專利名稱：具有波紋管型鼻形環(huán)的密封件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及井口組件，并且具體而言涉及改進(jìn)對(duì)套管懸掛器的鎖定的密封鼻形環(huán)。
背景技術(shù)：
在內(nèi)部井口管狀部件和外部井口管狀部件之間使用密封件來(lái)遏制內(nèi)部井壓力。內(nèi)部井ロ部件可為位于井ロ殼體中的套管懸掛器，并且其支承延伸到井中的套管柱。密封件 或封隔在套管懸掛器和井口殼體之間進(jìn)行密封。備選地，內(nèi)部井口部件可為油管懸掛器，其支承延伸到井中以便于生產(chǎn)流體的流動(dòng)的油管柱。油管懸掛器著落在外部井口部件中，夕卜部井口部件可為井口殼體、采油樹或油管頭。封隔或密封件在油管懸掛器和外部井口部件之間進(jìn)行密封。在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)采用位于內(nèi)部井口部件和外部井口部件之間的各種密封件?，F(xiàn)有技術(shù)密封件包括弾性體環(huán)以及部分金屬和部分弾性體環(huán)。還采用了完全由金屬制成以形成金屬-金屬密封(“MS”)的現(xiàn)有技術(shù)密封環(huán)。可通過(guò)送入工具設(shè)定密封件，或可響應(yīng)于套管柱或油管柱的重量來(lái)設(shè)定它們。ー個(gè)類型的現(xiàn)有技術(shù)金屬-金屬密封件具有密封本體，密封本體具有由圓柱形槽ロ分開的內(nèi)壁和外壁，從而形成“U形”形狀。激勵(lì)環(huán)被推到密封件中的槽口中，以使內(nèi)壁和外壁變形得分開，而與可在其上形成有鋸齒(wicker)的內(nèi)部井口部件和外部井口部件進(jìn)行密封性接合。激勵(lì)環(huán)典型地為固體楔形部件。密封件的內(nèi)壁和外壁的變形會(huì)超過(guò)密封環(huán)的材料的屈服強(qiáng)度，從而造成永久性變形。在套管或油管和井口之間可出現(xiàn)熱增長(zhǎng)，特別是對(duì)于位于水面而非海底的井口而言。向上流過(guò)油管的井流體會(huì)加熱油管柱且以較低的程度加熱周圍的套管。溫度升高可使油管懸掛器和/或套管懸掛器相對(duì)于外部井口部件沿軸向移動(dòng)微小的量。在加熱過(guò)渡期間，油管懸掛器和/或套管懸掛器還可由于構(gòu)件之間的溫差和制造構(gòu)件的材料的不同的熱膨脹速率而沿徑向移動(dòng)。如果由于楔定作用而已經(jīng)設(shè)定密封件(其中，激勵(lì)環(huán)的軸向移位引起密封件抵靠在其匹配表面上而沿徑向移動(dòng))，則在由于壓カ或熱作用而存在沿軸向方向的移動(dòng)的情況下可減小密封力。在激勵(lì)環(huán)上的軸向カ的減小導(dǎo)致密封環(huán)的內(nèi)壁和外壁上的徑向向內(nèi)的力和向外的カ減小，這可使密封件泄漏。由于熱過(guò)渡的原因而在密封件和其匹配表面之間的徑向載荷的損失還可使密封件泄漏。用以阻止這個(gè)類型的移動(dòng)的ー個(gè)方法是通過(guò)在密封件上使用鎖定C形環(huán)，該鎖定C形環(huán)擱靠在加工于激勵(lì)環(huán)上的穴中。C形環(huán)在設(shè)定密封件時(shí)接合懸掛器，從而將密封件鎖定到懸掛器上。另ー個(gè)方法是使用密封元件本身作為鎖定機(jī)構(gòu)。在這些方法中，因此通過(guò)密封件提供了鎖定。另外，可利用鎖定型懸掛器來(lái)將套管懸掛器鎖定就位。這需要額外的行程來(lái)降下鎖定型懸掛器。存在對(duì)通過(guò)以成本有效的方式提供額外的鎖定能力來(lái)解決上面描述的密封泄漏問(wèn)題的技術(shù)的需要。以下技術(shù)可解決這些問(wèn)題中的ー個(gè)或多個(gè)。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，ー種密封組件位于具有膛孔的井口殼體和套管懸掛器之間。殼體典型地位于井的上部端處且用作外部井口部件。套管懸掛器具有朝上的臺(tái)肩，以用干支承密封組件的下部部分。金屬-金屬密封組件具有內(nèi)部密封支腿和外部密封支腿，內(nèi)部密封支腿具有抵靠著套管懸掛器的圓柱形壁進(jìn)行密封的內(nèi)壁，而外部密封支腿具有抵靠著井口殼體膛孔進(jìn)行密封的外壁表面。密封支腿形成U形穴或槽ロ。延伸部從外部密封支腿向下延伸，并且可具有帶螺紋連接部。但是，連接部不必是帶螺紋的。延伸部具有擱靠在形成于鼻形環(huán)的朝上的臺(tái)肩上的朝下的臺(tái)肩。連接部將密封環(huán)連接到鼻形環(huán)上，鼻形環(huán)的下部部分?jǐn)R靠在套管懸掛器的朝上的臺(tái)肩上，以在設(shè)定操作期間提供反作用點(diǎn)。在這個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)波紋管形成于鼻形環(huán)上，以有利地提高密封組件的鎖定能力。波紋管可形成 為螺旋形狀，并且具有朝向懸掛器的外輪廓的內(nèi)表面，以及在波紋管上的朝向殼體的膛孔的外表面。各個(gè)波紋管可具有形成“V形”或“U形”形狀的支腿，在波紋管的外表面之間形成有間隙。類似地，間隙形成于波紋管的內(nèi)表面之間。當(dāng)設(shè)定密封組件時(shí)，波紋管將塌縮，從而隨著波紋管向內(nèi)和向外膨脹到懸掛器的外輪廓和殼體的膛孔中而減小間隙的寬度。除了現(xiàn)有技術(shù)中那些之外，鼻形環(huán)上的波紋管提供鎖定懸掛器的機(jī)構(gòu)。因而，通過(guò)將懸掛器上的向上的力分擔(dān)在本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的這些機(jī)構(gòu)之間來(lái)有利地提高鎖定能力。另外，本發(fā)明還可有利地節(jié)約與必須重新進(jìn)行行程(re-trip)以便安裝鎖定懸掛器相關(guān)聯(lián)的時(shí)間和金錢。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的密封組件的截面圖，其中激勵(lì)環(huán)鎖定到密封件上，但是未設(shè)定；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、在外部井口部件和內(nèi)部井口部件之間在設(shè)定位置上的圖I的密封組件的截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有波紋管的鎖定環(huán)的正視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有齒的波紋管的截面圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)DI，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例顯示了高壓井ロ殼體或外部井ロ部件10的一部分。在井口殼體10和套管懸掛器或內(nèi)部井口部件18之間顯示了密封組件的一部分，井口殼體10具有膛孔12，膛孔12上形成有鋸齒14，而套管懸掛器或內(nèi)部井口部件18具有在外部部分上形成的鋸齒20。在圖I中顯示了密封組件在未設(shè)定位置上。殼體10典型地位于井的上部端處，并且用作外部井口部件10。在這個(gè)實(shí)施例中，套管懸掛器18具有用干支承密封組件的下部部分21的朝上的臺(tái)肩19。金屬-金屬密封組件具有內(nèi)部密封支腿22，內(nèi)部密封支腿22具有抵靠著套管懸掛器18的圓柱形壁進(jìn)行密封的內(nèi)壁24。密封環(huán)25具有外部密封支腿26,外部密封支腿26具有抵靠著井口殼體膛孔12進(jìn)行密封的外壁表面28。壁表面24、28可為圓柱形的且是平滑的。密封支腿22、26形成U形穴或槽ロ 30。
延伸部32從外部支腿26向下延伸，并且可具有帶螺紋連接部34。但是，連接部不必是帶螺紋的。延伸部32具有朝下的臺(tái)肩36，朝下的臺(tái)肩36擱靠在形成于鼻形環(huán)37上的朝上的臺(tái)肩38上。帶螺紋連接部34將密封環(huán)25連接到鼻形環(huán)37上。鼻形環(huán)的下部部分39擱靠在套管懸掛器18的朝上的臺(tái)肩19上，以在設(shè)定操作期間提供反作用點(diǎn)。在這個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)波紋管40形成于鼻形環(huán)37上，以提高密封組件的鎖定能力。波紋管40可形成為螺旋形狀。波紋管40具有內(nèi)表面42，內(nèi)表面42朝向懸掛器18的外輪廓43。在這個(gè)實(shí)施例中，外輪廓43具有略微的錐形，但是，外輪廓43也可形成為不具有錐形。波紋管40上的外表面46朝向殼體10的膛孔12。從波紋管40的內(nèi)表面42到外表面46的波紋管厚度可隨著內(nèi)表面42遵從懸掛器18的外輪廓43的錐形而改變。各個(gè)波紋管可具有形成“V形”或“U形”形狀的波動(dòng)部44。間隙48形成于波紋管40的外表面46之間。類似地，間隙50形成于波紋管50的內(nèi)表面42之間。在設(shè)定之前間隙可介于O. 010英寸至O. 75英寸之間。當(dāng)設(shè)定密封組件時(shí)，如圖2中顯示，波紋管40將塌縮，從而減小間隙48(圖I)的寬度，因?yàn)椴y管40向內(nèi)和向外膨脹到懸掛器18的外輪廓43和殼體10的膛孔12中。波紋管 40由金屬形成。除了現(xiàn)有技術(shù)中的那些之外，鼻形環(huán)37上的波紋管40提供了鎖定懸掛器18的機(jī)構(gòu)。繼續(xù)參照?qǐng)D1，激勵(lì)環(huán)60典型地被送入工具(未顯示)或柱(未顯示)的重量推動(dòng)向下，以迫使其進(jìn)入密封環(huán)25的槽ロ 30中。激勵(lì)環(huán)60的上部部分62允許與送入工具或柱有螺紋連接。外部螺母64在組裝和運(yùn)行期間將激勵(lì)環(huán)60的組件保持在一起。激勵(lì)環(huán)60使密封環(huán)25的內(nèi)部密封支腿22和外部密封支腿26抵靠著外部井口部件10和內(nèi)部井口部件18而變形。在設(shè)定操作期間，包括密封環(huán)和鼻形環(huán)37的密封組件著落在懸掛器18的朝上的臺(tái)肩19上。密封組件位于懸掛器18和殼體10之間。激勵(lì)環(huán)60被送入工具或柱的重量推動(dòng)向下。懸掛器18的朝上的臺(tái)肩19和鼻形環(huán)37的朝下的臺(tái)肩39之間形成的反作用點(diǎn)允許施加在激勵(lì)環(huán)60上的力使激勵(lì)環(huán)移動(dòng)到密封環(huán)25的槽ロ 30中。當(dāng)激勵(lì)環(huán)60移動(dòng)到穴30中時(shí)，它會(huì)使密封環(huán)25的內(nèi)部密封支腿22和外部密封支腿26抵靠著殼體10和懸掛器18而變形。通過(guò)激勵(lì)環(huán)60施加的カ還使波紋管40的外徑沿軸向塌縮和沿徑向膨脹。波紋管40的內(nèi)徑沿徑向收縮。波紋管40的內(nèi)表面42接觸懸掛器18的外輪廓43，并且波紋管40的外表面46接觸殼體10的膛孔12。當(dāng)完全沿軸向收縮時(shí)，從波紋管40的內(nèi)徑到外徑的徑向距離大于從懸掛器輪廓43到井口殼體膛孔12的徑向距離。膨脹的波紋管40與懸掛器18和殼體10的這個(gè)接合為密封組件提供了剛性止動(dòng)，從而允許完全地設(shè)定密封件，如圖2中顯示的那樣。一旦設(shè)定，懸掛器18上的任何額外的向上的力都傳遞到鼻形環(huán)37的波紋管40中，從而提高進(jìn)入懸掛器18的外輪廓43和殼體10的膛孔12的徑向カ和摩擦，從而對(duì)懸掛器18提供更大的鎖定能力且防止密封元件25暴露于來(lái)自懸掛器18和套管(未顯示)的全部力。將鼻形環(huán)37設(shè)計(jì)成具有波紋管40還適應(yīng)由于懸掛器18上的碎屑而著落得高的情況。接觸懸掛器輪廓18和殼體膛孔12的波紋管40的表面不形成密封。另外，來(lái)自鼻形環(huán)37的波紋管40的力可足以使懸掛器18的外輪廓43或殼體10的膛孔12變形。在這樣的情況下，這將進(jìn)ー步提高鎖定能力。
在圖3中顯示的另ー個(gè)實(shí)施例中，切ロ或槽ロ 70可沿軸向方向形成于在鼻形環(huán)74上形成的波紋管72上。備選地，槽ロ 70可沿傾斜方向形成于鼻形環(huán)74上的波紋管72上。這個(gè)鼻形環(huán)74通過(guò)帶螺紋連接部76以螺紋的方式連接到密封環(huán)26 (圖I)上。槽ロ 70使得波紋管72的結(jié)構(gòu)不連續(xù)。通過(guò)促進(jìn)波紋管72的塌縮和協(xié)助波紋管72的熱膨脹，槽ロ 70有助于的鼻形環(huán)74的鎖定功能。在另ー個(gè)實(shí)施例中，鼻形環(huán)37的波紋管40部分可由與懸掛器18和殼體10具有不同的熱膨脹系數(shù)的材料制成，這允許波紋管40以更大的速率進(jìn)行熱膨脹，從而増加了其鎖定能力。在圖4中顯示的又一個(gè)實(shí)施例中，齒80可形成于在鼻形環(huán)84上形成的波紋管82上。通過(guò)挖入殼體10(圖I)的膛孔12和懸掛器10 (圖I)的外輪廓43中，齒80有助于鎖定功能。因而，通過(guò)使懸掛器18上的向上的力分擔(dān)在本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的這些機(jī)構(gòu)之間，鎖定能力有利地得到提高。另外，本發(fā)明還可節(jié)約與必須重新進(jìn)行行程以便安裝鎖定懸掛 器相關(guān)聯(lián)的時(shí)間和金錢。另外，對(duì)于本發(fā)明，在殼體中不存在對(duì)額外的定位凹槽的需要，因而允許在運(yùn)行期間有較大的失準(zhǔn)。此書面描述使用了實(shí)例來(lái)公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使得本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。這些實(shí)施例不意圖限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的可授予專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這樣的其它實(shí)例具有不異于權(quán)利要求的字面語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)元素，或如果它們包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則這樣的其它實(shí)例意圖處于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有軸線的井口組件，包括 具有膛孔(12)的外部井口部件(10)； 位于所述膛孔(12)中的內(nèi)部井口部件(18)； 密封環(huán)(25)，其在所述內(nèi)部井口部件和外部井口部件(18，12)之間且與所述內(nèi)部井口部件和外部井口部件(18，12)進(jìn)行密封性接合；以及 在所述密封環(huán)(25)的下部端上的波紋管(40)，所述波紋管(40)能夠沿軸向收縮，具有沿徑向向外膨脹的外表面(46)和沿徑向向內(nèi)收縮的內(nèi)表面(42)，以分別接合所述外部井口部件和內(nèi)部井口部件(18，10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件，其特征在于，所述密封環(huán)(25)具有內(nèi)部環(huán)形部件(22)和包圍所述內(nèi)部環(huán)形部件(22)的一部分的外部環(huán)形部件(26)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其特征在于，所述組件進(jìn)一步包括 環(huán)形激勵(lì)環(huán)(60)，其具有能夠插入所述密封環(huán)(25)的所述內(nèi)部環(huán)形部件和外部環(huán)形部件(22，26)之間的下部端，使得當(dāng)所述激勵(lì)環(huán)￠0)的所述下部端插入所述密封環(huán)(25)的所述內(nèi)部環(huán)形部件和外部環(huán)形部件(22，26)之間時(shí)，所述密封環(huán)(25)的所述內(nèi)部環(huán)形部件和外部環(huán)形部件(22，26)的外壁(24，28)被沿徑向向外推動(dòng)而與所述內(nèi)部井口部件和外部井口部件(18，10)進(jìn)行密封性接合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組件，其特征在于，所述組件進(jìn)一步包括 向下延伸且位于所述密封環(huán)(25)下方的環(huán)形延伸部(32)，所述環(huán)形延伸部(32)具有朝下的下表面(36)； 連接到所述環(huán)形延伸部(32)上的環(huán)形鼻形環(huán)(37)，所述鼻形環(huán)(37)具有接觸所述環(huán)形延伸部(32)的所述下表面(36)的朝上的臺(tái)肩(38)，并且具有用于著落在所述內(nèi)部井口部件(18)的一部分上的下表面(39)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組件，其特征在于，所述波紋管(40)以螺旋形狀形成于所述鼻形環(huán)(37)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組件，其特征在于，所述鼻形環(huán)(37)通過(guò)形成于所述環(huán)形延伸部(32)和所述鼻形環(huán)(37)的向上延伸部之間的帶螺紋連接部(34)連接到所述環(huán)形延伸部(32)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件，其特征在于，所述波紋管(40)包括波動(dòng)部(44)，所述波動(dòng)部(44)在一點(diǎn)處會(huì)合且在所述波動(dòng)部(44)的相對(duì)的端部處形成間隙(48，50)，所述波紋管(40)中的所述間隙存在于設(shè)定之前，當(dāng)所述波紋管(40)在設(shè)定期間塌縮時(shí)所述間隙(48，50)減小。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件，其特征在于，槽口(30)形成于所述波紋管(40)上，并且從所述波紋管(40)的下部端延伸到上部端，以促進(jìn)波紋管(40)在設(shè)定操作期間的塌縮。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件，其特征在于，所述內(nèi)部井口部件(18)包括沿徑向向外突出的臺(tái)肩(19)，以允許所述環(huán)形鼻形環(huán)(37)的所述下表面(39)著落，所述臺(tái)肩在設(shè)定操作期間提供反作用點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件，其特征在于，一組齒(80)形成于所述波紋管(82)的內(nèi)徑表面和外徑表面中的至少一個(gè)上。
11.一種用于將內(nèi)部井口部件(18)密封到外部井口部件(10)上的方法，包括提供密封組件，所述密封組件具有承載在下部端上的波紋管(40)； 使所述密封組件著落和設(shè)定在所述內(nèi)部井口部件和外部井口部件(18，10)之間；響應(yīng)于設(shè)定所述密封組件，使所述波紋管(40)的外表面(46)向外膨脹而接合所述外部井口部件(10)； 使所述波紋管(40)的內(nèi)表面(42)向內(nèi)收縮而接合所述內(nèi)部井口部件(10)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括在所述波紋管(40)的所述表面(42，46)中的一個(gè)上提供齒(80)，并且驅(qū)動(dòng)所述齒接合所述內(nèi)部井口部件和外部井口部件(18，10)中的一個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有波紋管型鼻形環(huán)的密封件。在具有膛孔的井口殼體和套管懸掛器之間的一種密封組件，具有用于抵靠著懸掛器進(jìn)行密封的內(nèi)部密封支腿和用于抵靠著殼體進(jìn)行密封的外部密封支腿。延伸部從外部密封支腿向下延伸，并且具有擱靠在形成于鼻形環(huán)上的朝上的臺(tái)肩的朝下的臺(tái)肩。連接部將密封環(huán)連接到鼻形環(huán)上，鼻形環(huán)的下部部分?jǐn)R靠在套管懸掛器的朝上的臺(tái)肩上。波紋管被形成于鼻形環(huán)上，以提高鎖定能力。波紋管具有朝向懸掛器的外輪廓的內(nèi)表面，以及在波紋管上的朝向殼體的膛孔的外表面。當(dāng)波紋管沿軸向塌縮時(shí)，其沿徑向向外膨脹和沿徑向向內(nèi)收縮到殼體的膛孔和懸掛器的外輪廓中。
文檔編號(hào)E21B33/04GK102817573SQ20121015450
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者D·L·福德, D·C·本森, L·蘭德里奧爾特 申請(qǐng)人:韋特柯格雷公司