[發明專利]具有增強式鼻圈的密封件

有效

• 申請號: 201110310880.9
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN102536148A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: N·P·格特;C·小貝姆
• 申請（專利權）人: 韋特柯格雷公司
• 主分類號: E21B33/03
• 分類號: E21B33/03
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 朱鐵宏;譚祐祥

相關申請的交叉引用

本申請請求享有2010年10月8提交的臨時申請61/391,477的優先權。

技術領域

本發明主要涉及井口組件，并且具體地涉及改善對于懸掛器運動的容許量(tolerance)的密封鼻圈。

背景技術

密封件用于內井口管狀部件與外井口管狀部件之間以容納內部井壓。內井口部件可為套管懸掛器，其定位在井口外罩中且支承延伸到井中的套管柱(string)。密封件或封隔件(packoff)在套管懸掛器與井口外罩之間密封。作為備選，內井口部件可為管路懸掛器，其支承延伸到井中以便產出的流體流動的管路柱。管路懸掛器處在外井口部件中，該外井口部件可為井口外罩、采油樹或管路頭。封隔件或密封件在管路懸掛器與外井口部件之間密封。

定位在內井口部件與外井口部件之間的多種密封件已用于現有技術。現有技術的密封件包括合成橡膠圈和部分為金屬和合成橡膠的圈。還使用了完全由金屬制成以便形成金屬/金屬密封件(″MS″)的現有技術的密封圈。密封件可由送入工具設置，或它們可響應于套管柱或管路柱的重量來設置。一種類型的現有技術的金屬/金屬密封件具有密封本體，該本體具有由圓柱形槽口分開的內壁和外壁，從而形成″U″形。上緊圈推入密封件中的槽口中以使內壁和外壁變形分開而與內井口部件和外井口部件成密封接合，其中，內井口部件和外井口部件可具有形成于其上的鋸齒(wicker)。上緊圈通常為堅固的楔形部件。密封件內壁和外壁的變形超過密封圈材料的屈服強度，從而發生永久變形。

在密封件設置期間，給予的力可導致密封支腿相對于另一密封支腿向下偏斜。這可將塑性應變引入密封件中，使其在套管懸掛器運動時易受撕裂或剪切。為了解決這個問題，在密封件的下方已采用了將鼻圈連接到密封件上的螺紋連接件。鼻圈具有薄的環形突出部(tab)，其向上突出并接觸內密封支腿。當驅動上緊圈進入密封件中時，該突出部將會抵抗給予其的設置力，從而防止因內密封支腿偏斜而誘發塑性應變。

這種相同的突出部還設計成用以在利用插入型或隔離工具對密封件和/或防噴器組(BOP?stack)的壓力測試期間彎折。在壓力測試期間，高達數百萬磅的較大的力傳遞至套管懸掛器的頂部。該力導致套管懸掛器向下偏斜，隨其一起伸延的是與其接合的內密封支腿。在這里，突出部將會彎折，從而容許內密封支腿和外密封支腿的獨立運動。如果支腿剛性地彼此聯接，則密封本體將由于壓力測試所產生的較大負載和偏斜而被撕去一半。即使利用彎折突出部，最終在內密封支腿與外密封支腿之間的相對移置也可變得很大而致使密封件將使其自身剪切分開。為了限制這種相對移置，可降低測試壓力，可增加各懸掛器位置上的復雜負載機構來代替單個的疊置布置，或在″光滑頸部″布置中可在密封件的套管懸掛器側上完全舍棄鋸齒。這些措施會損害系統的穩健性。

然而，環形突出部可由于泊松效應而過早彎折，其中，泊松效應是指材料沿垂直于所施加壓縮的方向膨脹的趨勢。在實際應用中，在上緊圈與各密封支腿之間較大的徑向過盈導致密封支腿由于泊松效應而向下增長。由于需要較大的徑向力來實現對高壓的氣密性密封，故因密封支腿的增長而最終產生的軸向力也很高且足以導致突出部彎折。突出部這樣過早彎折可導致密封本體的歪斜或扭曲安裝，以及導致在壓力測試期間通常由于過大的懸掛器運動而造成MS型密封件失效的區域中的塑性應變增大。為了處理這種類型的問題，可使用處于第三位置的具有復雜機構的主動懸掛器。然而，這種選擇較為昂貴和復雜。

存在對解決上述密封件問題的技術的需求。具體而言，需要通過解決密封支腿中的泊松效應來使密封件更能耐受懸掛器運動增大的技術。以下技術可解決這些問題。

發明內容

密封組件定位在具有開孔的井口外罩與套管懸掛器之間。外罩通常定位在井的上端處并用作外井口部件。套管懸掛器具有用于支承密封組件下部的向上面向的肩部。金屬/金屬密封組件具有內密封支腿和外密封支腿，其中，內密封支腿具有抵靠套管懸掛器圓柱壁密封的內壁，以及外密封支腿具有抵靠井口外罩開孔密封的外壁表面。密封支腿形成U形凹部(pocket)或槽口。延伸部從外密封支腿向下延伸并連接到具有向下面向的肩部的鼻圈上，其中，向下面向的肩部擱置在套管懸掛器的肩部上以提供用于設置操作的反作用點。