CN102482923B - 金属-金属环带密封组件 - Google Patents

Abstract

使用一种金属-金属密封件来在两个管状部件之间进行密封。在一个实施例中，金属-金属密封件在可调套管接头的管状部件的内径和外径之间在环带壳体中形成密封。该密封件可具有内密封环和外密封环，或者超过一对内密封环和外密封环，可通过送入工具来使内密封环和外密封环设定就位。激励环可具有锥形或球形的表面，并且可抵靠着密封环产生预载力。

Description

金属-金属环带密封组件

发明领域

本发明大体涉及用以在井孔部件之间进行密封的方法和设备，并且具体而言，涉及在可调井孔套管的两个部件之间使用的金属密封件。

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年6月30日提交的临时申请61/221,915的优先权，而且该申请通过引用而结合在本文中。

有关技术的简要描述

当将钻探平台连接到现有的井头时，可使用可调套管接头(“ACS”)。例如，“顶起”的或固定的油气平台可重新连接到先前安装好的海底井头或泥浆管线系统上。ACS是提供可调长度的立管组件的一部分。ACS可包括两个同心定位的管状部件。管状部件可相对于彼此沿轴向运动，以及然后在它们处于期望的长度处时密封在一起。

管状部件可具有壳体环带或密封袋口，其中，环形空隙位于内管状部件的外径和外管状部件的内径之间。可将密封件置于壳体环带中。现有的ACS设计使用弹性体环形密封组件，当在高压或高温应用中使用时，它可具有固有的局限性。

库存中存在许多ACS系统，并且因而，重新设计壳体环带本身来使用与高压和高温环境更相容的密封件是不实际的。因此，具有可在现有的壳体环带设计内工作且在金属管状部件之间形成密封的金属密封件是合乎需要的。

发明概述

在一个实施例中，密封组件可包括以相反的方向安装的两对密封元件，以在壳体环带内提供对抗来自两个方向的压力的密封。密封元件可具有与密封激励环上的同样的球面表面匹配的球面内部轮廓，外部轮廓加工成形成成角度表面，该成角度表面具有一系列的径向凹槽，径向凹槽包含由较软的材料制成的润滑镀层或嵌入体，以确保在设定密封件时所进行的密封件的轴向运动之后有密封可靠性。密封元件可尺寸设置成使得在送入和设定操作期间，它们不会与它们相关联的密封表面接触。

送入工具可使活动套筒沿轴向运动，活动套筒为ACS密封组件的一部分。在一个实施例中，送入工具可旋转，并且径向运动可转变成活动套筒的轴向或纵向运动。密封件可被活动套筒的调节所施加的竖直载荷所激励。竖直载荷可在激励环上的球面表面上面驱动单独的密封元件，并且设定密封元件，使得成角度的外部轮廓与ACS上的对应的表面接触。这个接触可产生存储能量，该存储能量可导致在密封元件的内部面和外部面两者上有足以产生金属-金属密封的升高的接触应力。可产生预载荷，并且可借助于调节定位在密封组件的上方的活动套筒来保持该预载荷。

在另一个实施例中，密封组件包括以相反的方向安装的两对密封唇缘。各对密封唇缘可形成U形密封组件，以在环带内提供对来自两个方向的压力的密封。可将密封唇缘外部轮廓加工成形成具有一系列的径向凹槽的成角度表面，径向凹槽包含由较软的材料制成的润滑镀层或嵌入体，以确保在设定期间进行的密封件的轴向运动之后有密封可靠性。密封元件可尺寸设置成使得与对应的密封表面有成角度的径向干涉。激励环可具有在设定期间在U形密封部件之间被驱动的锥形轮廓。密封元件相对于激励环的纵向行进可使密封唇缘有成角度的偏转，从而导致密封唇缘接合ACS的内管状部件和外管状部件。成角度的偏转可沿径向压缩密封唇缘，并且产生存储能量，该存储能量导致有足以产生金属-金属密封的升高的接触应力。

在ACS送入和设定就位之后，可产生额外的预载荷，并且可借助于调节定位在密封组件的上方的活动套筒来保持该预载荷。借助于通过ACS送入和设定工具所施加的扭矩，套筒的纵向行进可产生载荷。竖直载荷可压缩上密封激励环和下密封激励环，直到在各个密封唇缘的内部轮廓上的锥形表面和激励环上对应的锥形之间有接触为止。该接触可产生额外的存储能量，该存储能量可在密封元件的内部面和外部面两者上导致在生产操作期间足以保持金属-金属密封的额外的接触应力。

在一个实施例中，密封组件可包括形成U密封组件的密封唇缘对，以在环带内提供对来自两个方向的压力的密封。可将密封唇缘外部轮廓加工成形成可具有一系列的径向凹槽的平行表面，径向凹槽包含由较软的材料制成的润滑镀层或软嵌入体，以确保在密封件在设定密封件的期间相对于管状部件沿轴向运动之后有密封可靠性。密封唇缘的内部轮廓可具有对应于激励环上的类似的轮廓的“自持式”锥形轮廓。如同与其它实施例那样，密封元件可尺寸设置成使得在ACS的送入和设定操作期间，密封元件不会接触管状部件的相关联的密封表面。送入工具可产生旋转力或纵向力，这可转变成与连接到密封组件上的活动套筒相关联的纵向力。

附图说明

所以获得了其中本发明的特征、优点和目标以及其它将变得显而易见的方式，并且可更加详细地理解该方式，可通过参照在附图中示出的本发明的实施例来得到上面简要概述的本发明的更具体的描述，附图形成此说明书的一部分。但是，注意，附图示出了本发明的仅优选实施例，并且因此，这不应理解为对本发明的范围有限制，因为本发明可允许有其它同样有效的实施例。

图1是具有延伸到海床的套管柱的近海钻机的侧视图，套管柱具有可调套管接头。

图2是具有延伸到海底井头的套管柱的泥浆管线悬吊系统的侧视图，套管柱具有可调套管接头。

图3是可调套管接头的实施例的侧面剖面图。

图4是在设定之前显示的、在图3的可调套管接头中的金属-金属密封件的示例性实施例的截面图。

图5是在设定之前显示的图4的金属-金属密封件的放大详细截面图。

图6是图5的金属-金属密封件的密封表面的详细视图。

图7是在激励位置上显示的图4的金属-金属密封件的截面图。

图8是在图3的可调套管接头中的金属-金属密封件的另一个示例性实施例的截面图。

图9是图8的金属-金属密封件的密封表面的详细视图。

图10是在图3的可调套管接头中的金属-金属密封件的又一个示例性实施例的截面图。

图11是图10的金属-金属密封件的密封表面的详细视图。

具体实施方式

现在将参照附图来在下文中更加全面地描述本发明，附图示出了本发明的实施例。但是，本发明可体现为许多不同的形式，并且不应理解为限于本文阐述的示出的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将对本领域技术人员全面传达本发明的范围。贯穿全文，相同标号指示相同元件，并且如果使用了的话，则撇号表示备选实施例中的类似元件。

参照图1，在侧视图中显示了近海钻机102。近海钻机102包括位于海平面106的上方的平台104，钻架结构108附连到平台104的顶部上。支承支腿110从平台的底部延伸，并且附连在海床112上。在井孔116的上面形成海底井头114。回接(tieback)套管柱118从海底井头向上延伸，并且与表面井头120联接，表面井头120在近海钻机102的平台104内。与套管柱118顺列的是可调套管接头122。如已知的那样，插入可调套管接头122可将套管柱118的长度调节到预定长度，并且还可张紧套管柱118。

参照图2，井孔123具有井头125和优选用水泥粘结在井孔123中的一个或多个套管吊架126，该一个或多个套管吊架126各自支承套管柱127。可使用泥浆管线转换系统124来转换先前被封住的海底井孔123。泥浆管线转换系统124可包括可调套管接头122和套管柱118。套管柱118可具有位于一端处的回接件119，回接件119可用来回接到套管吊架126上。将套管柱118下放到井头125中，并且通过泥浆管线悬吊系统来将套管柱118闩锁或回接到最里面的套管柱127上。与套管柱118顺列的是可调套管接头122。如本领域技术人员已知的那样，可使用可调套管接头122来将套管柱118的长度调节到预定长度，并且还张紧套管柱118。

参照图3，可调套管接头122包括部分同轴向地延伸到外部套筒129中的大体环形的内部壳体本体128。外部套筒129具有大致等于内部壳体本体128的外径的内径。这些相应的尺寸允许内部壳体本体128插入外部套筒129内，以及在外部套筒129内进行伸缩式同轴运动。由于在安装套管柱118的期间的张紧要求或变化的原因，可能需要调节套管柱118的轴向长度。内部壳体本体128能够在外部套筒129内滑动。因而，套管柱118的最终长度在预定的范围内是可变的。可使用送入工具(未显示)来拉紧，以及通过相对于外部套筒129的位置而对内部壳体本体128的位置进行调节来设定套管柱118的最终长度。

在外部套筒129中的内部壳体本体128的相应的内径和外径在这两个部件之间形成壳体环带130。环带130具有设置在其中的密封组件132的环形空隙。密封组件132抵靠着内部壳体本体128和外部套筒129两者而形成密封。

参照图4，四重密封组件136位于壳体环带130中。四重密封组件136包括内密封环138、外密封环142、双向激励环(“BER”)146、上部环148和下部环150。内密封环138和外密封环142是关于轴线同心的环形密封件。存在两个内密封环138和两个外密封环142。密封环138、142由诸如例如低碳钢的金属制成。可使用其它类型的金属。

参照图5，各个外密封环142是具有内表面152和外密封表面154的环形部件，外密封表面154从内径向外间隔开。在设定之前，外密封环142的外表面154可平行于外密封环142的膛孔的轴线，或者外表面154可相对于膛孔倾斜(如所显示的那样)。在一些实施例中，在其放松状态中，外表面的第一端156具有最小直径，而且直径沿着外表面的轴向长度到第二端158逐渐增大。外密封环142的最大外径最初略微小于外部套筒129的内径。因而，在受激励之前，外密封环142能够穿过外部套筒129，而不接合外部套筒129。

参照图5和6，各个外密封环142可在外表面154上具有多个凸脊160。凸脊160是随外表面的本体形成的平行的周向肋。凸脊160被凹槽162分开，各个凹槽162在凸脊之间形成凹部。在一些实施例中，凹槽162被软金属润滑镀层或嵌入体164填充或部分地填充。嵌入体164比外密封环142具有更低的硬度，并且因而很可能会在外密封环142压靠在相邻的表面上时变形和流动。嵌入体164可由诸如例如铅和锡的软材料制成。

外密封环142的内表面152是大体平滑的。内表面152可具有略微圆的或凹的形状，或者可为平的。此外，内表面152可平行于外密封环142的轴线，或者可从一端处的最宽点大体倾斜到另一端处的最窄点。软金属涂层可覆盖内表面152，以在BER 146压靠在内表面152上且沿其滑动时充当润滑剂。

内密封环138可为具有内密封表面163的环形环，并且可为外密封环142的维度镜像。内密封环138可在其内径上具有凸脊160，并且在其外径上具有平滑表面152。像外密封环142一样，内密封环138可具有在凸脊160之间的凹槽162中的软金属嵌入体164，或者在其表面中的任一个上的软金属涂层。

双向激励环(“BER”)146是与外部套筒129的轴线同心的环形环。BER 146的横截面跨过垂直于旋转轴线绘制的水平线而对称，该水平线平分BER146。一些实施例还跨过从第一端到第二端平分横截面的竖直线而对称。加压锥体170从激励环本体171的各个端部延伸。加压锥体170可在内密封环138和外密封环142之间被驱动。加压锥体170是绕着BER 146的轴线旋转的肋。加压锥体170包括内倾斜表面172和外倾斜表面174，其中，内倾斜表面和外倾斜表面各自具有在离BER 146的本体171最远的点处逐渐会聚的渐缩轮廓。在一些实施例中，加压锥体170具有球面或球形形状，其中，在从BER的轴向中点运动向端部时，加压锥体的内径和外径朝具有最大外径和最小内径的球形点176逐渐扩张，并且然后朝加压锥体170的端部会聚回来。

BER 146的轴向中点可具有比加压锥体170的最宽点具有更大的外径的圆柱形形状，并且可比加压锥体170的最小点具有更小的内径。因而，圆柱形形状可用来使BER 146在接合内密封环138和外密封环142之前在壳体环带130中居中。

上部环148是与外部套筒129的轴线同心的环形环。上部环的下端是由内部支腿180和外部支腿182限定的U形腔体。外部支腿182的外径略微小于外部套筒129的内径。类似地，内部支腿180的内径略微大于内部壳体126的外径。在内部支腿180和外部支腿182之间的空隙略微大于加压锥体170在其宽度最大的端部处的宽度。U形空隙的深度至少等于加压锥体170的轴向长度减去内密封环138和外密封环142的轴向长度。换句话说，内部支腿180的长度加上内密封环138的长度至少像加压锥体170的轴向长度一样大。在图5的送入位置上，支腿180、182的端部或端部表面接触内密封环138和外密封环142的端部。

回头参照图4，上部环148可具有一个或多个水平肩部184。上部环148可具有从肩部184向上延伸的上部带螺纹部分186，上部带螺纹部分186具有略微小于外部套筒129的内径的外径和大于上部环148的下部部分的内径。带螺纹的上部部分186的内径可具有螺纹，以在可调套管接头172(图3)内以螺纹的方式接合套筒。

相对于内部壳体本体128可为固定环的下部环150是绕着膛孔的轴线旋转的环形环。下部环具有由内部支腿188和外部支腿190限定的U形空隙，在尺寸上类似于上部环148的内部支腿180和外部支腿182。在图5的送入位置上，支腿188、190的端部接触下密封环138、142。下部环150的底端可为用于接合内部壳体上的肩部194的平的表面。BER 146、上部环148和下部环150可由金属制成。

上部环148和下部环150可具有用于接收螺栓198的螺栓孔196。螺栓孔196可平行于膛孔的轴线，并且在环148、150的周围沿径向间隔开。螺栓孔196可具有用于接收螺栓198的头部的沉孔。沉孔的深度至少像加压锥体的轴向长度减去密封件的轴向长度那样长。BER146可具有用于以螺纹的方式接合螺栓198的带螺纹的孔202，BER146中的带螺纹的孔202对应于上部环148和下部环150中的螺栓孔196。

通过将两对内密封环138和外密封环142置于BER 146的上部加压锥体和下部加压锥体170上来产生四重密封组件136。下部环150通过螺栓198来栓接到BER 146上，使得下部环150的内部支腿188和外部支腿190分别将内密封环138和外密封环142保持就位。类似地，上部环148通过螺栓198来栓接到BER 146上，使得上部环148的内部支腿180和外部支腿182分别将内密封件138和外密封件142保持就位。

在运行中，将四重密封组件136置于可调套管接头122的环带130(图3)中，可调套管接头122附连到送入工具(未显示)上。如本领域将理解的那样，可通过凸耳、螺纹、扣环、栓钉或任何其它器件来进行附连。送入工具将固定可调套管接头122的期望的长度。

参照图3和5，在内部壳体本体128恰当地位于外部套筒129内且四重密封组件136位于壳体环带130中的情况下，在密封组件136上施加压缩力，以激励密封环138、142。在示例性实施例中，送入工具(未显示)使向下的力施加在上部环148上。例如可通过旋转钻柱(未显示)以及使用螺纹(未显示)来将旋转力转换成沿轴向方向的线性力来产生向下的压力。扭矩键204(图3)可接合送入工具的一部分，以阻止四重密封组件136在激励期间旋转。可使用其它方法来激励四重密封组件。在送入工具上的液压活塞(未显示)例如可在密封组件136上施加向下的压力，或者来自套管柱或管道的重量的仅向下的力可传递给四重密封组件136。可使用其它类型的附连来接合上部环148。本领域技术人员将理解，上部环148可由其它井孔部件压缩性地接合，而无需使用送入工具。

参照图7，上部环148上的向下的力使内部支腿180和外部支腿182在内密封环138和外密封环142上施加力。密封环138、142相对于BER 146的上部加压锥体170被往下推。在内密封环138被往下推时，加压锥体170的锥形轮廓向内推内密封环138，以强制性地接合内部壳体本体128。类似地，加压锥体170的锥形轮廓向外推外密封环142，以强制性地接合外部套筒129。因而，密封环138、142的成角度的偏转使诸如内表面152和外表面154的密封表面以预载力接合内部壳体本体128和外部套筒129的表面。参照图4，球形点176可使内密封件138和外密封件142向内和向外压靠在内部壳体和外部壳体上。

参照图5，向下的力通过上部内密封环138和上部外密封环142而传递到BER 146。BER 146相对于内部壳体126向下运动。下部环150压靠在肩部194上，因而阻止下部环150运动。下部内密封环138和下部外密封环142接合下部环内部支腿180和下部环外部支腿182，因而阻止下部内密封环138和下部外密封环142相对于下部环150和内部壳体本体128运动。因而，BER 146被迫相对于下部内密封环138和下部外密封环142向下。在BER 146向下运动时，下部加压锥体170抵靠着密封环138、142施加向内和向外的压力，从而使内密封环138和外密封环142接合内部壳体本体128和外部套筒129。

在BER 146相对于内部壳体126向下运动时，上部内密封环138和上部外密封环142也向下运动。内密封环138和外密封环142可能已经在它们开始向下运动时在某种程度上压缩性地接合内部壳体本体128和外部套筒129。在内密封环138和外密封环142上的软金属嵌入体164和覆层可为内密封环138和外密封环142提供润滑，以便其在运动期间滑动。在一个实施例中，在内密封环138和外密封环142上的软金属嵌入体164和覆层可在下部内部和外密封环138、142被设定之前帮助保持上部内密封环138和外密封环142不被设定。上密封环138、142和下密封环148、142大约在同一时间设定，但是在一些实施例中，下密封环148、142在上密封环138、142完全设定之前就被完全设定。由于具有上密封件138组和下密封件142组两者的原因，四重密封组件136对抗两个方向上的压力而进行密封。

当四重密封组件136受到激励时，在送入期间用来将四重密封组件136保持在一起的螺栓198仍然固定在BER 146中。沉孔容许BER146相对于螺栓198的头部运动。因而，当密封环138、142受到激励时，螺栓198的头部不再接合上部环148和下部环150。在四重密封组件136上的压缩力阻止环分开，并且因而，不再需要螺栓198来将组件保持在一起。

参照图8的备选实施例，三叉密封件210是绕着轴线旋转的环形密封环。三叉密封件210包括两对密封唇缘212，各对具有内密封唇缘和外密封唇缘，并且各对唇缘形成大体U形形状，使得存在分开它们的环形空隙。在一些实施例中，U形形状被从“U”的基部突出的导向环214平分。导向环214的轴向长度比密封唇缘212的轴向长度更长。三叉密封件210由金属制成。

参照图9，各个唇缘212具有密封表面216。内部唇缘密封表面和外部唇缘密封表面216分别位于三叉密封件210(图8)的内径和外径上。在一个实施例中，最初将密封表面216加工成平行于旋转轴线。在一些实施例中，密封表面216可为锥形。密封表面可具有凹槽218，凹槽218是形成于密封表面216中的平行的周向凹槽。凹槽218可由凸脊220分开，各个凹槽218在凸脊220之间形成凹部。在一些实施例中，凹槽218被软金属嵌入体222填充或部分地填充。嵌入体222比密封唇缘212具有更低的硬度，并且因而很可能会在外密封表面216压靠在相邻的表面上时变形和流动。嵌入体222可由诸如例如铅和锡的软金属制成。

回头参照图8，各个密封唇缘212的内表面可为锥形，内表面是外密封唇缘的内表面和内密封唇缘的外表面。各个密封唇缘212在尖部处最窄，并且朝向U形形状的基部逐渐变得更厚。导向环214可具有一个或多个掣子224。掣子224是凸脊或凸起的表面。

上部环226(轴向可动环)包括两个下指径向激励环228、230。激励环228、230大体形成U形形状。可动的内激励环228在内径上具有锥形表面，其中，内部环228的尖部比内部环228的基部具有更大的内径。类似地，可动的外激励环230的外表面从尖部到基部成锥形，尖部具有最小外径，而基部具有最大外径。内激励环228或外激励环230可具有内部倒钩232，内部倒钩232是从环中的一个的内部面突出的表面。

上部环226可在与激励环相对的端部处具有一个或多个水平表面234。上部环226可具有带螺纹的上部部分236，带螺纹的上部部分236具有略微小于外部套筒129的内径的外径和大于上部环226的本体的内径。带螺纹的上部部分236的内径可具有螺纹，以螺纹的方式接合可调套管接头122(图3)的套筒的螺纹。可使用其它类型的附连来接合上部环226。本领域技术人员将理解，上部环226可由其它井孔部件压缩性地接合，而无需使用送入工具。

可为固定环的下部环237是绕着膛孔的轴线旋转的环形环。下部环237具有类似于上部环的激励环228、230的一对固定激励环238、239。下部环基部240是大体平的，但是可具有斜切边缘。上部环226和下部环237可完全由金属制成。

在图8和9的实施例的运行中，将三叉密封组件210置于壳体环带130中。将内部壳体本体128下放在外部套筒129内就位。倒钩232可接合擎子224，以在设定密封件之前阻止三叉密封件210和环226、237分开。

使用压缩力来激励三叉密封件210。用以提供压缩力来激励三叉密封件210的装置类似于对四重密封组件136提供压缩力的装置。当压缩力施加到上部环226上时，上部环226相对于三叉密封件210向下运动。上部环226的激励环228、230上的锥形表面接合三叉密封唇缘212上的锥形表面。密封唇缘212被迫分开而接合内部壳体本体128和外部套筒129的表面。

在压缩力增加时，三叉密封件210相对于内部壳体本体128和下部环237被往下推。下部环237相对于内部壳体本体128保持固定就位，因为下部环237落在水平表面240上。下部环237和固定激励环238、239的锥形表面接合第二对密封唇缘212的锥形表面，从而迫使密封唇缘212分开，以压缩性地接合内部壳体本体128和外部套筒129。

两对密封唇缘212可在最初接触表面之后，沿着内部壳体本体128和外部套筒129滑动。软金属嵌入体218起润滑的作用，以允许三叉密封件210沿着内部壳体本体128和外部套筒129的密封表面运动。当设定好时，三叉密封件210沿两个方向形成密封。

参照图10中的第二个备选实施例，U形密封件240在内部壳体本体128和外部套筒129之间位于壳体环带130中。U形密封件240完全由金属构件制成，并且因而可经受住高温和高压。这些构件包括外部壁或支腿242和平行的内部壁或支腿244，支腿242、244在底部处由基部246连接在一起，并且在顶部248处开口。外部支腿242的内径从内部支腿244的外径沿径向向外间隔开。这在支腿242、244之间产生环形间隙。内部支腿244的外径表面可为大体平滑的，并且具有锥度，其中，外径从顶部248到基部246增大。类似地，外部支腿242的内径可为大体平滑的，并且为锥形，其中，内径在顶部248处最大，而且在基部246处最小。因而，在支腿242、244之间的环形空隙在基部246处最小。锥度与莫氏标准锥度大体一致，其中，锥度可为例如大约小于或等于5/8英寸每英尺。因而，在各个支腿242、244的内表面和平行于U形密封件240的轴线的线之间形成的角度为大约1度29分。该角度可更大或更小，只要其建立自保持锥形即可。

参照图11，在支腿242、244的外部上的密封表面250可具有由凸脊254分开的凹槽252。凹槽252是在密封表面250中的平行的周向凹槽。凹槽可填充有嵌入体256。嵌入体256是可包括例如铅和锡的大体软的金属。

参照图10，激励环本体258位于壳体环带130中。激励环260是从激励环本体258突出的环形环。可采用激励环260来迫使支腿242、244相对于彼此沿径向分开，而与内部壳体本体128和外部套筒129密封性接合。激励环260具有将以摩擦的方式接合外部支腿242的内径的外径和将以摩擦的方式接合内部支腿244的外径的内径。激励环260的径向厚度从位于U形密封件240的顶部248处的点朝U形密封件的基部246减小。激励环260的侧部大体是直的和平滑的。激励环260的侧部的锥度与支腿242、244的内表面的锥度——莫氏锥度(其可为例如小于5/8英寸每直线英尺或大约1度29分的角度)匹配。

由于莫氏锥度的原因，在支腿242和244的内表面和激励环260的表面之间的间隙可非常紧密。为了防止在U形密封件240和激励环260之间形成压缩流体袋口，一个或多个通气通路262可位于激励环260中。通气通路262是在激励环260的尖部的附近具有开口以及在超过支腿242、244的尖部的位置处具有第二开口的通路。

在一些实施例中，弹性体密封件264可在密封件凹槽266中位于激励环本体258的外部上。类似地，弹性体密封件268可在密封件凹槽270中位于激励环本体258的内部上。弹性体密封件264和268是由弹性体材料制成的环形密封件。弹性体密封件264、268的暴露表面突出超过激励环本体258的表面，使得弹性体密封件264、268压靠在内部壳体本体128和外部套筒129的表面上。在图10中，为了清楚起见，显示了呈未压缩状态的弹性体密封件264、268。在实际使用中，弹性体密封件264、268将压靠在内部壳体本体128和外部套筒129上，但是不会延伸通过这样的表面。因而，弹性体密封件264、268与激励环本体258结合起来在内部壳体本体128和外部套筒129之间形成密封。该密封存在于设定U形密封件240之前，并且因而可在激励U形密封件240之前，阻止流体或气体在内部壳体本体128和外部套筒129之间传送。此外，弹性体密封件264、268产生的密封件在U形密封件240设定之后产生冗余的密封。U形密封件240的激励和设定在两个方向上提供密封。

激励环本体258可在与激励环260相对的端部处具有一个或多个水平表面272。激励环本体258可具有带螺纹的环部分274，带螺纹的环部分274具有略微小于外部套筒129的内径的外径和大于激励环本体258的本体的内径。带螺纹的环部分274的内径可具有螺纹，以螺纹的方式接合送入工具(未显示)上的螺纹。

使用激励环本体258上的向下的力来设定U形密封件240。可按上面关于在上部环148上产生向下的力所描述的任何方式来产生向下的力。当在带螺纹的环部分274或水平表面272上施加向下的力时，激励环本体258相对于内部壳体本体128向下运动，因而向下驱动激励环260。由于肩部194的原因，U形密封件240无法相对于内部壳体本体128向下运动。因而激励环260在外部支腿242和内部支腿244之间被迫向下。支腿242和244扩张开，并且压靠在内部壳体本体128和外部套筒129的外表面上。在一些实施例中，嵌入体256在凹槽252内和凹槽252之间变形和流动。

虽然以本发明的仅一些形式来显示或描述了本发明，但是对本领域技术人员应当显而易见的是，本发明不受此限制，而是容易有各种改变，而不偏离本发明的范围。

Claims (20)

1.一种用于在两个管状部件之间进行密封的设备，所述设备包括：

第一内环形密封环和第二内环形密封环，各个内环形密封环具有内密封表面；

第一外密封环和第二外密封环，所述外密封环定位成与所述内密封环相对，各个外环形密封环具有外密封表面；

具有第一加压锥体和第二加压锥体的激励环，各个加压锥体是具有内倾斜表面和外倾斜表面的环形环，所述内倾斜表面和所述外倾斜表面从各个加压锥体的尖部到各个加压锥体的宽点相对于彼此扩张，所述加压锥体从所述激励环的本体沿相反的方向突出，所述第一加压锥体沿径向位于所述第一内密封环和所述第一外密封环之间，并且所述第二加压锥体沿径向位于所述第二内密封环和所述第二外密封环之间；

具有用于将轴向力传递给所述第一内密封环和所述第一外密封环的端部表面的轴向可动环；

具有用于将轴向力传递给所述第二内密封环和所述第二外密封环的表面的固定环；以及

其中，使所述轴向可动环从第一轴向位置运动到第二轴向位置导致

(a)所述第一内密封环和所述第一外密封环相对于所述第一加压锥体从第一密封环位置运动到第二密封环位置，在所述第一内密封环和所述第一外密封环运动到所述第二轴向位置时，所述第一加压锥体的所述倾斜表面使所述第一内密封环和所述第一外密封环沿径向扩张开；

(b)所述激励环从第一激励环位置运动到第二激励环位置，从而使所述第二加压锥体相对于所述第二内密封环和所述第二外密封环沿轴向从第一位置运动到第二位置，在所述第二加压锥体从所述第一位置运动到所述第二位置时，所述第二加压锥体的所述倾斜表面使所述第二内密封环和所述第二外密封环沿径向扩张开。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一加压锥体和所述第二加压锥体各自具有球形点，所述球形点具有比所述加压锥体的所述尖部或基部更宽的横截面。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述内环形密封环和所述外环形密封环是金属的。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述密封表面包括各自由多个凹槽中的一个分开的多个凸脊。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括位于所述多个凹槽中的至少一个中的嵌入体，所述嵌入体是比所述密封环更软的金属。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二内环形密封环和所述第二外环形密封环在被所述激励环激励时不会沿轴向方向运动。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述管状部件包括外管状部件和内管状部件，所述内管状部件同心地位于所述外管状部件内，以限定位于它们之间的壳体环带，其中，当所述激励环在所述第二激励环位置上时，所述第一内环形密封环和所述第二内环形密封环抵靠着所述内管状部件的外径而形成密封，并且其中，当所述激励环在所述第二激励环位置上时，所述第一外环形密封环和第二外环形密封环抵靠着所述外管状部件的内径而形成密封。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述固定环抵靠着所述内管状部件上的肩部而承座。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一内密封环和所述第一外密封环运动大于所述激励环的所述第一轴向位置和所述第二轴向位置之间的轴向距离的轴向距离。

10.一种用于在内管状部件和外管状部件之间形成密封的设备，所述设备包括：

包括本体的金属环形密封环，所述本体具有：

上部内密封唇缘和从所述上部内密封唇缘延伸且由环形空隙分开的上部外密封唇缘，所述上部内密封唇缘定位成抵靠着所述内管状部件的外径而形成密封，并且所述上部外密封唇缘定位成抵靠着所述外管状部件的内径而形成密封，并且上环形导向环从所述空隙突出；

下部内密封唇缘和从所述下部内密封唇缘延伸且由环形空隙分开的下部外密封唇缘，所述下部内密封唇缘定位成抵靠着所述内管状部件的外径而形成密封，并且所述下部外密封唇缘定位成抵靠着所述外管状部件的内径而形成密封，并且下环形导向环从所述空隙突出；

具有可动内激励环和可动外激励环的轴向可动环；

具有固定内激励环和固定外激励环的固定环；

其中，所述轴向可动环从第一位置到第二位置的轴向运动使所述环形密封环沿轴向运动小于所述轴向可动环在所述第一位置至所述第二位置之间行进的轴向距离的距离，并且其中，所述可动激励环使所述上部内密封唇缘和所述上部外密封唇缘相对于彼此扩张开，并且所述固定激励环使所述下部内密封唇缘和所述下部外密封唇缘相对于彼此扩张开。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述可动内激励环和所述可动外激励环限定U形通道，并且所述上环形导向环的至少一部分定位在所述U形通道中。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括位于所述轴向可动导向环上的倒钩和位于所述环形导向环上的掣子，其中，所述掣子在所述第一位置上接合所述倒钩。

13.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述密封唇缘包括各自由多个凹槽中的一个分开的多个凸脊。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括位于所述多个凹槽中的至少一个中的嵌入体，所述嵌入体是比所述密封唇缘更软的金属。

15.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述固定环抵靠着位于所述内管状部件上的肩部而承座。

16.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述外管状部件和所述内管状部件同心地定位，并且限定位于它们之间的壳体环带，其中，所述金属环形密封环位于所述壳体环带内。

17.一种用于在内管状部件和外管状部件之间进行密封的设备，所述设备包括：

包括本体的金属环形密封环，所述本体具有内密封唇缘和从所述内密封唇缘延伸且由环形空隙分开的外密封唇缘，所述内密封唇缘定位成抵靠着所述内管状部件的外径而形成密封，并且所述外密封唇缘定位成抵靠着所述外管状部件的内径而形成密封；

激励环，其具有从所述激励环突出的环形加压锥体，所述加压锥体是具有内倾斜表面和外倾斜表面的环形环，所述内倾斜表面和所述外倾斜表面从所述加压锥体的尖部到宽点相对于彼此扩张，所述加压锥体沿径向位于所述密封唇缘之间；

位于所述激励环上的环形凹槽中的弹性体密封件，所述弹性体密封件定位成抵靠着所述管状部件中的一个而形成密封；以及

通过所述加压锥体的通气通路，所述通气通路具有位于所述内密封唇缘和所述外密封唇缘之间的第一开口，以及位于所述激励环的外表面上且与所述加压锥体间隔开的第二开口。

18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述密封唇缘包括各自由多个凹槽中的一个分开的多个凸脊。

19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括位于所述多个凹槽中的至少一个中的嵌入体，所述嵌入体是比所述密封唇缘更软的金属。

20.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述本体的表面抵靠着位于所述内管状部件中的一个上的肩部而承座。