NO330717B1 - Rorskjot - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår skjøter for rørdeler ende mot ende, og nærmere be-stemt en rørskjøt som har en separat ringformet pakning for tetting mellom rørde-lenes ender.

Hittil er rørskjøter blitt anvendt til å forbinde motstøtende ender av et par rørdeler så som foringsrør, produksjonsrør, og andre rør. Endene til rørdeler har normalt diameterutvidede boss eller flenser som plasseres ende mot ende og for-bindes ved hjelp av en kopling eller klemme som klemmer flensene sammen. For tetting mellom flensene plasseres en ringformet pakning eller tetning mellom flensene. For eksempel viser US-patent nr. 4.474.381 en rørskjøt hvor en metallpakning er plassert mellom innvendige koniske flater på flensene for tetting mellom disse. Metallpakningen har motsvarende utvendige koniske flater i anlegg mot flensenes innvendige koniske flater for tetting mellom disse. En slik tetningsan-ordning har vist seg meget effektiv for tetting mot innvendig trykk i rørdelene.

Ved undervannsoperasjoner i dag for olje- og gassbrønner, skjer undervanns-kompletteringer på sjøbunnen ved økende vanndybder, med mange komp-letteringer ved en dybde på mellom 1200 m og 2400 m. Letebrønner med vanndybder på 3000 m eller mer er påtenkt. Det hydrostatiske trykk ved slike vanndybder er meget høyt og ytre trykkbegrensninger har vært satt når undervanns-boreoperasjoner utføres. Imidertid kan en ytre, eller omvendt, trykksituasjon opp-stå undervisse betingelser, så som: 1. Strømningsrøravblåsning til overflaten på en undervanns-gassproduksjons-brønn etter avstengning av brønnen, hvilket kan føre til at all brønn-oppdemmingsutstyr utsettes for ytre trykk fra hydrostatisk omgivelsestrykk. 2. Avblåsing til en atmosfære av gasstilførselsledningen på en «gassløftet» undervannsbrønn, kan utsette alt utstyret som er frilagt for gassløft-ledningstrykk for den ytre trykkgradient fra hydrostatisk omgivelsestrykk. 3. Varmekjøling av produserte fluider etter avstengning av brønnen kan føre til ytre trykkgradienter fra hydrostatiske til lukkede volumer så som mellom ventiler.

Enhver «oppdemmingsskall-tetning» som utsettes for ytre hydrostatisk trykk og indre boringstrykk fra brønnen har mulighet for å bli utsatt for mottrykk. Stan- dardkoplinger og pakninger av API-type vil meget sannsynlig tåle mottrykk på grunn av at de støttes både på tetningens utvendige og innvendige diametre. Hensikten er at tetningen skal være «trykkforsterket» av både innvendig og utvendig trykk.

Marine undervannskoplinger anvender typisk en avsmalnende tetningspak-ning som er spesielt konstruert for å fastholdes ved hjelp av den øvre koplings-halvdel for undervanns-inngrep gjennom bruk av en fjernstyrt undervannskopling. Slike pakninger trykkaktiveres av det indre trykk og har vanligvis begrenset evne til å motstå ytre trykk.

Når det opptrer et såkalt mottrykk, der det ytre fluidtrykk er vesentlig høyere enn det indre fluidtrykk i rørdelen, kan lekkasje skje ved forholdsvis lave fluid-trykkforskjeller som f.eks. 1400-2100 kPa. Det er ønskelig, særlig for undervanns-anvendelser, at tetningsmidler mellom flensene på tilstøtende rørdeler avtetter mot ytre fluidtrykk opptil ca. 24500-31500 kPa for å kunne brukes ved praktisk talt alle undervanns-anvendelser.

US 4441725 A beskriver en rørskjøt med to motstående endeflater, indre primære tetningsflater mellom hvilke det er anbrakt tetningselementer, samt sekundær tetningsflater beliggende radialt utenfor primærtetningene mellom hvilke sekundære tetningsflater det er anbrakt tetningsmidler.

Foreliggende oppfinnelse er særlig rettet mot en skjøt for et par rørdeler som har en pakning mellom rørdelenes flenser, som er i stand til å tette ved ytre fluidtrykk opptil ca. 24500-31500 kPa. En slik skjøt vil være passende for bruk ved vanndybder på 2300-3000 m. Når tetningsmidlene mellom rørdel-flensene omfatter en ringformet metallpakning, er det ønskelig at eventuelle tetningsmidler for ytre fluidtrykk tillater lekkasje av indre fluid forbi metallpakningen som danner primærtetningen ved forholdsvis lave fluidtrykk, f.eks. 280-350 kPa. Hjelpe- eller sekundærtetningsmidlene for skjøten vil således ikke hindre detektering av lekkasje forbi metallpakningen i tilfelle av svikt ved metallpakningen som danner primærtetningen fra indre fluidtrykk.

Foreliggende oppfinnelse omfatter en skjøt for endeflensene på et par aksialt innrettede, tilstøtende rørdeler omfattende en metalltetningsring mellom flensene for å danne en primærtetning. Flensene er koniske innerflater og metallpakningen eller tetningsringen er motsvarende koniske ytterflater som danner et metall-mot-metall-tetningsforhold for primærtetningen. For å tilpasse en slik metalltet ningsring for tetting mot meget høye ytre fluidtrykk, så som 24500-31500 kPa, er det anordnet et ringformet, ytre utspring eller leppe sentralt i forhold til metallpak-ningens lengde, og som rager ut mellom motstående med innbyrdes avstand an-ordnede, parallelle flater hos de motstående nav for å danne en støtte for en sekundær- eller hjelpetetning. Et par O-ringer er montert på det ytre utspring for tetting mot de motstående parallelle flater på flensene når ytre fluidtrykk er større enn indre fluidtrykk, og tillater lekkasje av fluid forbi O-ringene når det indre fluidtrykk i rørdelene er større enn det ytre fluidtrykk. Når rørskjøten er beliggende under vann ved vanndybder der det ytre hydrostatiske trykk er vesentlig større enn det indre fluidtrykk, så som 24500 kPa eller mer, virker således sekundærtetningen effektivt til å avtette mot inntrengning av sjøvann.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en sekundær tetningsinn-retning for en rørskjøt som virker til å hindre fluidlekkasje mellom flensene på aksialt innrettede rørdeler fra meget høye ytre fluidtrykk og samtidig tillate lekkasje av indre fluidtrykk fra rørdelene.

Et ytterligere formål med denne oppfinnelse er å tilveiebringe en slik se-kundærtetningsinnretning for en metallpakning mellom navene på aksialt innrettede rørdeler, idet sekundærtetningsinnretningen er særlig innrettet for undervanns-anvendelser ved vanndybder på mer enn 1200 fot.

Formålene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en rørskjøt omfattende: en første rørdel med en ende som danner en indre primærtetningsflate; en

andre rørdel med en ende i motstående, ende mot ende-forhold til den førstnevnte ende og som danner en indre primærtetningsflate, en tetningsring mellom primærtetningsflatene for å danne en primærtetning mellom primærtetningsflatene, videre at hver av endene har en sekundærtetningsflate anordnet radialt utenfor primærtetningsflaten; og at det mellom sekundærtetningsflatene er anordnet sekundær-tetningsmidler som tillater indre fluid å strømme utenfor tetningsringen og blokkere strømning av ytre fluid inn til tetningsringen forbi sekundærtetningsmidlene, kjennetegnet ved at tetningsringen har koniske ytre tetningsflater i anlegg mot primærtetningsflatene på endene i metallisk tetningsforhold.

Foretrukne utførelser av rørskjøten er videre utdypet i kravene 2 til og med 5.

Andre formål, trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av følgende beskrivelse og tegninger.

Fig. 1 er et snitt i større målestokk gjennom skjøten som utgjør foreliggende oppfinnelse, og viser en metallpakning mellom navene på et par aksialt innrettede rørdeler som er sammenspent ved hjelp av en spenninnretning,

fig. 2 er et utsnitt av fig. 1 i større målestokk, som viser metallpakningen som danner en metallisk primærtetning mellom rørdelene,

fig. 3 er et snitt i større målestokk gjennom sekundærtetningen, innbefat-tende et par O-ringer på et utvendig ringformet utspring på metallpakningen og viser O-ringene i en stilling som tillater fluidlekkasje når det indre fluidtrykk er stør-re enn det ytre fluidtrykk, og

fig. 4 er et snitt i større målestokk, lik fig. 3, men viser O-ringene i tetningsforhold mellom navene når det ytre fluid ikke er større enn det indre fluidtrykk.

På tegningene er det vist et par aksialt innrettede rørdeler generelt betegnet med 10 og 12, med endeflenser henholdsvis 14 og 16. Endeflens 14 har en ringformet leppe 18 som passer inn i en indre utsparing 20 nær kanten 19 til flensen 16.

En spenninnretning eller kopling 22 omfatter et par halvdeler som er drei-bart forbundet med hverandre ved en ende og festet ved hjelp av flenser ved den andre ende (ikke vist), som er velkjent innen faget. Spenninnretningen 22 har koniske flater 24 i anlegg mot ytre koniske flater 26 på flensene 14 og 16 for å trekke flensene 14 og 16 sammen når spenninnretningen 22 tiltrekkes rundt flensene 14 og 16. Flensene 14 og 16 har hver sin indre koniske flate 28 og 30. Flensen 14 har en ringformet skulder 32 som forbinder den indre koniske flate 28 og en ytre konisk flate 34. En utsparing 20 i flensen 16 danner en indre endeflate 36 som strekker seg parallelt med og i avstand fra skulderen 32 vinkelrett på rørdelenes 10 og 12 lengdeakser. Et ringformet rom 38 er dannet mellom den parallelle skulder 32 og parallelle indre endeflater 36.

Mellom flensene 14 og 16 er det montert en metallpakning eller ring som er generelt betegnet med 40 og har ytre koniske flater 42, 44 som samvirker med motsvarende koniske flater 28 og 30 for å danne en metallisk primærtetning ved tiltetting av spenninnretninger 22 rundt flensene 14 og 16.

Metall-tetningsringen 40 har en aksial flate 46 som er aksialt innrettet på linje med rørdelenes 10 og 12 boringer. Spenninnretningen 22 består fortrinnsvis av to halvdeler med samvirkende utad-forløpende flenser (ikke vist) som er sam-menboltet for å tiltrekke spenninnretningen 22 innover til fast anlegg mot ytre skrå- flater 26 på flensene 14 og 16, for derved å tvinge navene 14 og 16 til fast, tetten-de anlegg mot metallpakningen 40 som sammenpresses mellom flensene 14 og 16.

Metall-tetningsringen 40 har et ytre, ringformet utspring eller leppe 50 som rager radialt ut fra tetningsringen 40 ved skjæringslinjen mellom de ytre koniske flater 42 og 44. Det radiale utspring 50 har på motsatte sider et ringformet spor med et indre sporparti 54 og et ytre forbindelses-sporparti 56. Et antall porter 58 strekker seg til sporpartiet 54 fra det ringformede utspringets 50 radialt utstikkende endeflate 60. O-ringer 62 og 64 er opptatt i sporpartiene 54 som vist i fig. 3, når indre fluidtrykk er større enn ytre fluidtrykk og lekkasje forbi metallpakningen 40 finner sted. En defekt pakning vil således være visuelt påvisbar under testing eller under drift. O-ringene 62 og 64 er opptatt i sporpartiene 56 når de utsettes for en ytre fluidtrykk-forskjell som vist i fig. 4. Tetningsflatene 32 og 36 danner sekundære tetningsflater radialt utenfor primærtetningsflatene 42 og 44 på flensene 14 og 16.

Ytre fluidtrykk gjennom portene 58 tvinger O-ringene 62, 64 ut fra sporpartiene 54 inn i sporpartiene 56.1 denne stilling tetter O-ringene 62, 64 mot flensenes 14 og 16 parallelle flater 32 og 36, og hindrer derved ytre fluid, så som sjø-vann, fra å strømme inn i boringen i rørdelene 10 og 12 forbi pakningen 40. O-ringene 62, 64 har fortrinnsvis en Shore A durometer-hardhet på ca. 90. En Shore A durometer-hardhet mellom ca. 70 og 95 vil virke på en tilfredsstillende måte. O-ringene 62, 64 er fortrinnsvis utformet av et neopren-materiale. Andre egnede ma-terialer for O-ringene 62, 64 innbefatter nitril-butadien, naturgummi, fluorkarbon, og butylgummi f.eks.

Pakningen 40 kan ha forskjellige diametre for anvendelse med under-vannsbrønnhode-koplinger for foringsrør med forskjellige diametre. Pakningen 40 er fortrinnsvis utformet av et herdet rustfritt stål og er ubelagt. O-ringene 62, 64 er innrettet for tetting mot ytre fluidtrykk ved sjøvanndybder opptil 2300 m - 3000 m og til hydrostatiske fluidtrykk opptil ca. 31500 - 35000 kPa. Innvendig fluidtrykk kan lett avluftes forbi O-ringene 62, 64 i posisjonen i fig. 3 i tilfellet pakningen 40 svikter for å opprettholde det innvendige fluidtrykk.

Selv om O-ringer er vist for avlufting av indre fluidtrykk under tetting mot ytre fluidtrykk, skal det forstås at forskjellige andre sekundære tetningsmidler kan benyttes for metallpakningen 40 innenfor rammen av denne oppfinnelse. For ek sempel kan en tilbakeslagsventil av kuletypen anvendes sammen med O-ringer for å tillate fluidstrømning forbi O-ringene ved åpning av tilbakeslagsventilen fra innvendig fluidtrykk. O-ringene i en slik konstruksjon vil tette mot motstående flensflater til enhver tid. Det er klart at forskjellige andre typer sekundære ret-ningskonstruksjoner kan anvendes for metalltetningsringen eller pakningen for skjøten mellom rørdeler i samsvar med denne oppfinnelse som angitt i kravene.

Claims (5)

1. Rørskjøt omfattende: en første rørdel (10) med en ende (14) som danner en indre primærtetningsflate (28); en andre rørdel (12) med en ende (16) i motstående, ende mot ende-forhold til den førstnevnte ende (14) og som danner en indre primærtetningsflate (30), en tetningsring (40) mellom primærtetningsflatene for å danne en primærtetning mellom primærtetningsflatene, videre at hver av endene (14, 16) har en sekundærtetningsflate (32, 36) anordnet radialt utenfor primærtetningsflaten; og at det mellom sekundærtetningsflatene (32, 36) er anordnet sekundærtet-ningsmidler (62, 64) som tillater indre fluid å strømme utenfor tetningsringen (40) og blokkere strømning av ytre fluid inn til tetningsringen (40) forbi sekundærtetningsmidlene (32, 36), karakterisert vedat tetningsringen (40) har koniske ytre tetningsflater (42, 44) i anlegg mot primærtetningsflatene (28, 30) på endene (14, 16) i metallisk tetningsforhold.

2. Rørskjøt ifølge krav 1, karakterisert vedat sekundærtetningsflatene (32, 36) på endene (14, 16) omfatter motstående flater som strekker seg på tvers av rørdelenes (10,12) lengdeakser, og at sekundærtetningsmidlene (62, 64) omfatter elastomer-tetningsmidler for tetting mellom sekundærtetningsflatene.

3. Rørskjøt ifølge krav 1, karakterisert vedat sekundærtetningsmidlene (62, 64) er innrettet til å tillate fluidstrømning utad fra tetningsringen (40) forbi elastomer-tetningsmidlene og blokkere fluidstrømning innad forbi elastomertetningsmidlene til tetningsringen.

4. Rørskjøt ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat sekundærtetningsflatene (32, 36) er anordnet i innbyrdes adskilt, motstående forhold til hverandre, og at sekundærtetningsmidlene (62, 64) er plassert mellom sekundærtetningsflatene.

5. Rørskjøt ifølge et av de forgående krav, karakterisert vedat tetningsringen (40) ved sin lengde har et ringformet utspring (50) som strekker seg radielt mellom sekundærtetningsflatene (32, 36), og at et par tetninger (62, 64) er anordnet på utspringet (40) i flytende forhold for tetting mellom sekundærtetningsflatene (32, 36) når de utsettes for ytre fluid-strømning og for å tillate fluidstrømning utad forbi tetningene når de utsettes for indre fluidstrømning fra tetningsringen (40).