DE3713072A1 - Dichtungsanordnung fuer das obere ende einer steigrohr- bzw. foerderleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für das obere Ende einer Steigrohr- bzw. Förderleitung, welche Dichtungsanordnung zwischen dem Steigrohrhänger und dem Steigrohrdeckel vorgesehen ist.

Um ein sicheres Abdichten zwischen hochkorrosiven, hochgiftigen Fördermedien in Erdgassonden (H₂S, CO₂) und der Umgebung zu gewährleisten, ergibt sich die Notwendigkeit einer metallischen Abdichtung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine solche metallische Abdichtung zu schaffen, deren Sicherheit die der bisher bekannten Dichtungen übertrifft.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs näher bezeichneten Dichtungsanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Wand der den Steigrohrhänger aufnehmenden Bohrung im Steigrohrdeckel bzw. in der Außenwand des Steigrohrhängers eine Ringnut bzw. Ausdrehung vorgesehen ist, in welcher ein oberer und ein unterer Druck- bzw. Stützring in Richtung der Steigrohrachse nebeneinander und vorzugsweise mit dazwischen liegendem Spiel angeordnet sind, wobei diese Druckringe an mindestens einer ihrer Stirnseiten jeweils mit einer schrägen, vorzugsweise unter 45° zur Steigrohrachse verlaufenden, Anpreßschulter versehen sind, wobei jeweils ein Teil dieser Stirnseiten als gerade Anschlagkante verbleibt, daß sowohl in dem Ringraum, der durch die an der oberen Stirnseite des oberen Druckringes vorgesehene, zum Steigrohrhänger gerichtete Anpreßschulter und den Steigrohrhänger begrenzt ist, als auch in den Ringraum, der durch die an der unteren Stirnseite des unteren Druckringes vorgesehene, zum Steigrohrdeckel gerichtete Anpreßschulter und den Steigrohrdeckel begrenzt ist, eine metallische O-Ring-Dichtung eingelegt ist, und daß gleichmäßig über den Umfang des Steigrohrdeckels verteilte, im wesentlichen rechtwinklig zur Steigrohrachse angeordnete Klemmspindeln mit kegelförmigen Vorderenden vorgesehen sind, welche Vorderenden zum Angriff auf die untere Stirnseite des oberen bzw. die obere Stirnseite des unteren Druckringes vorgesehen sind. Dabei ist es von Vorteil, wenn auch die untere Stirnseite des oberen Druckringes und die obere Stirnseite des unteren Druckringes mit zum Steigrohrdeckel gerichteten schrägen Anpreßschultern versehen sind.

Eine individuelle Einstellmöglichkeit für die obere und untere O-Ring- Dichtung wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dann geschaffen, wenn die Klemmspindeln abwechselnd jeweils nur zum Angriff entweder auf die untere Stirnseite des oberen Druckringes oder auf die obere Stirnseite des unteren Druckringes vorgesehen sind.

Besonders gute Ergebnisse werden mit der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung dann erzielt, wenn die metallische O-Ring-Dichtung in an sich bekannter Weise aus einer O-Ring-förmigen Spiralfeder mit einer vorzugsweise doppelten Metallummantelung besteht. Dabei kann der Mantel bzw. die Mäntel, wie an sich bekannt, geschlitzt sein, wobei sich dessen bzw. deren Kanten an der Anpreßschulter überlappen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert:

In dieser zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch die oberen Elemente eines Steigrohrabschlusses und Fig. 2 in vergrößertem, aber verzerrtem Maßstab schematisch das Detail A aus Fig. 1.

Das Steigrohr bzw. die Förderleitung 1 mündet in den Steigrohrhänger 2, der seinerseits in der Steigrohrspule 3 und im Steigrohrdeckel 4 angeordnet ist. An der Oberseite des Steigrohrdeckels 4 ist über eine Ring-Joint-Dichtung 5 das Eruptivkreuz 6 angeschlossen. Mit 7 ist die Ringnut bzw. Ausdrehung in der Wand der den Steigrohrhänger 2 aufnehmenden Bohrung im Steigrohrdeckel 4 bzw. in der Außenwand des Steigrohrhängers 2 bezeichnet, in welcher ein oberer 8 und ein unterer Druck- bzw. Stützring 9 in Richtung der Steigrohrachse 10 nebeneinander und vorzugsweise mit dazwischenliegendem Spiel angeordnet sind.

Der obere Druckring 8 ist an seiner oberen Stirnseite mit einer zum Steigrohrhänger 2 hin gerichteten schrägen Anpreßschulter 11 versehen, wobei ein Teil dieser Stirnseite als gerade Anschlagkante 12 verbleibt (vergl. Fig. 2). Die schräge Anpreßschulter 11 verläuft im dargestellten Ausführungsbeispiel unter 45° zur Steigrohrachse 10.

In den dreieckigen Ringraum, der durch die Anpreßschulter 11 und den Steigrohrhänger 2 bzw. die obere Schulter der Nut 7 begrenzt ist, ist eine metallische O-Ring-Dichtung 13 eingelegt, vorzugsweise eine solche, die unter dem Markennamen "H´licoflex"-Dichtung auf dem Markt bekannt ist; diese von der französischen Firma H´licoflex vertriebene Dichtung besteht aus einer inneren, O-Ring-förmigen Spiralfeder 13 a (Fig. 2) mit einer doppelten Metallummantelung 13 b, die geschlitzt ist und eine Überlappung aufweist.

Diese Dichtung besteht aus folgenden Materialien:

Dichtungsmantel:Monel Zwischenmantel:Inconel 600 Feder:Nimonic 90

Diese Materialkombination besitzt die höchste Korrosionsbeständigkeit für den Einsatz bei Erdgasen. Der Temperaturbereich beträgt -258° bis +700°C.

Der Druckring 8 hat die Aufgabe, die H´licoflex-Dichtung 13 zu führen, zu zentrieren und durch die 45°-Schulter 11 zu verpressen. Dabei verhindert die Anschlagkante 12 eine Überbeanspruchung der Dichtung 13. Durch den Druckring 8 wird eine 3-Punkt-Berührung zwischen Hänger 2, Hängerspule bzw. Steigrohrdeckel 4 und 45°-Schulter 11 hergestellt. Der größte Vorteil dieser 3-Punkt-Berührung ist, daß die axiale Bewegung des Hängers 2 keinen Einfluß auf die Dichtheit ausübt.

Die Kraft zur Verpressung der Dichtung 13 erfolgt durch über den Umfang des Steigrohrdeckels 4 verteilte Klemmspindeln 14, deren kegelförmige Vorderenden an der vorteilhaft ebenfalls abgeschrägten unteren Stirnseite 24 des oberen Druckringes 8 angreifen, und die in dem Steigrohrdeckel etwa senkrecht zur Steigrohrachse 10 eingeschraubt sind. Diese Klemmspindeln 14 ermöglichen ein Nachpressen der Dichtung 13 von außen, wobei ein Überpressen durch die Anschlagkante 12 verhindert wird.

Die untere Stirnseite des unteren Druckringes 9 ist analog zur oberen Stirnseite des oberen Druckringes 8 ausgebildet, d. h. mit einer 45°- Anpreßschulter und einer Anschlagkante; die 45°-Anpreßschulter ist allerdings gegen den Steigrohrdeckel 4 hin gerichtet. In den durch die 45°-Schulter gebildeten Ringraum mit dreieckigem Querschnitt ist wiederum eine metallische O-Ring- Dichtung 13′, vorzugsweise die vorstehend näher beschriebene H´licoflex- Dichtung eingelegt. Ein Nachpressen der Dichtung 13′ von außen wird mittels der analog zu den Klemmspindeln 14 angeordneten, aber etwa nach unten versetzten Klemmspindeln 14′ durchgeführt, deren kegelige Vorderenden an der entsprechend abgeschrägten oberen Stirnseite 24′ des unteren Druckringes 9 angreifen. Auf diese Weise ist ein unabhängiges Nachpressen der oberen Dichtung 13 mittels der Klemmspindeln 14 einerseits und der unteren Dichtung 13′ mittels der Klemmspindeln 14′ andererseits möglich.

Zur Abdichtung der Klemmspindeln 14 und 14′ sind Stopfbuchsen 15 und Stopfbuchsenmuttern 16 vorgesehen.

Mit 17 sind verschiedene Packungsbohrungen und mit 18 nachpackbare Weichstoffdichtungen bezeichnet. Mit 19 sind diverse Kontrollbohrungen angedeutet. Ein Inhibierungsanschluß ist mit 20 und die Leitung für die Inhibierung mit 21 bezeichnet. Mit 22 ist ein Anschluß für ein Untertagekugelventil und mit 23 die Leitung für das Untertagekugelventil angedeutet.

Das Dichtheitsprinzip der H´licoflex-Dichtung 13 bzw. 13′ beruht auf der durch die Verpressung hervorgerufenen plastischen Deformation ihrer Ummantelung, deren Dehnbarkeit (Elastizität) größer ist als die der umgebenden Werkstoffe. Die Spiralfeder 13 a hat soviel Kraft und Elastizität, daß sie durch die für sie erforderliche Deformationskraft der Deformation der äußeren Ummantelung 13 b so viel Widerstandskraft entgegensetzt, daß ein dauerhafter Kontakt zwischen Dichtflächen und Ummantelung gewährleistet ist.

Bei der Verwendung einer Spiralfeder 13 a als elastische Seele arbeitet jede Windung der Preßkraft während der radialen Kompression der Dichtungsstärke in totaler Unabhängigkeit entgegen. Diese außergewöhnlichen Eigenschaften beim Verpressen und die elastische Remanenz verleihen der H´licoflex-Dichtung die Vorteile einer Elastomerdichtung unter Beibehaltung der Charakteristiken und Vorteile von Metalldichtungen.

Ein großer Vorteil dieser Abdichtung ist auch der geringe Kraftbedarf zur Verpressung der Dichtung.
z. B. H´licoflex-Dichtung ⌀ 7,9/7,5 mm mit Monel-Mantel.
Preßkraft pro cm Dichtungslänge
7000 N/cm zur Verpressung
Preßkraft pro cm Dichtungslänge
1500 N/cm zur Erhaltung der Dichtheit
Monel-Dichtung
(voller Ringquerschnitt) ⌀ 7,9 mm
Preßkraft pro cm Dichtungslänge
13900 N/cm zur Verpressung
Preßkraft pro cm Dichtungslänge
9040 N/cm zur Erhaltung der Dichtheit

Claims (5)

1. Dichtungsanordnung für das obere Ende einer Steigrohr- bzw. Förderleitung, welche Dichtungsanordnung zwischen dem Steigrohrhänger und dem Steigrohrdeckel vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand der den Steigrohrhänger (2) aufnehmenden Bohrung im Steigrohrdeckel (4) bzw. in der Außenwand des Steigrohrhängers (2) eine Ringnut bzw. Ausdrehung (7) vorgesehen ist, in welcher ein oberer (8) und ein unterer Druck- bzw. Stützring (9) in Richtung der Steigrohrachse (10) nebeneinander und vorzugsweise mit dazwischen liegendem Spiel angeordnet sind, wobei diese Druckringe (8, 9) an mindestens einer ihrer Stirnseiten jeweils mit einer schrägen, vorzugsweise unter 45° zur Steigrohrachse (10) verlaufenden, Anpreßschulter (11) versehen sind, wobei jeweils ein Teil dieser Stirnseiten als gerade Anschlagkante (12) verbleibt, daß sowohl in dem Ringraum, der durch die an der oberen Stirnseite des oberen Druckringes (8) vorgesehene, zum Steigrohrhänger (2) gerichtete Anpreßschulter (11) und den Steigrohrhänger (2) begrenzt ist, als auch in den Ringraum, der durch die an der unteren Stirnseite des unteren Druckringes (9) vorgesehene, zum Steigrohrdeckel (4) gerichtete Anpreßschulter und den Steigrohrdeckel (4) begrenzt ist, eine metallische O-Ring-Dichtung (13, 13′) eingelegt ist, und daß gleichmäßig über den Umfang des Steigrohrdeckels (4) verteilte, im wesentlichen rechtwinkelig zur Steigrohrachse (10) angeordnete Klemmspindeln (14, 14′)mit kegelförmigen Vorderenden vorgesehen sind, welche Vorderenden zum Angriff auf die untere Stirnseite des oberen (8) bzw. die obere Stirnseite des unteren Druckringes (9) vorgesehen sind.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die untere Stirnseite des oberen Druckringes (8) und die obere Stirnseite des unteren Druckringes (9) mit zum Steigrohrdeckel (4) gerichteten schrägen Anpreßschultern (24, 24′) versehen sind.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmspindeln (14, 14′) abwechselnd jeweils nur zum Angriff entweder auf die untere Stirnseite des oberen Druckringes (8) oder auf die obere Stirnseite des unteren Druckringes (9) vorgesehen sind.

4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische O-Ring-Dichtung (13, 13′) in an sich bekannter Weise aus einer O-Ring-förmigen Spiralfeder (13 a) mit einer vorzugsweise doppelten Metallummantelung (13 b) besteht.

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel bzw. die Mäntel (13 b), wie an sich bekannt, geschlitzt sind, wobei sich dessen bzw. deren Kanten an der Anpreßschulter (11) überlappen.