專利名稱：可擴(kuò)張保徑環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及用于封隔器裝置的軸向封擋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
封隔器用于在內(nèi)管柱和外管柱之間形成流體密封，所述外管柱徑向環(huán)繞所述內(nèi)管柱。封隔器裝置的通常形式是"擠壓"型封隔器，其中，合成橡膠封隔器元件被軸向壓縮以便使其徑向向外膨脹并且與周圍的管狀構(gòu)件形成密封接觸。當(dāng)在高溫高壓的大深度處使用時(shí)，封隔器中使用的合成橡膠元件開始損壞。因此， 彈性體會擠出并滲漏到封隔器和周圍管件之間的區(qū)域中。如果合成橡膠元件向外過度擠出的話，封隔器裝置的密封性能將受到破壞。使用封擋裝置以試圖避免合成橡膠元件的不希望擠出。通常，封擋裝置由一對位于合成橡膠元件的每個(gè)軸向側(cè)的防擠出封擋環(huán)構(gòu)成。典型地，這些材料由固體材料制成，盡管這些材料比合成橡膠元件更為堅(jiān)硬，但在封隔器操作的所有階段期間這些材料將會變形并至少部分地包封合成橡膠元件的軸向端部。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及封隔器裝置的結(jié)構(gòu)以及與封隔器裝置一起使用的保徑環(huán)輔助設(shè)備的結(jié)構(gòu)。在特定方面，本發(fā)明提供了一種用于給封隔器裝置中的防擠出封擋環(huán)提供支撐的保徑環(huán)，在目前優(yōu)選的實(shí)施例中，保徑環(huán)包括壓縮環(huán)和多個(gè)互鎖弓形段。第一組弓形段均具有楔形本體，該楔形本體的近側(cè)軸向端部寬于遠(yuǎn)側(cè)軸向端部。優(yōu)選地，第二組弓形段均具有楔形本體，其遠(yuǎn)側(cè)軸向端部寬于近側(cè)軸向端部。第一和第二弓形段以交錯(cuò)方式圍繞用于封隔器裝置的中心心軸徑向布置，使得第一弓形段布置在每兩個(gè)第二弓形段之間，反之亦然。在優(yōu)選實(shí)施例中，第一和第二弓形段通過舌槽型連接彼此互鎖，從而允許第一和第二弓形段相對于彼此軸向滑動，同時(shí)保持第一和第二弓形段彼此徑向?qū)?zhǔn)。通過壓縮構(gòu)件的軸向移動使封隔器和保徑環(huán)組件坐封。在坐封期間，第一弓形段通過舌槽結(jié)構(gòu)的滑動在第二弓形段之間移動。所有弓形段隨之共同地徑向向外移動，使得保徑環(huán)組件比未坐封狀態(tài)具有更大的直徑。在坐封狀態(tài)下，第一和第二弓形段的遠(yuǎn)側(cè)端部表面提供用于相鄰封隔器封擋環(huán)的大體上完整支撐壁。保徑環(huán)組件可以通過受壓構(gòu)件軸向移動遠(yuǎn)離封隔器元件而解封并恢復(fù)至徑向縮小狀態(tài)。該運(yùn)動使第一弓形段從第二楔形構(gòu)件之間退出，從而允許所有弓形段相對于心軸徑向向內(nèi)移動。


通過進(jìn)一步參考附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地認(rèn)識和更好地理解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和其它方面，附圖中相同的參考符號表示相同或相似的元件，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造并處于解封狀態(tài)下的示例性封隔器裝置的側(cè)面剖視圖。
圖2是處于坐封狀態(tài)的圖1所示封隔器裝置的側(cè)面剖視圖。圖3是處于解封位置的圖1和2所示封隔器裝置的一部分的側(cè)部外視圖。圖4是處于完全坐封狀態(tài)下的圖3所示封隔器裝置部分的一部分的側(cè)部外視圖。圖5是處于解封狀態(tài)下的圖3-4所示封隔器裝置部分的放大的四分之一剖視圖。圖6是處于坐封狀態(tài)下的圖5所示封隔器裝置部分的放大的四分之一剖視圖。圖7是在封隔器裝置的保徑環(huán)組件中使用并與其他部件分開顯示的示例性第一弓形段的外部等角視圖。圖8是在封隔器裝置的保徑環(huán)組件中使用并與其他部件分開顯示的示例性第二弓形段的外部等角視圖。
具體實(shí)施例方式圖1-8顯示了包含在布置于井眼中的烴開采管柱或其它作業(yè)管柱中的示例性封隔器裝置10。封隔器是用于在內(nèi)部管柱和外部管柱之間形成流體密封的眾所周知的裝置。 例如，在授權(quán)給Murray等的美國專利No. 7387158中描述了封隔器裝置。該專利屬于本申請的受讓人并且在此引入作為參考。封隔器裝置10包括管狀中心心軸12，該管狀中心心軸限定了沿著其長度的流動孔14。合成橡膠制封隔器元件16徑向圍繞心軸12。環(huán)狀金屬封擋環(huán)18、20位于封隔器元件16的每個(gè)軸向側(cè)。封擋環(huán)18、20優(yōu)選地可略微彈性變形并且每個(gè)封擋環(huán)形成為包封或部分地包封封隔器元件16的相應(yīng)軸向端部。應(yīng)當(dāng)注意，參考圖1和5，在封隔器元件16和封擋環(huán)18之間具有間隙21。通常以附圖標(biāo)記22和24表示的保徑環(huán)組件圍繞心軸12并位于封擋環(huán)18、20的軸向外側(cè)。在所述實(shí)施例中，保徑環(huán)組件22和24在結(jié)構(gòu)和操作方面大體上彼此相同。因此，對一個(gè)保徑環(huán)組件的結(jié)構(gòu)和操作的說明用于描述兩個(gè)保徑環(huán)組件22、24。保徑環(huán)組件 22、24均包括徑向圍繞中心心軸12的環(huán)狀壓縮環(huán)26。在平常的操作中，壓縮環(huán)26之一固定到心軸12上。另一壓縮環(huán)26可相對于心軸12軸向移動。壓縮環(huán)26可利用本領(lǐng)域已知的液壓坐封裝置(未顯示)或本領(lǐng)域已知的其它方式進(jìn)行移動。優(yōu)選地，壓縮環(huán)26均具有多個(gè)大致T形突起28 (參見圖3-5)，其從環(huán)狀基座部分30軸向伸出。保徑環(huán)組件22、24均包括第一組弓形段32。圖7顯示了與保徑環(huán)組件22、24的其它部件分開的單個(gè)弓形段32。如圖所示，弓形段32包括大體上楔形本體34，其具有徑向內(nèi)表面36和徑向外表面38。徑向內(nèi)表面36和徑向外表面38弓形彎曲以與希望的擴(kuò)張的保徑直徑的曲率大致匹配。弓形段本體34還具有彎曲的遠(yuǎn)端支撐表面40，其徑向向內(nèi)傾斜以與和其鄰近的封擋環(huán)18或20的形狀大致相符。所述楔形本體34上的相對的近端具有大致T形突起42，其形成為與壓縮環(huán)26的突起28互補(bǔ)。如圖3-4所示，弓形段32的突起42 與壓縮環(huán)26的突起42互鎖，使得壓縮環(huán)26的軸向移動使弓形段32與壓縮環(huán)26 —致地軸向移動。楔形本體34還具有第一側(cè)壁44和第二側(cè)壁46，所述第一側(cè)壁和第二側(cè)壁沿由箭頭48表示的第一軸向方向彼此叉開，從而提供楔形形狀。因此，楔形本體34的近端47寬于遠(yuǎn)端(即，靠近表面40的端部)。每個(gè)側(cè)壁44、46上形成線性凹槽50和擴(kuò)大開口 52。保徑環(huán)組件22、24還包括第二組弓形段54。圖8顯示了與保徑環(huán)組件22、24的其它部件分開的單個(gè)弓形段54。弓形段54均包括具有徑向內(nèi)表面58和徑向外表面60的本體56。內(nèi)表面58和外表面60弓形彎曲以與希望的擴(kuò)張的保徑直徑(gage diameter)的曲率大致匹配。凹口 62形成在內(nèi)表面58中。本體56具有彎曲的遠(yuǎn)側(cè)支撐表面64，該遠(yuǎn)側(cè)支撐表面徑向向內(nèi)傾斜以與和它鄰近的封擋環(huán)18或20的形狀大致相符。本體56還具有第一側(cè)壁66和第二側(cè)壁68，所述第一側(cè)壁和第二側(cè)壁沿由箭頭48表示的軸向方向朝向彼此收攏。因此，本體56的遠(yuǎn)端67寬于近端69，使本體56具有楔形形狀。凸緣70從每個(gè)側(cè)壁 66、68向外延伸并且終止于擴(kuò)大的圓柱形突出部72，擴(kuò)大的圓柱形突出部與弓形段32的擴(kuò)大開口 52的輪廓相匹配。應(yīng)當(dāng)注意，盡管突出部72顯示和描述為圓柱形，但這只是示例性實(shí)施例。突出部72可以具有許多不同的幾何形狀，包括截面為矩形、三角形、橢圓形、菱形等，只要它們以互補(bǔ)方式與擴(kuò)大開口 52的幾何形狀相匹配即可。如圖3、5和6所示，線性軌道74布置在心軸12上且處于每個(gè)弓形段54的下方。 軌道74位于弓形段54的凹口 62內(nèi)。弓形段54不連接或不固定到軌道74上。然而，剪切銷75將壓縮環(huán)26可松開地固定到至少一個(gè)軌道74上。第一弓形段32和第二弓形段54圍繞心軸12以交錯(cuò)方式布置，使得第一弓形段32布置在每兩個(gè)第二弓形段54之間。另外， 弓形段54的擴(kuò)大突出部72位于相鄰弓形段32的開口 52內(nèi)，從而在每個(gè)第一弓形段32和第二弓形段54之間提供舌槽滑動接合。當(dāng)?shù)谝还味?2、第二弓形段54相對于彼此軸向移動以使它們的遠(yuǎn)側(cè)表面40、64彼此對齊時(shí)(參見圖4)，弓形段32的側(cè)壁44、46的叉開將推動相鄰弓形段54彼此遠(yuǎn)離。在操作中，保徑環(huán)組件22和24給封擋環(huán)18、20提供結(jié)構(gòu)支撐。在封隔器裝置10 坐封期間，使用本領(lǐng)域已知的手段給壓縮環(huán)26施加坐封(setting)力。剪切銷75斷裂，并且壓縮環(huán)26相對于心軸12朝向封隔器元件16軸向移動。位于封擋環(huán)18和封隔器16之間的間隙21被封閉。第一弓形段32隨后在第二弓形段54之間移動，使得弓形段32的叉開的側(cè)壁44、46抵靠弓形段54的相應(yīng)側(cè)壁68、66滑動。弓形段32和54都徑向向外和遠(yuǎn)離內(nèi)部心軸12進(jìn)行實(shí)際位移，如圖6所示。如圖4所示，弓形段32的遠(yuǎn)側(cè)表面40和弓形段54的遠(yuǎn)側(cè)表面64形成支撐相應(yīng)封擋環(huán)18或20的大體上完整的遠(yuǎn)側(cè)支撐壁。還應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)保徑環(huán)組件22、24處于其直徑減小的狀態(tài)下(圖3)，遠(yuǎn)側(cè)支撐壁斷開，從而在弓形段 54的遠(yuǎn)側(cè)表面64之間形成徑向間隙。人們注意到，保徑環(huán)組件22、24可在直徑減小的狀態(tài)(當(dāng)解封時(shí))和直徑擴(kuò)大的狀態(tài)(當(dāng)坐封時(shí))之間移動。如圖5和6所示，弓形段54從心軸12徑向向外移動，使得弓形段54的徑向外表面60的直徑大于壓縮環(huán)26的直徑。當(dāng)封隔器裝置10下送到周圍井眼中時(shí)，封隔器裝置10位于解封位置，其中，封隔器元件16處于直徑減小的狀態(tài)。同樣，保徑環(huán)組件22、24處于直徑減小的狀態(tài)。然而，當(dāng)封隔器裝置10坐封時(shí)，弓形段32和54定位為通過來自于壓縮環(huán)26的壓縮載荷使其朝向最終擴(kuò)張直徑狀態(tài)的保徑環(huán)(比直徑減小狀態(tài)大)。另外，保徑環(huán)22、24(在如此坐封時(shí)) 的擴(kuò)張直徑大于封擋環(huán)18、20的直徑。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，保徑環(huán)組件22、24以這種方式擴(kuò)張的能力的優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)保徑環(huán)組件22、24徑向擴(kuò)張到比壓縮環(huán)26更大的直徑時(shí)，它們給封擋環(huán)18、20提供更好的支撐。通過使壓縮環(huán)26在心軸12上軸向移動遠(yuǎn)離封隔器16實(shí)現(xiàn)封隔器裝置10的解封。 當(dāng)壓縮環(huán)26移動遠(yuǎn)離封隔器元件16時(shí)，拉動第一組弓形段32軸向遠(yuǎn)離弓形段54，從而允許保徑環(huán)組件22、24恢復(fù)其直徑減小的狀態(tài)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可以對這里所描述的示例性設(shè)計(jì)和實(shí)施例進(jìn)行多種改型和變化，本發(fā)明只受到隨后所附權(quán)利要求及其各種等效表述的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于支撐位于封隔器裝置中的封擋環(huán)的保徑環(huán)組件，所述封隔器裝置具有中心心軸和圍繞所述心軸的能夠軸向壓縮的封隔器元件，所述保徑環(huán)組件包括圍繞所述心軸徑向布置的多個(gè)第一弓形段，所述第一弓形段均包括本體，所述本體具有用于支撐封擋環(huán)的支撐表面；叉開的側(cè)面；圍繞所述心軸徑向布置的多個(gè)第二弓形段，所述第二弓形段均具有用于支撐封擋環(huán)的支撐表面；和其中，楔形的第一和第二弓形段圍繞所述心軸以交錯(cuò)方式布置，使得楔形的第一弓形段位于每兩個(gè)楔形的第二弓形段之間；和所述楔形的第一和第二弓形段能夠相對于彼此軸向移動，使得第一弓形段的叉開的側(cè)面推動第二弓形段彼此遠(yuǎn)離，并且使第一和第二弓形段徑向向外移動。
2.如權(quán)利要求1所述的保徑環(huán)組件，其中，楔形的所述第一和第二弓形段通過滑動接合與相鄰的楔形弓形段相互連接。
3.如權(quán)利要求2所述的保徑環(huán)組件，其中，所述滑動接合包括舌槽結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的保徑環(huán)組件，其中，所述第一和第二弓形段能夠移動到坐封位置，在該坐封位置中，所述第一和第二弓形段的支撐表面相對齊以形成用于封擋環(huán)的大體上完整的支撐壁。
5.如權(quán)利要求1所述的保徑環(huán)組件，還包括徑向圍繞所述心軸且能夠在該心軸上軸向移動的壓縮環(huán)，所述壓縮環(huán)附著于多個(gè)第一弓形段上。
6.如權(quán)利要求5所述的保徑環(huán)組件，其中，處于坐封位置的所述第一和第二弓形段所提供的直徑大于壓縮環(huán)的直徑。
7.如權(quán)利要求1所述的保徑環(huán)組件，其中，所述第二弓形段具有收攏的側(cè)面。
8.一種封隔器裝置，包括中心心軸徑向圍繞所述心軸的能夠軸向壓縮的封隔器元件；徑向圍繞所述心軸、能夠相對于該心軸軸向移動并至少部分地容納所述封隔器元件的軸向端部的封擋環(huán)；支撐所述封擋環(huán)的保徑環(huán)組件，所述保徑環(huán)組件包括a)圍繞所述心軸徑向布置的多個(gè)第一弓形段，所述第一弓形段均包括有本體，所述本體具有用于支撐封擋環(huán)的支撐表面和叉開的側(cè)面；b)圍繞所述心軸徑向布置的多個(gè)第二弓形段，所述第二弓形段均具有用于支撐封擋環(huán)的支撐表面；和c)所述第一和第二弓形段能夠相對于彼此軸向移動，使得第一弓形段的叉開的側(cè)面推動所述第二弓形段彼此遠(yuǎn)離，并且使第一和第二弓形段徑向向外移動。
9.如權(quán)利要求8所述的封隔器裝置，其中，楔形的所述第一和第二弓形段通過滑動接合與相鄰的楔形構(gòu)件相互連接。
10.如權(quán)利要求9所述的封隔器裝置，其中，所述滑動接合包括舌槽結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求8所述的封隔器裝置，其中，所述第一和第二弓形段能夠移動到坐封位置，其中，所述第一和第二弓形段的支撐表面相對齊以形成用于封擋環(huán)的大體上完整壁。
12.如權(quán)利要求8所述的封隔器裝置，還包括徑向圍繞所述心軸并能夠在該心軸上軸向移動的壓縮環(huán)，所述壓縮環(huán)附著到多個(gè)第一弓形段上。
13.如權(quán)利要求12所述的封隔器裝置，其中，處于坐封位置的所述第一和第二弓形段所提供的直徑大于壓縮環(huán)的直徑。
14.如權(quán)利要求8所述的封隔器裝置，其中，所述第二弓形段具有收攏的側(cè)面。
15.一種給封隔器裝置中的封隔器封擋環(huán)提供支撐的方法，所述封隔器裝置具有中心心軸；能夠軸向壓縮的封隔器元件；徑向圍繞所述心軸、能夠相對于該心軸軸向移動并至少部分地容納所述封隔器元件的軸向端部的封擋環(huán)，所述方法包括步驟在心軸上靠近封擋環(huán)設(shè)置保徑環(huán)組件，所述保徑環(huán)組件具有a)圍繞所述心軸徑向布置的多個(gè)第一弓形段，所述第一弓形段均包括有本體，所述本體具有用于支撐封擋環(huán)的支撐表面和叉開的側(cè)面；b)圍繞所述心軸徑向布置的多個(gè)第二弓形段，所述第二弓形段均具有用于支撐封擋環(huán)的支撐表面；使第一弓形段相對于第二弓形段軸向移動到坐封位置，使得第一弓形段的叉開的側(cè)面推動所述第二弓形段彼此遠(yuǎn)離，并且使第一和第二弓形段徑向向外移動并支撐封擋環(huán)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述第一弓形段通過附著到每個(gè)第一弓形段上的壓縮環(huán)的運(yùn)動而軸向移動。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，第一弓形段的支撐表面和第二弓形段的支撐表面在處于坐封位置時(shí)形成大體上完整壁。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述第一和第二弓形段還提供坐封保徑環(huán)，該坐封保徑環(huán)的直徑大于封擋環(huán)的直徑。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括通過使壓縮環(huán)在心軸上軸向移動以使保徑環(huán)組件解封的步驟。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，使第一弓形段相對于第二弓形段軸向移動的步驟還包括通過舌槽結(jié)構(gòu)使第一弓形段相對于第二弓形段滑動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種給封隔器裝置中的防擠出封擋環(huán)提供支撐的保徑環(huán)組件，所述封隔器裝置包括壓縮環(huán)和多個(gè)互鎖弓形段，其在處于坐封狀態(tài)時(shí)形成大體上完整支撐壁。第一組弓形段均具有楔形本體，其近側(cè)軸向端部寬于其遠(yuǎn)側(cè)軸向端部。優(yōu)選地，第二組弓形段均具有楔形本體，其遠(yuǎn)側(cè)軸向端部寬于近側(cè)軸向端部。
文檔編號E21B33/128GK102482928SQ201080037861
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者F·J·馬恩扎, N·S·康納 申請人:貝克休斯公司