NO344329B1 - Metall-til-metalltetning for glatt boring - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Denne oppfinnelsen vedrører generelt produksjon fra olje- og gassbrønner på havbunnen, og spesielt en metall-til-metall-tetning til bruk i en tilknytningsforbindelse.

Bakgrunn for oppfinnelsen

US 2003/0000694 A1 vedrører en metalltetning for en brønnhodeanordning og med øvre og nedre ben som strekker seg i motsatte retninger fra hverandre og en ribbe som strekker seg radialt utover fra en forbindelse for bena. Et første konisk bånd på det øvre benet strekker seg uavbrutt fra ribben med en valgt avstand mot et spiss for det øvre benet. Et andre konisk bånd på det øvre benet strekker seg uavbrutt fra spisset for det øvre benet mot det første koniske båndet. En ringformet utsparing er plassert mellom det første og det andre koniske bånd. Det nedre benet har også to koniske tetningsbånd som er atskilt ved hjelp av en utsparing. Metall-tilmetall-forsegling anvendes ofte i undervanns hydrokarbon-produksjonsenheter. For eksempel har havbunnsbrønner typisk en undervanns-brønnhodeenhet på havbunnen med et undervanns-produksjontre anordnet på brønnhodeenheten. Treet har ventiler koblet til strømningsrør for å regulere strømning fra brønnen. I en annen type installasjon er en streng av tilknytningskanaler strukket fra brønnhodeenheten til en plattform på overflaten. Et overflatetre er montert på den øvre enden av tilknytningskanalen. Noen stigerørsystemer har indre og ytre tilknytningskanaler, som hver løper separat og er koblet sammen av en tilknytningsforbindelse. De indre og ytre tilknytningskanalene danner tilknytningsstigerøret i denne typen system.

Den indre tilknytningskanalen installeres ved å koble en tilknytningsforbindelse til den nedre enden av kanalen og senke den inn i boringen i brønnhodehus-enheten på havbunnen. Tilknytningsforbindelsen omfatter et låseelement som låser til brønnhodehuset eller til det koniske belastningsstykket nederst i den ytre tilknytningskanalen. Den indre tilknytningsforbindelsen omfatter også en tetning mellom stedet der tilknytningsforbindelsen lander på den brønnhodeenheten på havbunnen.

Tetningen er fortrinnsvis en metall-til-metall-tetning og den tetter av mot en intern komponent i den brønnhodehus-enheten på havbunnen. Metall-til-metall-tetninger finnes i en rekke forskjellige utførelser. Selv om mange fungerer greit er det ønskelig med forbedringer.

Oppsummering av oppfinnelsen

Tetningsenheten omfatter en rørstruktur med en lengdeakse og et rørstrukturtetningsprofil. En tetningsring av metall med en nær base og en fjern ende har et tetningsring-tetningsprofil mellom den nære basen og den fjerne enden som går i kontakt med rørstruktur-tetningsprofilet. En fjern ringformet fordypning er dannet i ett av tetningsprofilene, der den fjerne ringformede fordypningen er aksielt atskilt fra den fjerne enden av tetningsringen, som definerer en primær tetningsflate mellom den fjerne enden av tetningsringen og den fjerne ringformede fordypningen. Tetningsflaten danner inngrep med en tetningsflate på rørstruktur-tetningsprofilet. De andelene av tetningsflatene som går i kontakt danner et primært metall-til-metallforseglingsområde.

En nær ringformet fordypning er dannet i ett av tetningsprofilene og aksielt atskilt fra den fjerne ringformede fordypningen, og definerer et støtteområde aksielt atskilt fra metall-til-metall-forseglingsområdet. Den fjerne ringformede fordypningen har en aksiell utstrekningslengde som er større enn den aksielle utstrekningslengden til metall-til-metall-forseglingsområdet, målt langs rørstrukturens akse.

Den nære ringformede fordypningen har fortrinnsvis en aksiell utstrekningslengde, målt langs aksen til rørstrukturen, som er større enn den aksielle utstrekningslengden til metall-til-metall-forseglingsområdet. I den foretrukne utførelsesformen, sett i et aksielt tverrsnitt, danner hver av de ringformede fordypningene en kontinuerlig kurve fra én kant til en motsatt kant.

Støtteområdet på ett av tetningsprofilene står i kontakt med en del av det andre av tetningsprofilene når det er eksponert for et valgt fluidtrykknivå, men det virker en mindre trykkraft mellom denne delen og støtteområdet enn ved metall-tilmetall-forseglingsområdet. Kontakten i støtteområdet vil ikke nødvendigvis danne en metall-til-metall-forsegling, særlig ikke ved lavere trykknivåer.

Den fjerne ringformede fordypningen kan befinne seg i tetningsringtetningsprofilet eller den kan befinne seg i profilet på rørstrukturen. Den nære ringformede fordypningen kan befinne seg i tetningsring-tetningsprofilet eller i rørstrukturtetningsprofilet. Dersom den nære ringformede fordypningen befinner seg i rørstruktur-tetningsprofilet, kan en ytterligere nær ringformet fordypning være dannet i tetningsring-tetningprofilet motsatt for den nære ringformede fordypningen i rørstruktur-tetningsprofilet.

I én utførelsesform er de fjerne og nære ringformede fordypningene dannet i rørstruktur-tetningsprofilet. Tetningsring-tetningsprofilet omfatter en konisk overflate som er hovedsakelig rett fra metall-til-metall-forseglingsområdet til den nære ringformede fordypningen i rørstruktur-tetningsprofilet.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 er et utsnitt som illustrerer en tilknytningsforbindelse, med en tetningsenhet, som lander på en brønnhodeenhet.

Figur 2 er et utsnitt som illustrerer tilknytningsforbindelsen i figur 1 i landet posisjon.

Figur 3 er et forstørret utsnitt av tetningsenheten i figur 1.

Figur 4 er et forstørret utsnitt av tetningsenheten i figur 2.

Figur 5 er et utsnitt av en alternativ utførelsesform av tetningsenheten i figur 4. Figur 6 er et utsnitt av en annen alternativ utførelsesform av tetningsenheten i figur 4.

Figur 7 er et forstørret utsnitt av stammeandelen av tetningsenheten i figur 6.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

I figur 1 er en tilknytningsforbindelse 20 for et undervanns brønnhode illustrert i et sidesnitt idet den lander på et brønnhodehus (ikke vist). Tilknytningsforbindelsen 20 omfatter en rørformig stamme 22, en aktuatormuffe 34 som omgir den nedre andelen av stammen 22, en muffe 32 dannet rundt både den øvre andelen av aktuatormuffen 34 og stammen 22, og et fôringsrøroppheng-låseelement 28 som koaksielt omgir muffen 32. Motstående passformede overflater av stammen 22 og muffen 32 omfatter henholdsvis et stammespor 23 og et muffespor 33. Som vist er disse sporene 23, 33 linjeført med en splittring 30 som går inn i både stammesporet 23 og muffesporet 33. Stammen 22 og muffen 32 er koaksielt koblet gjennom tilstedeværelsen av splittringen 30 inne i sporene 23, 33.

Tilknytningsforbindelsen 20 omfatter videre en tetningsenhet 50 festet til den nedre enden av stammen 22. Figurene 1 og 3 illustrerer tetningen 50 før aktivisering av tetningen 50. Figurene 2 og 4 viser tetningen 50 i inngrep med et fôringsrøroppheng 38. Figur 3 viser et forstørret snitt av tetningsenheten 50. Tetningsenheten 50 omfatter et metalltetningselement som kan ha en ringformet ribbe, base eller arm (web) 54 på sin ytterside som står radielt utover fra dens midtparti og et øvre ben 56 som står ut fra midtpartiet hovedsakelig vinkelrett på armen 54. Eventuelt kan et nedre ben 58 være omfattet som står ut i motsatt retning av det øvre benet 56. En utvendig overflate av det øvre benet 56 har andeler i som står forseglende kontakt med en nedre terminalende av stammen 22. Selv om stammen 22 er vist som en del av tilknytningsforbindelsen 20, kan tetningsenheten 50 være koblet til et hvilket som helst ringformet element og bli anvendt for å forsegle mellom disse.

Stammen 22 har fortrinnsvis en nedre sylindrisk tetningsflate 29a, en midtre sylindrisk eller lett konisk støtteflate 29b og en øvre konisk tetningsflate 29c. Den nedre sylindriske tetningsflaten 29a har en diameter som er større enn den midtre sylindriske støtteflaten 29b, og er atskilt av et konisk overgangsområde. Den øvre koniske tetningsflaten 29c har størst diameter ved dets forbindelse med støtteflaten 29b.

Tetningen 50 er et ringformet element som omskriver lengdeaksen til stammen 22. Et øvre ben-tetningsspor 72 kan eventuelt være dannet på en sylindrisk nedre andel av det øvre benets utvendige overflate nær ved armen 54. En elastomerisk tetning 74, anordnet i tetningssporet 72, er vist i tverrsnitt og deformeres elastisk når den presses mot den nedre sylindriske tetningsandelen 29a av den motstående tetningsflaten 29 på stammen 22. Et undersnitt eller en ringformet fordypning 68 er dannet i det øvre benets utvendige overflate med start en kort avstand ovenfor sporet 74. Fordypningen 68 begynner ved en andel av tetningen 50 som kan betraktes som en del av basen til det første benet 56, og kan således bli omtalt som den nære fordypningen 68. Sett i det aksielle tverrsnittet i figurene 3 og 4 har fordypningen 68 fortrinnsvis et kontinuerlig buet profil fra sin nedre kant til sin øvre kant. I dette eksempelet er det buede profilet dannet med én enkelt radius. Den øvre kanten av den nære fordypningen 68 ender i et støtteområde 66; som kan være sylindrisk og har en endelig aksiell dimensjon eller tykkelse. Støtteområdet 66 kan gå i kontakt med, men vil ikke nødvendigvis forsegle mot stammens midtre støtteflate 29b. Dersom det er kontakt etter innledende montering, vil støtteområdet 66 påføre mindre kraft mot det øvre rørformige elementet 22 enn mot tetningsområdet 62.

Støtteområdet 66 vil gå i kontakt med den midtre støtteflaten 29b når fluidtrykket er ved maksimumnivået, men kontakten vil ikke være tilstrekkelig til å danne en metalltil-metall-forsegling ved det spesifiserte fluidtrykket. Den aksielle utstrekningen eller tykkelsen til støtteområdet 66 er mindre enn den aksielle utstrekningen eller lengden til undersnittet 68. Den aksielle lengden måles langs aksen til stammen 22.

Et andre øvre undersnitt eller en ringformet fordypning 64 er dannet i det øvre benet 56, og siden den befinner seg nærmest den øvre enden av det øvre benet 56 blir den omtalt som en fjern fordypning. Undersnittet 64 begynner i støtteområdet 66 og ender i det øvre benets ytre tetningsområde 62. Tetningsområdet 62 er dannet nær tuppen av det øvre benet 56, og tilveiebringer, som vil bli beskrevet nedenfor, et primært forseglingskontaktpunkt mellom tetningsenheten 50 og det øvre koniske tetningsområdet 29c på stammen 22. Undersnittet 64 er vist med større radius og aksiell lengde enn undersnittet 68, men variasjoner er mulig.

I utførelsesformen i figur 3 har tetningsområdet 62 et buet, hovedsakelig konisk tverrsnitt, men andre utforminger er mulige. Diameteren til tetningsområdet 62 er mindre enn diameteren til støtteområdet 66. Den aksielle dimensjonen eller lengden til undersnittet 64 er større enn den kontaktende andelen av den øvre tetningen 62. Den aksielle lengden til tetningsområdet 62, som er den delen som går i kontakt med og forsegler mot stammens overflate 29c, er fra omtrent 10% til omtrent 50% av den første fordypningens aksielle lengde.

Det øvre benet 56 bøyer seg elastisk når det blir anordnet på stammen 22, idet tetningsområdet 62 bøyer seg noe radielt innover slik at det danner en metall-tilmetall-forsegling med tetningsflaten 29c. Støtteområdet 66 bøyer seg fortrinnsvis veldig lite sammenliknet med avbøyningen av tetningsområdet 62. Før montering på stammen 22 vil en linje 69 som er tangent til tetningsområdet 62 og støtteområdet 66 danne en liten positiv vinkel Ta i forhold til en vertikal linje 70 som er parallell med aksen til stammen 22. Etter montering øker konusvinkelen Ta mellom linjene 69 og 70 noe. Før montering kan konusvinkelen Ta være fra omtrent 8° til omtrent 15°.

Utførelsesen av det nedre benet 58 i figur 3 er tilsvarende det øvre benet 56, selv om det er enkelte forskjeller mellom de viste utførelsene. Det nedre benet 58 vil danne forseglende inngrep med en tetningsflate i fôringsrøropphenget 38. Som vist i figur 4 omfatter tetningsområdet i fôringsrøropphenget 38 en nedre sylindrisk overflate 39a, et konisk overgangsområde 39b og en øvre sylindrisk overflate 39c. Den øvre sylindriske overflaten 39c har større diameter enn den nedre sylindriske overflaten 39a. Den øvre sylindriske overflaten 39c og den nedre sylindriske overflaten 39a kan om ønsket være lett koniske.

Det nedre benet 58 kan eventuelt omfatte en sylindrisk andel på sin utvendige overflate med en baseandel med et tetningsspor 90 og en elastomerisk O-ringtetning 92 som tetter av mot den øvre sylindriske overflaten 39c. Det nedre benet 58 omfatter også tredje og fjerde fordypninger eller undersnitt 82, 86 atskilt av et støtteområde 84. Fordypningen 86 begynner ved det som kan betraktes som en del av basen til det andre benet 58. Støtteområdet 84 kan gå i kontakt med, men vil ikke nødvendigvis forsegle mot den nedre sylindriske overflaten 39a. Støtteområdet 84 påfører mindre kraft mot fôringsrøropphenget 38 enn det andre tetningsområdet 80. I dette eksempelet har det nedre undersnittet 82 og det øvre undersnittet 84 omtrent samme aksielle lengde og radius, men det nedre undersnittet 82 er grunnere.

Tetningsområdet 80 på det nedre benet 58 er nær ved tuppen av det nedre benet og kan eventuelt ha et avrundet tverrsnitt. Tetningsområdet 80 danner forseglende inngrep med fôringsrøropphengets sylindriske overflate 39a. Den aksielle lengden til hvert undersnitt 82, 84 er større enn den aksielle tykkelsen til støtteseksjonen 84 og den aksielle lengden til den kontaktende andelen av tetningsområdet 80.

Én av forskjellene mellom det nedre benet 58 og det øvre benet 56 er forskjellen mellom den innledende øvre konusvinkelen Ta og en nedre konusvinkel Tb. Den nedre konusvinkelen Tb er den innledende vinkelen, før installasjon, mellom en tangentlinje 81 og en vertikal linje 70, som er parallell med aksen til fôringsrøropphenget 38. Tangentlinjen 81 er tangent til støtteområdet 84 og det nedre tetningsområdet 80. Den nedre konusvinkelen Tb representerer en omvendt avsmalning i forhold til den vertikale linjen 70 i forhold til den øvre konusvinkelen Ta. Tetningsområdet 80 har en utvendig diameter som er litt større enn diameteren til fôringsrøropphengets sylindriske overflate 39a. Når tetningsområdet 80 presses mot fôringsrøropphengets sylindriske overflate 39a, bøyer det nedre benet 58 seg elastisk innover, slik at konusvinkelen Tb blir mindre. Vinkelen Tb avtar under installasjon, og er før installasjon fortrinnsvis ikke større enn omtrent 2 grader.

Armen 54 har et hovedsakelig frustokonisk tverrsnitt, med en bredde som avtar fra legemet 52 sin midtseksjon til toppen 55 av armen 54. Den utvendige overflaten til toppen 55 er i dette eksempelet profilert slik at den danner en rygg 57 langs den utvendige periferien til kronen 55. I denne utførelsesformen er ikke den øvre overflaten 67 og den nedre overflaten 65 til armen 54 parallelle. Disse overflatene 65, 67 kan ha samme vinkel i forhold til aksen til tetningen 50, eller kan ha forskjellige vinkler som vist. I en annen utførelsesform kan overflatene 65, 67 være hovedsakelig parallelle med hverandre, noe som resulterer i en nær uniform tykkelse for ribben 54. En låseenhet 59 griper inn i ryggen 57 for å holde på plass tetningsenheten 50 på den nedre enden av stammen 22. Låseenheten 59 omfatter en klemme 61 med et langstrakt legeme med en innoverstående leppe 71 ved sin nedre ende. Leppen 71 danner inngrep med ryggen 57 og støtter tetningsenheten 50 på stammen 22. På dette tidspunktet er tetningsenheten 50 kun delvis i forseglende inngrep med stammen 22, og det er således et gap 31 mellom den nedre endeflaten 27 til stammen 22 og den øvre overflaten 67 på armen 54. Den øvre enden av klemmen 61 omfatter en base 53 kilt inn i en kanal 25 dannet på den utvendige radielle overflaten av stammen 22. En ring 63 omskriver den ytre delen av basen 53 for glidbart å holde denne på plass inne i kanalen 25. Andre holdeanordninger er mulig.

I figur 2 er tilknytningsforbindelsen 20 vist landet på brønnhodehuset og i kontakt med det indre eller andre fôringsrøropphenget 38. Tetningsenheten 50 er kilt fast mellom den nedre terminalenden 27 (figur 4) av stammen 22 og den øvre terminalenden 41 av det andre fôringsrøropphenget 38. Her har stammen 22 blitt koblet fra muffen 32 og vandret nedover i forhold til muffen 32. Frakobling av muffen 32 fra stammen 22 involverer bruk av aktiveringsmuffen 34 for å presse splittringen 30 inn i et åpent rom ved den bakre enden av fordypningen 33. Den øvre enden av aktiveringsmuffen 34 griper inn i en profilert andel av den nedre enden av splittringen 30 og skyver den ut av stammesporet 23 og muliggjør aksiell glidning av stammen 22 i forhold til muffen 32. Alternativt kan stammen 22 stå i et gjenget inngrep med muffen 32 som gjør at den beveger seg mellom posisjonen i figur 1 og posisjonen i figur 2 gjennom rotasjon av stammen 22.

En forstørret tegning av tetningsenheten 50 fastkilt mellom stammen 22 og fôringsrøropphenget 38 er vist i tverrsnitt i figur 4. Ved landing vil det nedre tetningsbenet 58 stikkes inn i fôringsrøropphengets sylindriske andel 39a i en rett nedovergående bevegelse. Tetningsområdet 80 bøyer seg elastisk og danner forseglende inngrep med den sylindriske andelen 39a. Deretter, i dette eksempelet, roterer operatøren stammen 22, som vil rotere i forhold til tetningen 50. Rotasjonen gjør at stammen 22 beveger seg litt nedover i forhold til tetningen 50, slik at gapet 31 lukkes etter hvert som stammens nedre overflate 27 går i kontakt med den øvre overflaten 67 av armen 54. Den nedovergående bevegelsen av stammen 22 skaper også inngrep mellom det øvre benets tetningsområde 62 og stammens tetningsflate 29c. Dette inngrepet bøyer det øvre benet 56 elastisk mot aksen, og danner med det et spenningsområde mellom tetningsområdet 62 og tetningsflaten 29c som aktiviserer tetningsenheten 50.

Indre trykk virker mot tetningen 50 og påfører en intern kraft på tetningsområdene 62 og 80, som tas opp av fôringsrøropphengets tetningsflate 39a og stammens tetningsflate 29c. Indre trykk kan også gjøre at støtteområdene 66 og 84 går i kontakt henholdsvis med stammens overflate 29b og fôringsrørets overflate 39a. Denne kontakten er imidlertid ikke nødvendigvis en forseglende kontakt, og kontaktkraften under trykk er mindre enn kreftene som påføres av tetningsområdene. Dersom trykket er høyt nok kan kontakten resultere i forsegling, men dette er ikke nødvendig. Den strategiske plasseringen av støtteområdet 66 på tetningsflaten, i kombinasjon med de buede undersnittene 64, 68, tilveiebringer en mekanisme for å styre tetningsspenningsnivået mellom tetningsområdet 62 og tetningsoverflaten 29c ved aktivisering av tetningsenheten 50. En betydelig økning av tetningsspenningen kan oppnås ved hjelp av styremekanismen, samtidig som den maksimale tetningsspenningen holdes lavere enn flytegrensen til de respektive materialene i stammen 22 og tetningen 50. I tillegg vil muligheten til å styre spenningen i tetningsområdet 62 også sikre at andre punkter i tetningen 50 med store spenninger ikke vil overstige sine respektive flytespenninger. Støtteområdene 66 og 84 sørger for avstivning av benene 56, 68 mot indre trykklaster. Det er innenfor kunnskapen til fagmannen å danne tetningsben med passende dimensjonerte undersnitt, støtter og tetningsområder for å oppnå de ønskede resultatene beskrevet her.

De vinklede øvre og nedre overflatene 67, 65 av armen 54 utgjør et ytterligere trekk ved tetningsenheten 50. Den tilhørende nedre terminalenden 27 av stammen 22 og den øvre terminalenden 41 av fôringsrøropphenget 38 er motsvarende vinklet for å passe med profilet til de øvre og nedre overflatene. En sideveis rettet kraft som påføres på utsiden av enten stammen 22 eller fôringsrøropphenget 38 blir overført til det andre ringformede elementet via den kileformede armen 54. Denne kraftoverføringen kobler sammen elementene, og motvirker dermed sideveis bevegelse av det ene elementet i forhold til det andre.

En andre utførelsesform av en tetningsenhet er illustrert i figur 5. En rørstruktur 94, som kan være tilsvarende som stammen 22 eller fôringsrøropphenget 38 i den første utførelsesformen eller en annen rørstruktur, har et tetningsprofil 96 på sin innvendige diameter. Tetningsprofilet 96 har et primært tetningsområde 98 som i denne utførelsesformen er en konisk overflate ved den øvre enden av tetningsprofilet 96. I dette eksempelet går en sylindrisk overflate 100 nedover fra det primære tetningsområdet 98. En ringformet fordypning 102, omtalt her som en nær fordypning, er dannet ved den nedre enden av den sylindriske overflaten 100. Den nære fordypningen 102 er fortrinnsvis dannet som en kontinuerlig kurve sett i det aksielle tverrsnittet vist i figur 5. En sylindrisk overflate 104 går nedover fra den nære fordypningen 102. Den sylindriske fordypningen 104 har en litt større innvendig diameter enn den sylindriske overflaten 100. De sylindriske overflatene 100 og 104 kan alternativt være koniske overflater.

En tetningsring 106 har en base 108, en fjern ende 110 og et tetningsprofil 109 som strekker seg mellom basen 108 og den fjerne enden 110. I dette eksempelet kan basen 108 være enden av tetningsringen 106 motsatt for den fjerne enden 110. Alternativt kan basen 108 omfatte et midtparti mellom to fjerne ender dersom tetningsringen hadde hatt to ben, så som tetningsringen vist i den første utførelsesformen. En arm, så som armen 54 i den første utførelsesformen, kan stå ut sideveis fra basen 108. Den fjerne enden 110 er vist ovenfor basen 108 i eksempelet i figur 5, men den ville ha befunnet seg nedenfor basen 108 dersom tetningen 106 var snudd. Benevnelsene "øvre" og "nedre" er kun anvendt for å lette forklaringen. Benevnelsene "nær" og "fjern" anvendes for å beskrive trekk som befinner seg nærmere eller lenger vekk fra basen 108.

Tetningsringen 106 har et tetningsring-tetningsprofil 109 på sin utvendige diameter som griper inn i rørstruktur-tetningsprofilet 96. En fjern fordypning 112 har sin øvre kant liggende i en valgt avstand nedenfor den fjerne enden 110, og definerer et primært tetningsområde 114. Den fjerne fordypningen 112 er fortrinnsvis utformet i en kontinuerlig bue fra sin øvre kant til sin nedre kant. Det primære tetningsområdet 114 griper inn i rørstrukturens primære tetningsområde 98 og danner en primær metall-til-metall-forsegling. Den overlappende andelen vist i figur 5 av det primære tetningsområdet 114 og det primære tetningsområdet 98 illustrerer hvor mye avbøyning eller forbelastning som kreves av tetningsringen 106 når den settes inn.

Tetningsprofilet 109 bøyer seg mot venstre under innsetting som vist i figur 5 med en lengde lik de overlappende linjene vist i figur 5. I denne utførelsesformen er tetningens primære tetningsområde 114 lett avrundet, men det vil kunne ha andre former.

En nær tetningsfordypning 116 er dannet i en avstand nedenfor den fjerne tetningsfordypningen 112, slik at det er et ringformet støtteområde 118 mellom dem. I denne utførelsesformen er det ringformede støtteområdet 118 en sylindrisk overflate, selv om den kunne ha vært konisk. Den nære tetningsfordypningen 116 har omtrent den samme buede utformingen som den fjerne tetningsfordypningen 112 og er dannet direkte motsatt for den nære rørstrukturfordypningen 102. Den nære tetningsfordypningen 116 befinner seg nærmere basen 108 enn den fjerne tetningsfordypningen 112.

Når tetningsringen 106 innledningsvis blir satt inn i rørstrukturen 94, vil eventuelt en andel av støtteområdet 118 gå i kontakt med en andel av rørstrukturens sylindriske overflate 100. De overlappende linjene i figur 5 illustrerer at en viss avbøyning kan forekomme av støtteområdet 118 når tetningsringen 106 innledningsvis settes inn. Imidlertid er ikke denne avbøyningen, dersom den oppstår, nødvendigvis tilstrekkelig til å danne en metall-til-metall-forsegling, i motsetning til det primære tetningsområdet 114. Det vil innledningsvis være en mindre komprimerende forbelastningskraft mellom støtteområdet 118 og den sylindriske overflaten 100 enn mellom de primære tetningsområdene 114 og 98. Dersom det ikke er noen innledende kontakt mellom støtteområdet 118 og den sylindriske overflaten 100, kan tetningsringen 94, når den senere blir eksponert for det spesifiserte trykket inne i rørstrukturen 94, bøye seg ytterligere, slik at støtteområdet 118 går i kontakt med den sylindriske overflaten 100, men kontaktkraften mellom støtteområdet 118 og den sylindriske overflaten 100 vil være mindre enn kontaktkreftene mellom de primære tetningsområdene 98 og 114.

En sylindrisk overflate 120 strekker seg fra den nære fordypningen 116 inn i basen 108. Den sylindriske overflaten 120 kan alternativt være konisk. Eventuelt kan et tetningsspor 122 være dannet i den sylindriske overflaten 120 i dette eksempelet. En elastomerisk tetning 124 sitter inne i tetningssporet 122 og tetter av mot rørstrukturens sylindriske overflate 104. Den elastomeriske tetningen 124 tjener som en oppbakkingsforsegling for metall-til-metall-forseglingen dannet av tetningsområdene 98 og 114. De andelene av de primære tetningsområdene 98 og 114 som står i kontakt har en aksiell utstrekning eller lengde 126 målt langs lengdeaksen til tetningsringen 106 og rørstrukturen 94. Den fjerne fordypningen 112 har en aksiell utstrekning 128 som er større enn den aksielle utstrekningen 126. Støtteområdet 118 har en aksiell utstrekning 130 som er mindre enn den primære tetningens aksielle utstrekning 126 i dette eksempelet. De nære fordypningene 102 og 116 har en aksiell utstrekning 132 som i dette eksempelet er omtrent den samme som den aksielle utstrekningen 128 og større enn de aksielle utstrekningene 126 og 130.

Når tetningsringen 106 blir installert i rørstrukturen 94, vil det være væske til stede dersom det er en tilknytningstetningsanordning som i den første utførelsesformen. Væske vil ofte være fanget i den fjerne fordypningen 112 og de nære fordypningene 102 og 116 når tetningsringen 106 og rørstrukturen 94 beveger seg aksielt i forhold til hverandre. Den nære fordypningen 102 reduserer sannsynligheten for at det oppstår hydraulisk låsing når den elastomere tetningen 124 og metall-tilmetall-forseglingsområdene 98 og 114 glir inn i inngrep med hverandre.

Figurene 6 og 7 illustrerer en annen alternativ utførelsesform av en tetningsenhet. Spesielt med henvisning til figur 7 kan rørstrukturen 134 være enten stammen 22 eller fôringsrøropphenget 38 i den første utførelsesformen eller en rørstruktur for andre formål. Rørstrukturen 134 har et tetningsprofil 136 på sin innvendige diameter som omfatter en konisk overflate 138 ved den øvre enden av det rørformede tetningsprofilet 136. Alternativt kan den koniske overflaten 138 være sylindrisk. En fjern fordypning 140 er dannet i tetningsprofilet 136 ved den nedre kanten av den koniske overflaten 138. Som i de andre utførelsesformene er den fjerne fordypningen 140 ringformet og fortrinnsvis en kontinuerlig kurve fra sin øvre kant til sin nedre kant. En nær fordypning 142 er dannet i tetningsprofilet 136 i en valgt aksiell lengde nedenfor den fjerne fordypningen 140. Den nære fordypningen 142 har omtrent samme utforming og samme aksielle utstrekning som den fjerne fordypningen 140. Et ringformet støtteområde 144 er dannet mellom den fjerne fordypningen 140 og den nære fordypningen 142. Støtteområdet 144 kan være sylindrisk eller lett konisk. Den aksielle utstrekningen til støtteområdet 144 er mindre enn den til hver av fordypningene 140 eller 142. En sylindrisk overflate 146 går nedover fra den nære fordypningen 142. Den sylindriske overflaten 146 kan alternativt være lett konisk.

Som kan sees i figur 6 har tetningsringen 148 en base 150 og en fjern ende 152. Tetningsringen 148 har et tetningsprofil 154 på sin utvendige overflate som danner inngrep med tetningsprofilet 136 på rørstrukturen 134. I denne utførelsesformen er tetningsprofilet 154 en glatt overflate uten fordypninger, eventuelt bortsett fra et tetningsspor som inneholder en elastomerisk tetningsring 156. Den andelen av tetningsprofilet 154 som inneholder den elastomeriske tetningsringen 156 kan være sylindrisk eller lett konisk. Den andelen av tetningsprofilet 154 som går fra den nedre enden av den nære fordypningen 142 omtrent til den fjerne enden 152 er en rett, konisk overflate sett i det aksielle tverrsnittet vist i figur 6. De overlappende linjene i figur 6 illustrerer at den primære metall-til-metall-tetningsflaten vil befinne seg ved den koniske overflaten 138. En andel av tetningsprofilet 154 kan gå i kontakt med støtteområdet 144. Som i de andre utførelsesformene vil ikke støtteområdet 144 nødvendigvis danne en metall-til-metall-forsegling.

Mens oppfinnelsen er vist i noen få former vil det være klart for fagmannen at den ikke er begrenset til disse, men kan realiseres med forskjellige endringer uten å fjerne seg fra oppfinnelsens ramme definert av de vedføyde krav. For eksempel kan det nedre tetningsbenet være anordnet på en tetningsring med et øvre tetningsben som skiller seg vesentlig fra det som er vist, og omvendt. Videre er i den første utførelsesformen det øvre tetningsbenet innrettet for å tillate rotasjon mellom stammen og det øvre tetningsbenet før enheten er fullt satt, men dette trenger ikke være tilfelle. En tetning med kun ett tetningsben og ingen ribbe eller arm vil også kunne anvendes, spesielt dersom tetningen er dannet som en leppe på en muffe. Klemmen for å holde på plass tetningselementet under utplassering vil kunne erstattes med en gjenget festeanordning.

Claims (19)

PATENTKRAV

1. Tetningsenhet omfattende:

en rørstruktur med en lengdeakse og et rørstruktur-tetningsprofil;

en metalltetningsring med en nær base og en fjern ende, der tetningsringen har et tetningsring-tetningsprofil mellom den nære basen og den fjerne enden som går i kontakt med rørstruktur-tetningsprofilet;

en fjern ringformet fordypning i ett av tetningsprofilene, der den fjerne ringformede fordypningen er aksielt atskilt fra den fjerne enden av tetningsringen, som definerer en tetningsflate mellom den fjerne enden av tetningsringen og den fjerne ringformede fordypningen som danner inngrep med en tetningsflate på rørstrukturtetningsprofilet, der de kontaktende andelene av tetningsflatene danner et metall-tilmetall-forseglingsområde;

en nær ringformet fordypning dannet i ett av tetningsprofilene og aksielt atskilt fra den fjerne ringformede fordypningen, som definerer et støtteområde aksielt atskilt fra metall-til-metall-forseglingsområdet; og

der den fjerne ringformede fordypningen har en aksiell utstrekningslengde som er større enn den aksielle utstrekningslengden til metall-til-metallforseglingsområdet målt langs aksen til rørstrukturen.

2. Tetningsenhet ifølge krav 1, der den nære ringformede fordypningen har en aksiell utstrekningslengde, målt langs aksen til rørstrukturen, som er større enn den aksielle utstrekningslengden til metall-til-metall-forseglingsområdet.

3. Tetningsenhet ifølge krav 1, der, sett i et aksielt tverrsnitt, hver av de ringformede fordypningene danner en kontinuerlig kurve fra én kant til en motsatt kant.

4. Tetningsenhet ifølge krav 1, der støtteområdet på ett av tetningsprofilene står i kontakt med en del av det andre av tetningsprofilene når det er eksponert for et valgt nivå av fluidtrykk, men en mindre trykkraft virker mellom nevnte del og støtteområdet enn ved metall-til-metall-forseglingsområdet.

5. Tetningsenhet ifølge krav 1, der den fjerne ringformede fordypningen befinner seg i tetningsring-tetningsprofilet.

6. Tetningsenhet ifølge krav 1, der den fjerne ringformede fordypningen befinner seg i rørstruktur-tetningsprofilet.

7. Tetningsenhet ifølge krav 1, der den nære ringformede fordypningen befinner seg i tetningsring-tetningsprofilet.

8. Tetningsenhet ifølge krav 1, der den nære ringformede fordypningen befinner seg i rørstruktur-tetningsprofilet.

9. Tetningsenhet ifølge krav 1, der:

den fjerne ringformede fordypningen befinner seg i tetningsringtetningsprofilet;

den nære ringformede fordypningen befinner seg i rørstruktur-tetningsprofilet; og

en ytterligere nær ringformet fordypning er dannet i tetningsringtetningsprofilet motsatt for den nære ringformede fordypningen i rørstrukturtetningsprofilet.

10. Tetningsenhet ifølge krav 1, der de fjerne og nære ringformede fordypningene befinner seg i rørstruktur-tetningsprofilet.

11. Tetningsenhet ifølge krav 1, der:

de fjerne og nære ringformede fordypningene befinner seg i rørstrukturtetningsprofilet; og

tetningsring-tetningsprofilet omfatter en konisk overflate som er hovedsakelig rett fra metall-til-metall-forseglingsområdet til den nære ringformede fordypningen i rørstruktur-tetningsprofilet.

12. Tetningsenhet omfattende:

en rørstruktur med en lengdeakse og et rørstruktur-tetningsprofil;

en metalltetningsring med en base, en fjern ende og et tetningsring-tetningsprofil mellom basen og den fjerne enden som griper inn i rørstruktur-tetningsprofilet;

en fjern ringformet fordypning i ett av tetningsprofilene, der den fjerne ringformede fordypningen er aksielt atskilt fra den fjerne enden av tetningsringen, som definerer en tetningsflate mellom den fjerne enden av tetningsringen og den fjerne ringformede fordypningen som danner inngrep med en tetningsflate på rørstrukturtetningsprofilet, idet de kontaktende andelene av tetningsflatene danner et metall-tilmetall-forseglingsområde;

en nær ringformet fordypning dannet i ett av tetningsprofilene og aksielt atskilt fra den fjerne ringformede fordypningen, som definerer et støtteområde aksielt atskilt fra metall-til-metall-forseglingsområdet;

der støtteområdet på ett av tetningsprofilene står i kontakt med en del av det andre av tetningsprofilene når det er eksponert for et valgt nivå av fluidtrykk, men mindre trykkraft virker mellom nevnte del og støtteområdet enn ved metall-til-metallforseglingsområdet; og

der minst én av de fjerne og nære ringformede fordypningene befinner seg i rørstruktur-tetningsprofilet.

13. Tetningsenhet ifølge krav 12, der den nære ringformede fordypningen befinner seg i rørstruktur-tetningsprofilet.

14. Tetningsenhet ifølge krav 13, videre omfattende en ytterligere nær ringformet fordypning i tetningsring-tetningsprofilet motsatt for den nære ringformede fordypningen i rørstruktur-tetningsprofilet.

15. Tetningsenhet ifølge krav 14, der den fjerne ringformede fordypningen befinner seg i tetningsring-tetningsprofilet.

16. Tetningsenhet ifølge krav 12, der:

de fjerne og nære ringformede fordypningene befinner seg i rørstrukturtetningsprofilet; og

tetningsring-profilet ikke har fordypninger mellom den nære ringformede fordypningen og metall-til-metall-forseglingsområdet.

17. Tetningsenhet omfattende:

en rørstruktur med en lengdeakse og et rørstruktur-tetningsprofil;

en metalltetningsring med en base, en fjern ende og et tetningsringtetningsprofil mellom basen og den fjerne enden som griper inn i rørstrukturtetningsprofilet;

en fjern ringformet fordypning i tetningsring-tetningsprofilet, aksielt atskilt fra den fjerne enden av tetningsringen, som definerer en tetningsflate mellom den fjerne enden av tetningsringen og den fjerne ringformede fordypningen som går i kontakt med en tetningsflate på rørstruktur-tetningsprofilet, der de kontaktende andelene av tetningsflatene danner et metall-til-metall-forseglingsområde;

en nær ringformet fordypning dannet i tetningsring-tetningsprofilet og aksielt atskilt fra den fjerne ringformede fordypningen, som definerer et støtteområde mellom de fjerne og nære ringformede fordypningene, der, når tetningsringen blir eksponert for det valgte nivået av fluidtrykk, støtteområdet går i kontakt med en andel av rørstruktur-tetningsprofilet, men påfører mindre kraft enn de kontaktende andelene av tetningsflatene som danner metall-til-metall-forseglingsområdet; og en ytterligere nær ringformet fordypning i rørstruktur-tetningsprofilet motsatt for den nære ringformede fordypningen i tetningsring-tetningsprofilet.

18. Tetningsenhet ifølge krav 17, der den fjerne ringformede fordypningen og hver av de nære ringformede fordypningene har en aksiell utstrekningslengde som er større enn den aksielle utstrekningslengden til metall-til-metall-forseglingsområdet, der de aksielle utstrekningslengdene blir målt langs rørstrukturens akse.

19. Tetningsenhet ifølge krav 17, der, sett i et aksielt tverrsnitt, hver av de ringformede fordypningene danner en kontinuerlig kurve fra én kant til en motsatt kant.