CN102792073A - 高温/高压密封部件 - Google Patents
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Abstract
一种密封部件包括本体、一个或更多个支持部以及密封元件。所述本体具有凹部，所述一个或更多个支持部从所述本体延伸并在所述支持部的长度上变细，所述密封元件设置在所述凹部内，所述密封元件包括一个或更多个台阶部，各台阶部与所述一个或更多个支持部中的一个邻近并且位于所述密封元件的旨在与目标密封表面接触的表面上。
Description
交叉引用
本申请主张享有2010年3月9日提交的、名称为“高温/高压密封部件”、序列号为12/720,391的美国专利申请的申请日的权益。
背景技术
在钻井和完井领域中，对各种组件和/或空间进行密封是重要的。对环形空间进行密封是非常普遍的并且能够显著影响井筒的作业或效率。存在已经在许多井筒中成功使用多年的多种不同类型的密封件，但是对于高温/高压的应用还存在特别的困难。伴随着用于例如二氧化碳螯合（sequestration）、地热活动以及石油开采的对例如更深井筒的使用和开发，这样的应用变得越来越普遍。
高温环境容易使密封材料退化，并且由于显而易见的原因在高压下使用密封材料是困难的。尽管如此，随着开采深度的增加以及对地下商机不懈的追求，本行业总是能够接纳密封技术的改进。
发明内容
一种密封部件，包括：具有凹部的本体；一个或更多个支持部，所述支持部从本体延伸并在所述支持部的长度上渐缩；以及设置在所述凹部内的密封元件，所述密封元件包括一个或更多个台阶部，各台阶部邻近所述一个或更多个支持部中的一个支持部并且位于所述密封元件的旨在与目标密封表面接触的表面上。
附图说明
现参照附图，其中在这些附图中，相同的元件具有相同的附图标记。
图1是代表密封结构的一部分的截面图；
图2是代表一可选实施例的密封结构的一部分的截面图。
具体实施方式
径向向外地对一部件施力以使其与径向向外地定位的管状部件形成密封，这在本领域中是已知的。能形成这种类型密封的结构在本领域中也是已知的。正因如此，本发明不需要描述这样的组件，而是集中描述能例示本发明的密封结构的密封部件部分。
参照图1，其示出了密封部件10的第一实施例。所述密封部件包括被赋予了一个或更多个密封件14的本体12，所述密封件能防止所述本体在流体和/或压力的作用下径向向内移动。正如本领域技术人员能获知的，本体包括渐缩的表面16并因此构造为骑跨在截头圆锥体状部件（未示出，但在本领域中是已知结构）上，该截头圆锥体状部件从而径向向外地对本体施力并使本体与待密封的目标表面18接触。本体由具有良好延展性的一种或更多种材料组成，所述材料例如是AISI8620退火金属材料。也可以使用具有类似性质的其它材料，所述其它材料包括聚醚醚酮。
在一个实施例中所述目标表面是套管内表面，应重点注意的是，目标表面18不仅可能是光滑易密封的表面，还可能是卷筒状的套管，所述套管具有高达约0.1英寸的内部尺寸偏差。使本发明具有这种益处的本发明的结构方面将在下文中进行阐述。
本体12包括密封元件凹部20，该密封元件凹部的尺寸和结构被设计为使该凹部能容纳密封元件22。凹部20的每个纵向端部处都设有从本体12延伸的支持部30。在对图1进行简单解读后，将能确信支持部30是与众不同的。支持部30从本体12延伸较长的距离并在上述延伸期间渐缩。在一个实施例中，支持部30中的至少一个支持部在其长度上包含由附图标记30a和30b标出的两个角度。支持部30的角度的变化使支持部在长度上增加，从而在不超过密封部件的通径的情况下使得能与目标表面18在更长的长度上进行接合，并且支持部的角度的改变量在5°-25°的范围内。由于支持部的延伸长度及支持部沿着该延伸长度持续渐缩的原因，所述支持部在其末端部32处非常窄。所实施的所述渐缩是经过选择的以确保支持部基本上能适应目标表面18中的偏差。为了适应这一结果，所述渐缩的锥度是在5度至15度的范围内。
所描述的支持部30的结构，在两个方面中有优势。首先，支持部30更长的长度确保了所述支持部与目标表面18的接触发生在密封元件22接触目标表面18之前；其次，由于支持部在末端部32附近的截面很薄，因此支持部能够坐封在目标表面18中的不一致的部位。在卷筒状套管中这是特别有益的，例如，用于减少产生突出的可能性。很薄并且因此具有很强贴合性的所述末端部32以及支持部30上靠近所述末端部的部分易于变形从而进入到目标表面18的不规则部位中。
现转而描述密封元件22，在各种实施例中，所述密封元件包括大量的材料中的一种或者更多种，所述材料例如是：含氟弹性体（FKM）、全氟弹性体（FFKM）、氢化丁腈橡胶（HNBR）、丁腈橡胶（NBR）、聚四氟乙烯、聚醚醚酮或其它相对柔性的物质，所述相对柔性的物质包括柔性金属，例如铅、金、银、青铜、铜等。
从图1中应理解：密封元件22的一个端部36严格依照所述凹部20的轮廓构造，而密封元件22的另一个端部38不严格依照所述凹部20的轮廓构造。更确切地说，所述另一个端部38的构造明确地不依照与其邻近的凹部的轮廓。在安装过程期间以及在安装过程之后，这为密封元件22提供了额外的能量。更具体地，一旦密封元件22接触目标表面18，也即，当密封元件22的表面40与所述目标表面18充分相联以使得跨所述密封部件10存在压力差时，如图所示的结构使得流体绕过支持部30而对所述另一个端部38施加压力。然后，作用在所述另一个端部38上的所述压力导致密封元件22轴向压缩，从而以与对压缩形变封隔器的密封元件进行赋能的相类似的方式对所述密封元件进行赋能。
仍然参照图1，应理解：密封元件的表面40在其一个端部包括台阶部42。例如在图1中所示的实施例中，所述台阶部将总是位于密封元件最后与目标表面18接触的一端。应理解：当例如图中所示出的密封部件膨胀时，该密封部件将轴向运动。所述轴向运动使截头圆锥体自然向上并导致密封元件的前导端部首先与目标表面18接触并随即开始在密封元件上进行牵拉。由于发生牵拉，现有技术的装置中的密封元件可能会突出到支持部30外并因而导致目的无法实现。在本发明中，密封元件22的结构使得对密封元件的表面40的牵拉不足以导致密封元件22的材料积聚到足以在密封部件10的一个端部36达到支持部30的顶点。更确切地说，在密封元件22能牵拉到支持部30上之前，支持部30在密封部件10的尾端部（在图1所示的实施例中是在密封元件22的所述一个端部36处）的部分就将与目标表面18相接触并与目标表面相适配。由于台阶部42明显地提高了适当安装的元件与不适当安装的元件的比率，因而台阶部对本技术有显著的益处。
现参照图2，其中相似或相同的组件将采用图1的实施例中该相似或相同的组件的序号加上100来进行标记，图中示出了密封部件110的可选的实施例。在此实施例中，与先前描述的图1的实施例相比有两点不同。这些不同是：密封元件122的两个端部都设有台阶部142，并且在密封元件122的两个端部136和138上，密封元件122都严格依照凹部120的轮廓。由于密封元件122没有与本体112进行装配用的特定装配方向，因而此实施例的密封部件110的结构更简单。更确切地说，密封元件122是对称的并在两个方向上都能装配到本体112上。
应注意的是，在所公开的两个实施例中，可以使用粘结剂以使密封元件22或122牢固固接到本体12或112。可以在密封元件的严格依照凹部的轮廓的端部处放置粘结剂，而无论严格依照所述凹部的轮廓的所述端部是其中一端（图1）还是两端（图2）。在某些实施例中也可以在端部36（或136）和端部38（或138）之间进行粘结。
另外，从材料的热膨胀的角度看，在某些实施例中需要将密封元件22、122构造为使其具有比本体12、112的在外安置尺寸小的在内安置尺寸。在密封元件暴露在足以导致密封元件22、122发生膨胀的高温下期间，这将有利于保持密封元件和本体之间的密封作用。
虽然已经示出和描述了一个或更多个实施例，但是在不偏离本发明的实质和范围的情况下还可以对本发明作出改进和替换。因此，应理解的是，本发明仅以示例而非限制的方式作出了描述。
Claims (12)
1.一种密封部件，包括：
具有凹部的本体；
一个或更多个支持部，所述支持部从本体延伸并在所述支持部的长度上渐缩；以及
设置在所述凹部内的密封元件，所述密封元件包括一个或更多个台阶部，各台阶部邻近所述一个或更多个支持部中的一个支持部并且位于所述密封元件的旨在与目标密封表面接触的表面上。
2.如权利要求1所述的密封部件，其中所述一个或更多个支持部中的一个或更多个在支持部的长度上包括超过一个的角度。
3.如权利要求2所述的密封部件，其中所述角度之间的差在约5度到约25度的范围内。
4.如权利要求1所述的密封部件，其中所述渐缩足以使所述支持部能适应所述目标密封表面中的约0.05英寸到约0.1英寸的偏差。
5.如权利要求1所述的密封部件，其中在所述密封元件的一个端部处，所述密封元件被构造为与所述凹部一致；而在所述密封元件的相反的另一个端部处，所述密封元件被构造为与所述凹部明显不一致。
6.如权利要求1所述的密封部件，其中所述密封元件被构造为：使得在所述密封元件的两个端部的其中一个端部处，所述密封元件被暴露在压力差下，从而导致当所述密封元件被暴露在压力差下时，所述密封元件被赋能。
7.如权利要求1所述的密封部件，其中所述密封元件包括耐高温材料。
8.如权利要求1所述的密封部件，其中所述密封元件至少在所述密封元件与所述凹部相一致的部分处与所述本体粘接。
9.如权利要求1所述的密封部件，其中所述密封元件在至少一个所述支持部处与所述本体粘结。
10.如权利要求1所述的密封部件，其中所述密封元件关于密封元件的轴向的中心对称。
11.如权利要求1所述的密封部件，其中当所述密封元件安置在所述凹部中时，所安置的所述密封元件在所述凹部处所具有的在内尺寸小于所述本体在所述凹部处的在外尺寸。
12.如权利要求1所述的密封部件，其中所述密封部件是耐高温/高压密封件。
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