NO311268B1 - Bronnhode-pakningsanordning for tetning mellom et forste rorelement og et andre rorelement - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en brønnhode-pakningsanordning som angitt i innledningen til det etterfølgende patentkrav 1. Rørelementene kan f. eks. være foringsrør og brønnhoder.

Pakninger til bruk for eksempel mellom foringsrør og brønnhoder må være i stand til å tåle tilstander med høy temperatur og høye trykk og bevirke effektiv tetning mellom et brønnhode og en. ru overflate på et foringsrør. På grunn av forholdsvis store toleranser og det faktum at foringsrøret ofte er eksentrisk i forhold til en brønnhodeboring kan forholdsvis store mellomrom dannes mellom foringsrøret og brønnhodet. Av de samme grunner kan også forholdsvis små mellomrom dannes. Det er således et behov for en pakning som tilpasser seg en ru foringsrør-overflate og varierende mellomrom mellom rørelementene.

Noen pakninger som benyttes på oljefelter er primært utformet for statiske tilstander i

brønnboringer, slik som mellom brønnhoder og rørhengere. Slike pakninger omfatter et ringformet, elastomerisk pakningselement som inneholder flere ringformede metallfjærer som bevirker understøttelse og antiekstruderingsegenskaper. Fjærene har vanligvis slik beliggenhet at de under montering hindrer direkte kontakt med eller glidning mot tetteflater. Av og til kan imidlertid fjærene adskilles fra det elastomeriske pakningselementet på grunn av friksjon mellom det elastomeriske elementet og de metalliske tetteflater, eller på grunn av sug eller strømmer som oppstår når pakningene fortrenger forskjellige fluider.

Dersom metallfjærene adskilles fra pakningen, kan de fastkiles i en spalt i en brønn-boring og bevirke skade på flater i boringen eller hengeren. Metallfjæren er vanligvis hardere enn stålmaterialet i brønnhodet. Fjæren kan således slipe, skjære eller ripe flatene. Skade kan også skyldes tapet av fjæren, hvilket vil bevirke at det elastomeriske pakningselementet blir utsatt for ekstrudering og således føre til hurtig nedbrytning av det elastomeriske pakningselementet under trykk. Dessuten, dersom metallfjærpartikler faller ned i brønnboringen, kan disse bevirke lignende skade på nedføringsverktøy og instrumenter i boringen. Nærværet av metallfjærene kan også bevirke galvanisk korrosjon på forskjellige komponenter.

Pakninger med fjærelementer av ovennevnte type er tidligere kjent fra EP-patentsøknad nr. 333 389, samt US-patent nr. 5 180 008, 4 379 558. Av US-patent nr. 4 379 558 fremgår at fjærene kan tilvirkes av forskjellige plastlignende materialer. Det er imidlertid tvilsomt at slik bruk av ubearbeidede plastlignende materialer er tilstrekkelig til å avhjelpe de mangler som er nevnt ovenfor.

Av de ovenfor angitte grunner er det behov for en pakning som er sterk nok til å motstå høye trykk og temperaturer og opprettholde en solid fastgjøring til det elastomeriske pakningselementet, og som er mykere enn basismaterialet i brønnhodekomponentene for å hindre riping, og som på i og for seg kjent måte er ikke-metallisk for å unngå galvanisk korrosjon.

Brønnhode-pakningsanordningen i henhold til den foreliggende oppfinnelse kjennetegnes ved de særtrekk som fremgår av patentkrav 1.

Pakningsanordningen omfatter således et ringformet, elastomerisk pakningselement som har et generelt rektangulært tverrsnitt, med i det minste et ikke-metallisk fjærelement innleiret. Den indre omkretsflaten til pakningselementet har et generelt konvekst parti som rager radialt innover. Fjærelementet eller-elementene befinner seg generelt tangentialt med overgangen mellom den indre omkretsflaten og de radiale flatene på pakningselementet, for å danne understøttelse for det konvekse partiet og bevirke antiekstruderingsegenskaper for pakningselementet. I henhold til oppfinnelsen er fjærelementet dannet av et kompositt filament som omfatter flere fiberstrenger valgt fra gruppen som består av grafitt, glass, kevlar og polyetereterketon, idet fiberstrengene er flettet for å danne filamentet.

Utførelseseksempler er vist på den vedføyde tegning, der

Fig. 1 viser et utsnitt av en første utførelse av pakningen, anbragt i et spor i et brønn- hode og ragende til kontakt med et foringsrør. Fig. 2 viser et utsnitt av et ringformet, ikke-metallisk fjærelement dannet av et

kontinuerlig, kveilet, båndlignende filament.

Fig. 3 viser et utsnitt av en andre utførelse av pakningen, anbragt i et spor i et

brønnhode og ragende til kontakt med et foringsrør.

Pakningsanordningen vist i fig. 1 omfatter et ringformet pakningselement 10 anbrakt i et ringformet spor 12 i et brønnhode 14 som et foringsrør 16 er anbrakt i. Pakningselementet 10 har en generelt rektangulær tverrsnittsform, med en øvre radial flate 11 og en nedre radial flate 13. Et mellomrom 18 foreligger mellom brønnhodet 14 og foringsrøret 16. Mellomrommet 18 kan skyldes fremstillingstoleranser eller eksentrisk anbringelse av foringsrøret 16 i forhold til brønnhodet 14. Det ringformede pakningselementet 10 er laget av en elastomer eller et annet passende materiale som har lignende egenskaper.

Pakningsanordningen omfatter videre et midtre, konvekst parti 20 på den indre aksiale overflaten av pakningselementet 10, ragende radialt innover fra en imaginær linje som forbinder de radiatt indre ender av de radiale flater 11,13. Det konvekse partiet 20 har i fri tilstand en større lengde enn bredden til mellomrommet 18, slik at når det er anbrakt i brønnhodet 14 som inneholder foringsrøret 16, rager det konvekse partiet 20 gjennom mellomrommet 18 og komprimeres mot den ytre veggen til foringsrøret 16.

Innleiret inne i det elastomeriske elementet 10 er i det minste et ikke-metallisk, ringformet fjærelement 22. Den foretrukne utførelsen i fig. 1 viser to slike fjærelementer 22. De ringformede fjærelementer 22 befinner seg i overgangen mellom en av omkretsflatene til pakningselementet, fortrinnsvis den indre omkretsflaten 24, og hver av de radiale flater 11,13. De ringformede fjærelementer 22 virker som antiekstruderingselementer og danner understøttelse for det utragende, konvekse partiet 20. Fjærelementene 22 øker motstandsevnen for pakningselementet 10 mot deformasjon i overgangen mellom det konvekse partiet 20 og pakningselementet 10 når det konvekse partiet 20 utsettes for moment og komprimerende krefter.

De ringformede, ikke-metalliske fjærelementer 22 er laget av kompositt-plastmateriaier som er fastgjort til pakningselementet 10, og er mykere enn tetteflatematerialene for å eliminere faren for riping eller andre skader på tetteflatene eller andre flater på brønn-hodet 14 og foringsrøret 16 eller nedføringsverktøy. Dessuten eliminerer de ikke-metalliske fjærelementer 22 fare for galvanisk korrosjon på forskjellige komponenter. Som vist i fig. 2 er hvert fjærelement 22 laget av et båndlignende, kontinuerlig filament 23 som er kveilet for å danne en skruefjær. Fjærelementet er dannet av et kompositt filament som omfatter flere fiberstrenger valgt fra gruppen bestående av grafitt, glass, kevlar og polyetereterketon, idet fiberstrengene er flettet for å danne filamentet. De ferdige fjærer kan kappes til de nødvendige lengder og sammenføyes ved endene for å danne ringformede fjærer, for deretter å innstøpes i det elastomeriske pakningselementet 10.

Fig. 3 viser en andre utførelse av oppfinnelsen som hovedsakelig er lik utførelsen vist i fig. 1, med det unntak at det bare benyttes ett fjærelement 22.

Claims (2)

1. Brønnhode-pakningsanordning for tetning mellom et første rørelement (14) og et andre rørelement (16), idet det andre rørelementet har en ytterdiameter som er mindre enn innerdiameteren til det første elementet, idet rørelementene er slik anordnet at det andre rørelementet befinner seg generelt konsentrisk inne i det første rørelementet, slik at det finnes et ringformet mellomrom (18) mellom det første og andre rørelementet, idet pakningsanordningen omfatter et ringformet, elastomerisk pakningselement (10) som i tverrsnitt har en generelt rektangulær form, med en første plan, radial flate (11), en andre plan, radial flate (13), en indre omkretsflate (24) og en ytre omkretsflate, og et generelt konvekst tetteparti (20) som rager fra enten den indre eller den ytre omkretsflaten, i det minste et ringformet, ikke-metallisk fjærelement (22) i det elastomeriske elementet, beliggende generelt tangentialt til overgangen mellom de radiale flater og den omkretsflaten som det konvekse tettepartiet rager fra, karakterisert ved at fjærelementet er dannet av et kompositt filament (23) som omfatter flere fiberstrenger valgt fra gruppen bestående av grafitt, glass, kevlar og polyetereterketon, idet fiberstrengene er flettet for å danne filamentet.

2. Brønnhode-pakningsanordning som angitt i krav 1, ved hvilken fjærelementet omfatter et kontinuerlig, kveilet, båndlignende filament.