CN104769211A - 用于套管悬挂器的密封组件 - Google Patents

Abstract

一种用于供套管悬挂器24使用的密封组件22，其包括一对通过带螺纹紧固件38而保持在一起的开口环28,32。扭转紧固件38将使环28,32中的一个受到压缩，使其沿径向向内膨胀到与井孔46的套管壁密封接合的位置，并且沿径向向外抵靠着井口罩14的内壁。在紧固件38进入和离开可压缩环32的地方提供了支承套环50。支承套环50的侧部上的突起52突入到可压缩环32中，并在各个支承套环50和可压缩环32之间产生密封界面。O形环56用作支承套环50的内周边的衬里，以便在支承套环50和紧固件38之间进行密封。位于紧固件38的下端上的螺纹端具有比O形环56的内径更小的直径，从而防止在组装期间损坏O形环56。

Description

用于套管悬挂器的密封组件

技术领域

本公开大体涉及一种用于供套管悬挂器使用的密封组件，其具有环，环具有用于将紧固件容纳在其中的轴向孔，以及位于环侧部上的突起，以便在环和相邻的弹性压缩密封件之间进行密封。

背景技术

用于生产烃的井孔通常包括安装在井孔上方的地面上的井口罩。套管的长度通常与井孔的壁对齐，并且受到安装在井口罩上的悬挂架的支承。陆基油井上的套管悬挂器通常包括用于与套管联接的楔形滑块。用于防止压力相通的密封组件通常插入在套管和井口罩之间。通常，这种密封组件包括同轴的环，其利用螺栓而联接在一起。螺栓通常被扭转一定的量，其造成至少其中一个环受到轴向压缩并且沿径向膨胀，从而与套管和井口罩形成密封接合。然而，引进到环中的应力使螺栓插入的孔变形，并从而在孔壁和螺栓之间造成泄漏路径。

发明内容

这里公开了用于供套管悬挂器使用的密封组件的一个示例。在一个示例中，密封组件包括上部环、与上部环同轴设置的下部可压缩环、轴向穿过上部环和可压缩环的孔、插入在孔中的伸长的紧固件、以及位于可压缩环的表面上的环形支承套环。支承套环具有与孔对齐的孔口，并且具有突出到可压缩环中的突起。当紧固件受到扭转时，突起延伸到可压缩环中，从而对下部可压缩环进行轴向压缩。在支承套环和下部可压缩环之间沿着突起形成了密封界面。可选地，上部环由金属制成，并且下部可压缩环包括弹性体。在一个备选实施例中，上部环和下部环均由半圆形部分组成，半圆形部分沿着斜界面连接起来。当紧固件发生扭转时，环形支承套环可从基本圆形的形状变化至椭圆形的形状。在紧固件和支承套环的内表面之间可选地进一步包括进行密封接触的O形环。在这个示例中，环形支承套环是第一支承套环，并且在下部可压缩环的与第一套环相反的侧部上包括第二支承套环；同样，在第二支承套环的内表面和紧固件之间也有O形环。紧固件可选地包括位于下端上的螺纹，并且其中各个O形环具有内径，其大于紧固件的下端上的螺纹的外径。在一个示例中，紧固件的下端附连在悬挂器主体上，悬挂器主体设置在下部可压缩环的下端上。螺母可通过螺纹接合在紧固件的上端上。在可选的实施例中，环形膨胀环被压缩在螺母和上部环之间，其中沿着环形膨胀环的周边的一部分可提供沿轴向间隔开的槽，其沿径向穿过环形膨胀环。

这里还提供了一种在井口罩和套管之间进行密封的方法。该方法的一个示例包括：将具有轴向孔的上部密封环定位到具有轴向孔的下部密封环上；使上部密封环上的轴向孔与下部密封环上的轴向孔对齐；提供环形套环，其各具有轴向孔口和包围孔口的棱脊；使环形套环基本上与下部密封环上的轴向孔同轴定位，使得棱脊接触下部密封环；并且利用带螺纹紧固件将上部密封环和下部密封环联接在一起，从而限定密封组件，并使得棱脊突出到下部密封环中，并且在各个环形套环和下部密封环之间形成密封界面。带螺纹紧固件可包括伸长部件，其具有位于上端和下端上的螺纹。在一个示例中，该方法还包括通过螺纹使螺母与带螺纹紧固件的上端相接合，并且使带螺纹紧固件的下端拧入到悬挂器主体中，其中螺母的拧紧压缩了下部密封环。可在紧固件上在螺母和上部环之间可选地提供贝氏(Belleville)垫片。还可使用O形环来在带螺纹紧固件和套环之间进行密封。

附图说明

已经陈述了本发明的某些特征和好处，其它特征和好处将随着结合附图所做的说明而变得清晰明了，其中：

图1是井口组件的实例实施例的侧视截面图，其具有根据本发明的套管悬挂器密封组件。

图2是根据本发明的图1的套管悬挂器密封组件的侧视透视图。

图3是根据本发明的图1的套管悬挂器密封组件的侧视截面图。

图4是热膨胀环的一个实施例的侧视透视图，其可选地用于根据本发明的图1的套管悬挂器密封组件。

虽然本发明将结合优选实施例进行描述，但是应该懂得其并不意图将本发明局限于该实施例。相反，其意图覆盖所有包含在所附权利要求所限定的本发明的精髓和范围内的备选方案、变体和等效物。

具体实施方式

现在将在后文中参照附图更完整地描述本公开的方法和系统，在附图中显示了实施例。本公开的方法和系统可采用许多不同的形式，并且不应该认为局限于这里所阐述的示出的实施例，相反，提供这些实施例将使本公开更为完整和完善，并将其范围完全传达给本领域中的技术人员。全文中相似的标号表示相似的元件。

应该懂得本公开的范围并不局限于所示和所述结构、操作、精确材料或实施例的精确细节，因为改型和等效物对于本领域中的技术人员将是清晰明了的。在附图和说明书中已经公开了说明性的实施例，并且虽然采用了特定的术语，但其只是从普通和描述性的意义上使用的，而不用于限制目的。

图1在侧视局部截面图中显示了井口组件10的一个实例实施例。井口组件10包括安装在井口罩14上的采油树12，其中井口罩14的下端安装在地下岩层16中。采油树12包括轴向主孔18，其向下突出穿过井口罩14，并且与井孔20相通，井孔被钻穿井口组件10下面的岩层16。图中显示套管21用作井孔20的衬里，套管在其上端被支承在井口罩14的内部。密封组件22提供了在套管22和井口罩14之间的密封功能。密封组件22安装在悬挂器主体24上，悬挂器主体24与滑块26协力使套管21与井口罩14相接合。

在图2中提供了密封组件22的侧视透视图。在这个示例中，显示了密封组件22由环形顶部密封板28组成。密封板28或上部环通过将一对半圆形部件连接在一起而成形，半圆形部件的界面沿着密封板28的周边限定了斜形的缝隙30。密封板28如图所示同轴地安装在压缩密封件32上。压缩密封件32类似于密封板28被其半圆形部件二等分，半圆形部件沿着斜缝隙36而连接在一起。用于上部密封板或顶部密封板28的典型材料包括高弹性材料，例如碳素钢或不锈钢，而压缩密封件32可由弹性体制成。弹性体的一个示例包括氢化腈基丁二烯橡胶(HNBR)。轴向紧固件34如图所示将密封板28联接到压缩密封件32上。

图3是图2所示的密封环22的局部截面图，其安装在图1的悬挂器主体24上。该截面图是沿着密封组件22的周边剖切的。如图3中所示，紧固件34各包括伸长的螺栓38，其如图所示具有位于其上端和下端上的螺纹40。螺母42与上端的螺纹40相接合，螺母在内表面上具有螺纹。将螺母42拧紧到螺纹40上会使一叠贝氏垫片44压缩在螺母42和密封板28之间。螺栓38插入到轴向孔46中，轴向孔46如图中所示穿过密封板28、压缩密封件32和底部密封板48；底部密封板48如图所示设于压缩密封件32的与顶部密封板28相反的一端上。

一对套环状支承环50如图所示设于在压缩密封件32的上端和下端处围绕孔46而形成的相对应的圆柱形空间中。在图3的示例中，各个支承环50包括突起52，其包围面向压缩密封件32的各个支承环50的表面上的孔56。支承环50还包括凹腔54，其是成形于各个支承环50的内周边上的槽状空间。所示的O形环56设于各个凹腔54中，O形环56沿径向向内延伸到与螺栓38的外表面相接触的位置。在操作的一个示例中，围绕螺纹40旋转螺母42会施加压缩力，以推动支承环50进入压缩密封件32中，使得棱脊52突入到可压缩的压缩环32中，并在支承环50和压缩密封件32之间限定了密封界面。此外，O形环56的存在阻塞了在O形环56和螺栓38之间的压力相通性。在图3的示例中进一步显示了滑块26的径向内侧部具有用于夹紧到套管21的外表面上的一系列棱脊58(图1)。

在图4的侧视透视图中显示了可选的膨胀环60。膨胀环60包括槽62，其穿过膨胀环60的本体从膨胀环60的外表面延伸到内表面中。槽的存在容许膨胀环60的选择性的轴向压缩和膨胀。在这里所公开的装置的一个示例中，膨胀环60用于替代贝氏垫片44(图4)或结合贝氏垫片44一起使用。在一个示例中，贝氏垫片44或膨胀环60可发生膨胀和/或收缩，以响应于螺栓38、密封组件22的其它元件或悬挂器主体24中的热膨胀。贝氏垫片44或膨胀环60的弹性可在一定的温度范围内保持螺栓38中的轴向应力，使得密封组件22持续密封，而不管热差异如何。

因此，这里所述的本发明非常适合于实现所提及的目的，并且获得所提及的结果和优点，以及其它内在优势。虽然出于公开的目的已经给出了目前本发明的优选实施例，但是在用于达成所需结果的程序细节方面存在许多变化。这些和其它相似的修改将很容易由本领域中的技术人员想到，并且意图包含在这里公开的本发明的精神和所附权利要求的范围内。

Claims (14)

1.一种用于供套管悬挂器24使用的密封组件22，包括：

上部环28；

与所述上部环28同轴设置的下部可压缩环32；

沿轴向穿过所述上部环28和所述可压缩环32而延伸的孔46；

插入在所述孔46中的伸长的紧固件38；且

其特征在于：

位于所述可压缩环32的表面上的环形支承套环50，其包括与所述孔46对齐的孔口和突入到所述可压缩环32中的突起，当所述紧固件38经过扭转以便对所述下部可压缩环32进行轴向压缩时，在所述支承套环50和所述下部可压缩环32之间形成密封界面。

2.根据权利要求1所述的密封组件22，其特征在于，所述上部环28包括金属，并且所述下部可压缩环32包括弹性体。

3.根据权利要求1或2所述的密封组件22，其特征在于，所述上部环28和所述下部可压缩环32均包括半圆形部分，其沿着相应的斜界面30,36而连接在一起。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的密封组件22，其特征在于，当所述紧固件38被扭转时，所述环形支承套环50从基本圆形的形状变化至椭圆形的形状。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的密封组件22，其特征在于，具有在所述紧固件38和所述支承套环50的内表面之间进行密封接触的O形环56。

6.根据权利要求5所述的密封组件22，其特征在于，所述环形支承套环50包括第一支承套环50，所述密封组件22还包括位于所述下部可压缩环32的与所述第一套环相反的侧部上的第二支承套环50，以及位于所述第二支承套环50的内表面和所述紧固件38之间的O形环56。

7.根据权利要求6所述的密封组件22，其特征在于，所述紧固件38包括在下端上的螺纹40，并且其中各个所述O形环56具有内径，其大于所述紧固件38的下端上的螺纹的外径。

8.根据权利要求7所述的密封组件22，其特征在于，所述紧固件38的下端附连在悬挂器主体上，所述悬挂器主体上设置在所述下部可压缩环32的下端上。

9.根据权利要求1-8中的任一项所述的密封组件22，其特征在于，具有螺母42，其通过螺纹接合在所述紧固件38的上端上，环形膨胀环60压缩在所述螺母和所述上部环28之间，其中沿着所述环形膨胀环60的周边的一部分提供了沿轴向间隔开的槽62，其沿径向穿过所述环形膨胀环60而延伸。

10.一种在井口罩14和套管21之间进行密封的方法，包括：

使具有轴向孔46的上部密封环定位到具有轴向孔46的下部密封环48上；

使所述上部密封环28上的轴向孔46与所述下部密封环48上的轴向孔46对齐；

其特征在于：

提供环形套环50，其各具有轴向孔口和包围所述孔口的棱脊52；

使所述环形套环50基本上与所述下部密封环48上的轴向孔46同轴地定位，并使得所述棱脊52与所述下部密封环48相接触；且

利用带螺纹紧固件38将所述上部密封环和所述下部密封环48联接在一起以限定密封组件22，并使得所述棱脊突入到所述下部密封环48中，并在各个所述环形套环50和所述下部密封环48之间形成密封界面。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述带螺纹紧固件38包括伸长部件，其在上端和下端上都具有螺纹40。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征还在于，通过螺纹使所述螺母42与所述带螺纹紧固件38的上端相接合，并且将所述带螺纹紧固件38的下端拧入到悬挂器主体中，其中拧紧所述螺母42会压缩所述下部密封环48。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征还在于，在所述紧固件38上提供了位于所述螺母42和所述上部环28之间的贝氏垫片44。

14.根据权利要求10-13中的任一项所述的方法，其特征还在于，在所述带螺纹紧固件38和所述套环50之间利用O形环56进行密封。