NO341745B1 - Sikkerhetstetning av metall for undersjøisk hydraulisk kopling - Google Patents

Abstract

Foreliggende oppfinnelse vedrører en reserve o-ringstetning av metall som holdes rundt den ytre diameter av en tetningsholder av et undersjøisk, hydraulisk koplingsorgan for å tette en lekkasjebane rundt tetningsholderen. 0-ringstetningen av metall kan sitte på en skulder på tetningsholderen. Reservetetningen av metall fungerer effektivt ved høye temperaturer og høyt trykk.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt hydrauliske koplingsanordninger og spesielt hydrauliske koplingsanordninger som brukes i forbindelse med undersjøiske borings- og produksjonsapplikasjoner. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen undersjøiske, hydrauliske koplingsanordninger omfattende tetninger mellom hann- og hunnkoplingsorganene.

Undersjøiske hydrauliske koplingsorganer er kjente i teknikken. Koplingsorganene omfatter generelt et hannorgan og et hunnorgan med tetninger som tetter forbindelser mellom hann- og hunnorganene. Hunnorganene omfatter generelt et sylindrisk legeme med en boring som har relativt stor diameter ved en ende og en boring med en relativt liten boring ved den andre enden. Den lille boringen letter forbindelsen med hydrauliske ledninger, mens den store boringen omfatter tetninger og mottar hannpartiet av koplingsanordningen. Hannorganet omfatter et innføringsstykke som kan føres inn i den store boringen av hunnorganet. I følge forskjellige utførelser av anordningen, ligger tetningene enten an mot enden, eller flaten, av hannorganet, eller griper inn med hannorganet om dets ytre omkrets. Hydraulisk fluid kan så strømme fritt gjennom hunn- og hannpartiene av koplingsanordningen, idet tetninger forhindrer fluider fra å unnslippe koplingsanordningens sammenføyninger.

Alternativt kan en tilbakeslagsventil anordnes i hunnorganet og/eller i hannorganet. Hver av tilbakeslagsventilene åpnes når koplingen er dannet, men lukkes når koplingen brytes, for derved å forhindre fluidlekkasje fra systemet som koplingene er en del av.

US patent nummer 4694 859 og 5762 106, meddelt Robert E. Smith III, angir en undersjøisk, hydraulisk koplingsanordning og metalltetning. En gjenbrukbar metalltetning griper inn med omkretsen av innføringspartiet når det posisjoneres i hunnorganlegemet. Tetningen holdes på plass ved hjelp av en sylindrisk tetningsholder. Når hann- og hunnpartiene av koplingsanordningen utsettes for et trykk, forhindrer tetningsholderen metalltetningen fra å blåse ut gjennom boringen av hunnorganet.

US patent nummer 5339 861 viser en hydraulisk kopling omfattende en hul o-ring-tetning av metall. Den hule o-ringen av metall holdes fast mellom en indre skulder og en holder som føres inn i den indre boringen av hunnorganet. O-ringen av metall kan også trykkforspennes for å ekspandere tetningshulrommet i respons til fluidtrykket i koplingen.

US patent nummer 6202690 B1 beskriver en undersjøisk hydraulisk kopling som er trykkbalansert for å redusere krefter som søker å presse koblingselementene fra hverandre under kopling eller frakopling. En pakningsholder som har en L-formet fluidpassasje blir brukt for å tilveiebringe fluidkommunikasjon mellom den radielle fluidpassasjen i hann-delen og den langsgående fluidpassasjen i hunn-delen av koplingen. Pakningsholderen inneholder én eller flere radiale pakninger i hunn-delen ved frakopling av hannkoblingsdelen.

US patent nummer 6085785 A beskriver en undersjøisk hydraulisk kopling som har en utvidet sondeseksjon. Hann-delen av koplingen rommer en ventilfjær med en større diameter enn diameteren til ventillegemet. Ventilfjæren er utformet for å lukke ventilen for å hindre inntrengning av sjøvann eller lekkasje av hydraulisk fluid fra systemet. En eller flere tetninger kommer i kontakt med den utvidede sondeseksjonen.

For å holde metalltetningen i hunnorganet til en undersjøisk, hydraulisk kopling, kan en tetningsholder forbindes med hunnorganet. Tetningsholderen kan utgjøre et generelt hylseformet, sylindrisk legeme som føres inn i boringen av hunnorganet inntil tetningsholderen treffer en skulder i boringen av hunnorganet. For å feste tetningsholderen mot skulderen, kan et holdelåseorgan også festes til hunnorganet ved hjelp av f.eks. gjenger eller smekkringer.

Selv om metallringene som brukes i undersjøiske, hydrauliske koplinger generelt er pålitelige, kan det oppstå en lekkasjebane mellom tetningsholderen og hunnkoplingsorganet. Før ble elastomeriske o-ringer brukt for å tilveiebringe en tetning mellom den ytre omkretsen av tetningsholderen og den indre omkretsen av boringen til hunnkoplingsorganet. De elastomeriske o-ringene er imidlertid ikke pålitelige nok til å blokkere denne lekkasjebanen ved de meget høye temperaturer og trykk som kan oppstå ved store undersjøiske dybder. Det er behov for mer pålitelige tetninger mellom tetningsholderen og hunnkoplingsorganet for å motstå de store temperaturene og trykkene i det undersjøiske miljøet. Det er behov for en undersjøisk, hydraulisk kopling som har en mer pålitelig tetning rundt den ytre omkretsen av tetningsholderen og som kan fjernes og skiftes ut.

En reservetetning av metall for en undersjøisk, hydraulisk kopling, tetter eventuelle lekkasjebaner mellom hunnkoplingsorganet og tetningsholderen. Reservetetningen av metall holdes på plass ved hjelp av tetningsholderen i det mot tagende kammeret til hunnkoplingsorganet. Reservetetningen av metall kan være en o-ring-tetning av metall som passer rundt den ytre diameteren av tetningsholderen og som trykkforspennes ved hjelp av et hydraulisk fluid som virker på et tetningshulrom. Tetningen kan presstilpasses rundt tetningsholderen, slik at tetningen fjernes fra det mottagende kammer sammen med tetningsholderen.

Tegningene danner del av foreliggende beskrivelse og er vedføyd for å ytterligere demonstrere bestemte aspekter av foreliggende oppfinnelse. Oppfinnelsen vil forstås bedre under henvisning til én eller flere av disse tegningene i kombinasjon med den detaljerte beskrivelsen av bestemte utførelser.

Fig. 1 viser et snitt av en reservetetning av metall som holdes i et hunnkoplingsorgan av en undersjøisk, hydraulisk kopling ifølge en første utførelse, og fig. 2 viser et snitt av en reservetetning av metall i et hunnkoplingsorgan av en undersjøisk, hydraulisk kopling ifølge en andre utførelse.

Fig. 1 viser i en første utførelse, der en tetningsholder 60 holder en første metalltetning 70 og en reservetetning 80 av metall i det mottagende kammer 91 av hunnkoplingsorgan 90. I denne utførelsen danner den første metalltetningen en hul, trykkforspent metalltetning med et c-formet tverrsnitt som holdes på en indre skulder 71 av det mottagende kammeret. Den første metalltetningen kan være noe aksielt komprimert av tetningsholderen for å forspenne tetningen og trykkaktiveres av hydraulisk fluid i tetningshulrommet for å tvinge den indre diameteren lenger radielt innover enn den indre diameteren av det mottagende kammerets vegg 74 for å tette mot hannkoplingsorganet samt tvinge den ytre diameteren radielt utover for å tette mot hunnkoplingsorganet.

I en utførelse av oppfinnelsen utgjør reservetetningen av metall en hul oring av metall som sitter på skulderen 79 av tetningsholderen. Reservetetningen av metall kan presstilpasses mot tetningsholderen slik at den kan fjernes fra det mottagende kammer sammen med tetningsholderen. Reservetetningen av metall kan komprimeres noe når tetningsholderen er fullstendig innført i det mottagende kammeret i nærheten av eller helt inntil skulderen 73. Komprimeringen tvinger den indre diameteren radielt innover mot tetningsholderen og den ytre diameteren radielt utover mot det mottagende kammeret av hunnkoplingsorganet. I en utførelse kan reservetetningen av metall ha en eller flere hull som tillater hydraulisk fluid å slippe inn i tetningen og trykkaktivere tetningen.

I en utførelse av oppfinnelsen kan tetningsholderen omfatte en hylse 61 og en tetningsbærer 75. Hylsen kan utgjøre et generelt ringformet legeme med en ytre diameter 66 som kan være gjenget for å gripe inn med hunnkoplingsorganet. Hylsen har en første ende 68, en andre ende 64, en første større indre diameter 63, en andre mindre indre diameter 62 og indre skulder 76 mellom de første og andre diametre. Hylsen kan også omfatte en skulder 84 med negativ eller motsatt vinkel som strekker seg radielt innover fra den indre skulderen 76. Den første enden av hylsen kan omfatte hull 65, idet en skrunøkkel eller et annet verktøy kan føres inn i hullene for å rotere hylsen slik at den griper inn med eller løsner fra hunnorganet.

I en første utførelse danner tetningsbæreren en generell ringformet hylse, en del av hvilken i hvert fall delvis griper inn med eller passer inn i hylsen. Tetningsbæreren har en første ende 77 som passer i hylsen, en andre ende 78, en første større ytre diameter 99, en andre mindre ytre diameter 69, en første større indre diameter 86 og en andre mindre indre diameter 67. I en utførelse kan tetningsbæreren ha en skulder 83 med negativ eller motsatt vinkel mellom den første større indre diameter og den andre mindre diameter. Tetningsbæreren kan også omfatte en ytre skulder 87 mellom den første større ytre diameter og den andre mindre ytre diameteren.

I en utførelse glir den første ende av tetningsbæreren inn i den første større indre diameter 63 av hylsen. Det er liten eller ingen klaring mellom den andre mindre ytre diameteren av tetningsbæreren og den indre diameteren av hylsen, eller det kan være en liten overlagring. Når den første enden av tetningsbæreren er fullstendig innført i hylsen, kan den første enden 77 ligge an mot et indre trinn 76 av hylsen, idet den andre ende 64 av hylsen kan ligge an mot en indre skulder 31 av tetningsbæreren.

I utførelsen vist i fig.1 danner tetningen 72 en elastomerisk o-ring i et spor i skulderen 73 av det mottagende kammeret. I tillegg holder tetningsholderen en elastomerisk tetning 81 mellom skuldrene 83 og 84 med motsatte vinkler som hindrer tetningen fra å implodere inn i den sentrale boringen. Tetningen 81 kan ha et svanehaletverrsnitt og en svanehale-sammen-pasning mellom skuldrene med motsatt vinkel. Den indre diameteren av tetningen 81 kan ha én eller flere fremragninger 85, 88 som strekker seg lenger inn i den sentrale boringen enn de mindre indre diametre av hylsen eller tetningsbæreren, for derved å tette radielt mot hann organet når hannorganet er i det mottagende kammeret. O-ringene 82, 89 kan posisjoneres rundt den ytre diameteren av tetningen 81.

I en annen utførelse vist på fig.2 kan reservetetningen av metall være integrert med tetningsbæreren. Metalltetningsflatene 48, 49 på tetningsbæreren kan f.eks. være vinklet eller avfaset for å danne metall til metall tetninger med flatene 108 og 109 av hunnkoplingsorganet 100 når tetningsholderen er fullstendig koplet med hunnkoplingsorganet.

Som vist på fig.2 holder tetningsholderen 10 den første tetningen 50 av metall på eller ved siden av skulderen 122 i hunnkoplingsorganet. Tetningsholderen kan innbefatte hylsen 21 og tetningsbæreren 30, med den elastomeriske tetningen 40 mellom hylsen og tetningsbæreren. Hylsen kan være gjenget eller på annen måte fjernbart festet til veggen 124 av det mottagende kammeret 112 av hunnkoplingsorganet, idet tetningsbæreren kan ligge an mot den indre skulderen 126 i det mottagende kammeret.

I utførelsen vist på fig.2 omfatter hunnkoplingsorganet et parti 111 ved den første 116 og en andre ende 117. Tallerkenventilen 114 forskyves i boringen 113 for å styre fluidstrømningen gjennom hunnkoplingsorganet. Tallerkenventilen kan være forspent med en fjær 118 til en lukket posisjon mot ventilsettet 115. Ventilfjæren kan holdes mellom tallerkenventilen og fjærkragen 119, som holdes på plass i boringen ved hjelp av en ring eller krageklemme 120. Ventilutløseren 125 kan strekke seg fra ventilens overflate. Når hannkoplingsorganets innføringsstykke føres inn i det mottagende kammeret 112, kan innføringsstykket ha en forskyvbar sammenpasning med det andre partiet 121 av det mottagende kammeret, inntil hannorganet nærmer seg eller treffer skulderen 123. Ventilutløseren til hannorganet kan gripe inn ved hunnorganets ventilutløser for å åpne tallerkenventilen for fluidstrømning mellom koplingsorganene.