本發(fā)明涉及用于抵靠環(huán)繞套管對(duì)較小的生產(chǎn)管道進(jìn)行密封的封隔器裝置,并且具體地意在用于油井中帶套管的井眼。使用封隔器裝置的目的在于:為了封閉且分隔井的不同區(qū)域或部段、為了易于生產(chǎn)例如液體或氣體的碳?xì)浠衔?、或者用于將例如熱蒸汽注入井中、為了增加油具有較高密度的重油應(yīng)用的產(chǎn)量。
本發(fā)明還涉及用于當(dāng)封隔器裝置定位在井中時(shí)通過使用熱效應(yīng)而啟用封隔器裝置的方法。
本發(fā)明還涉及封隔器裝置在井眼中的用途,所述井眼用于生產(chǎn)例如液體或氣體的碳?xì)浠衔锘蛘哂糜趯⒗鐭嵴羝⑷刖小?/p>
背景技術(shù):
常見的是將油井眼或氣井眼鉆入并穿過幾個(gè)通常水平分層的不同的區(qū)域。在這種情況下,通常通過在井眼中在這些區(qū)域之間圍繞管狀元件——例如用于進(jìn)入各個(gè)區(qū)域的生產(chǎn)管道——之間安裝封隔器以將每個(gè)區(qū)域與其上方和下方的區(qū)域分隔。用于實(shí)現(xiàn)這種分隔的已知系統(tǒng)通常使用填充各種流體或水泥的可填充式封隔器或者可機(jī)械擴(kuò)張式封隔器。這些類型的封隔器可能是昂貴的,并且將它們固定就位可能是復(fù)雜的,這是由于固定操作通常需要電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)或機(jī)械系統(tǒng)。還使用不需要進(jìn)行任何額外固定操作的其他類型的封隔器系統(tǒng),這些系統(tǒng)通常包括或者與碳?xì)浠衔锝佑|時(shí)反應(yīng)且膨脹的可膨脹式彈性封隔器,或者安裝至管道的彈性體皮碗式封隔器。這兩種類型的封隔器由于彈性體中所使用的材料特性而在高溫應(yīng)用方面有局限性。
因此,需要能夠容易地安裝、并承受高溫、機(jī)械應(yīng)變、磨損和腐蝕的封隔器裝置,并且該封隔器裝置可以以較低或合理的成本制造并安裝。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
發(fā)明目的
本發(fā)明的目的是提供一種上述問題的解決方案并且提出一種改進(jìn)的封隔器裝置,該封隔器裝置可以用于在井/帶套管的孔中進(jìn)行密封,以使得在井中產(chǎn)生一個(gè)或更多個(gè)分隔區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的另一目的是在井中的生產(chǎn)管道和/或注入管道與環(huán)繞套管之間產(chǎn)生密封。
根據(jù)本發(fā)明的又一目的是提供下述封隔器裝置:該封隔器裝置在定位在井中時(shí)可以在不需要任何額外的啟用設(shè)備或工序的情況下在一個(gè)單次行進(jìn)中安裝并且啟用。
根據(jù)本發(fā)明的再一目的是提供下述封隔器裝置:該封隔器裝置可以在環(huán)境溫度升高時(shí)——例如在蒸汽注入井中時(shí)_自動(dòng)啟用。
根據(jù)本發(fā)明的另一目的是提供下述封隔器裝置:該封隔器裝置在安裝并啟用時(shí)可以在管道中相對(duì)于套管進(jìn)行例如由熱膨脹引起的特定運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的又一目的是提供一種易于制造的可靠的封隔器裝置,該封隔器裝置可以在一次行進(jìn)時(shí)安裝并進(jìn)入到井中,并且該封隔器裝置使用起來實(shí)用、有效并安全。
根據(jù)本發(fā)明的這些及其他目的將在下面進(jìn)行描述。
發(fā)明的概述和有益效果
所提及的目的通過在獨(dú)立權(quán)利要求1、21和22中限定的本發(fā)明來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的其他實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中示出。
本發(fā)明總體上涉及井眼區(qū)域分隔工具領(lǐng)域以及井眼區(qū)域分隔工具在油井和氣井操作中使用的方法。本發(fā)明特別地適用于高溫應(yīng)用,通常適用于重油開采操作,其中,高溫以及通過管道注入并且進(jìn)入地層(區(qū)域)中的蒸汽聯(lián)合起來要求能夠承受惡劣環(huán)境的密封材料。
本發(fā)明特別地涉及一種密封裝置、即“封隔器裝置”,主要意在用于對(duì)特別是高溫井中的井眼中的一個(gè)或更多個(gè)區(qū)域進(jìn)行分隔,井眼中被注入例如蒸汽以提高重油的采收率。本發(fā)明的溫度設(shè)定的區(qū)域分隔的封隔器裝置可以作為單個(gè)單元或以位于多個(gè)限定位置的多個(gè)單元的形式安裝至生產(chǎn)管道以將井中的不同區(qū)域進(jìn)行分隔。
當(dāng)封隔器裝置安裝在井中時(shí),該裝置由于環(huán)境溫度的升高而啟用。整合在封隔器裝置中的缸體填充有受熱膨脹的流體,例如氮?dú)?。由于來自被加熱的流體的壓力的增大而產(chǎn)生的力經(jīng)由內(nèi)部活塞對(duì)例如剪切螺釘?shù)囊唤M剪切構(gòu)件進(jìn)行剪切,并且在剪切之后,內(nèi)部活塞來回運(yùn)動(dòng)。連接至內(nèi)部活塞的外部活塞和缸體移動(dòng)分開并且使兩個(gè)密封元件擴(kuò)張,從而產(chǎn)生了朝向套管的內(nèi)部的阻隔。密封元件通過整合在缸體和/或外部活塞中的鎖定系統(tǒng)來保持?jǐn)U張。
因此,本發(fā)明的第一實(shí)施方式是提供下述封隔器裝置:該封隔器裝置包括基于使用增大的壓力的啟用機(jī)構(gòu),該增大的壓力在封隔器裝置內(nèi)部的封閉容積中的介質(zhì)——優(yōu)選地為例如氮?dú)獾臍怏w——被加熱時(shí)而產(chǎn)生。
本發(fā)明包括在每個(gè)端部處具有螺紋連接部的管狀主體,該管狀主體可以連接至井的生產(chǎn)/注入管道柱。具有活塞裝置的缸體附接至主體。缸體和活塞兩者均能夠在固定的邊界內(nèi)沿著主體移動(dòng)/滑動(dòng)。缸體在地面處被填充例如氣體的流體/介質(zhì)以計(jì)算隨著升高的溫度而增大的壓力。多個(gè)剪切構(gòu)件防止該裝置啟用直至其在安裝在井中時(shí)被加熱為止。至少一個(gè)可擴(kuò)張的密封元件附接至本體,并且定位在可移動(dòng)的外部活塞與在本體上的固定位置處的止動(dòng)元件之間。密封元件借助于錐形形狀的活塞和/或具有錐形形狀的外端部的缸體而向外擴(kuò)張至環(huán)繞套管,從而在封隔器本體與套管之間產(chǎn)生可靠的密封。
作用在活塞上的軸向力由缸體內(nèi)部的膨脹介質(zhì)/流體/氣體的壓力而產(chǎn)生。缸體內(nèi)部的壓力作用在內(nèi)部活塞上,其中,相對(duì)較小的區(qū)域暴露于井中的環(huán)境壓力。內(nèi)部活塞連接至外部活塞,并且一旦剪切元件已經(jīng)進(jìn)行剪切,軸向力就被傳遞至密封元件。鎖定系統(tǒng)保持外部活塞和缸體處于其擴(kuò)張位置,從而確保封隔器裝置(及其本體)與套管之間的密封。在裝置的每個(gè)端部處使用一個(gè)或更多個(gè)柔性調(diào)整環(huán)以使該裝置在套管中居中。制造得比位于初始位置的套管的最大內(nèi)徑略微更大的柔性調(diào)整環(huán)將用作擠壓阻隔件,并且防止密封元件在套管與裝置的外徑之間被擠壓。當(dāng)在裝置的安裝期間進(jìn)入套管時(shí),由適合的鋼制材料制成的柔性調(diào)整環(huán)將彈性地向內(nèi)壓縮,并且在rih期間,柔性調(diào)整環(huán)總是保持與套管接觸。柔性調(diào)整環(huán)的功能與發(fā)動(dòng)機(jī)中活塞環(huán)的功能類似。
裝置的缸體保持了隨著升高的溫度而擴(kuò)張的介質(zhì)/流體/氣體的限定容積。優(yōu)選的介質(zhì)是氮?dú)?,但根?jù)應(yīng)用和用途可以使用其他介質(zhì)。缸體的容積由封隔器本體的外徑、裝置的最大外徑、缸體的長(zhǎng)度和裝置的壓力等級(jí)來確定。容積可以通過改變缸體的長(zhǎng)度而適用于所使用的介質(zhì)和應(yīng)用。
缸體在一個(gè)端部是封閉的而在另一端部處具有軸向可移動(dòng)的活塞裝置。缸體安裝至本體,使得缸體/活塞裝置的兩個(gè)端部可以在流體膨脹時(shí)相對(duì)于本體并且相對(duì)于彼此軸向移動(dòng)。通過將密封元件定位在可移動(dòng)的缸體/活塞系統(tǒng)的一側(cè)或兩側(cè)上并且定位在牢固地安裝至本體的固定的止動(dòng)元件(多個(gè)止動(dòng)元件)或端部支承件(多個(gè)端部支撐件)之間,密封元件(多個(gè)密封元件)將在缸體/活塞系統(tǒng)擴(kuò)張時(shí)變形并且被向外朝向套管推壓/按壓。
為了使作用在密封元件(多個(gè)密封元件)上的、由缸體中的壓力所產(chǎn)生的力最大化,使用內(nèi)部活塞。該內(nèi)部活塞通過位于缸體的一個(gè)端部處的密封的端蓋連接至外部活塞。如此以來,由井中的環(huán)境壓力產(chǎn)生的、朝向缸體中的壓力所產(chǎn)生的力作用的負(fù)力減小。與缸體內(nèi)部起積極作用區(qū)域相比,暴露于消極地作用在內(nèi)部活塞上的井壓的相對(duì)區(qū)域相對(duì)較小。
缸體配裝有兩個(gè)帶螺紋并且密封的塞部,塞部用于使缸體填充優(yōu)選的介質(zhì)/流體/氣體。缸體在被安裝在井中之前在地面處被填充至預(yù)限定壓力。預(yù)限定壓力針對(duì)每種應(yīng)用計(jì)算,并且與所使用的介質(zhì)、井中的環(huán)境溫度和壓力以及密封元件的所需的坐封力相關(guān)。
為了防止缸體/活塞在裝置被填充時(shí)移動(dòng),使用多個(gè)剪切構(gòu)件。剪切構(gòu)件配裝至缸體的端蓋中的螺紋孔,并且進(jìn)入外部活塞中的凹槽,從而將兩個(gè)部件鎖定至彼此。剪切構(gòu)件的數(shù)量和所使用的材料基于填充到缸體中的介質(zhì)壓力所產(chǎn)生的力乘以安全系數(shù)、以及缸體中在升高的溫度處的壓力所產(chǎn)生的力來選擇。
缸體中的在升高的溫度處的增大壓力將產(chǎn)生下述力:該力在井中將對(duì)剪切構(gòu)件進(jìn)行剪切并且允許缸體/活塞相對(duì)于彼此擴(kuò)張。用于剪切構(gòu)件的優(yōu)選材料是黃銅,但也可以根據(jù)應(yīng)用而使用其他材料。
來自缸體/活塞的力將作用在密封元件上,這將使密封元件變形并且在裝置的本體與套管之間產(chǎn)生密封。在完全擴(kuò)張位置中,鎖定機(jī)構(gòu)將阻止缸體/活塞軸向移回,從而保持施加至密封元件的坐封力。
鎖定機(jī)構(gòu)包括具有內(nèi)螺紋和外螺紋的分開式的鎖定環(huán),本體(管道部件)上具有對(duì)應(yīng)的外螺紋位,并且外部活塞/缸體中具有對(duì)應(yīng)的內(nèi)螺紋。鎖定環(huán)可以在裝置的啟用期間通過徑向擴(kuò)張而與外部活塞/缸體一起行進(jìn)。只要缸體/活塞相對(duì)于本體移動(dòng),鎖定環(huán)就將穿過本體的外螺紋。在缸體/活塞位于其完全擴(kuò)張位置時(shí),鎖定環(huán)將防止缸體/活塞沿相反的方向返回?;钊?缸體的內(nèi)螺紋將迫使鎖定環(huán)朝向本體,并且螺紋的豎向部分將彼此接合,以防止軸向運(yùn)動(dòng)。這種類型的鎖定系統(tǒng)通常在類似的井下工具中使用并且不再進(jìn)行描述。
為了保持裝置在套管中居中,一個(gè)或更多個(gè)柔性調(diào)整環(huán)在封隔器裝置的每個(gè)端部處附接至本體。通過使裝置保持居中,可獲得的坐封力的大部分將傳遞至密封元件并且將有助于實(shí)現(xiàn)朝向套管的對(duì)稱密封。柔性調(diào)整環(huán)與套管接觸并且具有類似于發(fā)動(dòng)機(jī)中的常規(guī)活塞環(huán)的功能。該設(shè)計(jì)允許柔性調(diào)整環(huán)填補(bǔ)套管中的直徑公差,并且柔性調(diào)整環(huán)通??偸潜3峙c套管的物理接觸。
柔性調(diào)整環(huán)的形狀設(shè)計(jì)成減小對(duì)套管的摩擦并且減小在封隔器裝置安裝在井中時(shí)壓縮柔性調(diào)整環(huán)的所需的力。柔性調(diào)整環(huán)還將用作擠壓阻隔件,從而防止密封元件在井中的高溫和高壓下被擠壓穿過套管與封隔器裝置的外徑之間的間隙。
本發(fā)明的之前未顯現(xiàn)出/未知的重要優(yōu)點(diǎn)在于:封隔器裝置在環(huán)境溫度升高至限定水平時(shí)啟用。這將例如在井中注入蒸汽時(shí)發(fā)生。因此,一旦封隔器裝置在被定位在井中,就不再需要任何其他的外部設(shè)備或工序來啟用封隔器裝置。這意味著多個(gè)封隔器裝置可以安裝至管道并且在一次下井時(shí)進(jìn)入到井中,這節(jié)省了時(shí)間,并且提供了將井中的不同區(qū)域分隔的經(jīng)濟(jì)有效的方式。
附圖說明
將參照非限制性示例性實(shí)施方式并參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地描述,在附圖中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的示出為位于具有套管的井眼中的封隔器裝置的部分截面圖。
圖2是封隔器裝置處于未啟用孔位置(rih)的側(cè)視截面圖。
圖3是如圖2中那樣的封隔器裝置的側(cè)視截面圖,不過封隔器裝置處于啟用(set)且擴(kuò)張的位置。
圖4是封隔器裝置處于其未啟用位置的更詳細(xì)的側(cè)視圖。
圖5更詳細(xì)地示出了柔性調(diào)整環(huán)14a、14b中的一者。
圖6示出包括位于封隔器裝置1的端部附近的兩個(gè)柔性調(diào)整環(huán)14a、14b的整個(gè)封隔器裝置1。
圖7是封隔器裝置的局部側(cè)視圖,其示出了密封元件中的一個(gè)密封元件、缸體的外部成錐形形式的部件以及鎖定系統(tǒng)和柔性調(diào)整環(huán)。
圖8是封隔器裝置的局部側(cè)視圖,其示出了另一密封元件、內(nèi)部活塞和外部活塞。
圖9是在啟用時(shí)保持鎖定元件擴(kuò)張的鎖定機(jī)構(gòu)的放大的側(cè)視截面圖。
圖10是鎖定機(jī)構(gòu)的一個(gè)部件、即分開式鎖定環(huán)的立體圖。
具體實(shí)施方式
圖1至圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的不同部件和/實(shí)施方式,其中示出了在具有套管柱的井眼中、優(yōu)選地在高溫應(yīng)用下使用的用于分隔井中的區(qū)域的溫度啟用區(qū)域分隔封隔器裝置。要強(qiáng)調(diào)的是,本發(fā)明不以任何方式限于特定用途的封隔器裝置,而是可以應(yīng)用于需要進(jìn)行密封的任何應(yīng)用,只要實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的即可。
圖1是本發(fā)明的溫度啟用區(qū)域分隔封隔器裝置的局部截面立體圖。
根據(jù)本發(fā)明的封隔器裝置1包括幾個(gè)主要部件:
●封閉但可擴(kuò)張的容積,例如環(huán)形或襯領(lǐng)形式的缸體/活塞裝置2,該缸體/活塞裝置2定位在位于套管4中的管道3的一部分上并且包括“缸體”5,該缸體5填充有預(yù)限定壓力的流體,例如氮?dú)?,該壓力根?jù)井中環(huán)境條件——例如其溫度和壓力——來計(jì)算,
●“剪切構(gòu)件”6,該剪切構(gòu)件6在常溫下將封隔器裝置1的滑動(dòng)部分保持就位,但在達(dá)到來自缸體5中的被加熱且擴(kuò)張的流體的預(yù)限定力時(shí)進(jìn)行剪切,
●一個(gè)或更多個(gè)“密封元件”7a、7b,密封元件7a、7b由于封隔器裝置1中的擴(kuò)展流體產(chǎn)生的力的作用而通過缸體/活塞裝置2擴(kuò)張并且朝向套管4被徑向向外推動(dòng)/按壓,從而在封隔器裝置1、管道本體3與套管4之間產(chǎn)生阻隔或密封,
●“鎖定系統(tǒng)”8,在擴(kuò)張后,鎖定系統(tǒng)8將封隔器1的可移動(dòng)部件保持就位在“固定”位置中。
●柔性調(diào)整環(huán)fgr14a、14b,柔性調(diào)整環(huán)14a、14b形成設(shè)置在封隔器裝置1的端部處的“定心器和/或擠壓阻隔件”,以使封隔器裝置1在套管4中居中。柔性調(diào)整環(huán)14a、14b還用作擴(kuò)張的密封元件的擠壓阻隔件。
管道本體3具有下述管的形式:該管具有設(shè)置有螺紋9a、9b的第一端部和第二端部,封隔器裝置1可以通過螺紋9a、9b連接至井中的整個(gè)管道系統(tǒng)(未示出)。
封隔器裝置1的材料選擇可以取決于實(shí)際應(yīng)用中的機(jī)械和化學(xué)環(huán)境,但封隔器裝置1的各個(gè)部件通常由鋼制成。
圖2和圖3是封隔器裝置1的側(cè)視截面圖。在附圖中,封隔器裝置1的管道本體3以其全部長(zhǎng)度的形式示出。在圖2中,封隔器裝置1處于未啟用(rih)位置,以及在圖3中,封隔器裝置1處于啟用及擴(kuò)張(set)位置,其中,密封元件7a、7b壓靠套管4的內(nèi)壁。封隔器裝置1形成井中的整個(gè)管道的一部分并且在這些附圖中封隔器裝置1示出為位于套管柱4的內(nèi)部。縱向且可滑動(dòng)地設(shè)置的缸體5形成包含流體,例如氮?dú)猓姆忾]的可擴(kuò)張的容積。在封隔器裝置1進(jìn)入到井中之前,流體可以在地面處通過填充塞10填充到缸體5中。缸體連接至至少一個(gè)可移動(dòng)元件,例如內(nèi)部活塞11和/或外部活塞12,或者與至少一個(gè)可移動(dòng)元件結(jié)合成一體。內(nèi)部活塞11以可軸向滑動(dòng)的方式設(shè)置在缸體5的內(nèi)部并且推靠部分錐形形式的外部活塞12。多個(gè)o形圈將各個(gè)可移動(dòng)的部件密封至彼此并且密封至封隔器裝置1的本體。
缸體5與活塞11、12適于相對(duì)于彼此軸向移動(dòng),但缸體5和活塞11、12通過剪切構(gòu)件6沿軸向方向保持在一起,該剪切構(gòu)件6適于在預(yù)限定的軸向力由于缸體5中增大的壓力而超過剪切構(gòu)件6的總剪切值時(shí)進(jìn)行剪切。當(dāng)缸體5內(nèi)部的流體暴露于來自例如通過管道3注入到井中的熱蒸汽的周圍熱量時(shí),缸體5內(nèi)的流體壓力增大。在由流體壓力產(chǎn)生的特定力下,剪切構(gòu)件6進(jìn)行剪切,并且缸體5和活塞11、12沿彼此相反的方向滑動(dòng),從而使錐形形式的外部活塞12和缸體5的錐形形式的外端部壓靠密封元件7a、7b并且至少部分地按壓在密封元件7a、7b下方。密封元件7a、7b從封隔器裝置本體朝向環(huán)繞套管4的壁被向外推動(dòng),并且從而對(duì)管道3與套管4之間的環(huán)形部分進(jìn)行有效密封。密封元件7a、7b可以由任何有彈性的彈性體或者熱塑性材料或者類似材料制成。在高溫或惡劣的化學(xué)環(huán)境下,在密封元件7a、7b中可以使用不同類型的熱塑性組合物。
鎖定系統(tǒng)8將缸體5和/或外部活塞12鎖定在其軸向擴(kuò)張位置并且從而將密封元件7a、7b牢固地保持在其向向外啟用/擴(kuò)張位置,即使在封隔器裝置1的環(huán)境溫度下降、例如在蒸汽注入階段接近結(jié)束的情況下也是如此。
為了提供所需的剪切條件,剪切構(gòu)件6的數(shù)量和剪切構(gòu)件6的材料被適配并且被調(diào)整成以根據(jù)期望的剪切力值的預(yù)限定的力進(jìn)行剪切。構(gòu)件6的數(shù)量基于流體——即氮?dú)狻奶畛鋲毫?、和由井中增大的溫度和氣壓引起的可獲得力的組合確定。剪切構(gòu)件6的優(yōu)選材料為黃銅,這是由于黃銅具有良好的剪切性質(zhì)。其他可能的材料可以是不同類型的鋼、例如低強(qiáng)鋼或高強(qiáng)鋼。
為了進(jìn)行參照,圖4是封隔器裝置1的更大的、更詳細(xì)的側(cè)視截面圖,此處示出的是封隔器裝置1處于其未啟用(rih)位置。缸體/活塞裝置2包括四個(gè)主要部件:缸體5自身、一個(gè)端蓋13、一個(gè)內(nèi)部活塞11和一個(gè)外部活塞12。缸體5形成用于流體——即氣體——的封閉的容積,流體在擴(kuò)張時(shí)作用在內(nèi)部活塞11上。端蓋13覆蓋/保護(hù)內(nèi)部活塞11,從而使內(nèi)部活塞11的暴露于井壓的區(qū)域最小化。這使得井壓抵抗缸體6內(nèi)部的流體壓力的負(fù)面影響最小化,從而導(dǎo)致更大的力作用在內(nèi)部活塞11和外部活塞12上,并且最終作用在密封元件7a、7b上。
由此,內(nèi)部活塞11的作用是減小井壓pw——該井壓將一直存在于井中——的影響。作用在外部活塞12(和密封元件7a)上的力f是力f1和f2的和(其中,f2是負(fù)的)。f1是由作用在內(nèi)部活塞11的較大區(qū)域a1上的壓力所產(chǎn)生的力,而f2是作用在內(nèi)部活塞11的較小區(qū)域a2上的井壓pw所產(chǎn)生的力。重要的效果是使井壓pw所作用的區(qū)域a2最小化。剪切構(gòu)件6定尺寸成在大氣壓pa下對(duì)于f1處于保持狀態(tài)(增加安全裕度),但將在會(huì)影響井中的封隔器裝置1的升高的溫度處進(jìn)行剪切,這是由于缸體5中增大的壓力p1給出了更高的力f1。
柔性調(diào)整環(huán)14a、14b(fgr)用在封隔器裝置1的端部處,以使封隔器裝置1在套管4中、尤其在大致水平的井/套管4中居中。
圖5更詳細(xì)地示出了柔性調(diào)整環(huán)14a、14b中的一者。柔性調(diào)整環(huán)14a、14b包括兩個(gè)環(huán)形或圓形形式的部件17a、17b,部件17a、17b均在一個(gè)位置中形成有切口18a、18b,這使得每個(gè)圓形部件17a、17b是柔性的或是可壓縮的,即,部件17a、17b以及由此柔性調(diào)整環(huán)14a、14b的直徑可以是變化的,這使得部件17a、17b以及柔性調(diào)整環(huán)14a、14b可以適應(yīng)環(huán)繞套管4中的變化。兩個(gè)部件17a、17b在其圓周的一部分處通過橋接部19彼此連接。柔性調(diào)整環(huán)14a、14b通過形成在封隔器裝置1的端部處的止動(dòng)元件15a、15b中的兩個(gè)邊緣20a、20b(見圖7)在封隔器裝置1中保持居中。
位于每個(gè)圓形部件17a、17b的外側(cè)部上的凸緣20a、20b設(shè)置成與止動(dòng)元件15a、15b中的對(duì)應(yīng)的凸緣21a、21b相互作用,以將柔性調(diào)整環(huán)14a、14b保持到封隔器裝置1中,并且使柔性調(diào)整環(huán)14a、14b能夠使封隔器裝置1在套管4中居中。
柔性調(diào)整環(huán)14a、14b設(shè)置有比套管4的內(nèi)徑略微更大的外徑,并且意在使柔性調(diào)整環(huán)14a、14b應(yīng)當(dāng)總是保持與套管4接觸,即使在套管的直徑可以變化的情況下也是如此。
柔性調(diào)整環(huán)14a、14b應(yīng)當(dāng)定尺寸成將封隔器裝置1保持在套管4的中心,但同時(shí)不會(huì)徑向向外地抵著套管施加太大的力。
使封隔器裝置1在套管4中居中的優(yōu)點(diǎn)在于由缸體/活塞裝置2產(chǎn)生的力不必用于提升封隔器裝置1,尤其在位于水平套管4中時(shí)。這意味著最大的力將用于將密封元件7a、7b向外擴(kuò)張至套管,并且封隔器裝置1將如預(yù)期的那樣作用。
柔性調(diào)整環(huán)14a、14b同時(shí)還設(shè)置為用作擠壓阻隔件,從而防止由柔性材料制成的密封元件7a、7b擠壓穿過套管4與封隔器裝置1之間的間隙,這種情況可能會(huì)在其他情況下在高溫及高壓下發(fā)生。
圖6示出了包括位于封隔器裝置1的端部附近的兩個(gè)柔性調(diào)整環(huán)14a、14b的整個(gè)封隔器裝置1。柔性調(diào)整環(huán)14a、14b使封隔器裝置1在套管4中保持處于既平衡又居中的狀態(tài),即使在封隔器裝置1位于水平套管4中的情況下也是如此。
圖7是封隔器裝置1的局部側(cè)視圖,其示出了密封元件中的一者7a、缸體5的外部錐形形式的部分、以及鎖定系統(tǒng)8和柔性調(diào)整環(huán)14a。密封元件7a設(shè)計(jì)有與缸體5對(duì)準(zhǔn)的錐形形式的端部,而該缸體5又具有錐形形式的外端部。缸體5的該外端部還形成鎖定系統(tǒng)8的包括鎖定環(huán)16的部分。位于密封元件7a的相反的側(cè)部上的是固定的止動(dòng)元件15a,該止動(dòng)元件15a設(shè)置至封隔器裝置1的本體3,從而在缸體5抵靠密封元件7a移動(dòng)、由此在密封元件7a上施加機(jī)械力時(shí)防止密封元件7a軸向滑動(dòng)。此處的止動(dòng)元件15a、15b還用作調(diào)整環(huán)本體,從而將柔性調(diào)整環(huán)14a、14b保持就位。柔性調(diào)整環(huán)14a、14b的兩個(gè)部件17a、17b中的每一者的外表面略微凸出地形成,以使得可以將封隔器裝置更容易地安裝在套管4中。每個(gè)該表面的角度設(shè)置有相對(duì)于套管4的內(nèi)表面的相對(duì)較小的角度α,并且這將導(dǎo)致封隔器裝置1可以通過相對(duì)較小的軸向力來安裝到套管4中。
圖8是封隔器裝置1的局部側(cè)視圖,其更詳細(xì)地示出了另一密封元件7b、內(nèi)部活塞11、外部活塞12以及剪切構(gòu)件6。剪切構(gòu)件6在封隔器裝置1處于未啟用位置時(shí)使端蓋13和外部活塞12保持固定至彼此。位于密封元件7b的相反側(cè)部上的是固定至封隔器裝置1的本體3的另一止動(dòng)元件15b。
圖9是鎖定系統(tǒng)8的放大的側(cè)視截面圖,該鎖定系統(tǒng)8在啟用時(shí)保持密封元件7a擴(kuò)張。鎖定系統(tǒng)8包括三個(gè)元件:具有內(nèi)螺紋和外螺紋兩者的分開式鎖定環(huán)16、位于管道本體3上的外部細(xì)牙螺紋、以及位于缸體5和外部活塞12(此處未示出)上的較大的內(nèi)螺紋。鎖定環(huán)16分開以允許其部分地向外擴(kuò)張。鎖定環(huán)16可以隨著缸體5和/或外部活塞12軸向單向移動(dòng),但被管道本體3上的螺紋限制移回。
當(dāng)缸體5和/或活塞12軸向移動(dòng)時(shí),鎖定環(huán)16通過與外螺紋的機(jī)械接觸而沿相同的方向被朝向缸體5和/或活塞12中的對(duì)應(yīng)的螺紋推動(dòng)。由于鎖定環(huán)16是分開式的,其可以擴(kuò)張并且可以“躍過”管道本體3的螺紋。將缸體5和/或活塞12的內(nèi)螺紋制造的較深以允許鎖定環(huán)16擴(kuò)張,但處于鎖定且“封閉”位置的鎖定環(huán)16的外螺紋仍保持與筒件5和/或活塞12的內(nèi)螺紋接觸。
當(dāng)缸體5和/或活塞12位于固定位置時(shí),來自擴(kuò)張的密封元件7a、7b的回彈將試圖迫使缸體5和/或活塞12返回至其初始位置。鎖定環(huán)16現(xiàn)在將被缸體5和活塞12中的內(nèi)螺紋朝向本體3向內(nèi)按壓。這將迫使內(nèi)螺紋的豎向部分與管道本體3的對(duì)應(yīng)的螺紋接合,并且這將鎖定環(huán)16鎖定在其位置中,并且當(dāng)然也防止缸體5和/或活塞12相對(duì)于管道本體3移動(dòng),并且防止缸體5和/或活塞12移回。
圖10是具有其內(nèi)螺紋和外螺紋的分開式鎖定環(huán)16的立體圖。鎖定環(huán)16優(yōu)選地由具有彈性特性的材料制造。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式,鎖定環(huán)由鋼制成。
上述描述主要意在使本發(fā)明易于理解。本發(fā)明當(dāng)然不限于上述實(shí)施方式,并且在本發(fā)明和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi),本發(fā)明的其他變型是可能且可想到的。當(dāng)然,本發(fā)明可以在未在此處提及的其他應(yīng)用中使用,并且在缸體5中使用的流體可以是任意形式的氣體或液體。也可以使用僅一個(gè)密封元件7a/7b。在這種情況下,缸體5或外部活塞12中的僅一者是可移動(dòng)的。封隔器裝置1當(dāng)然也可以用于除了上文描述之外的其他目的和其他用途領(lǐng)域,例如熱水井,或者用于在一般的管道中的密封應(yīng)用。