CN102704887A - 用于海底环带密封件以进行锁定的无定位扩张锁定环 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于海底环带密封件以进行锁定的无定位扩张锁定环。提供了锁定设置在外井口部件(12)和内井口部件(13)之间的环带(16)内的环带密封件(22)的井口组件、密封组件以及方法。密封组件(21)被定位在环带(16)中。激励部件(24，41)被沿轴向向下平移以激励环带密封元件(22)，以及将高强度锁定部件(25)沿径向向外挤压成与井口部件(12)的内径表面(15)接触。井口部件(12)可以包括锯齿(32)组。在挤压期间，锁定部件(25)的外径表面(35)在锯齿(32)组上塑性变形。
Description
技术领域
本发明大体涉及井口组件，并且特别地涉及改良的井口部件和用于在内井口部件和外井口部件之间进行密封的新的密封组件。
背景技术
密封件被用于内井口管状部件和外井口管状部件之间，以遏制内部井压力。内井口部件可以是套管悬挂器，其支承延伸进入井内用于生产流体的流动的套管柱。套管悬挂器着落在外井口部件中，外井口部件可以是井口外罩、采油树或套管头。封隔装置(或其它密封组件)密封套管悬挂器和外井口部件之间的环带。作为备选，内井口部件可以是位于井口外罩中并固定到延伸进入井中的套管柱的油管悬挂器。封隔装置(或其它密封组件)密封油管悬挂器和井口外罩之间的环带。
已经采用了多种这种性质的环带密封件。常规的环带密封件包括，例如，弹性体环和部分金属和弹性体的环。也采用了完全由用于形成金属-金属密封的金属制成的现有技术密封环。可以通过送入工具来设定密封件，或者响应于套管柱或油管柱的重量来设定密封件。一种类型的金属-金属密封件具有被锥形槽口隔开的内壁和外壁。激励环(energizing ring)被推入槽口中而使内壁和外壁变形分开成与内井口部件和外井口部件进行密封性接合。激励环是固体的楔形部件。内壁和外壁的变形超过了密封环的材料的屈服强度，使得变形是永久的。
在套管或油管和井口之间，可能发生热增长。通过油管向上流动的井流体加热套管柱，并更少程度地加热周围的套管。温度增加可能导致油管悬挂器和/或套管悬挂器相对于外井口部件或相对于彼此在轴向上移动少许量。在加热过渡期间，由于构件之间的温度差异和构成构件材料的不同的热膨胀率，套管悬挂器和/或油管悬挂器也能够沿径向移动。如果由于楔入动作而设定了密封件(其中，激励环的轴向位移引发了密封件靠着其匹配表面的径向移动)，那么如果由于压力或热效应而在轴向上有移动，则密封力可能减少。激励环上的轴向力的减少导致了密封环的内壁和外壁上的沿径向向内和向外的力的减少，这可能导致密封件泄漏。由于热过渡而导致的密封件和其匹配表面之间的径向载荷的损失也可以导致密封件泄漏。
已经采用了锁定环，以帮助维持激励环的定位。然而，发明人发现，现有的锁定环的实现通常需要井口套管中的环形凹槽。这样的环形凹槽可能不仅限制了锁定环的轴向定位(这导致井口组件的制造成本的增加)，而且可能使井口套管中的一个区域变弱或以别的方式使一个区域较容易受应力、应变、热变化的影响；从而进一步增加了与井口组件的某些元件相关的制造成本。另外，发明人发现，具体地必须与高压井口外罩中的凹槽匹配的这样的锁定机构会在钻井操作的正常过程期间遭受损害和碎屑积垢。相应地，认识到需要这样的密封组件和井口组件，其包括不限于精确的轴向定位并且不需要在凹槽内定位以维持其轴向定位的锁定环。发明人还认识到，通过使用比形成环带密封件的金属更硬但是比井口外罩-锁定环界面处的金属更软的表面金属，可以得到改进的锁定环性能，而消除对于锁定环接纳凹槽的需求。
发明内容
鉴于前述内容，本发明的各种实施例有利地提供了锁定定位于外井口部件和内井口部件之间的环带密封件的密封组件、井口组件以及方法。本发明的不同实施例还有利地提供了由构造成激励环带密封部件的激励部件激励并驱动进入井口外罩本体中的环带密封部件。本发明的各种实施例还有利地提供了当可操作地采用来锁定环带密封件时延伸成与锁定环相邻的锯齿组，当设定套管悬挂器和环带密封件时，锯齿例如可以在某一窗内提供无限的可调整性，而不改变环带密封件的密封性能或技术。有利的是，当在套管悬挂器处发生上冲时，载荷可以传递至现有的环带密封部件和示例性的锁定环两者中，从而提供了载荷的分担。
更具体地，包括用于锁定环带密封件的密封组件的井口组件的实施例的示例包括适于锚定在井孔中的外井口部件(例如高压井口外罩)、着落在井口外罩内的内井口部件(例如套管悬挂器)、在井口外罩和套管悬挂器之间的限定了环带的间隙、在井口外罩的内表面上的包括限定了一组锯齿的一组浅的环形凹槽/凸起的轮廓，以及用于锁定设置于外部悬挂器和套管悬挂器之间的环带内的环带密封件的密封组件。
根据井口组件的示例性实施例的密封组件包括环带密封件，该环带密封件包括构造成与套管悬挂器的外径表面接合的第一环形部件、构造成与井口外罩的内径表面接合的第二环形部件以及在它们之间延伸以接纳激励部件的环形凹部或其它通道。
密封部件还包括具有外径表面、内径表面以及渐缩表面的环形锁定部件(例如锁定环)，外径表面被构造成当密封部件可操作地定位于井口外罩中时与井口外罩的内径表面的相邻部分接合，内径表面用于与激励部件(例如激励环)的外径表面接合，渐缩表面渐缩成当把激励环的远端部分沿轴向平移至环带密封件的环形通道中时促进激励环的外径表面沿轴向移动成与锁定环的内径表面的大部分接合。
锁定环进一步被构造成使得当激励环被完全沿轴向平移而激励环带密封件时，锁定环的外径表面的部分在位于井口外罩的内径表面的部分上的锯齿组中的多个锯齿上塑性变形。需要的力的量取决于锁定环的强度和井口外罩的包含锯齿的表面的强度的组合。与锁定环的外径表面的部分接合的井口外罩的部分的强度额定值典型地在大约80K Psi和120K Psi之间。对应地，与井口外罩的部分接合的锁定环的外表面直径的部分的强度额定值应当被设定在大约30K Psi和80KPsi之间，但是更加优选地为比对应的井口外罩表面的强度低大约30KPsi。
密封组件还包括激励部件(例如上述的激励环)，激励部件的尺寸被构造成把锁定环的外径表面的大部分挤压到井口外罩的内径表面的对应部分中，以及激励环带密封件。激励环包括具有外径表面的近端部分，该外径表面的大小构造成当把激励环的远端部分沿轴向平移至环带密封件的环形通道中时接合环带锁定环的内径表面的大部分而沿径向向外挤压锁定环的部分。激励环还包括相邻的渐缩表面，该渐缩表面与锁定环的渐缩表面互补并以大约3°和15°之间的角度渐缩，以当把激励环的远端部分沿轴向平移至环带密封件的环形通道中时促进激励环的近端部分的外径表面沿轴向移动成与锁定环的内径表面的大部分接合。
激励环还包括远端部分，远端部分大小构造成当把激励环的远端部分沿轴向平移至环带密封件的环形通道中时与环带密封件的第一环形部件和第二环形部件接合。远端部分的上部区段可以具有与近端部分的外表面直径相匹配的外表面直径。激励环还包括中间部分，中间部分具有的外表面直径比激励环的近端部分的外表面直径更小并且比激励环的远端部分的上部区段的外表面直径更小，以在把激励环的远端部分沿轴向平移至环带密封件的环形通道中之前容纳锁定环。中间部分与远端部分的上部区段一起形成肩部，该肩部被构造成在从井口外罩内移除密封组件期间与固定部件或螺母的底表面部分接合。
密封组件包括具有渐缩表面的固定部件(例如，固定螺母)，该渐缩表面与激励环的渐缩表面互补，并且渐缩成当激励环的远端部分被完全可操作地插入到环带密封件的第一和第二环形部件之间时，激励环的渐缩部分与固定螺母的渐缩部分接合。对应地，第二环形部件可以包括环形延伸部，由此，环形延伸部的近端部分被构造成接合固定螺母的互补部分。
本发明的各种实施例还包括锁定设置于外井口部件和内井口部件之间的环带内的环带密封件的方法。该方法的示例可以包括提供包括环带密封件、环带锁定环或其它锁定部件、固定螺母或其它固定部件以及激励环或其它激励部件的密封组件的步骤。步骤还可以包括将密封组件定位在外井口部件和内井口部件之间的环带中，以及把激励环的远端部分沿轴向平移至环带密封件的环形通道中。响应于激励环的轴向平移，结果激励环的远端部分将环带密封件的第一环形部件的大部分沿径向向内挤压成与内井口部件的外径表面接合，并将环带密封件的第二环形部件的大部分沿径向向外挤压成与外井口部件的内径表面接合。响应于此，激励环的轴向平移还导致激励环的近端部分的外径表面部分沿径向向外挤压锁定环的大部分，由此，锁定环的外径表面的大部分在环形凹槽组中的多个环形凹槽上变形(并“咬入”其中)，该环形凹槽组限定了位于外井口部件的内径表面的部分上的锯齿组。有利的是，这种行为导致了特别强的锁定力，这消除了使用外井口部件中的凹部以帮助把锁定部件保持在合适的位置中的需求。
根据该方法的实施例，激励环包括渐缩表面，该渐缩表面与沿着锁定环的上表面的内径的渐缩表面接合，以促进由激励部件的轴向平移导致的/在激励部件的轴向平移期间导致的激励环进入而靠着锁定环的内径表面进行挤压性配合。
根据该方法的实施例，固定螺母或其它固定部件连接到与环带密封件的第二环形部件连接或成一体的环形延伸部件。根据这样的实施例，锁定环着落在固定螺母的上表面上。此外，固定螺母具有沿着固定螺母的上部部分的内径的渐缩表面，该渐缩表面与激励环的渐缩表面互补，使得在轴向平移期间，激励环的渐缩表面着落在固定螺母的渐缩表面上。当激励环带密封件并可挤压性地对锁定环加载而形成锁定时，彼此互补的渐缩表面较少地防止激励环的近端部分向下平移而离开锁定环的内径表面。
该方法还包括：当期望时，从激励环与环带密封件并对应地与锁定环的挤压性接合中移除激励环，以移除密封组件。相应地，激励环的远端部分的上部区段可以具有比中间部分的外表面直径更大的外表面直径。直径差形成了在与激励环的近端部分相邻的渐缩部分和激励环的远端部分的上部区段之间延伸的凹部。直径差还形成了沿着凹部的下部部分的台肩，该台肩能够与固定螺母的远部延伸部件的底表面接合。
相应地，在移除操作期间，例如通过采用送入工具，促使激励环从其锁定位置向上。促使激励环向上会将激励器从环带密封件的空间/通道内抽出。促使激励环向上还优选地同时导致激励环的外部近部表面滑离锁定环内表面，从而释放了激励环表面和对应的井口表面之间的挤压性锁定力，并且导致锁定环滑入凹形的激励环表面中。向上移动激励环而拉动激励环表面离开锁定环表面有效地从带锯齿的井口部件内径表面释放了接合的锁定环表面。此外，对于定位在形成于凹形的激励环表面和井口部件内径表面之间的间隙内的锁定环，持续的抽出力导致激励环台肩与固定螺母的底表面接合。更进一步的力导致了整个密封组件从井口内的移除。
附图说明
为了可以更加详细地理解本发明的特征和优点以及其它将变得显而易见的方式，上面简要总结的本发明的更加特别的描述可以参照其实施例进行，实施例显示在形成该说明书的一部分的附图中。然而，将注意到，附图仅仅示出了本发明的各种实施例，并且由于它也可以包括其它有效的实施例，因此它不被认为限定了本发明的范围。
图1是提供了修改模板的井口组件的部分的截面图；
图2是根据本发明实施例的井口组件的部分的截面图；
图3是根据本发明实施例的井口组件的锁定环的透视图；
图4是根据本发明实施例的井口组件的井口外罩的截面图；
图5是根据本发明实施例的井口组件的激励环的截面图；
图6A是根据本发明实施例的在激励前/锁定前状态下的井口组件的密封组件的截面图；
图6B是根据本发明实施例的在激励/锁定状态下的井口组件的密封组件的截面图；
图7A是根据本发明实施例的在激励/锁定状态下的井口组件的密封组件的截面图；以及
图7B是根据本发明实施例的在激励后的、从锁定状态释放的井口组件的密封组件的截面图。
具体实施方式
现在，在下文中，将参照显示本发明的实施例的附图更加完整地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式体现，并且不应当被理解为限于本文中阐述的所示的实施例。而是，提供了这些实施例使得该公开将是彻底且完整的，并且将把本发明的范围完全地传达给本领域技术人员。相同的标号始终表示相同的部件。如果使用的话，点撇符号在备选实施例中表示类似的部件。
现有的环带密封件，诸如例如图1所示的，在某些现场条件下，特别是当用在遭受温度和/或压力的显著波动的环境条件中时，可能不提供足够的锁定能力。锁定力的需求来自套管柱的环带压力和/或热增长，套管柱然后将载荷传递到套管悬挂器中。相应地，本发明的实施例提供了一种锁定部件，在不需要修改常规的环带密封件并且当锁定部件可操作地用于锁定位置中时不需要提供凹槽/凹部以容纳锁定部件的情况下，该锁定部件能够提供超过在使用现有的密封技术时可获得的锁定的额外的锁定。
图2显示了例如根据本发明的实施例的示例的包括密封组件21的井口组件10的部分。井口组件10可以包括固定在井眼(未显示)的上端处并共轴地包围套管悬挂器13的高压井口外罩12。套管悬挂器13和井口外罩12的相应的内径表面14、外径表面15之间的间隔距离相应地形成环带16。套管悬挂器13的下部部分17过渡而向外延伸成与井口外罩内径表面16接触，从而限定了环带16的下部末端。锁定台肩18显示为设在环带16的下部末端中。锁定台肩18的上表面向下倾斜并延伸离开套管悬挂器13的外径表面17。鼻形环19显示为位于环带16内，搁靠在锁定台肩16的顶上。与井口组件10的轴线Ax平行的力产生了合力，以在环带16内向上并沿径向促动鼻形环19。
密封组件21显示在环带16中，以螺纹的方式固定到鼻形环19的上端并从此处向上延伸。在图2、6A-6B以及7A-7B所示的实施例中，密封组件21包括密封元件或部件(例如环带密封件22)、固定部件(例如固定螺母23)、激励部件(例如激励环24)以及锁定部件(例如锁定环25)。在该示例性的实施例中，例如如图3所示构造的锁定环25由优选地具有至少35-45KPsi的强度但是可以具有低于典型地为80-120KPsi的井口外罩的强度的更高强度的金属或金属合金或者其它坚固材料构成。
仍然主要参照图2，密封元件22包括外部部件26，外部部件26显示为在其下端螺纹连接到鼻形环19的内部联接部。密封元件22可以由金属、软金属或者弹性材料构成。外部部件26沿着井口外罩12的内径表面15向上延伸。外部部件26包括延伸部件27，延伸部件27具有以与环形螺母23螺纹配合的方式终止的上端。因此，外部部件26是具有比环带16的厚度更小的横截面厚度的大体环形的部件。外部部件26的延伸部件部分27包括显示为沿着其长度的一部分设置的可选的槽口28。延伸部件27可以包括弹性承载材料，其示例包括钢、金属合金以及复合材料。
密封元件22还包括环形内部部件29，环形内部部件29显示为在鼻形环16的内部联接部之上从外部部件26沿侧向凸出。密封元件22的顶点部分基本垂直于通过环带16的轴线Ax而从外部部件26延伸。在套管悬挂器13处，内部部件29的外周边向上成角度而大体平行于轴线Ax延伸。锁定环25显示为与环形螺母23接触，也位于环带16内，并在轴线Ax周围共轴。
锁定环25包括外径表面31，外径表面31被构造成当锁定环25可操作地定位时与井口外罩12的内径表面15的相邻部分接合，该井口外罩12具有限定了锯齿32组(例如参见附图4)的多个浅的环形凹槽。在图3所示的实施例中，锁定环25的外径表面31沿着轴线Ax为平的，并且在优选的构造中是相对光滑的，以在遭受激励环24(例如参见图5)施加的沿径向向外的挤压力之前允许锁定环25的表面31沿轴向过渡跨过井口外罩12的内径表面15。
锁定环25还包括用于接合激励环24的近端部分37的外径表面部分35的内径表面33和渐缩表面39，该渐缩表面39根据各种方法渐缩成当把包括激励器或激励器部件41的激励环24的远端部分例如如图6A和6B所示沿轴向平移至密封件22的环形通道30中时促进激励环24的近端部分37的外径表面部分35沿轴向移动成与锁定环25的内径表面33的大部分接合。即，锁定环25在其接近环形固定螺母23的基部处较厚，并在渐缩部分/过渡部分39之上减小。锁定环25的底部是相对较平的，以便与环形固定螺母23的顶表面交接。然而，与环形螺母23交接所必要的其它构造落在本发明的范围内。注意到，锁定环25也能够包括具有各种大小和深度的多个防旋转槽口43。在所示实施例中，对于具有大约一英寸的长度的环25，槽口43将具有大约3/8英寸的深度。
如图2和5所示，并且如上面注意到的，环形激励环24也设在环带16中。激励环24，特别是其近端37，尺寸构造成将锁定环25的外径表面31的大部分沿径向向外挤压到井口外罩12的内径表面15的对应的部分中，以及激励环带密封件22。结果，根据各种方法，激励环24的近端部分37具有大小构造成接合锁定环25的内径表面33的大部分的外径/外径表面35。这样的方法能够包括装配(buildup)材料的使用(一体的或分离的)、初始制造设计的变化以及/或者延伸部件或环的应用。
在图5所示的实施例中，通过增加将外径表面35扩大到所期望的直径的环形径向延伸部(例如延伸环45)来提供激励环24的近端部分37的外径表面35。有利的是，当把激励环24的远端部分沿轴向平移至环带密封件22的环形通道30中时，环形径向延伸部增强了锁定环25的大部分的挤压。然而，例如形成如上所示的单一结构的其它方法落在本发明的范围内。还有利的是，当定位成与内径表面33完全沿径向接触性接合时，外径表面35至少与锁定环25的外径表面31和内径表面33基本平行，使得每对接触表面(33、35和15、31)没有将破坏锁定的促动力。
激励环24还包括相邻的渐缩表面49，渐缩表面49与锁定环25的渐缩表面39互补，并且渐缩成当把激励环24的激励器41沿轴向平移至环带密封件22的环形通道30中时促进激励环24的外径表面35沿轴向移动成与锁定环25的内径表面33的大部分接合。渐缩表面49相对于井口外罩12的轴线Ax能够具有大约在3°和15°之间的角度。
如上面注意到的，激励环24的远端部分能够包括激励器41，激励器41大小构造成例如当把激励器41沿轴向平移至环带密封件22的环形通道30中时与环带密封22的外环形部件26和内环形部件29同时接合。如将在下面更加详细地讨论的，激励器41构造成用于插入空间/环形通道30中，以形成用于在套管悬挂器13和井口外罩12之间进行密封的密封表面。注意到，为了增强外环形部件和内环形部件分别与套管悬挂器13的外径表面14和井口外罩12的内径表面15的接合，锯齿32、32′可在相应的外环形部件26和内环形部件29的附近设在相应的表面14、15上。
仍然主要参照附图5，激励环24的中间部分51具有基本上比激励环24的表面35的外表面直径更小的外表面直径。如图6A所示，这个得到的凹部有利地提供了在把激励器41沿轴向平移至环带密封21的环形通道30中之前足以容纳锁定环25的空间和由激励环表面35与锁定环表面33的挤压性接触产生的锁定环25的相关联锁定。注意到，在优选的构造中，激励环表面35的外径和激励环24的远端部分41的上部区段53的外径基本上或者至少大致相同或类似。
如图6A和6B所示，在操作中，例如通过采用送入工具(未显示)而促使激励环24向下。促使激励环24向下会把激励器41推入空间/通道30中。激励器41的厚度超过通道30的厚度，使得向下动作导致了将内部部件29和外部部件26沿着相反的方向推成与套管悬挂器13和井口外罩12两者进行密封性接触。激励器41可以填充通道30的全部或部分。促使激励环24向下也在锁定环25的渐缩部分39(参见图6A)上/沿着锁定环25的渐缩部分39驱动激励环24的渐缩部分49，直至到达环形螺母23的渐缩的互补部分59(参见图6B)。
相对于轴线Ax，锁定环渐缩部39之下的锁定环25的内表面直径比激励环渐缩部49之上的激励环24的外径表面35的直径更小。因此，如图6B所示，向下移动激励环24而推动锁定环渐缩部39之下的激励环渐缩部49促使锁定环25的外径表面31靠着井口外罩12的内径表面15。这以足够的力把锁定环25的外径表面31接合至井口外罩12的内径表面15的锯齿32中，以引起锁定环表面31的塑性变形，“咬入”锯齿32。因此，增强了密封组件21的锁定。
相应地，把激励环24固定在图6B所示的构造中，维持了锁定环25和套管悬挂器13之间的接合。这种分别与井口外罩12和锁定环25上的对应的表面15、31的接合将密封组件21固定到井口外罩12，从而防止了密封组件21和井口外罩12之间的相对移动。而且，根据本发明的一个实施例，锁定环25的主体的部分和/或激励环24的近端部分37能够弹性变形。这种塑性变形和/或塑性和弹性变形的组合能够有利地帮助避免作为热膨胀的结果而由密封组件21和井口外罩12之间的相对移动引起的潜在损害。
应当指出，对应的井口和锁定环接触表面15、31，以及外密封部件26下部部分的外表面、延伸部件27和固定螺母23，可以包括满足它们的功能性目的的许多不同的构造。然而，在优选的构造中，井口的内径表面15包括限定锯齿32的较大的环形凹槽阵列或组，其具有典型地为大约80/1000英寸的深度，从而导致有具有不同形状的高度类似的对应的环形凸起，如本领域普通技术人员将会认识到的。
如图4和6A-7B所示，当可操作地用在井口外罩12内时，锯齿32被定位在密封组件21的期望的轴向位置的窗内，以便去除精确的轴向位置需要。有利的是，去除这样的限制可以允许关于轴向定位有较宽范围的容差，以及允许有降低的制造成本。此外，延伸锯齿32而沿着密封组件21的大部分长度接合能够导致有改进的锁定力能力，特别是当与能够提供锁定环表面进入锯齿32的塑性变形的修改的激励环设计一起使用时。注意到，虽然显示为在锁定环25的上部潜在位置和外密封部件26的下部部分之间连续地延伸，但是本领域普通技术人员将理解到，能够采用分开的锯齿32组，由此，第一锯齿32组被定位成覆盖锁定环25的轴向位置的潜在范围，而第二锯齿32组被定位成沿轴向邻接锯齿32′，以覆盖密封元件22的外部部件26和内部部件29的轴向位置的潜在范围。
再参照图5，激励环24的中间部分表面51和远端上部区段53之间的得到的直径差能够导致台肩61，台肩61被构造成在移除密封组件21期间接合固定螺母23的底表面部分63。现在主要参照图7A和7B，在移除操作期间，例如，通过采用送入工具(未显示)而促使激励环24从其锁定位置(参见图7A)向上。促使激励环24向上会把激励器41从空间/通道30内抽出。促使激励环24向上还导致激励环表面35滑离锁定环表面33(参见图7B)，释放了激励环表面35和井口表面15之间的挤压锁定力，并且导致锁定环25滑入凹形的激励环表面51中。因此，如图7B所示，向上移动激励环24而拉动激励环表面35离开锁定环表面33有效地从井口表面15释放锁定环表面31。此外，对于定位在形成于凹形的激励环表面51和井口内径表面15之间的间隙内的锁定环25，持续的抽出力导致激励环台肩61与固定螺母23的底表面63接合。更进一步的力和对应的向上的轴向移动能够导致从井口12内移除整个密封组件21。
在附图和说明书中，已经公开了本发明的典型的优选实施例，虽然采用了具体的术语，但是这些术语仅以描述性的意义使用，并不用于限制的目的。已经具体地参照这些所示的实施例而相当详细地描述了本发明。然而，将显而易见的是，在如在前述说明书中描述的本发明的要旨和范围内，能够做出各种修改和改变。例如，虽然主要在着落在修改的高压井口外罩内的套管悬挂器的背景下示出，但是本领域普通技术人员将会认识到，对于修改的套管内的油管或其它油管，能够容易地采用这种特点的密封组件和方法。
Claims (21)
1.一种锁定设置于外井口部件(12)和内井口部件(13)之间的环带(16)内的环带密封件(22)的方法，所述方法包括以下步骤：提供包括环带密封件(22)、环形锁定环(25)以及激励环(24)的密封组件(21)；将所述密封组件(21)定位在外井口部件(12)和内井口部件(13)之间的所述环带(16)中；以及把所述激励环(24)的远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的环形通道(30)中，响应于所述激励环(24)的沿轴向平移，所述激励环(24)的所述远端部分(41)将所述环带密封件(22)的第一环形部件(29)的大部分沿径向挤压成与所述内井口部件(13)的外径表面(14)接合，以及将所述环带密封件(22)的第二环形部件(26)的大部分沿径向挤压成与所述外井口部件(12)的内径表面(15)接合，所述方法的特征在于：
响应于沿轴向平移所述激励环(24)，所述激励环(24)的近端部分(37)的外径表面部分(35)沿径向挤压所述锁定环(25)的大部分，所述锁定环(25)的所述外径表面(31)的大部分在环形凹槽(32)组中的多个环形凹槽(32)上塑性变形，所述环形凹槽(32)组限定了位于所述外井口部件(12)的所述内径表面(15)的部分上的锯齿(32)组。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内井口部件(13)是套管悬挂器(13)；其中，所述外井口部件(12)是高压井口外罩(12)；以及其中
所述环形锁定环(25)包括外径表面(31)、内径表面(33)以及渐缩表面(39)，所述外径表面(31)被构造成当所述环形锁定环(25)可操作地定位于所述高压井口外罩(12)中时与具有所述锯齿(32)组的所述高压井口外罩(12)的所述内径表面(15)的相邻部分接合，所述内径表面(33)用于接合所述激励环(24)的所述近端部分(37)的所述外径表面部分(35)，所述渐缩表面(39)渐缩成当把所述激励环(24)的所述远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的所述环形通道(30)中时促进所述激励环(24)的所述近端部分(37)的所述外径表面(35)沿轴向移动成与所述锁定环(25)的所述内径表面(33)的大部分接合。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述激励环(24)的尺寸构造成把所述锁定环(25)的所述外径表面(31)的大部分沿径向挤压到所述高压井口外罩(12)的所述内径表面(15)的对应部分中，以及激励所述环带密封件(22)，所述激励环(24)包括：
所述近端部分(37)，其具有所述外径表面(35)和相邻的渐缩表面(49)，所述外径表面(35)的大小构造成接合所述环形锁定环(25)的所述内径表面(33)的大部分，所述渐缩表面(49)与所述锁定环(25)的所述渐缩表面(39)互补，并且渐缩成当把所述激励环(24)的所述远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的所述环形通道(30)中时促进所述激励环(24)的所述近端部分(37)的所述外径表面(35)沿轴向移动成与所述锁定环(25)的所述内径表面(33)的所述大部分接合；
所述远端部分(41)，其大小构造成当把所述激励环(24)的所述远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的所述环形通道(30)中时与所述环带密封件(22)的所述第一环形部件(29)和所述第二环形部件(26)同时接合；以及
中间部分(51)，其具有比所述激励环(24)的所述近端部分(37)的外表面直径更小的外表面直径，以在把所述激励环(24)的所述远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的所述环形通道(30)中之前容纳所述锁定环(25)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
其中，当所述环带密封件(22)被激励时与所述锁定环(25)的所述外径表面部分(31)接合的所述高压井口外罩(12)的所述内径表面部分(15)和与所述环带密封件(22)的所述第二环形部件(26)的外表面部分接合的所述高压井口外罩(12)的所述内径表面部分(15)具有至少基本相同的内表面直径；
其中，所述激励环(24)被沿轴向向下平移，以同时激励所述环带密封件(22)的所述第一和第二环形部件(29，26)，以及将所述锁定环(25)的所述大部分(31)沿径向向外挤压成与所述外井口部件(12)的所述内径表面(15)接触；
其中，所述激励环(24)的所述远端部分(41)具有比所述激励环(24)的所述中间部分(51)的外径表面的直径更大的外表面直径，以形成用于在移除所述密封组件(21)期间接合固定螺母(23)的台肩(61)；以及
其中，所述方法的特征进一步在于：从与所述锁定环(25)的挤压性接合中移除激励环(24)，使得所述锁定环(25)和所述环带密封件(22)同时从所述高压井口外罩(12)的所述内径表面(15)脱离，从而从所述环带(16)移除所述环带密封件(22)。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，
其中，所述激励环(24)的近端部分(37)包括环形径向延伸部(45)，所述环形径向延伸部(45)扩大所述激励环(24)的所述近端部分(37)的所述外径表面(35)，使得所述激励环(24)的中间部分(51)的相邻的外径表面部分具有基本上比所述激励环(24)的所述近端部分(37)的外表面直径更小的外表面直径，
当把所述激励环(24)的所述远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的所述环形通道(30)中时，所述环形径向延伸部(45)增强了所述锁定环(25)的所述大部分的挤压，以及
所述中间部分(51)的所述外径表面的减小的直径在把所述激励环(24)的所述远端部分(41)沿轴向平移至所述环形密封(22)的所述环形通道(30)中之前容纳所述锁定环(25)。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，
其中，所述密封组件(21)包括具有渐缩表面的固定螺母(23)，所述渐缩表面与所述激励环(24)的所述渐缩表面(49)互补，并且渐缩成使得当所述激励环(24)的所述远端部分(41)被完全可操作地插入到所述环带密封件(22)的所述第一和第二环形部件(29，26)之间时，所述激励环(24)的所述渐缩表面(49)与所述固定螺母(23)的所述渐缩表面(59)接合；以及
其中，所述第二环形部件(26)包括环形延伸部(27)，所述环形延伸部(27)的近端被构造成接合所述固定螺母(23)的互补部分。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述方法，其特征在于，
当所述环带密封件(22)被激励时，所述锯齿(32)组至少不连续地在所述第二环形部件(26)的至少中间部分的外径表面和所述环形锁定环(25)的所述外径表面(31)的近部部分之间延伸，从而增强所述密封组件(21)的固定。
8.一种用于锁定设置于外井口部件(12)和内井口部件(13)之间的环带(16)内的环带密封件(22)的密封组件(21)，所述密封组件(21)包括环带密封件(22)，所述环带密封件(22)具有构造成与内井口部件(13)的外径表面(14)接合的第一环形部件(29)、构造成与外井口部件(12)的内径表面(15)接合的第二环形部件(26)以及在它们之间延伸而接纳激励部件(24，41)的环形通道(30)，所述密封组件(21)的特征在于：
环形锁定环(25)，其具有外径表面(31)、内径表面(33)以及渐缩表面(39)，所述外径表面(31)被构造成当所述环形锁定环(25)可操作地定位于所述外井口部件(12)中时与具有限定了锯齿(32)组的多个浅的环形凹槽(32)的所述外井口部件(12)的所述内径表面(15)的相邻部分接合，所述内径表面(33)用以与激励环(24)的外径表面(35)接合，所述渐缩表面(39)渐缩成当把所述激励环(24)的远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的所述环形通道(30)中时促进所述激励环(24)的所述外径表面(35)沿轴向移动成与所述锁定环(25)的所述内径表面(33)的大部分接合；以及
所述激励环(24)，其尺寸构造成把所述锁定环(25)的所述外径表面(31)的大部分沿径向挤压到所述外井口部件(12)的所述内径表面(15)的对应部分中，以及激励所述环带密封件(22)，所述激励环(24)包括：具有外径表面(35)的近端部分(37)，所述外径表面(35)的大小构造成接合所述环形锁定环(25)的所述内径表面(33)的大部分，以当把所述激励环(24)的所述远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的所述环形通道(30)中时沿径向向外挤压所述锁定环(25)的部分；相邻的渐缩表面(49)，其与所述锁定环(25)的所述渐缩表面(39)互补，并且渐缩成当把所述激励环(24)的所述远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的所述环形通道(30)中时促进所述激励环(24)的所述近端部分(37)的所述外径表面(35)沿轴向移动成与所述锁定环(25)的所述内径表面(33)的所述大部分接合；所述远端部分(41)，其大小构造成当把所述激励环(24)的所述远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的所述环形通道(30)中时与所述环带密封件(22)的所述第一环形部件(29)和所述第二环形部件(26)同时接合；以及中间部分(51)，其具有比所述激励环(24)的所述近端部分(37)的外表面直径更小的外表面直径，以在把所述激励环(24)的所述远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的所述环形通道(30)中之前容纳所述锁定环(25)。
9.根据权利要求8所述的密封组件(21)，其特征在于，所述内井口部件(13)是套管悬挂器(13)；其中，所述外井口部件(12)是高压井口外罩(12)；以及其中
所述锁定环(25)进一步被构造成使得当所述激励环(24)被完全沿轴向平移而激励所述环带密封件(22)时，所述锁定环(25)的所述外径表面(31)的部分在位于所述高压井口外罩(12)的所述内径表面(15)的部分上的所述锯齿(32)组中的多个锯齿(32)上塑性变形。
10.根据权利要求9所述的密封组件(21)，其特征在于，
其中，与所述锁定环(25)的所述外径表面(31)的部分接合的所述高压井口外罩(12)的所述部分(15)的强度额定值在大约80KPsi和120KPsi之间；以及
其中，与所述高压井口外罩(12)的所述部分(15)接合的所述锁定环(25)的所述外径表面(31)的部分的强度额定值在大约30K Psi和80KPsi之间。
11.根据权利要求9或10所述的密封组件(21)，其特征在于，
其中，所述激励环(24)的所述近端部分(37)包括环形径向延伸部(45)，所述环形径向延伸部(45)扩大所述激励环(24)的所述近端部分(37)的所述外径表面(35)，使得所述激励环(24)的中间部分(51)的相邻的外径表面部分具有基本上比所述激励环(24)的所述近端部分(37)的外表面直径更小的外表面直径，当把所述激励环(24)的所述远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的所述环形通道(30)中时，所述环形径向延伸部(45)增强了所述锁定环(25)的所述大部分的挤压，所述中间部分(51)的所述外径表面的减小的直径在把所述激励环(24)的所述远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的所述环形通道(30)中之前容纳所述锁定环(25)；以及
其中，所述激励环(24)的所述远端部分(41)具有比所述激励环(24)的所述中间部分(51)的所述外径表面的直径更大的外表面直径，以形成用于在移除所述密封组件(21)期间接合固定螺母(23)的台肩(61)。
12.根据权利要求8至11中的任一项所述的密封组件(21)，其特征进一步在于：
固定螺母(23)具有渐缩表面(59)，所述渐缩表面(59)与所述激励环(24)的所述渐缩表面(49)互补，并且渐缩成使得当所述激励环(24)的所述远端部分(41)被完全可操作地插入到所述环带密封件(22)的所述第一和第二环形部件(29，26)之间时，所述激励环(24)的所述渐缩表面(49)与所述固定螺母(23)的所述渐缩表面(59)接合；以及
其中，所述第二环形部件(26)包括环形延伸部(27)，所述环形延伸部(27)的近端被构造成接合所述固定螺母(23)的互补部分。
13.根据权利要求8至12中的任一项所述的密封组件(21)，其特征在于，所述激励环(24)的所述渐缩表面(49)相对于所述外井口部件(12)的主轴线以大约在3°和15°之间的角度渐缩。
14.根据权利要求8至13中的任一项所述的密封组件(21)，其特征在于，当所述环带密封件(22)被激励时，所述锯齿(32)组在所述第二环形部件(26)的至少中间部分的外径表面和所述环形锁定环(25)的所述外径表面(31)的近部部分之间延伸，从而增强了所述密封组件(21)的固定。
15.一种井口组件(10)，包括：适于锚定在井孔中的外井口部件(12)；着落在所述外井口部件(12)内的内井口部件(13)，所述外井口部件(12)和所述内井口部件(13)之间的间隙限定了环带(16)；在所述外井口部件(12)的内表面上的轮廓，其包括限定了锯齿(32)组的多个浅的环形凹槽、凸起或者凹槽和凸起；以及包括环带密封件(22)的密封组件(21)，所述环带密封件(22)具有构造成与所述内井口部件(13)的外径表面(14)接合的第一环形部件(29)、构造成与所述外井口部件(12)的内径表面(15)接合的第二环形部件(26)以及在它们之间延伸以接纳激励部件(24，41)的环形通道(30)，所述井口组件(10)的特征在于，所述密封组件包括：
环形锁定环(25)，其具有外径表面(31)、内径表面(33)以及渐缩表面(39)，所述外径表面(31)被构造成当所述环形锁定环(25)可操作地定位于所述外井口部件(12)中时与具有所述锯齿(32)组的所述外井口部件(12)的内径表面(15)的相邻部分接合，所述内径表面(33)用以与激励环(24)的外径表面(35)接合，所述渐缩表面(39)渐缩成当把所述激励环(24)的远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的所述环形通道(30)中时促进所述激励环(24)的所述外径表面(35)沿轴向移动成与所述锁定环(25)的所述内径表面(33)的大部分接合；以及
所述激励环(24)，其尺寸构造成把所述锁定环(25)的所述外径表面(31)的大部分沿径向挤压到所述外井口部件(12)的所述内径表面(15)的对应部分中，以及激励所述环带密封件(22)，所述激励环(24)包括：具有外径表面(35)的近端部分(37)，所述外径表面(35)的大小构造成接合所述环形锁定环(25)的所述内径表面(33)的大部分，以当把所述激励环(24)的所述远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的所述环形通道(30)中时沿径向向外挤压所述锁定环(25)的部分(31)；相邻的渐缩表面(49)，其与所述锁定环(25)的所述渐缩表面(39)互补，并且渐缩成当把所述激励环(24)的所述远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的所述环形通道(30)中时促进所述激励环(24)的所述近端部分(37)的所述外径表面(35)沿轴向移动成与所述锁定环(25)的所述内径表面(33)的大部分接合；所述远端部分(41)，其大小构造成当把所述激励环(24)的所述远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的所述环形通道(30)中时与所述环带密封件(22)的所述第一环形部件(29)和所述第二环形部件(26)同时接合；以及中间部分(51)，其具有比所述激励环(24)的所述近端部分(37)的外表面直径更小的外表面直径，以在把所述激励环(24)的所述远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的所述环形通道(30)中之前容纳所述锁定环(25)。
16.根据权利要求15所述的井口组件(10)，其特征在于，所述内井口部件(13)是套管悬挂器(13)；其中，所述外井口部件(12)是高压井口外罩(12)；以及其中
所述锁定环(25)进一步被构造成使得当所述激励环(24)被完全沿轴向平移而激励所述环带密封件(22)时，所述锁定环(25)的所述外径表面(31)的部分在位于所述高压井口外罩(12)的所述内径表面(15)的部分上的所述锯齿(32)组中的多个锯齿(32)上塑性变形。
17.根据权利要求15或16所述的井口组件(10)，其特征在于，
其中，与所述锁定环(25)的所述外径表面(31)的部分接合的所述高压井口外罩(12)的所述部分(15)的强度额定值在大约80K Psi和120KPsi之间；以及
其中，与所述高压井口外罩(12)的所述部分接合的所述锁定环(25)的所述外径表面(31)的部分的强度额定值在大约30K Psi和80K Psi之间。
18.根据权利要求15至17中的任一项所述的井口组件(10)，其特征在于，
其中，所述激励环(24)的所述近端部分(37)包括环形径向延伸部(45)，所述环形径向延伸部(45)扩大所述激励环(24)的所述近端部分(37)的所述外径表面(35)，使得所述激励环(24)的中间部分(51)的相邻的外径表面部分具有基本上比所述激励环(24)的所述近端部分(37)的外表面直径更小的外表面直径，当把所述激励环(24)的所述远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的所述环形通道(30)中时，所述环形径向延伸部(45)增强了所述锁定环(25)的所述大部分的挤压，所述中间部分(51)的所述外径表面的减小的直径在把所述激励环(24)的所述远端部分(41)沿轴向平移至所述环带密封件(22)的所述环形通道(30)中之前容纳所述锁定环(25)；以及
其中，所述激励环(24)的所述远端部分(41)具有比所述激励环(24)的所述中间部分(51)的所述外径表面的直径更大的外表面直径，以形成用于在移除所述密封组件(21)期间接合固定螺母(23)的台肩(61)。
19.根据权利要求15至18中的任一项所述的井口组件(10)，其特征在于，
其中，所述密封组件(21)包括具有渐缩表面(59)的固定螺母(23)，所述渐缩表面(59)与所述激励环(24)的所述渐缩表面(49)互补，并且渐缩成使得当所述激励环(24)的所述远端部分(41)被完全可操作地插入到所述环带密封件(22)的所述第一和第二环形部件(29，26)之间时，所述激励环(24)的所述渐缩表面(49)与所述固定螺母(23)的所述渐缩表面(59)接合；以及
其中，所述第二环形部件(26)包括环形延伸部(27)，所述环形延伸部(27)的近端被构造成接合所述固定螺母(23)的互补部分。
20.根据权利要求15至19中的任一项所述的井口组件(10)，其特征在于，所述激励环(24)的所述渐缩表面(49)相对于所述外井口部件(12)的主轴线以大约在3°和15°之间的角度渐缩。
21.根据权利要求15至20中的任一项所述的井口组件(10)，其特征在于，当所述环带密封件(22)被激励时，所述锯齿组(32)在所述第二环形部件(26)的至少中间部分的外径表面和所述环形锁定环(25)的所述外径表面(31)的近部部分之间延伸，从而在所述井口组件(10)内增强了所述密封组件(21)的固定。
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