CN104781501B - 可膨胀的回接密封组件 - Google Patents

Abstract

本文披露了完成井所用的装置和方法，其使用可膨胀的管件来形成密封的连接结构。具体来说，本发明的实施例涉及在径向膨胀的管件和容器之间形成密封，其中，环形的、径向延伸的突出部存在于管件和容器之间，以在两者之间形成耐用的密封连接。

Description

可膨胀的回接密封组件

相关申请的交叉参照

无

技术领域

本发明涉及地下井中所用的设备和方法，具体来说，本发明涉及可膨胀的回接密封件。

背景技术

通常通过钻探并在此后用称之为套管的钢管对钻孔加上内衬，由此形成井筒。套管对井筒提供支承，并便于隔离邻近于蕴藏碳氢化合物的地层的井筒的某些区域。套管通常沿着井筒从井的地面向下延伸，套管外面和地层中的钻孔之间的环形区域用水泥填充，以便永久地将套管固定在井筒内。

当井筒钻探到新的深度时，附加的管柱延伸到井中到达该深度，由此，管柱或内衬的上部交迭套管的下部。内衬管柱然后固定或悬挂在井筒内，通常用行内熟知的某些机械滑动装置来实施。

在某些情形中，完成的井具有远处打孔的内衬以便提供流体路径，让碳氢化合物进入该井筒，那里，碳氢化合物流入另一较小的管子或生产管道的加有筛网的部分内。在这些情形中，管道周围的井筒用封隔器来隔离，以关闭环形区域，并将碳氢化合物推入生产管道内。在其它的完工井中，延伸入井筒内的最后内衬管柱自身预先开槽或打孔，以接纳和在井筒内向上运载碳氢化合物。在这些情形中，生产管道通常连接到内衬顶部，以用作为通向井地面的导管。这样，内衬“回接到”井的地面。

为了完成这些类型的井，以密封的关系将生产管道插入到内衬顶部，通常利用内衬顶部的抛光的钻孔容器来实现。抛光的钻孔容器具有光滑的圆柱形内部钻孔，其设计成接纳和密封管件，管件在其下端上具有密封组件。抛光的钻孔容器和密封组件的组合，允许生产管道以密封的关系“刺”入到内衬中，并有选择地从其中移去。如文中所使用的，术语“抛光的钻孔容器”是指用来在第二管件内定位和密封第一管件的装置。

众所周知的技术允许井筒管形构件就地膨胀。除了简单地放大管件，该技术通过从内部用径向力来增大较小管件的外直径，允许将较小的管件物理地附连到较大的管件。该膨胀可通过心轴或锥形构件推动通过管件进行膨胀来实现，或通过膨胀器工具在管柱上前行来实现。对于膨胀器工具的实例可参见：发表于2010年8月24日的授予Watson的美国专利No.7,779,910，其题为“用于可膨胀的内衬悬挂器的膨胀锥体(Expansion Cone ForExpandable Liner Hanger)”，本文以参见方式引入该专利以用于各种目的。另外，术语“膨胀器工具”这里是用来指用来膨胀管件的任何构件，诸如是滚柱膨胀器工具、锥体构件、液压或在油气工业中使用的任何其它类型的膨胀构件。

回接密封件通常在密封接口处纳入弹性体。向下钻进中遇到的腐蚀性流体、高温和高压常常促成弹性体密封件的变劣。不管是留在原处还是更换，变劣的密封件可形成对运行造成高成本的泄漏。当留在原处时，生产流体流遭受质量问题。当进行更换时，在更换停工时间过程中，将会积累设备和劳动力成本以及减产的成本。因此，在本行业内存在着一种需求，需要提供可靠密封的不带弹性体的高耐用的回接密封件。

发明内容

本发明的实施例总的涉及用来完成井的方法和装置。尤其是，本发明涉及通过管件膨胀来完成井筒的系统。具体来说，本发明的实施例涉及回接密封系统，其中，第一管件含有抛光的钻孔容器，其构造成与第二管件相密封，由此，在两者之间提供密封的连接。

这里披露的是回接密封系统。该系统包括管形构件容器，用来形成其中的回接密封组件。该回接密封组件包括两个带有交迭的滑动配合部分的伸缩管件，其中的至少一个由塑性变形的金属材料制成。内部管件具有在其上径向延伸的环形突出部，当管件塑性变形而形成回接密封件时，突出部啮合外管件的内部，以改进密封系统的密封性和耐用性。

文中还披露的是将回接密封到管件上的方法。该方法包括：将回接的金属可变形管形构件定位到外管形构件内；沿径向方向膨胀可变形的构件以接触外管件。膨胀步骤致使突出部啮合形成环形接触区域的外管件，该步骤包括塑性变形外管形构件的内壁。

文中还披露的是回接系统和方法，其中，内部管形构件外表面上的轴向间距开的突出部具有大致三角形的横截面。

附图说明

将附图纳入到说明书内并形成说明书的一部分，以说明本发明的至少一个实施例和实例。附图连同书面的描述一起用来解释本发明的原理。附图仅是用来说明本发明至少一个实施例的至少一个优选的实例，并不被认为将本发明只限制到所示和所描述的实例。考察附图，将会明白本发明的各种实施例的各种优点和特征，附图中：

图1是本发明回接密封系统的构造，显示为膨胀前的纵向剖视图；

图1A是图1放大的剖视图；

图2是本发明回接密封系统的构造，显示为膨胀后的纵向剖视图；以及

图2A是图2放大的剖视图。

具体实施方式

本发明的实施例总的涉及完成井的方法和装置。尤其是，本发明涉及通过膨胀一个或多个管形构件来完成井筒的系统。具体来说，本发明的实施例涉及第一和第二管件的同时膨胀，其中，第一管件包含抛光的钻孔容器，用来形成回接密封件，该密封件构造成密封地接纳第二管件的一部分，由此，提供两者之间密封的连接。

特别地参照附图，其中，遍及各个附图中使用的相同的附图标记是表示相同或对应的零件，附图中显示了本发明的回接密封系统的一个实施例。

首先转到图1和1A，金属对金属的回接密封构造的一个实施例用来在井管5和井管6之间形成密封。井管6已经进入(安装)到井筒(未示出)的加套管部分内，并悬挂安装在井筒内。该安装未予显示，但悬挂井管6的方法是行业内众所周知的。井管5已经下降到井筒内，下端沿着向下钻进方向DH插入到井管6的上端内。

在该实施例中，井管5的可伸缩或交迭的部分包括回接密封心轴2。井管6的可伸缩或交迭的部分包括回接密封容器1。该容器可呈抛光的钻孔容器形式。为了便于描述，膨胀器工具的锥体3图示在图1中，其处于移动通过回接密封组件的位置中，以将密封心轴2变形到与回接密封容器1密封地啮合。

回接密封心轴2包括由可变形的金属材料制成的管形管件。心轴2具有比井管5的外直径和壁厚小和薄的外直径和壁厚。回接密封容器1的壁厚小于井管6的壁厚。

根据特殊的特征，本发明使用多个径向延伸的金属突出部或突脊4，它们最好一体地形成在密封心轴2的外表面的减小的直径上。这些突出部例如可通过浇铸和/或机加工方法一体地形成在管形构件上。诸突脊4沿轴向间距开一定距离D。突脊4呈环形，它们围绕密封心轴2外表面的圆周连续地延伸。换句话说，与端部呈螺纹连接的螺旋型式相对照，每个突出部是环状的或环形的。如图1A中详细所示，这些突出部4具有锥形的横截面，在本实施例中，该横截面大致为三角形横截面形状，两个相对侧边7朝向彼此倾斜成角度A，该角度范围在大约30°至约60°。每个突脊4的外部顶点弄平而形成环形的外壁8。在优选的实施例中，壁8具有圆柱形形状以形成圆柱形的接触区域。然而，可以构思这样的壁8，当在如图1A所示的横截面中观看时，壁8可具有显示为凹入或凸出的表面。

图2和2A图示地示出了由膨胀器工具3的锥体组成之后的金属对金属的回接密封构造。如图所示，膨胀器工具的锥体3可弹性地接触回接密封容器1，或在接触区域内变形密封心轴2和回接密封容器1。根据本发明特殊的特征，突出部4可变形和/或嵌入到回接密封容器1的内壁内，以形成起作金属环形密封件作用的环形接触区域。

如图2A中的图解形式所示，当实施膨胀过程时，可以预期到，突出部4可致使在回接密封容器1的内壁14中发生塑性变形12。在图2A中，该变形12穿透某一距离“P”进入到内表面14内。还可以相信，突出部4同样可以在膨胀过程中发生塑性变形。由于突出部4和该变形12之间的啮合，便形成了多个圆周延伸的环形的金属对金属的接触区域，沿着密封组件长度形成了多个间距开的环形密封。还有，如图2A所示，间隙“G”可形成在回接密封容器1的内表面14和密封心轴2的外表面15之间的接口处。该间隙“G”可沿着不存在突出部的所有接口或部分接口而存在。

突出部4和回接容器14的内壁表面之间的互相作用，可通过选择管部分的材料来改变。通过用相对硬的材料来形成容器，用较小硬度材料形成心轴，则突出部可预期有更大的变形。可选择各部分和锥体的尺寸来改变膨胀过程和密封区域内的变形量。

在另一个实施例中，如图1A所示的突出部形成在回接容器的内壁上，替代或添加到回接容器上的突出部。

尽管所述的构成和方法借助于“由…组成”、“包含”、“包括”各种部件或步骤来描述的，但这样的构成和方法也可写成由各种部件和步骤“基本上组成”或“组成”。如文中所使用的，词语“由…组成”、“具有”、“包括”及其所有的语法上变体，都要具有开放的、非限制性的含义，其不排斥另外的元件或步骤。

因此，本发明很好地适于实现目的和达到所提及的目标和优点以及那些固有的目标和优点。尽管已经图示和描述了本发明，且参照本发明示范的实施例来定义，但如此的参照并不暗示限制本发明，并不要推断出如此的限制。本发明能够在形式和功能上作出相当多的修改、改变和等价物，本技术领域内技术人员从本发明获益后将会想到这些修改、改变和等价物。所示和描述的本发明的实施例仅是示范的，并不是本发明范围的全部。因此，本发明仅由附后权利要求书的精神和范围来限定，在所有方面对于等价物给予完全的认定。

还有，除非专利权所有人另有明确地和清晰地定义，否则，权利要求书中的术语都由朴素的、普通的含义。此外，如权利要求书中所使用的不定冠词“一”、“一个”，在文中被定义为意指它所引入的一个或一个以上的元件。在本说明书和文中为了参考可能引入的一个或多个专利或其它文献中，如果使用词语或术语存在着任何冲突的话，则应采纳与本说明书相一致的定义。

Claims (21)

1.一种完成井的方法，该井具有加套管的井筒段，其特征在于，所述方法包括：

将第一金属管形构件放置在井筒内，将第一金属管形构件悬挂在地下地层处加套管的井筒内；此后，将第二金属管形构件放置在井筒内，使第二金属管形构件的一部分伸缩到第一金属管形构件内，使第二金属管形构件的一部分外表面邻近于第一金属管形构件的一部分内表面；

其中，改进包括：在将金属管形构件插入到井筒内之前，在其中一个邻近表面上形成多个金属环形的突出部，以及膨胀第二金属管形构件，直到突出部至少与另一金属管形构件的邻近表面相接触；

其中，将突出部膨胀成接触的步骤包括在金属管形构件的邻近表面之间形成金属的环形密封件。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成步骤包括在一个表面上一体地形成环形的突出部。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述环形的突出部具有锥形的横截面。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述环形的突出部在一个金属管形构件上轴向地间距开。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个突出部各围绕一个金属管形构件的外表面连续地延伸。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述膨胀步骤包括在突出部和另一金属管形构件之间形成接触区域，其中，所述接触区域是环状的。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个突出部包括大致三角形的横截面形状。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个突出部包括朝向彼此倾斜的相对的环形侧壁，它们倾斜成30至60度的角。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个突出部各具有环形外壁，用于接触另一金属管形构件的内表面。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，多个金属环形的突出部一体地形成在第一金属管形构件和第二金属管形构件的邻近表面上。

11.一种用于连接地下地层中管件的井筒管件连接结构，其特征在于，包括：

第一金属管形构件和第二金属管形构件；

第二金属管形构件的端部，其可伸缩到第一金属管形构件的端部内，以形成交迭区域，使第一金属管形构件的内表面邻近于第二金属管形构件的外表面；以及

多个环形的、径向延伸的金属突出部，其形成在一个金属管形构件的邻近表面之一上，使突出部与另一金属管形构件的邻近表面相接触；

其中，在金属管形构件的邻近表面之间形成金属环形的密封件。

12.如权利要求11所述的连接结构，其特征在于，所述突出部一体地形成在第二金属管形构件上。

13.如权利要求11所述的连接结构，其特征在于，所述突出部一体地形成在第一金属管形构件上。

14.如权利要求11所述的连接结构，其特征在于，所述突出部一体地形成在第一金属管形构件和第二金属管形构件上。

15.如权利要求11所述的连接结构，其特征在于，所述突出部具有锥形的横截面。

16.如权利要求11所述的连接结构，其特征在于，所述突出部在一个金属管形构件的表面上轴向地间距开。

17.如权利要求11所述的连接结构，其特征在于，所述多个突出部各围绕一个金属管形构件的外表面连续地延伸。

18.如权利要求11所述的连接结构，其特征在于，所述接触区域形成在突出部和另一金属管形构件之间，其中，所述接触区域是环状的。

19.如权利要求11所述的连接结构，其特征在于，所述多个突出部包括大致三角形的横截面形状。

20.如权利要求11所述的连接结构，其特征在于，所述多个突出部包括朝向彼此倾斜的相对的环形侧壁，它们倾斜成30至60度的角。

21.如权利要求11所述的连接结构，其特征在于，所述多个突出部各具有环形外壁，用于接触另一金属管形构件的内表面。