[發(fā)明專利]利用激勵(lì)式分立軟接口密封元件的環(huán)帶密封

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210230713.8
• 申請日: 2012-07-05
• 公開（公告）號: CN102865048A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M.肖
• 申請（專利權(quán)）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: 李強(qiáng);楊炯

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體涉及井口組件，并且具體而言，涉及用于在內(nèi)部井口部件和外部井口部件之間進(jìn)行密封的密封組件。

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遏制內(nèi)部井壓力。內(nèi)部井口部件可為套管懸掛器，套管懸掛器支承延伸到井中以便生產(chǎn)流體的流動的套管柱。套管懸掛器著落在外部井口部件中，外部井口部件可為井口殼體、采油樹或套管頭。封隔件(packoff)(或其它密封組件)密封套管懸掛器和外部井口部件之間的環(huán)帶。備選地，內(nèi)部井口部件可為位于井口殼體中且固定到延伸到井中的油管柱上的油管懸掛器。封隔件(或其它密封組件)密封油管懸掛器和井口殼體之間的環(huán)帶。在另一個(gè)備選設(shè)計(jì)中，內(nèi)部井口部件可為隔離套筒，例如，其可用來使高壓磨蝕性壓裂流體與井口的某些部分隔離。封隔件(或其它密封組件)密封隔離套筒和外部井口部件之間的環(huán)帶。

已經(jīng)采用了多種具有這種性質(zhì)的環(huán)帶密封件。傳統(tǒng)的環(huán)帶密封件包括例如彈性體環(huán)以及部分金屬和部分彈性體環(huán)。現(xiàn)有技術(shù)的海底刺入型密封件可利用彈性體材料，彈性體材料被擠壓到干涉配合環(huán)帶中。這些是簡單的設(shè)計(jì)，易于安裝，在不被加壓時(shí)由于它們固有的彈性的原因而隨著時(shí)間的過去保持合理的恒定載荷，并且軟得足以流動且在小缺陷上進(jìn)行密封。但是這樣的材料在溫度和流體相容性方面具有有限的使用范圍。它們在某些流體環(huán)境(諸如在許多井口中出現(xiàn)的那些)中可膨脹和在機(jī)械方面退化，并且如果在氣體環(huán)境中經(jīng)受壓力的迅速降低，它們可經(jīng)歷爆炸式失效。

也采用了完全由金屬制成的、用于形成金屬—金屬密封的現(xiàn)有技術(shù)的密封環(huán)。為了解決遠(yuǎn)離接口的內(nèi)部應(yīng)力，現(xiàn)有技術(shù)的金屬密封件由高強(qiáng)度硬材料制成，高強(qiáng)度硬材料在接口處難以進(jìn)行密封，并且需要產(chǎn)生巨大的載荷來提供任何程度的損傷容忍性。這本身又將對同一表面造成損傷。為了克服這一點(diǎn)，已經(jīng)使用呈噴涂涂層或電鍍鑲嵌或熔融鑲嵌(諸如銅焊)的形式的涂層來將輔助性的較軟的材料結(jié)合到金屬密封件上。這些涂層往往難以施用、成本高、在材料使用方面效率低下，易于增加被噴涂材料的硬度，并且典型地難以施用足夠的厚度來提供在嚴(yán)重缺陷上進(jìn)行密封所需的材料量。

現(xiàn)有技術(shù)的第三個(gè)選擇對密封設(shè)備使用無彈性熱塑性材料(諸如聚四氟乙烯或模制石墨)。這些不具有任何固有的彈性，并且因此需要一些輔助性部件，諸如內(nèi)部彈簧，以提供對變化的環(huán)境的彈性響應(yīng)，這確保密封件在不被加壓時(shí)隨著時(shí)間的過去而保持合理的恒定載荷，以及因此確保一直保持密封。由于熱塑性材料的強(qiáng)度低的原因，它們一般不可承受在接口處導(dǎo)致顯著的塑性流所需的載荷，并且因此往往在受損的表面上不能進(jìn)行良好的密封。

因此雖然金屬材料或無彈性材料允許有較寬的溫度范圍，在大多數(shù)流體環(huán)境中不會膨脹或在機(jī)械方面退化，并且不會遭受爆炸式的氣體解壓，但是它們會提出許多其它技術(shù)問題，最引人注目的是它們無法在受損表面上進(jìn)行密封。不能完全監(jiān)測或控制海底部件的損傷，并且因此由于受損表面而引起的密封失效會在海底運(yùn)行裝備時(shí)提出顯著的成本風(fēng)險(xiǎn)。

因此，需要一種將保持密封的環(huán)帶密封件，其可在嚴(yán)重的表面缺陷上進(jìn)行密封、在較寬的溫度范圍內(nèi)操作、在大多數(shù)流體環(huán)境中不會膨脹或在機(jī)械方面退化、不會遭受爆炸式的氣體解壓且可容易和廉價(jià)地制造。

發(fā)明內(nèi)容

考慮到以上內(nèi)容，本發(fā)明的多種實(shí)施例有利地提供用以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足的密封組件。通過從受到相當(dāng)大的應(yīng)力的、未得到支承的區(qū)域移除無彈性材料且用高強(qiáng)度激勵(lì)器代替無彈性材料，本申請的多種實(shí)施例在其中密封件被高度加載的情形中使用軟的無彈性材料。如果需要的話，在完全退火的條件下，備選實(shí)施例使用厚的軟金屬材料，而不需要與基部構(gòu)件有冶金結(jié)合或其它類型的結(jié)合。

更具體而言，本申請?zhí)峁┮环N用于密封內(nèi)部井口部件和外部井口部件之間的環(huán)帶的密封組件，其包括：具有被槽口分開的內(nèi)部支腿和外部支腿的激勵(lì)器環(huán)，其由高強(qiáng)度彈性材料形成，并且具有中心軸線；由無彈性材料形成的內(nèi)直徑密封環(huán)，其位于內(nèi)部支腿的內(nèi)側(cè)，以在內(nèi)部井口部件和激勵(lì)器之間產(chǎn)生密封；以及由無彈性材料形成的外直徑密封環(huán)，其位于外部支腿的外側(cè)，以在激勵(lì)器和外部井口部件之間產(chǎn)生密封。

在某些實(shí)施例中，密封組件具有從內(nèi)直徑密封環(huán)的內(nèi)表面至外直徑密封環(huán)的外表面的初始徑向尺寸，該初始徑向尺寸適于大于環(huán)帶的徑向?qū)挾龋瑥亩鴮?dǎo)致在插入環(huán)帶中時(shí)支腿朝彼此偏轉(zhuǎn)。這個(gè)偏轉(zhuǎn)會在激勵(lì)器中產(chǎn)生徑向載荷，這又在兩個(gè)密封環(huán)中產(chǎn)生接觸載荷。