F.

28. Fremgangsmåte ifølge krav 26, karakterisert vedat den omfatter å øke kontaktspenning via det i det minste ene spor og å deformere omgivende materiale til legemet inn i det minste ett spor når tettet mellom de første og andre legemer.