[发明专利]封隔器及相关方法、密封环和固定环

说明书

技术领域

本发明涉及诸如套筒上的封隔器/滑动件的密封系统，适于封隔器的密封环，适于封隔器的固定环，以及制造和使用的相关方法。

背景技术

井下封隔器通常用于井下应用中，诸如钻井孔中的隔离区域。这种封隔器可包括可溶胀组分，在钻井孔中所述可溶胀组分在流体的作用下溶胀以便在管道与钻井孔或孔壳的内径之间形成密封件，所述密封件附着于管道。

封隔器的密封质量是在封隔器设计中的一个重要因素。改善密封质量可允许封隔器在更高的压力下操作并承受更高的压力，或允许在相同的压差下使用较短的封隔器。

专利文献US2011/0088892A1，GB2427420A，US2010/0288486A1，WO2011/020987A2和EP2246522A3建议在端环和密封件之间使用中间构件，以提高密封的质量。

发明内容

根据本发明的第一方面是井下密封系统，诸如套筒上的封隔器或滑动件。密封系统可配置成安装到管道或其它细长结构上。密封系统可配置成在管道或其它结构与密封系统位于其中的孔、导管或钻井孔的壁或壳之间进行密封。

密封系统可包括至少一个和优选两个(即第一和第二)端部构件。

密封系统可包括至少一个密封件，其可配置成将密封系统位于其中的孔、导管或钻井孔的壁或壳进行密封。密封件可至少部分地设置在端部构件之间。密封件的至少一个和优选每个端部的至少一部分可设置为接近、邻近或接触相应的端部构件或固定到相应的端部构件。

端部构件可包括圆筒形或环形的构件。端部构件可包括内表面和外表面。内表面可至少部分地限定通道，所述通道在端部构件的相对端部处具有开口。所述通道可配置成接纳管道或其它结构，密封系统安装在所述管道或其它结构上。

密封件可以是环形的和/或圆筒形的。密封件可至少部分地限定贯通通道，其可用于接纳在其上安装有密封系统的管道或其它结构。密封件可包括可膨胀的密封件，诸如可溶胀的密封件。可溶胀的密封件可在选定的流体内选择性地或优先地溶胀，选定的流体可包括井下发现的流体，诸如油和/或水或湿气。可膨胀的密封件可以是可膨胀或可溶胀的以便当溶胀时密封孔、导管或钻井孔的壁或壳。

端部构件和密封件的通道可对准以便形成密封系统的贯通通道，其配置成接纳在其上安装有密封系统的管道或其它结构。以这种方式，密封系统可以以套管形式安装在管道或其它结构上。

密封装置可包括至少一个可变形构件，诸如密封环。至少一个可变形构件可被包括在至少一个和优选每个端部构件内。可变形构件可包括环形构件或环。可变形构件可包括非金属材料或由非金属材料形成，所述非金属材料诸如弹性体材料，诸如PTFE，氟橡胶，氢化腈类化合物，诸如氢化丁腈橡胶(HNBR)，高饱和腈(HSN)等。

可变形构件可邻近、接近、抵靠密封件设置，固定到密封件或嵌入到密封件内。

可变形构件可包括密封件接纳凹槽或凹口或至少部分地限定密封件接纳凹槽或凹口，所述凹槽或凹口可包括凹入式的凹槽或凹口。密封件接纳凹槽可设置在可变形构件的表面上，诸如侧表面上。具体地，密封件接纳凹槽可设置在可变形构件面对所述密封件的表面上。

密封件接纳凹槽可包括大致V形的凹槽。密封件接纳凹槽可由至少一个腿部、诸如上部腿部或外部腿部、以及优选由至少两个相对的腿部至少部分地限定。相对的腿部可包括上部腿部或外部腿部和下部腿部或内部腿部，其中所述上部腿部或外部腿部设置在下部腿部或内部腿部的径向外部。上部腿部或外部腿部可包括从管道或贯通通道相距最远的腿部，而下部腿部或内部腿部可包括最接近管道或贯通通道的腿部。

密封件接纳凹槽在横截面上可以是不对称的。一条腿部可具有相对于另一条腿部不同的曲率半径。腿部之一可以是上部腿部或外部腿部，其可比另一条腿部(例如下部腿部或内部腿部)从可变形构件的主体延伸更远。这可允许上部腿部或外部腿部桥接端部构件和孔、导管或套管壁之间的较大间隙。

腿部之一(其可以是上部腿部或外部腿部)或其面可相对于另一条腿部(例如下部腿部或内部腿部)或其面以不同的角度延伸。腿部之一(其可以是上部腿部或外部腿部)或其面可比另一条腿部(例如下部腿部或内部腿部)或其面以相对于水平面的更小角度延伸。例如，外部腿部或其面相对于水平面延伸的角度可以比下部腿部或其面相对于水平面延伸的角度大20％至70％。在一个更具体的实例中，上部腿部或其面可以水平以上的10°至30°之间延伸，而下部腿部或其面可以水平以下的20°至40°之间延伸。