[发明专利]具有增强式鼻圈的密封件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请请求享有2010年10月8提交的临时申请61/391,477的优先权。

技术领域

本发明主要涉及井口组件，并且具体地涉及改善对于悬挂器运动的容许量(tolerance)的密封鼻圈。

背景技术

密封件用于内井口管状部件与外井口管状部件之间以容纳内部井压。内井口部件可为套管悬挂器，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)在套管悬挂器与井口外罩之间密封。作为备选，内井口部件可为管路悬挂器，其支承延伸到井中以便产出的流体流动的管路柱。管路悬挂器处在外井口部件中，该外井口部件可为井口外罩、采油树或管路头。封隔件或密封件在管路悬挂器与外井口部件之间密封。

定位在内井口部件与外井口部件之间的多种密封件已用于现有技术。现有技术的密封件包括合成橡胶圈和部分为金属和合成橡胶的圈。还使用了完全由金属制成以便形成金属/金属密封件(″MS″)的现有技术的密封圈。密封件可由送入工具设置，或它们可响应于套管柱或管路柱的重量来设置。一种类型的现有技术的金属/金属密封件具有密封本体，该本体具有由圆柱形槽口分开的内壁和外壁，从而形成″U″形。上紧圈推入密封件中的槽口中以使内壁和外壁变形分开而与内井口部件和外井口部件成密封接合，其中，内井口部件和外井口部件可具有形成于其上的锯齿(wicker)。上紧圈通常为坚固的楔形部件。密封件内壁和外壁的变形超过密封圈材料的屈服强度，从而发生永久变形。

在密封件设置期间，给予的力可导致密封支腿相对于另一密封支腿向下偏斜。这可将塑性应变引入密封件中，使其在套管悬挂器运动时易受撕裂或剪切。为了解决这个问题，在密封件的下方已采用了将鼻圈连接到密封件上的螺纹连接件。鼻圈具有薄的环形突出部(tab)，其向上突出并接触内密封支腿。当驱动上紧圈进入密封件中时，该突出部将会抵抗给予其的设置力，从而防止因内密封支腿偏斜而诱发塑性应变。

这种相同的突出部还设计成用以在利用插入型或隔离工具对密封件和/或防喷器组(BOP stack)的压力测试期间弯折。在压力测试期间，高达数百万磅的较大的力传递至套管悬挂器的顶部。该力导致套管悬挂器向下偏斜，随其一起伸延的是与其接合的内密封支腿。在这里，突出部将会弯折，从而容许内密封支腿和外密封支腿的独立运动。如果支腿刚性地彼此联接，则密封本体将由于压力测试所产生的较大负载和偏斜而被撕去一半。即使利用弯折突出部，最终在内密封支腿与外密封支腿之间的相对移置也可变得很大而致使密封件将使其自身剪切分开。为了限制这种相对移置，可降低测试压力，可增加各悬挂器位置上的复杂负载机构来代替单个的叠置布置，或在″光滑颈部″布置中可在密封件的套管悬挂器侧上完全舍弃锯齿。这些措施会损害系统的稳健性。

然而，环形突出部可由于泊松效应而过早弯折，其中，泊松效应是指材料沿垂直于所施加压缩的方向膨胀的趋势。在实际应用中，在上紧圈与各密封支腿之间较大的径向过盈导致密封支腿由于泊松效应而向下增长。由于需要较大的径向力来实现对高压的气密性密封，故因密封支腿的增长而最终产生的轴向力也很高且足以导致突出部弯折。突出部这样过早弯折可导致密封本体的歪斜或扭曲安装，以及导致在压力测试期间通常由于过大的悬挂器运动而造成MS型密封件失效的区域中的塑性应变增大。为了处理这种类型的问题，可使用处于第三位置的具有复杂机构的主动悬挂器。然而，这种选择较为昂贵和复杂。

存在对解决上述密封件问题的技术的需求。具体而言，需要通过解决密封支腿中的泊松效应来使密封件更能耐受悬挂器运动增大的技术。以下技术可解决这些问题。

发明内容

密封组件定位在具有开孔的井口外罩与套管悬挂器之间。外罩通常定位在井的上端处并用作外井口部件。套管悬挂器具有用于支承密封组件下部的向上面向的肩部。金属/金属密封组件具有内密封支腿和外密封支腿，其中，内密封支腿具有抵靠套管悬挂器圆柱壁密封的内壁，以及外密封支腿具有抵靠井口外罩开孔密封的外壁表面。密封支腿形成U形凹部(pocket)或槽口。延伸部从外密封支腿向下延伸并连接到具有向下面向的肩部的鼻圈上，其中，向下面向的肩部搁置在套管悬挂器的肩部上以提供用于设置操作的反作用点。