CN104641068A - 具有激活的密封件的井工具 - Google Patents
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Abstract
一种密封系统可包括：环形密封件，其包括弹性材料；以及弹簧，其随着材料弹性降低而将压缩力施加到密封件上，所述弹簧在密封件的外面。一种密封方法可包括：将密封件安装在井工具内，由于安装的缘故该密封件被径向地压缩；以及位于密封件外面的弹簧将压缩力作用在密封件上。一种井工具可包括：密封件，由于密封件的径向尺寸大于密封表面之间的径向距离，所以，密封件径向地被压缩在井工具的密封表面之间；以及弹簧，所述弹簧将压缩力作用在密封件上，弹簧在所述密封件的外面。
Description
技术领域
本发明总的涉及用于密封流体压力的密封系统，在下面描述的一个实例中，更具体地，本发明提供具有激活的密封件的井工具。
背景技术
井工具中的密封件通常必须承受相对高的温度下的相当大的压差。即使特定的密封件密封住的压差不被认为是“高”压差，如果密封件已经暴露在相对高的温度前，那么，密封件也可呈“固化”(例如，变得变形和失去其弹性)，并变得不能密封住相对低的压差。
因此，将会容易地认识到，在构造密封件的行业中，一直需要有各种改进。
附图说明
图1是系统和可实施本发明原理的相关方法的代表性的局部剖视图。
图2是可用于图1的系统和方法中且可实施本发明原理的井工具的代表性剖视图。
图3是可用于图2的井工具中且可实施本发明原理的密封系统的代表性剖视图。
具体实施方式
图1中代表性地示出了可实施本发明原理的系统10和相关方法。然而，应该清楚地理解到，系统10和方法只是本发明原理在实践中的一种应用实例，各种各样其他的实例都是可能的。因此，本发明范围决不局限于这里所描述的和/或附图中图示的系统10和方法的细节。
在图1的实例中，井工具12连接在井筒16中所安装的管形钻柱14内。井工具12可以是任何类型的井工具，例如，封隔器、生产阀或激励阀、扼流器、泵等。在其他的实例中，井工具12可以是钻探工具、钢丝绳工具、激励工具、碎石压实工具，或任何其他类型的井工具。本发明的范围不局限于用于任何特殊类型的井工具。
井筒16衬有套筒18和水泥筒20。在其他的实例中，井筒16可不加套筒或可以是裸眼井，和/或是倾斜的或偏转的。本发明范围不局限于用于任何特殊类型的井筒。
在其他的实例中，井工具12不一定连接到管形钻柱内。因此，应该清楚地理解到，本发明的范围不局限于附图中图示的或这里所描述的系统10和方法的任何细节。
井工具12包括一个或多个密封件，它们在暴露于相对高的向下钻进温度(例如，超过300°F，149℃)之后最好连续地密封。即使在密封件由于升高的向下钻进温度而呈现“固化”现象之后，密封件也可继续密封。
现另外参照图2，图中代表性地示出了一部分井工具12的放大比例的剖视图。在该视图中，可以看到两个密封系统22用来密封住外部外壳24和内部心轴26之间的环形空间。
在该实例中，密封系统22外部地安装在心轴26上，并被接纳在密封钻孔或外部外壳24中的表面28内。然而，在其他的实例中，密封系统22可以内部地承载在外部外壳24内，以与心轴26上的外部密封表面30相啮合。因此，本发明范围不局限于这里所描述的和/或附图中图示的井工具12的任何特殊细节。
现另外参照图3，图中代表性地示出了密封系统22之一的放大比例的剖视图。在该视图中，可以看到密封系统22包括弹簧32，该弹簧向多个环形密封件34施加纵向的压缩力，环形密封件34被径向地压缩在密封表面28、30之间。
抗挤压的背衬环36用来防止密封件34由于横贯密封件的压差引起的挤压。应注意到，根据需要，可使用任何数量的弹簧32、密封件34和抗挤压环36。
为了纵向地压缩弹簧32，可将螺旋环38旋入到心轴26上。在密封件安装在心轴26和外部外壳24之间之前或之后，可增加弹簧32纵向地施加到密封件34上的压缩力。
在一个安装方法中，密封件34、抗挤压环36和弹簧32可定位在心轴26上，然后，可将螺旋环38旋入到心轴上，以在螺旋环和抗挤压环的一端之间纵向地压缩弹簧。密封系统22然后安装在外部外壳24内，使得密封件34密封地啮合密封表面28。
替代地，密封件34、抗挤压环36和弹簧32可定位在心轴26上，然后，可将心轴(带有密封件和其上的抗挤压环)安装在外部外壳24内，使得密封件密封地啮合密封表面28。然后，螺旋环38可旋入到心轴26上，以在螺旋环和抗挤压环36的一端之间纵向地压缩弹簧32。
较佳地，密封件34(在最初安装时)的尺寸可这样来确定：不管弹簧32是否将纵向压缩力作用在密封件上，密封件总可径向地被压缩在密封表面28、30之间。例如，密封件34的径向厚度可大于密封表面28、30之间的径向分开距离。因此，即使弹簧32不纵向地压缩密封件，密封件34也可密封抵靠住表面28、30。
然而，如果密封件34失去其弹性(例如，由于暴露于井中升高的温度下)，那么，密封件可在变形的构造中变得“固化”，其中，它们的松弛的径向厚度不大于密封表面28、30之间的径向距离。在该情形中，弹簧32作用在密封件34上的纵向压缩力将起作用，而将密封件径向地延伸到与表面28、30密封地啮合。
在一个实例中，密封件34可用弹性的弹性体材料(诸如，腈、氟化弹性体、EPDM等)制造。遗憾的是，如此材料的弹性可因暴露于提高的温度前而降低。实际上，系统22通过纵向地压缩密封件34来补偿该降低的弹性，于是，密封件将径向地向内和向外地延伸到与表面28、30密封接触。
尽管弹簧32在附图中显示为单一盘簧，但在其他的实例中，弹簧可用波形弹簧、贝尔维尔垫圈或任何其他类型的偏置装置来代替。本发明范围不局限于使用任何特殊类型的弹簧。
以上披露的发明对本行业提供了一种密封方法。在一个实例中，该种方法可包括将至少一个密封件34安装在井工具12内，由于安装的缘故该密封件34被径向地压缩；以及密封件34外面的至少一个弹簧32将压缩力作用在密封件34上。
密封件34可包括弹性材料。弹簧32可在材料弹性降低之后将压缩力作用在密封件34上。
弹簧32可将压缩力纵向地施加到密封件34上。
密封件34可包括弹性体材料。
该方法可包括在将井工具12定位在井中之前来压缩弹簧32。
安装步骤可包括将抗挤压环36定位在密封件34和弹簧32之间。
弹簧32可包括盘簧。
以上还描述了井工具12。在一个实例中，井工具12可包括至少一个密封件34和至少一个弹簧32，由于密封件34的径向尺寸大于密封表面28、30之间的径向距离，所以，该至少一个密封件34被径向地压缩在井工具12的密封表面28、30之间；而至少一个弹簧32将压缩力作用在密封件34上，弹簧32位于密封件34外面。
提供给本行业的还有密封系统22。在一个上述的实例中，密封系统22可包括至少一个包括弹性材料的环形密封件34和至少一个弹簧32，随着材料弹性降低，该至少一个弹簧32将压缩力施加在密封件34上，弹簧32位于密封件34外面。
尽管以上描述了各种实例，每个实例具有一定的特征，但应该理解到，一个实例的特殊的特征并不必要专一地用于该实例。相反，以上描述的和/或附图中所示的任何特征可与任何的实例组合，添加到或替代于这些实例的任何其他特征。一个实例的特征对于另一实例的特征不是互相排斥的。相反，本发明的范围包括任何特征的任何组合。
尽管上述每个实例包括特征的某种组合，但应该理解到，一个实例的所有特征不必要是都要用到。相反，可使用上述的任何特征，也可不使用任何其他的特殊特征或多种特征。
应该理解到，这里所描述的各种实施例可在各种定向上使用，诸如，倾斜的、倒置的、水平的、垂直的等等，并可用在各种构造中，而不脱离本发明的原理。实施例的描述只是作为本发明原理的有用应用的实例，本发明不局限于这些实施例的任何特殊的细节。
在以上代表性实例的描述中，方向性术语(诸如“以上”、“以下”、“上部”、“下部”等)为方便起见用来涉指附图。然而，应该清楚地理解到，本发明范围并不局限于这里所述的任何特殊的方向。
术语“包括”、“包含”以及类似的术语在本说明书中没有限制性含义使用。例如，如果系统、方法、装置、器件等被描述为“包括”某种特征或元件，则系统、方法、装置、器件等可包括该特征或元件，并还可包括其他的特征或元件。同样地，术语“包含”被考虑意指“包含，但不限于”。
当然，本技术领域内技术人员在仔细考虑上述本发明代表性实施例的描述之后，容易地认识到，对于特殊的实施例可作出许多修改、添加、替代、删除以及其他的变化，本发明的原理考虑了如此的变化。例如，各种结构被披露为分开地形成，但在其他的实例中，也可一体地形成，以及反之亦然。因此，以上的详细描述应清楚地被理解为仅是借助于说明和实例给出的，本发明的精神和范围只能由附后权利要求书和其等价物予以限定。
Claims (21)
1.一种密封方法，包括：
将至少一个密封件安装在井工具内，由于安装的缘故该密封件被径向地压缩；以及
所述密封件外面的至少一个弹簧将压缩力作用在密封件上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密封件包括弹性材料，且其中，在材料弹性降低之后，所述弹簧将压缩力作用在密封件上。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压缩力由弹簧纵向地施加到密封件上。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密封件包括弹性体材料。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在将井工具定位在井中之前压缩所述弹簧。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述安装还包括将抗挤压环定位在所述密封件和所述弹簧之间。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述弹簧包括盘簧。
8.一种井工具，包括：
至少一个密封件，由于密封件的径向尺寸大于密封表面之间的径向距离，所以，密封件径向地被压缩在井工具的密封表面之间；以及
至少一个弹簧，所述弹簧将压缩力作用在所述密封件上，所述弹簧在所述密封件的外面。
9.如权利要求8所述的井工具，其特征在于，所述密封件包括弹性材料，且其中，在材料弹性降低之后，所述弹簧将压缩力作用在密封件上。
10.如权利要求8所述的井工具，其特征在于，所述压缩力由弹簧纵向地施加到密封件上。
11.如权利要求8所述的井工具，其特征在于，所述密封件包括弹性体材料。
12.如权利要求8所述的井工具，其特征在于，所述弹簧在井工具定位在井中之前受压缩。
13.如权利要求8所述的井工具，其特征在于，还包括位于密封件和弹簧之间的抗挤压环。
14.如权利要求8所述的井工具，其特征在于，所述弹簧包括盘簧。
15.一种密封系统，包括：
至少一个环形密封件，其包括弹性材料；以及
至少一个弹簧，其随着材料弹性降低而将压缩力施加到所述密封件上，所述弹簧在密封件的外面。
16.如权利要求15所述的密封系统，其特征在于，由于密封件的径向尺寸大于密封表面之间的径向距离，所以，所述密封件被径向地压缩在井工具的密封表面之间。
17.如权利要求15所述的密封系统，其特征在于，所述压缩力由弹簧纵向地施加到密封件上。
18.如权利要求15所述的密封系统，其特征在于，所述弹性材料包括弹性体材料。
19.如权利要求15所述的密封系统，其特征在于，所述弹簧在密封系统定位在井中之前受压缩。
20.如权利要求15所述的密封系统，其特征在于，还包括位于密封件和弹簧之间的抗挤压环。
21.如权利要求15所述的密封系统，其特征在于，所述弹簧包括盘簧。
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