專利名稱：密封件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及密封件和密封布置,特別是用在繩索閥(wireline valve)中的密封件和密封布置。發(fā)明背景
密封件阻止或緩解一種流體泄漏到另一種流體中。其可以被有選擇地應(yīng)用，即直到達(dá)到某一條件才可能允許流動(dòng)且使這樣的流體流動(dòng)停止是合意的。在繩索的井下介入(well intervention)環(huán)境中，這樣的密封件和密封布置的一種應(yīng)用是繩索閥。當(dāng)繩索在基于繩索介入的情形下出現(xiàn)在井眼(wellbore)中時(shí)，繩索閥或“WLV”是用在井眼上的備用閥。井眼通常在其內(nèi)具有在升高的溫度和壓力下高度易燃的流體。如果在繩索例如絞合線上出現(xiàn)機(jī)械問題，則WLV可以圍繞繩閉合以密封井眼，允許在繩的在閥上的部分上執(zhí)行補(bǔ)救工作。這樣的繩索閥可能必須密封井持續(xù)延長(zhǎng)的時(shí)間段，通常多于12小時(shí)，直到繩索和相關(guān)裝置可以被修理或更換這樣的時(shí)間，井眼被永久地密封或或者做出某些其他的介入。有兩種一般類型的繩索閥柱塞(wireline valve ram):繩尺寸的柱塞和剪切/密封柱塞類型。繩尺寸的柱塞，不論其是多繩尺寸構(gòu)型或特定繩尺寸構(gòu)型，都使繩索閥能夠在激活時(shí)圍繞靜態(tài)纜線閉合。柱塞包含橡膠元件，其在通過液壓致動(dòng)器激活時(shí)圍繞纜線施加這樣的橡膠壓力以便生成有效的密封件。第二組柱塞連同注射到中間空隙的標(biāo)準(zhǔn)粘性油脂，通過圍繞纜線施加橡膠壓力以及填充纜線內(nèi)部的中間空隙的油脂，生成了有效井屏障。在繩已經(jīng)被切割并放下后，剪切/密封類型的柱塞使柱塞前方處的切割元件與封閉密封件(blind seal)相結(jié)合，以生成有效的井屏障。柱塞繩索閥通常具有兩個(gè)門狀構(gòu)件，該門狀構(gòu)件在正常操作位置中定位在繩索閥的中心孔的任一側(cè)并且在致動(dòng)時(shí)被推動(dòng)在一起以防止液體流動(dòng)。繩索閥的密封件可能不得不經(jīng)受井眼流體升高的溫度和壓力。橡膠或某些其他的彈性體材料常常是最佳的密封材料，因?yàn)槠鋸椥院筒粷B透性可以產(chǎn)生良好的密封布置。然而，其可能不是最適合于高溫和高壓的，并且如果經(jīng)受這樣的情況持續(xù)延長(zhǎng)的時(shí)間，則密封件可能屈服和流動(dòng)并最終失效。任一類型的密封件通常將通過在任一側(cè)上使彈性體材料附接到金屬加強(qiáng)板或者更典型地通過將彈性體材料夾在兩個(gè)金屬板之間而被加強(qiáng)。通常，繩索閥將具有繩索、桿或懸掛穿過繩索閥的管，或者該繩索、桿或管可以附接到井下工具或監(jiān)控裝置。繩索閥密封件常常被改裝成使得在激活時(shí)，在這些繩索、桿或管周圍形成緊密的密封，然而密封件不切斷這些繩索、桿或管也不是通過其存在而被阻止的良好密封件。在繩索閥柱塞中，金屬板的配合密封面通常將包括平行于繩索定位的互補(bǔ)通路(例如)，使得在防噴器被激活時(shí)，通路在鄰接的金屬板中形成將繩索裝入其中的孔。彈性體密封主體最初將具有平坦的配合密封側(cè)面，且材料的彈性允許其被圍繞繩索來定形而不切斷繩索。剛性的鋼板需要在其中切割通道或者其可能阻止形成良好的密封或者可能損壞/切斷繩索。直接圍繞繩索的彈性體材料可能經(jīng)受來自于井眼中流體的直接壓力和潛在提高的溫度，即鋼加固板可能不完全地覆蓋材料的該部分。彈性體材料然后可能傾向于圍繞繩索流動(dòng)或半液化，并且從而在充足的暴露時(shí)間后最終破壞密封件。繩索閥柱塞和相關(guān)內(nèi)密封件被 設(shè)計(jì)成使得當(dāng)在井壓條件下密封時(shí)柱塞由井壓力而不是液壓致動(dòng)器供給能量。柱塞在致動(dòng)器和柱塞主體之間具有一定量的運(yùn)行間隙，這使柱塞能夠獨(dú)立于致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)，通常是大約1/8”的線性運(yùn)動(dòng)。而且，內(nèi)密封件在背部處具有一部分，在該部分處橡膠沿著向后的方向突出越過支撐板，確保了柱塞主體和內(nèi)密封件之間的壓力面完全由橡膠形成。因?yàn)橹麑⒊掷m(xù)運(yùn)動(dòng)以補(bǔ)償損失的橡膠體積，所以這確保了甚至在橡膠于纜線接觸面上的流動(dòng)/損失的情況下柱塞能夠保持橡膠壓力。從而，內(nèi)密封件可以適應(yīng)某一量的橡膠損失而不損失密封完整性。限制橡膠的該損失在內(nèi)密封件的設(shè)計(jì)中是關(guān)鍵的。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供了密封件，其包括具有密封表面的彈性體密封主體、鄰近密封表面嵌在彈性體密封主體內(nèi)的多個(gè)大體上平坦的插入件，并且該密封件具有設(shè)置在多個(gè)大體上平坦的插入件之間的彈性體密封材料。彈性體密封主體可以是大體上立方體或螺旋管的形狀。關(guān)于“大體上平坦的”，應(yīng)理解，該定義還包括大體上楔形的或棱柱狀的插入件，其具有通常大的表面尺寸與平均厚度比率。大體上平坦的插入件可以是金屬的，并且可以是銅合金，例如黃銅或鋁青銅。大體上平坦的插入件可以具有略微楔形的形狀，從直接相鄰于密封表面采用的第一厚度擴(kuò)展到在其遠(yuǎn)端處的第二厚度。該第二厚度可以小于該第一厚度的兩倍。設(shè)置在相鄰的大體上平坦的插入件之間的彈性體材料的厚度可以等于或小于大體上平坦的插入件的第二厚度，并且可以等于或小于大體上平坦的插入件的第一厚度。該厚度可以等于或小于2mm，并且可以等于或小于1mm。多個(gè)大體上平坦的插入件可以以大體上扇形的定向嵌入到彈性體密封主體中。其可以被定向使得在接觸要被圍繞密封的大體上管狀主體并隨后使密封主體圍繞所述大體上管狀主體變形的情況下，多個(gè)大體上平坦的插入件變成定向?yàn)槭沟闷鋸拇篌w上管狀的主體徑向延伸。大體上平坦的插入件在第一厚度處的第一邊緣可以被暴露，即其不被等體積(isometric)材料所覆蓋。大體上平坦的插入件的垂直地相鄰于第一邊緣的第三邊緣也可以被暴露，即其不被等體積材料所覆蓋。在使用中，第一邊緣和第三邊緣兩者可以分別被例如要被密封的大體上管狀主體和加固板覆蓋。密封主體可以具有相鄰于密封主體的密封表面和第一表面的多個(gè)大體上平坦的插入件的第一布置以及相鄰于密封主體的密封表面和第二表面的多個(gè)大體上平坦的插入件的第二布置，第一表面相鄰于并大體上垂直于密封表面，第二表面也相鄰于并大體上垂直于密封表面。第一表面和第二表面可以是密封主體的上表面和下表面。
在第一布置和第二布置的最內(nèi)范圍之間可以有密封主體的不連續(xù)厚度。該范圍可以由大體上平坦的加固元件的第四邊緣來界定，該第四邊緣是與第三邊緣相對(duì)的邊緣。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了包括至少一個(gè)根據(jù)第一方面的密封件的繩索閥。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了包括至少一個(gè)根據(jù)第一方面的密封件的防噴器。附圖簡(jiǎn)述 本發(fā)明的實(shí)施方式現(xiàn)將只通過示例的方式參考下列附圖來描述，在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明的第一方面的第一實(shí)施方式密封件的透視圖；圖2是圖I的密封件的分解透視圖；圖3是圖2的細(xì)節(jié)透視圖；圖4是圖I的密封件的另外的分解透視圖；圖5是圖4的細(xì)節(jié)透視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的第一方面的兩個(gè)第一實(shí)施方式密封件的透視圖；圖7a_7d是圖I的密封件的變形機(jī)理的透視細(xì)節(jié)圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的第一方面的第二實(shí)施方式密封件的透視圖；圖9是圖8的密封件的分解透視圖；

圖10是圖9的細(xì)節(jié)透視圖；圖11是圖8的密封件的另外的分解透視圖；圖12是圖11的細(xì)節(jié)透視圖；圖13是圖8的密封件的另外的分解透視圖；以及圖14是根據(jù)本發(fā)明的第一方面的兩個(gè)第二實(shí)施方式密封件的透視圖。
具體實(shí)施例方式參考附圖并首先參考圖1，密封件10被描繪為包括密封主體12、上加固鋼板14以及下加固鋼板16。密封主體12由彈性體物質(zhì)形成，在該情況下為橡膠，并且被夾在上加固鋼板14和下加固鋼板16之間。密封主體12大體上是矩形立方體的形狀。上凸緣18從其上表面22延伸，從上表面22的四個(gè)邊緣中的三個(gè)邊緣突出。下凸緣20也從下表面24延伸，也從下表面24的四個(gè)邊緣中的三個(gè)邊緣突出。上凸緣18和下凸緣20限定上板殼體26和下板殼體28，上加固鋼板14和下加固鋼板16容納在上板殼體26和下板殼體28中。凸緣18、20在板14、16上提供密封表面，以便有助于密封的完整性。板14、16是大部分相同的。其是大體上矩形的。第一邊緣14a、16a略微成角度并且不垂直于板14、16的上表面和下表面。這些邊緣14a、16a鄰接凸緣18、20的相應(yīng)成角度的表面18a、20a。密封主體12具有密封面30。密封面30在上表面22和下表面24之間、在上表面22和下表面24的不具有鄰接的凸緣18、20的邊緣之間延伸。密封面30是大體上平坦的。在密封面30的較大尺寸的大約中點(diǎn)處,相鄰上表面22和下表面24提供了上加固布置34和下加固布置36。加固布置34、36各自包括嵌入在密封主體12內(nèi)的多個(gè)大體上平坦但略微楔形的黃銅插入件32。除黃銅外，可以采用其他合適的合金，例如鋁青銅。
黃銅插入件32具有高的長(zhǎng)度與寬度比厚度比率，即其是相對(duì)薄的平坦插入件。其也是略微楔形的，即其從大約O. 5mm的第一厚度T1擴(kuò)展到大約2. Omm的第二厚度T2。盡管嵌入，但是黃銅插入件32也沿著兩個(gè)相鄰邊緣暴露第一邊緣32a (其具有第一厚度T1的均勻厚度)和第二邊緣32b (其從第一厚度T1擴(kuò)展到第二厚度T2)。第一邊緣32a暴露在密封面30上，且第二邊緣32b暴露在上表 面22或下表面24上，分別取決于插入件是屬于上加固布置34還是屬于下加固布置36。在相鄰黃銅插入件32之間，密封主體12的等體積材料的相對(duì)薄層被暴露。該層是大約Imm厚，然而由于插入件32是楔形的以及下面描述的變形機(jī)理，因此在準(zhǔn)確厚度方
面有一些變化。黃銅插入件32被沿著大體上扇形的方向設(shè)置，并且端插入件38被設(shè)置在上加固布置34和下加固布置36中的每一個(gè)中的多個(gè)黃銅插入件32的任一側(cè)上。端插入件38是略微尖銳的L形，即其包括以小于90度的角鄰接到第二板部分38b的第一板部分38a。第二板部分38b具有與黃銅插入件38大約相同的長(zhǎng)度，且第一板部分38b具有較短的長(zhǎng)度。第一板部分38a和第二板部分38b之間的連接部在內(nèi)邊緣上斜切。還有朝著上加固布置34和下加固布置36的中心以及因此密封面30的較大尺寸的大約中點(diǎn)定向的向內(nèi)彎曲的外部邊緣38c。包括第一板部分38和第二板部分38b的尺寸以及相對(duì)角度的端插入件38的特定形狀和定向可以是不同的，取決于包括繩索尺寸的操作參數(shù)。端插入件38定向?yàn)槭沟玫谝话宀糠?8a和第二板部分38b兩者突出遠(yuǎn)離上加固布置34和下加固布置36的中心以及因此密封面30的較大尺寸的大約中點(diǎn)。轉(zhuǎn)向圖7a_7d，描繪了示出上加固布置34的變形機(jī)理的順序。圖7d示出了最初狀況以及插入件32、38是如何初始地定向在密封主體12內(nèi)的。應(yīng)指出，其被定向?yàn)榇篌w上扇形，但是其仍然未與懸掛在兩個(gè)密封件10之間的管狀構(gòu)件M相接觸。圖7a和7b描繪了在不存在管狀構(gòu)件M而充分閉合時(shí)的加固布置34。在該情況下，密封件需要以封閉形式閉合，且加固布置34需要完全地變形以將圓形繩尺寸的切口隔離在加固板14和12中。黃銅插入件32之間的橡膠允許其獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)并與主體橡膠完全一致，然而保持大體上扇形的布置。黃銅插入件32的配合密封面形成六角手風(fēng)琴狀的面34a，其在致動(dòng)壓力下被充滿主體橡膠，該主體橡膠抵著繩索閥(未示出)中的相應(yīng)第二且相對(duì)的密封件10形成壓緊密封。圖7c示出了不存在懸掛在兩個(gè)密封件10之間的管狀構(gòu)件M的情況下的完全密封位置，管狀構(gòu)件M可以是任何尺寸，直到并包括通過在上加固板12和下加固板14中切割繩槽而可能做出的最大繩尺寸，且管狀構(gòu)件M通常將是金屬的。反作用力F抵著配合面34a起作用，迫使其圍繞管狀構(gòu)件M變形。配合面34a將變形成半圓形的形狀，匹配管狀構(gòu)件M的形狀。插入件32的第一邊緣32a與管狀構(gòu)件M以金屬到金屬的形式接觸。而且，向內(nèi)彎曲的外部邊緣38c也以金屬到金屬接觸的形式鄰接管狀構(gòu)件Μ。插入件32、38沿著該方向形成更大且更規(guī)則的扇形。圖5描繪了彈性體材料(橡膠)從密封主體12的流動(dòng)被限制在此定向上。橡膠從密封主體朝著其徑向地向上加固布置34和下加固布置36外側(cè)流動(dòng)的趨勢(shì)，引起插入件32、38被朝著管狀構(gòu)件M推動(dòng)，從而保持良好的密封。應(yīng)指出，插入件32的略微楔形的形狀緩解了其被剪切出在橡膠內(nèi)的嵌入，以及橡膠在插入件32、38之間流出的任何趨勢(shì)。橡膠以及插入件32、38的側(cè)面之間的相對(duì)大的接觸面積也緩解了該剪切。類似于空氣動(dòng)力學(xué)邊界層效應(yīng)的效應(yīng)可以幫助緩解橡膠從插入件32、38之間的中間空間的流動(dòng)。橡膠從與管狀構(gòu)件M同軸的上 加固布置34和下加固布置36之間的流動(dòng)也通過上加固布置34和下加固布置36的存在和定向而被緩解。板14、16在第二邊緣14b、16b上具有在其中形成的半圓形通路14c、16c。這些半圓形通路14c、16c在第二邊緣14b、16b的大約中點(diǎn)處形成，并且兩者相鄰于加固布置34、36來定位，并且在使用中相鄰于管狀構(gòu)件M來定位。應(yīng)領(lǐng)會(huì)，板14、16具有小的彈力，并且因此半圓形通路14c、16c將需要具有等于或略微大于管狀構(gòu)件M的直徑，以緩解在爆裂的狀況下密封件被推動(dòng)成與管狀構(gòu)件M接觸時(shí)對(duì)管狀構(gòu)件M造成的損壞。因此加固布置34、36可以在鋼板14、16之上略微重疊，且加固布置34、36不在這些略微重疊處設(shè)有額外的加固。加固布置34、36的設(shè)計(jì)緩解了如在現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)中可能普遍的這些重疊的存在以及橡膠被在重疊和管狀構(gòu)件M之間從密封主體12向外推動(dòng)的趨勢(shì)。插入件32的楔形性質(zhì)也通過加固鋼板12和14中的圓形開孔(cut out)而限制了橡膠損失。當(dāng)密封件需要如在圖7a和7b中封閉閉合時(shí)，插入件32需要朝著中心運(yùn)動(dòng)相對(duì)大的距離。這樣做時(shí)，其將對(duì)開孔暴露增加的擠出間隙，橡膠損失可以穿過該開孔迅速地發(fā)生，這發(fā)生在插入件的后端上。插入件32的楔形確保了，隨著插入件32向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，面積增加的速率被保持到最小，以生成密封。加固板12和14具有局部地施加在直接相鄰并接觸插入件32的區(qū)域中的分離劑，以確保插入件與主體橡膠一起自由運(yùn)動(dòng)，且不因?yàn)楸唤Y(jié)合到加固板而被限制。插入件32相對(duì)于加固板12和14運(yùn)動(dòng)的自由對(duì)密封件的功能來說是關(guān)鍵的。在圖8-14中示出了第二實(shí)施方式的密封件100。除了在下面所描述的之外，盡管具有“I”的前綴，但是與第一實(shí)施方式中描述的元件完全相同或在很大程度上相似的元件被相似地編號(hào)。第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式之間的主要差異是加固布置的具體設(shè)計(jì)。在第二實(shí)施方式中，上加固布置134和下加固布置136包括多個(gè)黃銅插入件132。其是類似平坦的，但不是楔形的，其是更加規(guī)則的板。密封主體112具有在其中形成的上凹口 133和下凹口 137 ;上凹口 133相鄰于密封面130和上表面122 ;而下凹口 137相鄰于密封面130和下表面124。凹口 133、137具有加肋后表面133a、137a，即處于大體上平行于密封面130的平面的平面中的表面。肋狀物在尺寸上與黃銅插入件132的厚度對(duì)應(yīng)。多個(gè)黃銅插入件132在楔形橡膠插入件138之間分層，使得平坦的黃銅插入件132布置成扇形。在該布置的任一側(cè)處提供了三角棱柱狀插入件138a，其給予該布置大體上矩形的立方體形狀。黃銅插入件132比橡膠插入件138、138a略微長(zhǎng)，從而提供了與加肋后表面133a、137a配合的配合肋狀表面。第二實(shí)施方式的操作和變形機(jī)理與上述第一實(shí)施方式的操作和變形機(jī)理大部分相同?？梢詫?duì)在本文中之前描述的實(shí)施方式做出修改和改進(jìn)，而不偏離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種密封件，包括具有密封表面的彈性體密封主體、相鄰于所述密封表面嵌入在所述彈性體密封主體內(nèi)的多個(gè)大體上平坦的插入件，并具有設(shè)置在所述多個(gè)大體上平坦的插入件之間的彈性體密封材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的密封件，其中所述大體上平坦的插入件是金屬的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的密封件，其中所述大體上平坦的插入件從由銅合金、黃銅和鋁青銅組成的組中選擇。
4.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的密封件，其中所述大體上平坦的插入件具有略微楔形的形狀，從直接相鄰于所述密封表面采用的第一厚度擴(kuò)展到在其遠(yuǎn)端處的第二厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的密封件，其中所述第二厚度小于所述第一厚度的兩倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的密封件，其中設(shè)置在相鄰的大體上平坦的插入件之間的彈性體材料的厚度等于或小于所述大體上平坦的插入件的所述第二厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4、5或6中的任一項(xiàng)所述的密封件，其中設(shè)置在相鄰的大體上平坦的插入件之間的彈性體材料的厚度等于或小于所述大體上平坦的插入件的所述第一厚度。
8.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的密封件，其中所述多個(gè)大體上平坦的插入件以大體上扇形的定向嵌入到所述彈性體密封主體中。
9.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的密封件，其中所述大體上平坦的插入件在所述第一厚度處的第一邊緣被暴露。
10.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的密封件，其中所述大體上平坦的插入件的第三邊緣垂直地相鄰于所述第一邊緣。
11.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的密封件，其中所述密封主體具有相鄰于所述密封主體的所述密封表面和第一表面的多個(gè)大體上平坦的插入件的第一布置以及相鄰于所述密封主體的所述密封表面和第二表面的多個(gè)大體上平坦的插入件的第二布置，所述第一表面相鄰于并大體上垂直于所述密封表面，所述第二表面也相鄰于并大體上垂直于所述密封表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的密封件，其中在所述第一布置和所述第二布置的最內(nèi)范圍之間有密封主體的不連續(xù)厚度。
13.一種繩索閥，包括至少一個(gè)根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的密封件。
14.一種防噴器，包括至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求I到13中的任一項(xiàng)所述的密封件。
全文摘要
本發(fā)明涉及密封件和密封布置，特別是用在繩索閥中的密封件和密封布置。密封件包括具有密封表面的彈性體密封主體、相鄰于密封表面嵌在彈性體密封主體內(nèi)的多個(gè)大體上平坦的插入件，并具有設(shè)置在多個(gè)大體上平坦的插入件之間的彈性體密封材料。該大體上平坦的插入件可以具有略微楔形的形狀并且可以以基本上扇形的定向嵌入到彈性體密封主體中。其可以被定向成使得在接觸要被圍繞密封的大體上管狀的主體并隨后使密封主體圍繞所述大體上管狀的主體變形的情況下，多個(gè)大體上平坦的插入件變成定向?yàn)槭沟闷鋸拇篌w上管狀的主體徑向延伸。
文檔編號(hào)F16J15/00GK102767620SQ20121012883
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者喬治·申克拜爾, 卡爾·理查德·伍德, 魯尼·迪祖胡烏斯·約恩森 申請(qǐng)人:國民油井華高英國有限公司