NO832709L - Tetningstrykkreduseringssystem. - Google Patents

Description

1. OPPFINNELSENS TEKNISKE OMRÅDE.

Foreliggende oppfinnelse angår et system for .å beskytte væsketetninger mot ødeleggelse som skyldes kjemisk påvirkning, høye temperaturer og høye trykk. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen et tetningstrykk-reduseringssystem som anvender hydrauliske trykkomformere i kombinasjon med væsketetninger for å øke levetiden og påliteligheten til tetningssystemet.

2. OPPFINNELSENS BAKGRUNN.

Offshore produksjon av olje og gass krever bruk av hoved-sakelig vertikale væskeførende rør, kjent under betegnelsen "flowline", for å føre væsker fra et undersjøisk brennhode opp til vannoverflaten. Ofte har man et antall væskeførende rør inne i en vertikal strekkdel som kalles stigerør.. Den øvre enden til stigerøret er forbundet med et fartøy eller en bøye, som er utsatt for sideveis bevegelse på grunn av vind, bølger og halvstrømmer. For å kompensere for far-tøyet eller bøyens sidebevegelser, i forhold til stasjonære undersjøiske brønnhodet, blir det vanligvis innstallert leddkoblinger mellom stigerøret og det undersjøiske brønn-hodet. Svivler eller leddkoblinger blir også innstallert i de væskeførende ledninger, slik at stigerøret kan bevege seg uten å skade disse ledningene. F.eks. er det i US

patent nr. 4.318.423, tilhørende deGraaf (1982), beskrevet en anvendelse av svivler i væskeførende ledninger.

Svivler og leddkoblinger i stigerør og andre væskeførende systemer, må være tilstrekkelig avtettet for å forhindre lekkasje av væskene ut til omgivelsene. Slike væsker vil i det følgende bli kalt "produksjonsvæsker". Vanligvis blir det anvendt ettergivende elastomeriske eller plastiske væskétetnigner mellom de bevegelige delene i en svivel eller leddkobling, for å forhindre lekkasje av produksjonsvæske. Slike myke væsketetninger brukes fordi de danner en effektiv og lekkasjesikker tetning, enn metalliske eller sammensatte tetninger gjør. En vellykket drift av det væskeførende systemet krever av væsketetningene er pålitelige i den be-regnede levetiden for det væskeførende systemet.

Kravet til den nåværende væsketetningsteknologien har øket når søkingen etter råolje og gass utvides til nylig oppdagede reservoarer. Slike reservoarer befinner seg ofte på dybder langt under jordens overflate, og væsker fra slike reservoarer blir ofte utvunnet ved høye temperaturer og trykk.

F.eks. kan dype gassbrønner produsere væsker med temperaturer høyere enn 232°C og med trykk på mer enn 700 kg/cm 2. I tillegg er væskene som produseres i slike reservoarer ofte sure væsker med høyt innhold av hydrogensulfid, karbondi-oksyd og andre forurensninger. Selv om det er utviklet væsketetninger som har stor motstandsdyktighet mot ødeleggelse på grunn av kjemisk virkning av en sur væske, har disse produkttetningene en tendens til å ødelegges når de blir utsatt for høye temperaturer og høye trykk. F.eks. vil visse produkttetninger av elastomerer, som er motstandsdyktige mot kjemisk nedbrytning, bli mykere når temperaturen i tetningen stiger. Denne mykgjøringen reduserer strekkstyrken i produkttetningen, og reduserer dens evne til å motstå skader på grunn av stort trykk. Andre elastomerer som brukes i produkttetninger blir sprøe ved høye temperaturer. Denne sprøheten gjør tetningene tilbøyelige til å sprekke. Dessuten vil slik sprøhet redusere tetningens elastisitet, noe som reduserer den tettende evne.

Andre elastomerer som brukes i produkttetninger, så som fluorkarboner og perfluorelastomerer, som er motstandsdyktige mot kjemisk nedbryting, er også motstandsdyktige mot høye temperaturer. Imidlertid er slike produkttetninger gjerne mottakelige for skader som skyldes høyt væsketrykk. Trykket vil ha en tendens til å presse produkttetningen inn i tetningsspalten melllom de bevegelige delene i svivelen eller leddkoblingen og få tetningen til å briste. Utpressing av slike produkttetninger øker også slitasjen på tetningene når disse får kontakt med tetningsleppen på svivelen eller leddkoblingen.

Visse plastmaterialer er i stand til å motstå kombinasjonen av høye temperaturer, høyt trykk og korrosive omgivelser. Tetningsegenskapene til væsketetninger laget av slike plastmaterialer, er imidlertid begrenset. Dette skyldes at væsketetninger av slike plastmaterialer gjerne er hardere enn elastomeren og de vil ikke lett tilpasse seg små ujevnheter i de tilhørende overflater i en svivel eller leddkobling. Som et resultat vil væsketetninger av plast ikke tette like godt som de av elastomerer og de vil lekke oftere. Væsketetninger som tilstrekkelig kan motstå kombinasjonen av korrosive væsker produsert ved høye temperaturer og høye trykk, samtidig som de danner effektive lekkasjesikre tetninger, har ikke vært utviklet. Det eksisterer derfor et klart behov for et tetningssystem som gir en pålitelig tetning når det blir utsatt for kombinasjonen av nevnte forhold.

Det har vært utviklet mange tetningsteknikker for å forlenge levetiden for væsketetninger. Alle disse teknikkene har imidlertid visse begrensninger. En slik teknikk gjør bruk av en andre ekstra tetning bak den første tetning, for å avtette spalten mellom de bevegelige delene i en svivel eller leddkobling. Hvis den første tetningen svikter, vil den andre tetningen forhindre lekkasje inntil også den andre tetningen svikter. Når den andre tetningen reduserer mulig-heten for lavtrykkslekkasje vil en svikt i den første tetningen, som skyldes en brå trykkøking, ofte sprenge den andre tetningen også. Selv om den andre tetningen ikke skulle svikte umiddelbart, vil den fra nå av bli utsatt for det totale trykket i produksjonsvæsken, og den ønskede ekstra tetning vil ikke lenger eksistere. En annen teknikk for å forlenge den virksomme levetiden for væsketetninger, er å bruke støtteringer av metall eller andre harde sammen-setninger, for derved å forhindre at den bløtere væsketetningen blir presset ut i tetningsspalten. Støtteringen blir plassert bak væsketetningen for å redusere tetningsspaltens størrelse. Denne teknikken kombinerer fordelene med en myk væsketetning, som danner en mer effektiv tetning ved lave trykk, sammenlignet med en mer stiv tetning, med fordelene til en hard støttering, hvilken har svært god motstandsevne mot å bli presset ut. Nytten av en slik støtte-ring er imidlertid begrenset når ringen blir utsatt for høye temperaturer. Ved høye temperaturer vil støtteringen ekspandere. Da klaringen mellom støtteringen og de bevegelige delen i svivelen eller leddkoblingen må være ganske liten for å forhindre utpressing av væsketetningen, vil varmeutvidelse av støtteringen kunne bevirke at denne gnisser mot de bevegelige delen. Dette vil øke slitasjen og avskra-pingen av såvel støtteringen som de.bevegelige delene, og vil tilslutt føre til ødeleggelse av svivelen eller leddkoblingen. En reduksjon av støtteringens diameter for å forhindre denne gnissingen, vil øke tetningsspaltens størrelse som det er støtteringens oppgave å redusere.

En tredje teknikke for å forlenge levetiden for væsketetninger anvender kombinasjonen av en flytende stempeltetning,

en stasjonær støttetetning og en hydraylisk væske i rommet mellom de to tetningene. Stempeltetningen er utsatt for produksjonsvæsken på den ene siden og hydraylikkvæsken på

den andre siden. Trykket i produksjonsvæsken forskyver stempeltetningen, som i sin tur komprimerer hydraulikkvæsken. Denne mellomliggende væsken hindres i å lekke ut til omgivelsene ved hjelp av støttetetningen. Som eksempel kan vises til E.G.&. G. Sealol Thrust ring C-56839. Ved visse anven-delser har imidlertid flytende stempeltetninger sine begrensninger. Mens en flytende stempeltetning eliminerer differensialtrykket på stempeltetningen, vil systemet basere seg på bevegelse av stemplet og kan ikke brukes i tilfeller hvor en stasjonær tetning er påkrevet. Dessuten vil stempel-tetningens tettende effekt være begrenset når det oppstår variasjoner i produksjonsvæskens temperatur. Ved lave temperaturer vil stempeltetningen trekke seg sammen, slik at produksjonsvæsken kan lekke inn i den rene hydraylikkvæsken. Ved høyere temperaturer vil stemplet utvide seg og skjære

seg fast i sylinderveggene.

I tillegg til bruk av ekstra tetninger, støtteringer og flytende stempeltetninger for å øke levetiden til tetningssystemer, er det utviklet enkelte andre teknik"ker for å trykkbalansere de bevegelige delene i en leddkobling. F.eks. vil i en kuleleddforbindelse trykket i produksjonsvæsken søke å tvinge sliteflaten i kuledelen og lagerdelen sammen. Denne skyvekraften kan skade kuledelen og lagerdelen på grunn av øking i friksjonen, noe som skraper opp sliteflåtene. For å redusere denne kraften er det en velkjent anvendelse

av den hydrostatiske lov å bruke en hydraulisk presse, eller trykkomformer, for å legge en kraft.på kuledel og lagerdel som skal motvirke trykkraften fra produksjonsvæsken. Det vises f.eks. til US-PS nr. 3.479.061, tilhørende Smookler m/fl. og gitt ut i 1966, og til US-PS rir. 3.746.372, tilhør-ende Hynes m/fl. og gitt ut i 1973, som beskriver bruk av trykkomformere for trykkbalansering av kuledel og lagerdel.

I begge disse patentene blir trykket i produksjonsvæsken

via en trykkomformer brukt til å sette hydraulikkvæsken under trykk. Hydraulikkvæsken, som er adskilt fra produksjonsvæsken ved hjelp av trykkomformeren, blir trykket mot kraftdelene i forbindlesen for å motvirke produksjonsvæskens trykkraft. Væsketetninger plassert i tetningsspalten mellom kuledelen og lagerdelen hindrer hydraulikkvæsken, som står under trykk, og lekker ut til omgivelsene. Selv om hydraulikkvæsken som er satt under trykk opphever produksjonsvæskens trykkraft, vil trykket på den bakenforliggende væsketetningen ha øket snarere enn minket. • Således har man ikke oppnådd det mål å redusere trykket som virker på væsketetningen.

Selv om man har utviklet tetningssystemer som skal forlenge levetiden til væsketetninger utsatt for sure produksjonsvæsker, som transporteres ved høye temperaturer og høyt trykk, er effektiviteten i hvert av disse tetningssystemene underlagt visse begrensninger. Det eksisterer derfor et behov for et forbedret tetningstrykk reduserings-system som kan forlenge tetningssystemets levetid.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN.

Foreliggende oppfinnelse løser de problemene som er beskrevet ovenfor ved at det er frembragt et tetningstrykkreduserings-system som reduserer eller eliminerer det trykket som søker å presse ut væskettninger i svivler eller leddkoblinger. Væsketetningene, som hindrer produksjonsvæsken i å lekke

ut til omgivelsene, befinner seg i tetningsspalten mellom de bevegelige delene i svivelen eller lettkoblingen. I

en foretrukket utførelsesform består oppfinnelsen i en første tetning plassert i spalten og i kontakt med produksjonsvæsken, en andre tetning plassert i spalten mellom den første tetningen og omgivelsene, slik at det dannet et avtettet hulrom mellom den første og andre tetningen, en hydraulikkvæske inne i dette avtettede hulrom, og en trykkomformer som kan drives av produksjonsvæskens trykk for å sette hydraulikkvæsken under trykk. Således blir differensialtrykket som virker på den første tetningen begrenset til forskjellen mellom trykkene i produksjonsvæsken og i hydraulikkvæsken.

Som beskrevet ovenfor, kan produksjonsvæsken være en sur væske som produseres ved høy temperatur og høyt trykk.

Valget av riktig tetningsmateriale for den første og den andre tetningen, vil således kunne øke verdien av foreliggende oppfinnelse. Produkttetninger som er motstandsdyktige mot ødeleggelse på grunn av kjemisk virkning og høye temperaturer, blir helst brukt som første tetning. Trykktetninger som er motstandsdyktige mot utpressing ved høye trykk, blir helst brukt som andre tetning. På den måten blir differensialtrykket som virker på den svakere produkttetningen, redusert samtidig som trykktetningen er isolert fra skadelige virkninger fra produktvæsken.

I en alternativ utførelsesform består oppfinnelsen i en første tetning plassert i tetningsspalten og i kontakt med produksjonsvæsken, et antall andre tetninger plassert etter hverandre i tetninngsspalten, slik at det dannes et antall avtettede hulrom mellom den første tetningen og omgivelsene, en hydraulisk væske i hvert avtettet hulrom, og et antall trykkomformere, idet hver trykkomformer svarer' til et av de avtettede hulrom og er istand til å sette en hydraulisk væske i hulrommet under trykk. Den første trykkomformeren blir drevet av trykket i produksjonsvæsken for å sette hydraulikkvæsken i det første avtettede hulrommet under trykk, og hver av de etterfølgende trykkomformere blir drevet av trykket i hydraulikkvæsken i det foregående avtettede hulrommet for å sette hydraulikkvæsken i tilhørende avtettede hulrom under trykk. Differensialtrykket som virker på hver tetning i dette tetningstrykk reduserings-systemet blir derfor redusert til en brøkdel av trykket i produksjonsvæsken.

FIGUROVERSIKT.

Fig. 1 viser et riss delvis i snitt av foreliggende oppfinnelse tilpasset en enkel rettlinjet svivel. Fig. 2 viser et riss delvis i snitt av en alternativ utførel-sesform av foreliggende oppfinnelse med flere kombinasjoner av hydrauliske trykkmidler og tetningsmidler. Fig. 3 er et riss delvis i snitt av foreliggende oppfinnelse tilpasset en enkel konsentrisk svivel, og viser bruk av flere kombinasjoner av hydrauliske trykkmidler og tetningsmidler. Fig. 4 er et riss delvis i snitt av foreliggende oppfinnelse tilpasset en kuleleddforbindelse.

BESKRIVELSE AV DE FORETRUKNE UTFØRELSESFORMER.

Fig. 1 viser foreliggende oppfinnelse tilpasset til en enkel rettlinjet svivel 10. Slike rettlinjede svivler er velkjente på området som midler til å gi rotasjon mellom aksene til to tilgrensende segmenter av en væskeførende rørledning. Vanligvis er begge endene til svivelen 10 utstyrt med flenser for tilknytning av svivelen til rørledningen. Rørledningen 12 brukes til transport av produksjonsvæsken 14, som kan være en sur væske med høy temperatur og høyt trykk. Den fremstikkende enden 16 dreier seg konsentrisk i husenden 18 til svivelen 10. Lageret 20 forhindrer aksial bevegelse av den fremstikkende enden 16 i forhold til husenden 18,

mens lagrene tillater fri rotasjon av disse elementene rundt svivelen 10 langsgående senterakse.

Som det fremgår av fig. 1, blir den radiale avstanden mellom den fremstikkende enden 16 og husenden 18 definert som tetningsspalten 22. Denne tetningsspalten forhindrer kontakt mellom den fremstikkende enden 16 og husenden 18. Hver bevegelige del kan således rotere uten å skrape borti den andre delen. Den aksiale avstanden mellom den fremstikkende enden 16 og husenden 18, blir definert som en endespalte 25.'Produkttetningen 24' befinner seg i tetningsspalten"' 22 nær endespalten 25 for å isolere lagrene 20 fra produksjonsvæsken 14 og for å forhindre lekkasje av produksjonsvæske 14 ut. til omgivelsene. Uttrykket "produkt-tetning" blir heretter brukt som en generell beskrivelse av en type tetninger som er motstandsdyktige mot ødeleggelse på grunn av kjemisk virkning og høye temperaturer. Hver produkttetning har to sider som heretter blir kalt forside (F) og bakside (B). Som det fremgår av fig. 1, er forsiden av produkttetningen 24 i kontakt med produksjonsvæsken 14.

Som angitt ovenfor kan produksjonsvæsken 14 være en sur

væske med høy temperatur og høyt trykk. F.eks. kan væsker produsert i geotermiske brønner inneholde damp eller hydrogensulfid-blandinger, vil temperaturer så høye som 343°C

og trykk så høyt som 45 kg/cm 2. En dyp, sur gassbrønn kan produsere væsker med temperaturer på mer enn 232°C og trykk som overstiger 700 kg/cm 2. Fordi temperaturen og den kjemiske sammensetningen i hver produksjonsvæske vil variere

fra en brønn til en annen, burde hver produkttetning velges slik at den ble motstandsdyktig mot den temperaturen og den spesielle kjemiske sammensetning som den aktuelle pro-duks j onsvæsken har.

Idet det igjen henvises til fig. 1, er forsiden til produkt-tetnignen 24 utsatt for trykk i produksjonsvæsken 14. Dette trykket til søke å presse produkttetningen inn i tetningsspalten 22. Ifølge foreliggende oppfinnelse blir produksjonsvæske 14 også ledet gjennom kanalen 28 for å påvirke hydrauliske trykkmidler 26. Slike hydrauliske trykkmidler. Slike hydrauliske trykkmidler, som vanligvis blir kalt "trykkomformere", er velkjente for fagmannen. Hydrauliske trykkmidler blir vanligvis brukt for å overføre den kraften som skriver seg fra trykket i en væske til å sette en annen væske under trykk. I henhold til fig. 1, har den hydrauliske trykkanordningen 26 en innløpsside (I) og en utløpsside (0). Produksjonsvæsken utøver en kraft på inn-løpssiden i den hydrauliske trykkanordningen 26 som tilsvarer trykket i produksjonsvæsken 14 multiplisert med arealet til den del av innløpssiden til hydraulikkanordningen 26 som påvirkes av produksjonsvæsken 14. Dette forholdet blir uttrykt ved ligningen F (kraft) = P (trykk) A (arealet av den del av trykkanordningen som påvirkes av trykket). Fordi kraften som overføres av den hydrauliske trykkanordning 26 er lik den kraften som utøves på anordningens innløps-side, er forholdet mellom innløpstrykk.og utløpstrykk (

hvor I = innløp og 0 = utløp) det følgende: F^ =F^ ; T?^ =A^ = PqAq,- og P^/Pq=A /Aj. På grunn av disse forholdstallene,

vil innløpstrykket (Pj) bli større enn utløpstrykket (Pq) hvis utløpsarealet (A^) i den hudrauliske trykkanordningen er større enn innløpsarealet (A^). Den ønskede trykkøking eller trykkreduksjon kan oppnås ved å velge passende innløpsarealer og utløpsarealer i den hydrauliske trykkanordningen 26.

Trykktetningen 32 er innsatt i tetningsspalten 22 mellom produkttetningen 24 og omgivelsene, slik at det dannes et avtettet hulrom mellom produkttetningen 24, trykktetnigen 32 og de bevegelige delene til svivelen 10. Uttrykket "trykktetning" vil heretter bli brukt om væsketetninger som er motstandsdyktige mot å bli presset gjennom tetningsspalte når de blir utsatt for høye trykk. På samme måten som produkttetningen 24, har trykktetningen 32 en forside

(F) og en bakside (B). Hydraulikkvæsken 30 befinner seg inne i det avtettede hulrommet. En kanal 31 er dannet mellom

utløpssiden til den hydrauliske trykkanordningen 26 og det avtettede hulrommet. Når det hydrauliske trykkanordningen 26 blir påvirket av trykket i produksjonsvæsken 14, vil trykkanordningen 26 sette hydraulikkvæsken 30 under trykk via kanalen 31. Differensialtrykket som virker på produkttetningen 24, er derfor redusert til forskjellen mellom trykket i produksjonsvæsken 14 og trykket i hydraulikkvæsken 30. Hydraulikkvæsken 30 hindres i å lekke ut til omgivelsene ved hjelp av trykktetningen 32.

Som nevnt tidligere, er produkttetningen 24 motstandsdyktig mot nedbrytning som skyldes produksjonsvæskens 14 korrosive effekt og høye temperaturer, men den er ømfindtlig for trykkutpressing. Trykktetningen 32 er motstandsdyktig mot slik trykkutpressing, men er ømfindtlig for den korrosive virk-ningen til produksjonsvæsken 14. Således vil foreliggende oppfinnelse overvinne svakheten til de enkelte tetninger når hver enkelt tetning er isolert fra de virkninger som er skadelige for dem. Bruken av produkttetning 24, trykktetning 22 og hydraulisk trykkanordning 26, kan anvendes i forbindelse med svivler, dreibare forbindelser, kuleleddforbindelser og andre leddforbindelser som vanligvis brukes i væskeførende systemer. Foreliggende oppfinnelse er særlig fordelaktig når man transporterer en sur væske med høye temperaturer og høye trykk. Oppfinnelsen kan imidlertid anvendes i et stort antall væsketetnings-tilfeller.

Idet det igjen henvises til fig. 1, vil, hvis den hydrauliske trykkanordningen 26 gir hydraulikkvæsken 30 et høyere trykk enn produksjonsvæskens 14 trykk, retningen til det resulter-ende trykk som virker på produkttetningen 24 bli motsatt.

(I et slikt tilfelle, vil produkttetningen 24 blir motsatt orientert). Dette vil forhindre forurensning av hydraulikkvæsken 30, fordi produksjonsvæsken 14 er forhindret fra i sive eller lekke rundt produkttetningen 24. For å kompensere for evt. lekkasje av hydraulikkvæsken 30 inn i produksjonsvæsken 14 eller ut i omgivelsene, kan en egnet, i og for seg velkjent, etterfyllingsanordning 34 for hydraulikkvæske, brukes for tilføring av hydraulikkvæske 30 til det avtettede hulrom.

Fig. 2 viser en alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse tilpasset en rettlinjet svivel 10. Som forklart ovenfor, er en produkttetning 24 plassert i tetningsspalten 22, for å holde på produksjonsvæsken 14. Tre trykktetninger, 32a, 32b og 32c, er plassert etter hverandre i tetningsspalten 22 for å danne 3 avtettede hulrom mellom produkttetningen

24 og omgivelsene.. Hvert avtettet hulrom er fylt av hydraulikkvæske 30. Hydrauliske trykkanordninger, 26a, 26b og 26c, som tilsvarer henholdsvis første, andre og tredje avtettede hulsom, er festet på svivelen 10. Den hydrauliske trykkanordningen" 26a påvirker av trykket i produksjonsvæsken 14 for å sette hydraulikkvæsken 30 i det første avtettede hulrom under trykk. Den hydrauliske trykkanordningen 26b påvirkes av hydraulikkvæsken 30 i det første avtettede hulrommet for' å sette hydraulikkvæsken 30 i det andre avtettede hulrommet- under trykk. Tilsvarende blir den hydrauliske trykkanordningen 26c påvirket av hydraulikkvæsken 30 i det andre avtettede hulrommet, for å sette hydraulikkvæsken i det 3. hulrommet under trykk. Differensialtrykket som virker på hver trykktetning 32 i systemet, er begrenset til forskjellen mellom trykket på tetningens forside og trykket på tetningens bakside. Bare for å illustrere, viser fig. 2 bruk av 3 trykktetninger og 3 avtettede hulrom. Immidlertid kan ethvert antall trykktetninger og avtettede hulrom anvendes uten at man dermed går ut over oppfinnelsens ramme.

Fig. 3 viser en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen tilpasset en enkel konsentrisk svivel 36. Produksjonsvæsken 14 transporteres gjennom rørledningen 12. De bevegelige delene til den konsentriske svivelen 36 er en roterende ende 38 og en faststående ende 40. På begge sider av inn-løpet 43 strekker det seg en aksial tetningsspalte 42.

For å gjøre det enklere, blir tetningssystemet bare beskrevet for den ene sides vedkommende. Produkttetningen 24

er anbragt i den aksiale tetningsspalten 42 for å forhindre at produksjonsvæsken 14 lekker ut i omgivelsene. Trykktetninger 32a og 32b er anbragt i tetningsspalten 42 mellom produkttetningen 24 og omgivelsene, slik at det dannes 2 avtettede hulrom. Hvert av disse avtettede hulrom er fylt av hydraulikkvæsken 30. Hydrauliske trykkanordninger 26a og 26b, svarende til henholdsvis første og andre avtettede hulrom,"er festet på svivelen 36. Den hydrauliske trykkanordningen 26a påvirkes av produktvæsken 14 for å sette hydraulikkvæsken i det første avtettede hulrommet, som er dannet mellom produkttetningen 24 og trykktetningen 32a, under trykk. Den hydrauliske trykkanordningen 25b blir påvirket av- hydraulikkvæsken 30 i det første avtettede hulrommet, for å sette hydraulikkvæsken 30 i det andre avtettede hulrommet under trykk. På samme måte forholder det seg på den andre siden av innløpet 43. På samme måten som nevnt i forbindelse med fig. 2, kan man bruke ethvert antall trykktetninger og avtettede hulrom uten at man dermed går ut over oppfinnelsens ramme.

Fig. 4 viser foreliggende oppfinnelse tilpasset en kuleleddforbindelse 44. Slike kuleleddforbindelser er velkjente som midler for å knytte sammen to rørdeler som skal kunne bevege seg vinkelmessig i forhold til hverandre. Kuleenden 46 og lagerenden 48 er funksjonsmessig likeverdige med den fremstikkende enden 16 og husenden 18 i den rettlinjede svivelen 10 som er vist på fig. 1 og 2. Således vil foreliggende oppfinnelse virke på den foran beskrevne måte også

for kuleleddforbindelsen 44.

Tetningstrykk reduserings-apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse kan utformes slik at det begrenser differensialtrykket på enhver tetning i systemet, ved at det brukes et passende antall hydrauliske trykkanordninger og produkttetninger. F.eks. kan den matematiske beskrivelsen av trykk-reduksjonen i det hydrauliske trykksystemet vist i fig.

2 utledes fra et antall grunnleggende forholdstall. Hvis trykket i produksjonsvæsken 14 er p^og trykket i hydrau-likkevæsken 30 i det første avtettede hulrom erP2, er forholdet mellom utløpstrykk (P2)°9innløpstrykk (p^) for den første hydrauliske trykkanordningen 26a være P2^l=

Bj. B er derfor en funksjon av de fysiske dimensjonene

til hver hydraulisk trykkanordning og kan ha forskjellig verdi for hver enkelt trykkanordning. Verdien for B for de hydrauliske trykkanordninger 26a, 26b og 26c, er henholdsvis Bj, B2og B^• Når P-, er trykket i hydraulikkvæsken 30 i det andre avtettede hulrommet, ogP2er trykket i hydraulikkvæsken i det første avtettede hulrommet, vilP3/

P2= B2og gjelde for den hydrauliske trykkanordningen 26b. Når på tilsvarende måte p^er trykket i hydraulikkvæsken 30 i det tredje avtettede hulrommet, vilP4/P3= B^gjelde for den hydrauliske trykkanordningen 26c. Videre kan differensialtrykket (DP) som virker på produkttetningen 24 uttrykkes som DP-^ = Pj_~P2 •<p>^ tilsvarende måte kan differensialtrykket som virker på trykktetnignene 32a og 32b uttrykkes som DP2=P2~P3og DP^= p^-p^. Differensialtrykket som virker på trykktetningen 32c er like differan-sen mellom p^og omgivelsestrykket.

Differensialtrykket som virker på hver tetning i systemet, kan utledes fra den kjente verdien for p^og de kjente verdier for B i hver hydraulisk trykkanordning. Differensialtrykket på hver tetning kan da uttrykkes på følgende

måte:

D<P->l<=>Pl"P2'°9 P2 = Bi?1

derfor er

<DP>1<=><P>l"<B>lPl

<=>P1d-<B>1)

Tilsvarende er for DP2:

<DP>2<=><p>2-<p>3; og<p>2<=><B>lPl, p3 =<B>2<p>2<=>E^B^ derfor er

<DP>2<=><B>1<p>1<-B>1<B>2<p>1

<=><B>lPld-<B>2)

Tilsvarende er for DP^:

<DP>3=P3-P4; og<p>3<=><B>1<B>2<p>i<r>p4 .=<B>3<p>3<=>^]_^2^3^1

derfor er

DP3■=<B>1<B>2<p>1<-B>1<B>2<B>3<p>1

<=><B>l<B>2Pl(I-<B>3)

Man skal merke seg at DP^ er lik p^minus omgivelsestrykket. Verdien B for hver hydraulisk trykkanordning kan velges slik at hver tetning i systemet blir utsatt for det samme differensialtrykket. Ved å sette B^= 3/4, B2= 2/3 og B3= 1/2 inn i de foranstående ligninger, blir differensialtrykket (DP) som virker på hver tetning lik 1/4 p^, i mot-setning til at det opprinnelige trykk p-^virker på produkt-tetnigen 24, som tilfellet er uten bruk av foreliggende oppfinnelse.

Tetningstrykkreduseringssystemet ifølge foreliggende oppfinnelse beskytter væsketetningene ved at trykket fra pro-duks jonsvæsken som virker på produkttetningen reduseres. Dette trykket blir redusert ved at hydraulikkvæske under trykk tillates å virke på baksiden av produkttetningen, slik at differensialtrykket- på denne tetningen blir redusert. En trykktetning forhindrer lekkasje av hydraulikkvæske ut

i omgivelsene. Trykketninger beskyttes mot ødeleggelse på grunn av kjemisk virkning fra produktvæsken og høye temperaturer i denne. En serie hydrauliske trykkanordninger og tilsvarende tetninger kan brukes for å redusere differensialtrykket på hver enkelt tetning i systemet. Ved å be-grense hver tetning til en omgivelse som er forenlig med tetningens fysiske egenskaper, vil foreliggende oppfinnelse overfinne de tetningsproblemene som er diskutert ovenfor, samt øke tetningssystemets effektive levetid.

Mindre variasjoner i foreliggende oppfinnelse kan gi guns-tige resultater. F.eks. kan de hydrauliske trykkanordninger ha en multiplikasjonsfaktor på 1. I så fall vil differensialtrykket som virker på de tilsvarende tetninger bli 0. Alternativt kan den første hydrauliske trykkanordningen brukes til å multiplisere produktvæskens inngangstrykk med en faktor (B) større enn 1, mens de påfølgende hydrauliske trykkanordninger multipliserer inngangstrykket med den faktor

(B) som er mindre enn 1. En slik innstilling ville forhindre forurensning, på grunn av produktvæsken, av hydraulikkvæsken

i det første hulrommet, mens trykktetnings reduserings-systemet ville tillates å redusere differensialtrykket på hver enkelt tetning.

Foreliggende oppfinnelse kan anvendes på svært mange områder, omfattende, men ikke begrenset til, transport av væsker fra oljebrønner, gassbrønner og geotermiske brønner. I tillegg kan foreliggende oppfinnelse brukes i naturgass-ledninger, kraftanlegg, raffinerier og andre kjemiske eller industrielle anlegg. De beskrevne utførelser av foreliggende oppfinnelse kan tilpasses eksisterende tetningssystemer med bare små modifikasjoner. I tillegg kan de hydrauliske trykkanordninger og væskeetterfyllingsanordninger monteres på utsiden av svivelen eller leddkoblingen, slik at disse anordningene blir lett tilgjengelige for eventuelt påkrevet vedlikehold. •

Da foreliggende oppfinnelse er gjenstand for mange variasjoner, modifikasjoner og detalj endringer, er det "meningen at alle ting som er beskrevet ovenfor eller vist på de med-følgende tegninger skal tolkes som eksempler og ikke som begrensninger.

Claims (17)

1. Tetningstrykk reduserings-system for- beskyttelse av væsketetninger mot ødeleggelse på grunn av kjemisk virkning, høy temperatur og høyt trykk, hvor nevnte væsketetninger er innsatt i tetningsspalten mellom 2 bevegelige deler i et væskeførende system som transporterer en første væske, slik at lekkasje av nevnte første væske ut i omgivelsene forhindres, karakterisert ved at systemet omfatter: Et første tetningsmiddel, som har en fremre side og en bakre side og befinner seg i nevnte tetningsspalte, slik at den fremre siden er i kontakt med nevnte første væske, et andre tetningsmiddel, som har en fremre side og en bakre side, og befinner seg i nevnte tetningsspalte mellom det første tetningsmiddel og omgivelsene, slik at det dannes et avtettet hulrom mellom det første tetningsmiddel, det andre tetningsmiddel og de nevnte bevegelige deler, en andre væske som er innesluttet i nevnte avtettede hulsom' og er i kontakt med den bakre side av nevnte første tetningsmiddel, og den fremre side av nevnte andre tetningsmiddel, og hydrauliske trykkanordninger som kan sette nevnte andre væske under trykk, idet trykkanordningen blir påvirket av trykket i nevnte første væske.

2. Tetningstrykkreduserings-system som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte hydrauliske trykkanordninger gir nevnte andre væske et trykk som er lavere enn trykket i den første væsken.

3' . Tetnirigstrykkreduseringssystem som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte hydrauliske trykkanordninger gir nevnte andre væske et trykk som er høyere enn trykket i den første væsken.

4. • Tetningstrykkreduserings-system som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at systemet dessute omfatter en anordning for supplering av væske og koblet til nevnte avtettede hulrom, slik at 'en ytterligere mengde av nevnte andre væske kan tilføres det avtettede hulsom for å kompensere for lekkasje av nevnte andre væske fra det avtettede hulrommet.

5. Tetningstrykkreduseringssystem som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte første tetningsmiddel er motstandsdyktig mot ødeleggelse på grunn av kjemisk virkning.

6. Tetningstrykkreduserings-system som angitt i krav 1 eller 5, karakterisert ved at nevnte første tetningsmiddel er motstandsdyktig mot nedbrytning som skyldes temperaturer.

7. Tetningstrykkreduserings-system som angitt i krav 1 eller 5, karakterisert ved at nevnte andre tetningsmiddel er motstandsdyktig mot trykk.

8. Tetningstrykkreduserings-system for beskyttelse av væsketetninger mot ødeleggelse på grunn av kjemisk virkning, høy temperatur og høyt trykk, hvor nevnte væsketetninger er innsatt i tetningsspalten mellom to bevegelige deler i et væskeførende system, som transporterer en første væske, slik at'lekkasje av nevnte første væske ut i omgivelsene forhindres, karakterisert ved at systemet omfatter: Et første tetningsmiddel som er motstandsdyktig mot ødeleggelse som skyldes kjemisk virkning og temperatur, idet det første tetningsmiddel har en fremre side og en bakre side, og befinner seg i nevnte tetningsspalte, slik at den fremre siden er i kontakt med nevnte første væske, et andre tetningsmiddel som er motstandsdyktig mot trykk, idet dette andre tetningsmidlet har en fremre side og én bakre side, og befinner seg i nevnte tetningsspalte mellom det første tetningsmidlet og omgivelsene, slik at det dannes et avtettet hulrom mellom det første tetningsmidlet, det andre tetningsmidlet og nevnte bevegelige deler, en andre væske som er innesluttet i nevnte avtettede hulrom og er i kontakt med den bakre siden av det første tetningsmidlet og den fremre siden av det andre tetningsmidlet, og hydrauliske trykkanordninger som kan sette den andre væsken under trykk, idet de hydrauliske trykkanordning-ene blir påvirket av trykket i den første væsken.

9. Tetningstrykkreduserings-system som angitt i krav 8, karakterisert ved at nevnte hydrauliske trykkanordninger i et nevnte andre væske et trykk som er lavere enn trykket i den første væsken.

10.. Tetningstrykkreduserings-system som angitt i krav 8, karakterisert ved at.nevnte hydrauliske trykkanordninger gir nevnte andre væske et trykk som er høyere enn trykket i den første væsken.

11. tetningstrykkreduserings-system som angitt i krav 8, 9 eller 10, karakterisert ved at systemet dessuten omfatter en anordning for supplering av væske og koblet til nevnte avtettede hulrom,.slik at en ytterligere mengde av nevnte andre væske kan tilføres det avtettede hulrom, for å kompensere for lekkasje av nevnte andre væske fra det avtettede hulrommet.

12. Tetningstrykkreduserings-system for beskyttelse av væsketetninger mot ødeleggelse på grunn av kjemisk virkning, høy temperatur og høyt trykk, hvor nevnte væsketetninger er innsatt i tetningsspalten mellom to bevegelige deler i et væskeførende system som transporterer en første væske, slik at lekkasje av nevnte første væske ut i omgivelsene forhindres, karakterisert ved at systemet omfatter: Et første tetningsmiddel, som har en fremre side og en bakre side, og befinner seg i nevnte tetningsspalte, slik at den fremre side er i kontakt med nevnte første væske, et antall andre tetningsmidler, idet hvert av de andre tetningsmidlene har en fremre side og en bakre side, og er plassert etter hverandre i nevnte tetningsspalte, slik at det dannes et antall avtettede hulrom langs tetningsspaltens lengde mellom det første tetningsmidlet og omgivelsene , en andre væske innesluttet i hvert av de nevnte avtettede hulrom, og et antall hydrauliske trykkanordninger, idet hver slik trykkanordning er knyttet til et av nevnte hulrom, og den første hydrauliske trykkanordningen er istand til å bli påvirket av trykket i den første væsken for å sette den andre væsken i det første avtettede hulrom under trykk, og idet hver påfølgende hydrauliske trykkanordning er i stand til å blir påvirket av trykket i den andre væsken' i det foregående hulrommet, for å sette den andre væsken i det tilhørende hulrommet under trykk.

13. Tetningstrykkreduseringssystem for beskyttelse av tetninger som angitt i krav 12, karakterisert ved at den nevnte første hydrauliske trykkanordning .gir den andre væsken i det første avtettede hulrommet et trykk som er lavere enn trykket i den første væsken.

14. Tetningstrykkreduserings-system for beskyttelse av tetninger som angitt i krav 12, karakterisert ved at den nevnte første hydrauliske trykkanordning gir den andre væsken i det første avtettede hulrom ét trykk som er høyere enn trykket i den første væsken.

15. Tetningstrykkreduseringssystem for beskyttelse av tetninger som angitt i krav 12, 13 eller 14, k a r a k - teriser-t ved at apparatet dessuten omfatter et antall væskesuppleringsariordninger, som hver er knyttet til et av nevnte avtettede hulrom, slik at ytterligere mengder av den andre væsken kan tilføres hvert 'av de avtettede hulrom for å kompensere for lekkasje av den andre væsken fra de avtettede hulrom.

16. Tetningstrykkreduserings-system som angitt i krav 12, karakterisert ved at det første tetningsmidlet er motstandsdyktig mot ødeleggelse som skyldes temperatur.

17. Tetningstrykkreduserings-system som angitt i krav 12, karakterisert ved at hvert av de nevnte andre tetningsmidlene er motstandsdyktige mot trykk.