弹性金属-金属密封和方法技术

本发明专利技术提供了一种高压、弹性金属－金属密封，其运用了能够承受腐蚀性流体、高压和高温的可膨胀金属密封元件。金属－金属密封组件是可回弹的，以便重复密封，其包括激励金属环和金属密封环。这两个环的接合使金属密封环的表面膨胀，从而建立内和／或外金属－金属密封。本发明专利技术还提供了形成金属－金属密封的方法。

【技术实现步骤摘要】

概括来说，本专利技术涉及金属一金属密封，更尤其是涉及一种弹性金属一金属密封，在一个实施例中其安装在井头或BOP上以控制高 压、高温、腐蚀性流体。
技术介绍
金属一金属密封相比于非金属密封具有工作于更宽范围的温度、 流体和压力下的优点。各种材料的非金属密封最好匹配特定范围的温 度、流体和压力。操作者和制造商两者并不总是知道井头装置可能运 用的工况，这增大了失效风险。在过去，金属一金属密封通常由软金属制成，软金属变形，形成 一次使用的密封件。软金属密封的一个问题在于，只要打开井头装置， 就必须更换全部密封件。当使用一次以上时，已变形的材料不可能再 次密封。另一个问题在于，这类密封不能总是形成初始密封，从而使 打开井头装置并代替该密封件以及其它所有金属密封件成为必要。为了使用现有技术中的硬质金属一金属密封，通常要求精确的容 许误差，这实质上限制了可以密封的压力。此外，容许误差的小变化 可能使密封无效。就使用弹性金属一金属密封而言，它们易受获得初始密封和/或在 较宽压力变化下维持密封的问题的困扰。下列美国专利描述了有关制造金属一金属密封的各种现有技术成果1990年3月27日公布的Adamek等的美国专利号4,911,245公开了 一种用于在井中利用多个圆周地轴向间隔的金属带密封套管的金属 密封件。 一镶嵌材料部分地填充在金属带之间的空腔内。金属带足够软，以在密封件被压紧而与套管接触时变形。这些带变形至与镶嵌材 料齐平的程度。如果套管后来由于温度改变或拉伸载荷而相对于密封 件轴向移动，则镶嵌材料将跨接带面，以维持密封。1993年11月2日公布的Putch等的美国专利号5,257,792公开了 一种用于在内、外同心井头部件之间进行密封的金属井头密封件，其 包括具有平端和锥形端的环形金属密封件，所述金属密封件位于内、外部件之间。当内、外部件一起纵向移动以便设定金属密封件时，其 中一部件上的施力锥体(forcingcone )接合用于密封的锥形端， 一支 承台肩接合平端。调节螺母调节锥形端和施力锥体之间的容许误差。1988年9月20日公布的Bridges的美国专利号4,771,832公开了 一种带有金属密封件的井头装置，所述金属密封件收容套管与井头外 壳的孔之间的偏差。金属密封组件包括金属密封环和楔形环。密封环 具有圆筒形内壁和圆锥形外壁。内、外壁的中心线彼此错开，从而使 该环偏心。类似地，楔形环也具有圆锥形内壁和外壁。它的内、外壁 彼此错开。这些环可以彼此相对旋转，以及相对于套管旋转，以使得 楔形环外壁的轴线与井头外壳孔的轴线重合。密封环的内壁具有突出 带，所述突出带由于金属软性而变形，以增强密封。1965年1月19日公布的Pinkard的美国专利号3,166,345公开了 一种改善的密封装置，其包括在位于油管头内的油管悬挂器元件的向 上延伸的圆筒颈部与位于油管悬挂器的向上延伸的圆筒颈部上的机罩 凸缘的凹坑或插孔之间进行密封的密封环。1984年6月19日公布的Shinn的美国专利号4,455,040公开了油 管头、油管头适配器和通过上、下压力激励密封组件密封环空流体或 井下压力的油管悬挂器。密封组件是双向的、压力激励的，并且可以 在高达30，000psi的工作压力下操作。各组件由屈服强度约为30，000psi 的高弹性和可延展的316不锈钢制成的金属密封环构成，所述金属密 封环具有截锥形状，锥体的上、下顶点在预应力状态下围起一个约28 度的角。在轴向方向，密封环一端接合支撑环，另一端接合油管悬挂 器台肩，两者与竖直(径向)平面成30度斜面。支撑环和油管悬挂器6台肩分别由屈服强度为50，000psi和75，000psi的材料制成。施加于密 封组件的预加载荷设定为使密封环在塑性上与较硬的环绕表面相一 致，并和配合支撑环和油管悬挂器台肩一致，呈现30度的圓锥角。尔 后，从任一轴向方向施加的工作压力将沿着相互作用表面的斜面分解 成径向分量，这些径向分量进一步增强了沿着内、外密封表面的密封 压力。由于这种双向压力增强的缘故，可以通过从位于两密封组件之 间的7>共测试端口施加测试压力，对两个密封组件进行测试。1977年11月1日公布的Morrill的美国专利号4,056,272公开了 一种油井管悬桂设备，其包括井头和支撑在其上的釆油树，井头具有支撑在其中的油管悬挂器， 一截头圆锥形金属衬垫提供了悬挂器与井 头之间的金属一金属密封，一 "X"横截面弹性金属衬垫提供了悬挂 器与采油树之间的金属一金属密封。2005年4月21日公布的Dallas的美国专利申请号20050082829 公开了 一种用于螺紋接头的金属环垫圏，流体管道的子部件之间带有 高压、流体密封的金属一金属密封件。金属环垫圏由碳钢或不锈钢制 成，这取决于通过管道传送的流体成分。金属环垫圏具有倾斜拐角， 并被接收在螺紋接头子部件的配合表面上的倾斜环形凹槽内。当被压 缩在子部件之间的环形凹槽内时，金属环垫圏形成被激励的、高压的、 不透流体的密封，该密封能够抵抗非常高的压力，并且甚至在流体管 道着火的直接暴露引起的高温下也能够维持密封。1980年2月26日公布的Vanderford的美国专利号4,190,270公 开了一种用于支撑井头中的油管的悬桂器，其包括管状主体，其适 于连接于套管头(casinghead)并具有逐渐缩减且面向上的支座；位 于主体内的管状悬挂器，其被支撑在支座上；向下收敛的环形空间， 其位于悬挂器外部与主体内部的面对部分之间；位于收敛空间内的金属密封环；位于悬挂器与主体之间的密封致动器套筒，其轴向可动， 以接合密封环；和贯穿主体延伸的楔入螺钉。楔入螺钉接合密封致动 器套筒，并将密封致动器套筒楔在密封件上，由此密封件被强制密封 接合在悬挂器与主体之间的收敛空间内。1963年9月17日公布的Nordin等的美国专利号3,104,121公开 了一种密封组件，其设计成能承受诸如在高压井头中遇到的、约为 20，000psi的那些压力。高压密封组件用于流量控制装置，其中该组件 包括位于流量控制装置与主体之间、用于容纳密封结构以提供对从任 一方向施加的压力同样有效的改善的密封的共同作用表面。1970年2月10日公布的Todd等的美国专利号3,494,638公开了 一种油管悬挂器组件，其包括适配器和密封组件，所述适配器和密封 组件安装在井顶的油管头与阀门配件之间，密封组件安装在适配器主 体的孔内，并通过一可移除的固定螺母保持在其中，并添加有与其中 的密封件相连通的液封喷射阀和穿过适配器的壁、用于在将适配器安 装到油管头之前接收测试该密封的仪表的测试端口 。人们长久以来一直在寻找上述和/或相关问题的解决方案，但没有 成功。所以，本领域技术人员应当明白本专利技术，其解决了上述问题以 及在下文中所述的由专利技术人所揭露的其它主要问题。
技术实现思路
本专利技术总的目的是提供一种改善的金属密封组件和方法。本专利技术的目标是提供一种可用于压力控制设备、例如井头和BOP 的改善的高压密封组件和方法。因此，本专利技术提供了一种弹性和/或柔性金属密封件，其使用时不 会变形。在一个实施例中，密封环包括柔韧的密封元件，这些密封元 件在它们的工作范围之内可以重复弯曲，而不会损坏或毁坏。金属密 封本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属密封组件，其包括：　激励金属环，其包括至少一个激励表面；和　金属密封环，其间限定有凹槽，所述激励金属环的所述激励表面可与所述金属密封环的所述凹槽接合，从而促使内金属表面和外金属表面彼此相对膨胀，以便可操作地产生内金属－金 属密封和外金属－金属密封中的至少一个。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿拉加萨米孙达拉拉扬，
申请(专利权)人：环球油田机械公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]