耐损伤的套管挂密封件制造技术

本发明专利技术涉及耐损伤的套管挂密封件。密封组件(100)插入具有共同轴线的内、外共轴布置的环形部件(103，105)之间的环状空间(101)内。密封组件(100)包括具有适应性元件(139'')的密封件叠层(115)，适应性元件(139'')被夹置在容纳该适应性元件(139'')的流动的两个防挤出元件(139')之间。密封组件(100)还包括密封环(139)和联接到该密封环(139)的锁定环(117)。密封组件(100)还包括激励环(119)，该激励环构造成由环工具沿第一方向轴向移动，以向锁定环(117)施加轴向力，该轴向力继而作用在密封环(139)上，以使密封环(139)径向变形而与环形部件(103，105)密封接合。锁定环(117)沿第一方向的继续轴向移动使锁定环(117)径向变形而与环形部件(103，105)锁定接合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体涉及井口密封件，且具体而言涉及耐损伤的套管挂密封件。
技术介绍
在井口形成期间，钻井操作常常导致插入井眼中的井套管元件在从钻井切换到采油前损伤。具体而言，套管挂和高压井口罩会由于在从诸如数千分之一英尺深的较小划痕到多达0.1’’深的较大划痕的范围内的划痕和凿槽而受损。为了密封井眼，密封件必须由可挤出并填充划痕和凿槽的适应性材料构成。当前，使用由弹性体密封元件组成的密封件来密封套管元件之间的井眼环状空间。遗憾的是，弹性体密封元件并不满足当前对钻井和采油的需求。例如，许多密封件在密封件经受极冷、极热和/或两极端之间的循环的条件下使用。在这些状况下，弹性体密封件在密封件的期望现场寿命结束前疲劳和失效。当前的行业标准允许90天的密封件现场寿命。然而，行业希望有一种可使井的预期寿命持续大约20年的密封件。此外，井的寿命周期可包括井的起动和关停、井元件的压力测试等。这些寿命周期活动增加了弹性体密封件面临的极端应力和温度循环的数量。寿命周期活动导致弹性体密封件在井口密封系统的20年期望现场寿命要求之前很久就疲劳和失效。因此，需要可在20年的预期寿命周期内耐受井的极端温度、极端温度循环和不同寿命周期操作的井口密封件。此外，弹性体密封元件可能经历爆发性减压。当弹性体密封元件周围的高压迫使弹性体密封件吸收来自周围环境的气体时，发生爆发性减压。当弹性体密封元件周围的压力下降时，在较高压力下被吸收到弹性体密封元件中的气体快速地逸出弹性体密封元件。气体的快速逸出导致弹性体密封元件的撕裂和破坏。因此，需要在高压加载和卸载循环期间不会由于爆发性减压而失效的井口密封件。许多井口密封件使用借助于干涉密封件来密封井口部件之间的环状空间的元件。干涉密封件使用宽度略大于待密封的环形空间的密封部件。干涉密封件迫使密封部件进入密封区域中，以防止流体或其它材料通过。由于这些干涉密封件大于待密封的环形空间，所以干涉密封件的使用常常导致待密封的环形空间和干涉密封件本身受损。这妨碍了井的钻进和运行并引起密封件提前失效。因此，需要不会在插入和激励期间损伤井口套管元件的井口密封件。许多用于密封井口套管元件之间的环状空间的井口密封组件不可取回。一旦就位并被激励，便不能移除密封件。其位于井口中直到密封件失效。这在密封件可与送入工具等发生干涉的情况下会妨碍井的钻进和运行。此外，在紧急状况期间，不能取回标准密封件；因此，一旦密封件用于紧急状况，它便必须保留在井眼中。这阻碍了后续更好密封件的使用或其它设备或工具通过该空间。因此，需要可取回的井口密封件。
技术实现思路
通过提供了密封组件及其使用方法的本专利技术的优选实施例，大体上解决或回避了这些和其它问题，并且大体上实现了技术优势。根据本专利技术的一实施例，一种用于在具有共同轴线的内、外共轴布置的环形部件之间的环状空间内密封的密封组件包括具有人字形几何形状的第一防挤出密封环和具有人字形几何形状的第二防挤出密封环。第二防挤出密封环与第一防挤出密封环共轴并位于其轴向下方。该密封组件还包括具有人字形几何形状的第一适应性密封环。第一适应性密封环与第一防挤出密封环和第二防挤出密封环共轴并介于二者之间。第一和第二防挤出密封环中的至少一者构造成在承受轴向力时与内、外共轴布置的环形部件中的至少一者径向接合。第一适应性密封环构造成在承受轴向力时与内、外共轴布置的环形部件中的至少一者径向接合。根据本专利技术的另一实施例，一种用于在具有共同轴线的内、外共轴布置的环形部件之间的环状空间内密封的密封组件包括密封件叠层和上激活环。上激活环与密封件叠层共轴并位于其轴向上方。上激活环具有不同于密封件叠层的邻近表面的、与轴线形成角度的下配合面。该密封组件还包括与密封件叠层共轴并位于其轴向下方的下激活环。下激活环具有不同于密封件叠层的邻近表面的、与轴线形成角度的上配合面。密封件叠层的元件之间的配合面与轴线成相等角度。这些元件沿配合面的长度接触。在轴向负载下，上、下激活环配合面与邻近的密封件叠层配合面之间的接触导致密封件叠层的径向扩展。根据本专利技术的又一实施例，一种用于在具有共同轴线的内、外共轴布置的环形部件之间的环状空间内密封的密封组件包括具有内径的第一密封件叠层。第一密封件叠层具有在被激励时密封至外环形部件的受损表面的适应性密封元件。该密封组件还包括与第一密封件叠层共轴的第二密封件叠层。第二密封件叠层具有比第一密封件叠层的内径更小的外径。此外，第二密封件叠层具有在被激励时密封至内环形部件的受损表面的适应性密封元件。在本专利技术的又一实施例中，一种用于在具有共同轴线的内、外共轴布置的环形部件之间的环状空间内密封的方法包括提供密封环，以及将锁定环联接到该密封环。该方法接下来利用环工具使激励环沿第一方向轴向移动以向锁定环施加轴向力，该轴向力继而作用在密封环上，以使密封环径向变形而与环形部件密封接合。该方法通过继续锁定环沿第一方向的轴向移动而使锁定环径向变形成与环形部件锁定接合而结束。附图说明为了实现并可更具体地理解本专利技术的特征、优点和目的以及其它将变得显而易见的方式，可参考在附图中示出的本专利技术的实施例来对以上简要概括的专利技术进行更具体的描述，附图形成本说明书的一部分。但要指出的是，附图仅示出本专利技术的优选实施例，因此不应认为限制了本专利技术的范围，因为本专利技术可容许其它等效的实施例。图1是根据本专利技术的一实施例的密封组件的剖视图。图2是图1的密封组件的详图。图3是图1的经激励的密封组件的剖视图。图4A是图1的示例性密封环的详图。图4B是图1的经激励的示例性密封环的详图。图5是根据本专利技术的一实施例的密封组件的剖视图。图6是图5的密封组件的详图。图7是图5的经激励的密封组件的剖视图。图8A是图5的示例性密封环的详图。图8B是图5的经激励的示例性密封环的详图。具体实施例方式现在将在下文中参照附图更充分地描述本专利技术，附图示出了本专利技术的实施例。本专利技术可以许多不同的形式来实施并且不应被解释为局限于文中陈述的图示实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是透彻和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本专利技术的范围。同样的标号始终表不同样的兀件，并且主标记(若使用)表不备选实施例中的相似元件。在下文的讨论中，陈述了许多特定细节以提供对本专利技术的透彻理解。但对本领域技术人员而言将显而易见的是，本专利技术可在没有此类特定细节的情况下实施。另外，在大部分情况下，与钻井单元操作、材料等有关的细节已被省略，因为不认为此类细节对于获得本专利技术的完整理解而言是必需的，并认为此类细节在相关领域技术人员的技能范围内。参见图1，未经激励的套管挂密封件100被示出为定位在具有共同轴线的套管挂103和高压井口罩105之间的环状空间101内。套管挂103是井口组件的为下降到井眼中的后续套管柱提供支承的部分。套管挂103具有位于套管挂103的下端处的台肩107以及紧邻套管挂103的上端的搭接件(wicker) 109。类似地，井口罩105具有跨越环状空间101紧邻搭接件109的搭接件111，使得在缺少套管挂密封件100的情况下，搭接件109和搭接件111跨越环状空间101大致彼此面对。套管挂密封件100包括密封件止动环113、密封环组件115、锁定环117和激励环119。密封环组件115在密封件止动环113的台肩12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在具有共同轴线的内、外共轴布置的环形部件(103，105)之间的环状空间(101)内密封的密封组件(100)，所述密封组件(100)包括：具有人字形几何形状的第一防挤出密封环(139“)；具有人字形几何形状的第二防挤出密封环(139“)，所述第二防挤出密封环(139“)与所述第一防挤出密封环(139“)共轴并位于其轴向下方；具有人字形几何形状的第一适应性密封环(139““)，所述第一适应性密封环(139““)与所述第一防挤出密封环(139“)和所述第二防挤出密封环(139“)共轴并介于二者之间；其中，所述第一和第二防挤出密封环(139“)中的至少一者构造成当承受轴向力时与所述内、外共轴布置的环形部件(103，105)中的至少一者径向接合；并且所述第一适应性密封环(139““)构造成当承受轴向力时与所述内、外共轴布置的环形部件(103，105)中的至少一者径向接合。

【技术特征摘要】
2011.10.05 US 13/253,7021.一种用于在具有共同轴线的内、外共轴布置的环形部件(103，105)之间的环状空间(101)内密封的密封组件(100)，所述密封组件(100)包括 具有人字形几何形状的第一防挤出密封环(139’)； 具有人字形几何形状的第二防挤出密封环(139’)，所述第二防挤出密封环(139’)与所述第一防挤出密封环(139’)共轴并位于其轴向下方； 具有人字形几何形状的第一适应性密封环(139’’)，所述第一适应性密封环(139’’)与所述第一防挤出密封环(139’)和所述第二防挤出密封环(139’)共轴并介于二者之间； 其中，所述第一和第二防挤出密封环(139’)中的至少一者构造成当承受轴向力时与所述内、外共轴布置的环形部件(103，105)中的至少一者径向接合；并且 所述第一适应性密封环(139’’)构造成当承受轴向力时与所述内、外共轴布置的环形部件(103，105)中的至少一者径向接合。2.根据权利要求1所述的密封组件(100)，其特征在于，还包括 与所述第一和第二防挤出密封环(139’)以及所述适应性密封环(139’’)轴向对准的弹黃(141);并且 其中，所述弹簧(141)维持所述第一和第二防挤出密封环(139’)以及所述第一适应性密封环(139’’)上的轴向力，由此维持所述密封环(139’，139’’)与所述内、外环形部件(103,105)之间的径向力。3.根据权利要求1所述的密封组件(100)，其特征在于，还包括 具有人字形几何形状的第三防挤出密封环(139’)，所述第三防挤出密封环(139’)与所述第一和第二防挤出密封环(139’)共轴； 具有人字形几何形状的第四防挤出密封环(139’)，所述第四防挤出密封环(139’)与所述第一、第二和第三防挤出密封环(139’)共轴； 具有人字形几何形状的第二适应性密封环(139’’)，所述第二适应性密封环(139’’)与所述第三防挤出密封环(139’)和所述第四防挤出密封环(139’)共轴并介于二者之间；并且 其中，所述第一和第二防挤出密封环(139’)面向第一轴向，并且所述第三和第四防挤出密封环(139’)面向与所述第一轴向相反的第二轴向上，由此在被激励时形成双向密封。4.根据权利要求1所述的密封组件(100)，其特征在于，所述第一适应性密封环(139’’)包括具有不大于所述第一和第二防挤出环(139’)的弹性模量的一半的弹性模量的材料。5.根据权利要求1所述的密封组件(100)，其特征在于 所述第一和第二防挤出密封环(139’)由从由金属、聚合物、弹性体、陶瓷以及它们的复合物组成的组选择的材料形成；并且 所述第一适应性密封环(139’’)由从由金属、聚合物、弹性体、陶瓷以及它们的复合物组成的组选择的材料形成。6.根据权利要求1所述的密封组件(100)，其特征在于，还包括 与所述第一防挤出环(139’)共轴并位于其轴向上方的上激活环(133)，所述上激活环(133)具有不同于所述第一防挤出环(139’)的邻近表面的与所述轴线形成角度的下配合面；与所述第二防挤出环(139’)共轴并位于其轴向下方的下激活环(137)，所述下激活环(137)具有不同于所述第二防挤出环(139’)的邻近表面的与所述轴线形成角度的上配合面； 其中，所述第一防挤出环(139’)与所述第一适应性环(139’’)之间的配合面与所述轴线成相等的角度，从而允许所述第一防挤出环(139’)和所述第一适应性环(139’ ’)沿所述配合面的长度接触； 其中，所述第二防挤出环(139’)与所述第一适应性环(139’’)之间的配合面与所述轴线成相等的角度，从而允许所述第二防挤出环(139’)和所述第一适应性环(139’ ’)沿所述配合面的长度接触；并且 其中，在轴向负载下，所述上、下激活环(133，137)配合面与邻近的防挤出密封环(139’)之间的接触导致所述第一和第二防挤出密封环(139’)以及所述适应性密封环(139’’)的径向扩展。7.根据权利要求6所述的密封组件(100)，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：GL加勒，RC亨特，
申请(专利权)人：韦特柯格雷公司，
类型：发明
国别省市：