NO304899B1 - Pakningsanordning for anbringelse mellom et fòringsror og en bronnhodekomponent - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår pakninger for brønnhoder for olje eller gass, og nærmere bestemt metallpakninger for ved ekstreme temperaturer og høyt trykk å opprette en barriere metall-mot-metall mellom en ubearbeidet eller av andre grunner ujevn ytre flate av et foringsrør og en omgivende brønnhodekomponent.

Skjønt ikke-metalliske pakninger som anvendes som tetninger mellom et foringsrør og et brønnhodehylster, er kjent å være tilfredsstillende under mange forskjellige forhold, vil slike pakninger svikte med hensyn til å kunne bibeholde den ønskede tetningsfunksjon når de utsettes for ekstremt høye temperaturer og trykk, idet de er gjenstand for koldflytning, ekstrusjon og/eller et fenomen som i industrien er kjent som "eksplosiv dekompresjon". Etterhvert som brønndybdene øker, og også høyere trykk og temperaturer opptrer, øker også behovet for bedre og mer pålitelige brønnhodepakninger og

-tetninger.

Foreliggende oppfinnelse gjelder således en pakningsanordning for mellom en ubearbeidet og ru overflate av et foringsrør og en brønnhodekomponent å opprette metall-mot-metall-tetning mot fluidtrykk, idet pakningsanordningen består av metall og omfatter et ringformet pakningslegeme med hovedsakelig sylindrisk innerside og skrånende ytterside.

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk, særlig fra publikasjonene GB 2 203 775, US 4 911 245 og US 4 650 226, har da pakningsanordningen i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at dens innerside oppviser flere ringformede ribber for å opprette indre metall-mot-metall-tetning mot nevnte overflate av et foringsrør mens pakningslegemets ytterside er sammensatt av flere sylindriske overflatepartier av innbyrdes forskjellig diameter og oppviser flere avfasede overflatepartier for å danne ringformede, ytre tetningsflater mot innersiden av nevnte brønnhodekomponent, idet de ringformede, ytre tetningsflater er slik plassert i forhold til hverandre at de alle ligger på en rett linje som fra den ene ende av pakningslegemet heller innover mot legemets akse.

Når pakningsanordningen i henhold til oppfinnelsen er korrekt montert mellom et foringsrør og et omgivende brønnhodehylster, gir den en fluidtett tetning mellom foringsrøret og hylsteret, som vil kunne motstå ekstreme temperaturer og høye trykk uten lekkasje. Pakningsanordningen i henhold til foreliggende oppfinnelse fungerer tilfredsstillende med foringsrør som har en ubehandlet eller også av andre grunner ru ytterflate, således at man kan spare inn den tid og de utgifter som er påkrevet for å frembringe en jevn foringsrøroverflate for å kunne benytte andre typer tetningsutstyr. Pakningsanordningen har en indre sylinderformet flate med flere (fortrinnsvis tre) ringformede ribber som danner tetning mot foringsrøret samt en ytre flate utformet med flere (også fortrinnsvis tre) sylinderflateparti med trinnvis økende diameter, idet den største befinner seg ved pakningsanordningens nedre ende, og hvert overflateparti har en avrundet (med krumningsradius) øvre kant. De avrundede øvre kanter på de ytre overflatepartier befinner seg på en rett linje som heller innover fra den nedre ende av pakningslegemet mot dets akse i en liten skråvinkel, fortrinnsvis på 4 grader, idet denne vinkel er den samme som skråningsvinkelen for den ringformede, dvs. stumpkoniske, tetningsflate på brønnhodehylsteret som pakningslegemet skal danne tetning mot.

Denne pakningsanordning monteres og bibeholdes i funksjonell stilling mellom foringsrøret og brønnhodehylsteret ved hjelp av en spesielt utformet skyvering som drives ved hjelp av mekanisk trykk eller fluidtrykk. Skyveringen driver pakningslegemet til fastkiling i arbeidsstilling mellom foringsrøret og brønnhodehylsteret, idet pakningslegemet under denne bevegelse deformeres plastisk, således at dets indre ribber og avrundede ytterflatekanter bringes til tetningsinngrep metall-mot-metall med henholdsvis foringsrøret og den motstående hylsterflate.

På grunn av den vinklede kontaktlinje mellom pakningslegemets avrundede ytterflatekanter og den komplementært avskrånede tetningsflate på brønnhodehylsteret, vil radial indre deformasjon av pakningslegemet opptre jevnt under installasjonen, således at dets indre tetningsribber oppretter en ensartet tetning metall-mot-metall med den motstående hylsterflate. Skyveringen omfatter en forholdsvis tynnvegget muffe med et betydelig utvidet ringformet basisstykke som strekker seg radialt utover fra det nedre endeparti av muffen. Den øvre radiale flate på basisstykket danner en ringformet skulder som samvirker med en nedovervendt flate på brønnhodehylsteret, for derved å hindre overbelastning av tetningen metall-mot-metall dersom den bringes for langt inn i ringrommet mellom foringsrøret og hylsteret.

Ytterligere fordeler og særtrekk ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse av en foretrukket utførelse under henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke: Fig. 1 er en perspektivskisse av en pakningsanordning i henhold til foreliggende oppfinnelse og vist med et parti tatt bort, fig. 1A er en delskisse av pakningsanordningen i fig. 1 og vist i vertikalt snitt og

forstørret målestokk,

fig. 1B er en forstørret skisse av en del av det øvre parti av pakningsanordningen vist i

fig. 1A,

fig. 2 er en delskisse i vertikalt snitt av pakningsanordningen i fig. 1 anbragt mellom et foringsrør og et brønnhodehylster samt med en skyvering plassert i stilling for å

forskyve pakningsanordningen oppover til arbeidsstilling,

fig. 3 er en skisse av samme art som fig. 2, men som viser pakningsanordningen i

arbeidsstilling mellom foringsrøret og brønnhodehylsteret,

fig. 4 er en skisse slik som den i fig. 2, og som viser en skyvering i modifisert utførelse

for fluidtrykkdrift, og

fig. 5 er en skisse tilsvarende fig. 4, men som viser pakningsanordningen ferdig

montert i arbeidsstilling.

Som det best vil fremgå av fig. 1, 1A og 1B, omfatter en metallisk pakningsanordning 10 i henhold til foreliggende oppfinnelse et ringformet legeme 12 med en sylinderformet indre flate 14 og en ytre flate som omfatter flere, fortrinnsvis tre, ytre sylinderflatepartier 16, 18, 20 med trinnvis avtagende diametere. Radialt innover fra den indre flate 14 rager det flere ringformede indre ribber 22, 24, 26 med aksialt mellomrom, idet disse ribber er dannet av konvergerende flater, henholdsvis 22a og 22b, 24a og 24b, samt 26a og 26b, og mellomliggende sylinderflater 22c, 24c, 26c med forholdsvis liten aksial utstrekning. De øvre kanter 16a, 18a, 20a av de ytre flater 16, 18, 20 er avrundet, hvilket vil si at de har en krum utforming sett i tverrsnitt, og disse avrundede kanter er slik plassert at en rett linje L (fig. 1A) som heller innover fra den nedre ende 28 av pakningsanordningen 10 i en liten skråvinkel, fortrinnsvis på 4 grader, forløper tangensialt med hver av disse kanter.

Pakningsanordningen 10 er utført for å danne tetning metall-mot-metall mellom en ubearbeidet eller på annen måte ujevn ytterflate 30 (fig. 2 og 3) av et foringsrør 32 og en stumpkonisk flate på et omgivende hylsterelement 36 på brønnhodet. Avskråningen av den stumpkoniske flate 34 tilsvarer helningen av linjen L (fig. 1A), og er således fortrinnsvis 4 grader, således at pakningsanordningen 10 forskyves oppover fra en ikke virksom stilling vist i fig. 2 til sin arbeidsstilling vist i fig. 3, idet de ytre kanter 16a, 18a, 20a samvirker med den stumpkoniske flate 34 på brønnhodekomponenten 36 på en slik måte at pakningslegemet drives innover med kilevirkning til å frembringe en trykktett kontakt metall-mot-metall mellom foringsrørflaten 30 og de indre ribber 22, 24, 26 på pakningslegemet 12.

Etterhvert som denne oppoverrettede kilevirkende bevegelse finner sted, vil pakningslegemets ytre avrundede, ringformede kanter 16a, 18a, 20a i tiltagende grad øke deres kontakttrykk mot brønnhodets hylsterkomponentflate 34, således at den ønskede trykktetning metall-mot-metall med denne flate oppnås. Styrken og tøyeligheten av pakningsanordningen 10 er slik at den deformeres og de indre ribber 22, 24, 26 bringes til å flyte plastisk inn i uregelmessigheter i foringsrørflaten 30, slik at det sikres at en tilfredsstillende tetning metall-mot-metall blir oppnådd.

Forskyvningen av pakningsanordningen 10 til sin virksomme stilling (fig. 3) oppnås ved hjelp av en skyvering 40 (fig. 2 og 3) som omfatter et forholdsvis tynnvegget muffeparti 42 som strekker seg aksialt oppover fra et ringformet basisstykke 44. Basisstykket 44 har en øvre radial flate som samvirker med en nedovervendt radial flate 48 på brønn-hodekomponenten 36 for å danne en stopper som hindrer overbelastning av pakningslegemets utvendige ringformede kanter 16a, 20a samt dets indre ribber 22, 24, 26 ved bevegelse oppover av ringen 40 forbi den posisjon hvor pakningsanordningen 10 befinner seg i sin virksomme stilling (fig. 3). Skyveringen 40 har en nedre stumpkonisk flate 50 som ytterendene 52 av flere omkretsfordelte låseskruer 54 (bare én er vist) på brønnhodet ligger an mot, idet skruene drives i gjenger innover for å trykksette ringen 40 og således drive pakningsanordningen 10 oppover til sin endelige stilling angitt i fig. 5.

Hydraulisk trykk kan også anvendes for å aktivere en skyvering slik at den beveger

pakningsanordningen 10 til virksom stilling. For å oppnå dette anvendes, slik som vist i fig. 4 og 5, en skyvering 140 med indre og ytre ringformede dynamiske pakninger 60, 62 i stedet for ringen 40, og en innløpsport 64 for hydraulisk trykk samt en utløpsport 66 er anordnet på en hylsterkomponent 136 på brønnhodet. Denne komponent 136 er avtettet på vanlig måte overfor en annen brønnhodekomponent 68 ved hjelp av et ringformet tetningselement 70, og en pakning eller annen passende ringformet tetning eir opprettet mellom foringsrøret 74 og komponenten 68.

Når hydraulisk trykk slippes inn gjennom porten 64 til det ringformede kammer 76, drives skyveringen i retning oppover fra en stilling slik som den vist i fig. 4 til den stilling som er vist i fig. 5, således at pakningsanordningen 10 derved kiledrives til sin virksomme stilling (fig.5) mellom foringsrøret 74 og brønnhodekomponenten 136. Låseskruer 154 (bare én er vist) som er anordnet med mellomrom langs omkretsen blir så drevet i gjenger innover mot en stumpkonisk flate 150 på skyveringen 141 for låsing av ringen og derved også pakningsanordningen 10 i deres endelige og virksomme stillinger vist i fig. 5.

Claims (14)

1. Pakningsanordning (10) for mellom en ubearbeidet og ru overflate (30) av et foringsrør (32) og en brønnhodekomponent (36) å opprette metall-mot-metall-tetning mot fluidtrykk, idet pakningsanordningen (10) består av metall og omfatter et ringformet pakningslegeme (12) med hovedsakelig sylindrisk innerside (14) og skrånende ytterside,karakterisert vedat pakningsanordningens (10) innerside (14) oppviser flere ringformede ribber (22, 24, 26) for å opprette indre metall-mot-metall-tetning mot nevnte overflate (30) av et foringsrør (32) mens pakningslegemets ytterside er sammensatt av flere sylindriske overflatepartier (16, 18, 20) av innbyrdes forskjellig diameter og oppviser flere avfasede overflatepartier (16a, 18a, 20a) for å danne ringformede, ytre tetnings-

flater mot innersiden av nevnte brønnhodekomponent (36), idet de ringformede, ytre tetningsflater er slik plassert i forhold til hverandre at de alle ligger på en rett linje (L) som fra den ene ende av pakningslegemet (12) heller innover mot legemets akse.

2. Pakningsanordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat hver indre ribbe (22, 24, 26) har to konvergerende sideflater (22a, 22b; 24a, 24b; 26a, 26b) samt en mellomliggende sylinderflate (22c, 24c, 26c) som avskjærer nevnte sideflater.

3. Pakningsanordning som angitt i krav 2,karakterisert vedat de mellomliggende sylinderflater (22c, 24c, 26c) har hovedsakelig samme diameter.

4. Pakningsanordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat de ringformede, ytre tetningsflater på pakningslegemets (12) ytterside har avrundet utforming, sett i tverrsnitt.

5. Pakningsanordning som angitt i krav 4,karakterisert vedat de ringformede, ytre tetningsflater omfatter et avsnitt av de avfasede overflatepartier (16a, 18a, 20a) av pakningslegemets (12) ytterside.

6. Pakningsanordning som angitt i krav 5, karakterisert vedat alle de ringformede, ytre tetningsflater er tangensialle med en rett linje som heller i en vinkel av 4 grader i forhold til pakningslegemets akse.

7. Pakningsanordning som angitt i krav 1, karakterisert vedat den har tre indre ribber (22, 24, 26).

8. Pakningsanordning som angitt i krav 1, karakterisert vedat den har tre ytre tetningsflater.

9. Pakningsanordning som angitt i krav 1, karakterisert vedat pakningslegemet (12) er beregnet på å drives aksialt og med kilevirkning inn i virksom stilling mellom et foringsrør (32) og en omgivende brønn-hodekomponent (36) slik at de ytre tetningsflater på pakningslegemets (12) ytterside oppretter en tetning metall-mot-metall med en stumpkonisk overflate (34) utformet på brønnhodekomponentens (36) innerside mens de indre ribbers sylinderflate (22c, 24c, 26c) oppretter nevnte indre metall-mot-metall-tetning mot foringsrørets (32) ubearbeidede og rue overflate (30).

10. Pakningsanordning som angitt i krav 1 eller 9, karakterisert vedat den omfatter en skyvering (40) for å bringe pakningslegemet (12) i virksom stilling mellom et foringsrør (32) og en omgivende brønnhode-komponent (36), idet nevnte skyvering (40) omfatter en utstyrsdel (44) beregnet på å motta en drivkraft som forspenner ringen i aksial retning og en utstyrsdel (42) for å overføre nevnte forspenningskraft til pakningslegemet (12) med det formål å forskyve legemet til dets virksomme stilling.

11. Pakningsanordning som angitt i krav 10, karakterisert vedat skyveringens (40) utstyrsdel (44) for å motta nevnte forspenningskraft har form av et ringformet, massivt basisparti mens utstyrsdelen (42) for å overføre nevnte forspenningskraft har form av et forholdsvis tynnvegget, muffelignende parti som strekker seg aksialt fra nevnte basisparti.

12. Pakningsanordning som angitt i krav 11,karakterisert vedat nevnte ringformede, massive basisparti (44) av skyveringen (40) har en ringformet overflate (50) utformet for å samvirke med kraftpåførings-utstyr (54, 64) anordnet i eller på brønnhodekomponenten (36).

13. Pakningsanordning som angitt i krav 12,karakterisert vedat nevnte kraftpåføringsutstyr omfatter flere låseskruer (54) anordnet med mellomrom i omkretsretningen i åpninger tatt ut i brønnhodekomponenten (36).

14. Pakningsanordning som angitt i krav 12,karakterisert vedat nevnte kraftpåføringsutstyr omfatter en innløpsport (64) for hydraulisk trykk i form av en åpning tatt ut i brønnhodekomponenten (36).