赋能环凹陷旋出锁的制作方法

赋能环凹陷旋出锁的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及矿物回收井，且具体而言涉及用于将井孔部件保持在壳体中的封闭环。
【背景技术】
[0002]在用于回收矿物例如烃的井口中，通常将油管挂放在井口壳体中。环形密封件通常插入井口壳体与油管挂之间的环状空间中，以用于密封该环状空间，因此防止流体从环形空间朝井口逸出。利用一些类型的密封件，赋能环被朝密封件推动，以导致密封件膨胀并密封地接合相邻表面。利用u形密封件，比如，可迫使赋能环进入u形密封件的腿之间的间隔中，以向外推动腿，并接合井口壳体的内径和油管挂的外径。
[0003]在井孔作业期间，可发生高压情况。高压可在油管挂上施加向上的力。显著的力可将油管挂向上从其在井口壳体中的位置推动。被赋能的密封件可有助于将油管挂保持在适当位置。不适宜地，力和油管挂的位置移位可向上推动赋能环，远离其在密封环内的位置。一旦赋能环已移位到密封件不再被赋能的点，则密封件失效并使油管挂能够相对于套管挂进一步地移动。此种失效可为灾难性的。期望将赋能环在密封环内保持在适当位置，以便赋能环不会响应于油管挂上的向上力而移位。

【发明内容】

[0004]要求保护的发明的实施方式包括赋能环，该赋能环具有如果鼓胀失效(ballooning failure)开始在由赋能环赋能的金属密封件上发生，则将赋能环锁定于适当位置的特征。该特征利用密封件的鼓胀失效来在赋能环上形成干涉锁。在实施方式中，锁定特征包括赋能环上的凹陷、或环形凹部。在鼓胀型失效期间，鼓胀的材料填充该凹陷。凹陷中的材料(其与密封件的其余部分是一体的)可增大将赋能环拉出或者推出设定位置所需的力。锁可通过从密封环凹穴破坏性地拉赋能环而解除。否则，锁在鼓胀发生之后将保持接合。实施方式不限于密封环和赋能环组合。当插头在某些条件下可在失效期间具有鼓胀或者蘑菇型膨胀时，实施方式可包括其他相邻的表面，诸如插头和插座型管连接器。
[0005]密封锁定组件的实施方式包括环形密封件、具有凸头(nose)和侧壁的赋能环，该侧壁具有:施力表面，其用于当赋能环定位成轴向地邻近环形密封件时相对于密封表面推动环形密封件的至少一部分；和环形凹部，其在该施力表面下方位于侧壁上。在实施方式中，环形密封件能够响应于相对于环形密封件施加的力而从第一形状变形为第二形状，其中环形密封件的至少一部分在环形密封件处于第二形状时占据凹部。
[0006]在密封锁定组件的实施方式中，第二形状形成干涉锁，该干涉锁沿至少一个轴向方向阻止赋能环相对于环形密封件的轴向移动。在实施方式中，干涉锁沿两个轴向方向阻止赋能环相对于环形密封件的移动。
[0007]在密封锁定组件的实施方式中，环形密封件包括u形密封件，该u形密封件具有内腿和外腿，该内腿和外腿在其间限定间隔，且在占据间隔时，赋能环可将内和外腿推动成分别与密封表面和另一个密封表面密封地接合。
[0008]在实施方式中，环形凹部包括面向外和向上的锥形表面。在一些实施方式中，环形密封件的第二形状可接合该面向外和向上的锥形表面。在密封锁定组件的实施方式中，一旦环形密封件已采用第二形状，则赋能环可仅通过赋能环和环形密封件中的一者的变形而脱离。
【附图说明】
[0009]为了获得且更详细地理解本发明的特征、优势和目的，和将变得清晰的其他，可参考本发明的在附图中例示出的实施方式来获得在上面简短总结的本发明的更具体描述，这些附图形成本说明书的一部分。然而，应注意的是，附图仅例示了本发明的优选实施方式，且因此不应认为是对其范围的限制，因为本发明可认同其他等同效果的实施方式。
[0010]图1为井口壳体的截面图，其具有赋能环凹陷旋出锁(divot back-out lock)的实施方式。
[0011]图2为通过图1的赋能环而处于被赋能状态的密封件的截面图。
[0012]图3为在密封件经历鼓胀类型的失效之后的图2的密封件和赋能环的截面图。
[0013]图4为根据图1的赋能环凹陷旋出锁的，具有备选凹部轮廓的赋能环的截面图。
[0014]图5为根据图1种赋能环凹陷旋出锁的具有另一个备选凹部轮廓的赋能环的截面图。
【具体实施方式】
[0015]现在将参考例示出了本发明的实施方式的附图在下面更全面地说明本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，且不应被视为限于在本文中阐述的例示实施方式。而是，提供这些实施方式以便本公开彻底并完整，且将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。相同的附图标记在全文中表示相同的元件，且如果使用撇号，则指备选实施方式中的相似元件。
[0016]参考图1，提出了赋能环凹陷旋出锁100。在例示的实施方式中，凹陷旋出锁100示为井口壳体102的一部分。井口壳体102可为用于海底井的常规高压壳体。其是位于如海底井的井的上端处的大型管状部件。井口壳体102具有延伸穿过其的轴向开孔104。套管挂106示为置于井口壳体102中。套管挂106为固连到套管柱(未示出)上端的管状导管。套管挂106在其外部上具有面向上方的肩部108。套管挂106的外壁110大体上平行于开孔104的壁但向内间隔。这导致套管挂外壁110与开孔104之间的环形凹穴112，或间隙。密封表面114位于套管挂106的外径上。密封表面116位于井口壳体102的内径上。密封表面114，116可为大体上光滑的，或者可具有促进密封接合的特征，像比如，锯齿(wicker)。如本领域技术人员应理解的，锯齿是在在其间限定槽的，表面上的周向、平行的脊。
[0017]密封组件124被示为置于套管挂外壁110与开孔壁104之间的凹穴中。密封组件124可为完全或基本上由金属构件组成的金属密封件。这些构件可包括大体上U形的密封部件126。密封部件126具有外壁或腿128，和平行的内壁或腿130，腿128、130在底部处由基部132连接并在顶部敞开。外腿128的内径与内腿130的外径向外径向地间隔。这导致腿128、130之间的环形间隙134。内腿130的内径和外腿128的外径是光滑、柱状、平行的表面。
[0018]在一些实施方式中，突出部136从基部132向下延伸。突出部136可以用于例如支撑间隔环138，如图1所示。间隔环138置于肩部108上，以防止密封组件124的进一步向下移动。在实施方式中，不使用间隔环138，且突出部136可置于肩部108上。在实施方式中，既不使用突出部136也不使用间隔环138，其中基部132可置于肩部108上。在实施方式中，基部132、突出部136或者间隔环138中的任一个可置于其他表面或者特征上，以防止在密封组件124上的进一步向下移动。
[0019]仍参考图1，赋能环142示为用来迫使腿128、130彼此径向地分开，并与密封表面114、116密封地接合。由于密封环142相对于密封表面114、116推动腿128、130，故密封表面114、116分别密封地接合密封组件124的内腿128和外腿130。赋能环142具有外径接合表面144，其摩擦地接合外腿128的内径。赋能环142具有内径接合表面146，其摩擦地接合内腿130的外径。赋能环142在接合表明144、146之间的径向厚度大于间隙134的初始径向尺寸。
[0020]现在参考图2，赋能环142在外径表面上具有凹陷或者凹部148。在实施方式中，凹部148可位于接合表面144下方并靠近赋能环的下终端。凹部148具有比赋能环142的其他部分小的外径。凹部148还可包括肩部150，其是位于凹部148较深部分下方的面向上并向外的肩部。肩部150具有比凹部148其他部分的外径大的外径。从凹部148向上移动，外径随着凹部148向外朝外径(“OD”)接合表面144过渡而变大。
[0021]在实施方式中，内径(“ID”)凹部152可位于赋能环142的内径表面上。凹部152具有比赋能环142的其他部分大的内径。凹部152也包括肩部154，其是位于凹部152较深部分下方的面向上和向内的肩部。从凹部152向上移动，内径随着凹部152向内朝ID接合表面146过渡而变小。
[0022]继续参考图2，密封组件124示为处于被赋能状态，其中赋能环142完全插入到u形密封部件126中。如图2所示，该被赋能状态为密封部件126的第一形状，其中，内和外腿130、128被向外推动，以密封地接合密封表面114、116 (图1)，但密封部件126不以其他方式变形。
[0023]参考图3，密封组件124示为处于被赋能状态，且在已从第一形状(图2)变形为第二形状之后。此种变形可在例如当力(如压力)导致套管挂106 (图1)的向上推力时发生 。套管挂106的向上移动相对于密封部件126施加压力，这可导致密封部件126屈服。在由套管挂106在密封部件126上施加足够的向上推力的情况下，密封部件126可经历“鼓胀”失效。鼓胀失效在密封部件126从第一形状到第二形状变形至鼓胀点时发生。在实施方式中，基部132可向上移位，且外腿128的内径可向内膨胀，使得内径变得更小。在实施方式中，内腿130由于来自套管挂106的向上力而屈服，从而导致内腿130的外径向外膨胀。
[0024]密封部件126的朝赋能环142膨胀或者移位的区域标记为鼓胀156。在实施方式中，鼓胀156膨胀，以完全或者部分地填充凹部148或凹部152。当为第二形状时，鼓胀156的至少一部分可接合肩部150，以在密封部件126与赋能环142之间形成干涉锁。当密封部件126为第二形状时，此种部分鼓胀156在凹部148中，且因此，高于肩部150，鼓胀156可防止赋能环142向上轴向地移动。在实施方式中，肩部150接触鼓胀156，且因此肩部150不可相对于鼓胀156移动。密封部件126保持密封地接合于井口壳体102，因此限制密封部件126的轴向移动。因此为密封部件126的一部分的鼓胀156防止或者减少赋能环142的向上移动。在于赋能环142的ID表面上具有凹部152的实施方式中，当例如鼓胀接合肩部154时，膨胀到凹部152中的密封部件鼓胀可防止赋能环142的向上移动。
[0025]一旦鼓胀156已膨胀到凹部148或凹部152中，则限制赋能环142的相对于密封部件126的向上移动，除非从环形间隙134破坏性地拉赋能环142。在实施方式中，为了在鼓胀156已接合凹部148之后移除赋能环142，密封部件126进一步变形或者赋能环142变形。例如，为了在密封部件126已采用第二形状之后取出赋能环142，用足够的力向上拉赋能环142，以导致鼓胀156远离凹部148地变形，从而允许肩部150移动经过鼓胀156。
[0026]实施方式不限于密封环和赋能环组合。实施方式可包括其他相邻的表面，其中，表面中的一个在失效(如鼓胀或者蘑菇型失效)期间经受膨胀。在实施方式中，例如，当插头在某些情况下可在失效期间示出鼓胀或蘑菇型膨胀时，插头和插座类型的管连接器可使用凹陷旋出锁。在此种实施方式(未示出)中，凹陷或者凹部可存在于插座的内径上，且插头可在鼓胀型失效期间膨胀以填充凹陷的至少一部分，从而锁定插头与插座之间的连接。
[0027]参考图4，凹部可具有各种轮廓中的任一种。赋能环160例如示出凹部162，该凹部162具有梯形轮廓，使得肩部164具有大体上截头圆锥形状。凹部侧壁166可大体上垂直于赋能环160的轴线。在定位在赋能环160附近的密封件(图4中未示出)的鼓胀型变形的情况下，密封件的一部分可占据凹部162并接合肩部164，以阻止赋能环160的向上移动。
[0028]参考图5，赋能环170可包括凹部172，凹部172具有阶梯状轮廓。阶梯状轮廓可包括一个或更多面向上的肩部174，和各相邻的面向上肩部174之间的一个或更多个侧壁176。类似地，凹部172的上部可包括一个或更多面向下的肩部178，各肩部由侧壁176分开。在密封件180的鼓胀型变形的情况下，密封件180的一部分可膨胀到凹部172中，直到密封件180的一部分竖直地高于面向上肩部174中的一个或更多个或与其接触。密封件180的这些部分因此可阻止赋能环170的向上移动。
[0029]尽管本发明已经以其形式中的仅一些来示出或说明，但本领域技术人员应该明白的是，其不由此受限，而可在不偏离本发明范围的情况下容易地进行各种改变。
【主权项】
1.一种用于与井口组件一起使用的密封锁定组件，包括: 环形密封件； 赋能环，其具有凸头和侧壁，能够选择性地插入所述环形密封件中的环形空间中；和 环形凹部，其位于所述侧壁上； 以便当所述环形密封件响应于相对于所述环形密封件施加的力而从第一形状变形至第二形状时，所述环形密封件的至少一部分在所述环形密封件处于所述第二形状时占据所述凹部。2.根据权利要求1所述的密封锁定组件，其特征在于，当处于所述第二形状时，所述密封件的一部分凸出到所述凹部中，并在所述密封件与所述赋能环之间形成干涉锁，所述干涉锁沿至少一个轴向方向阻止所述赋能环相对于所述环形密封件的轴向移动。3.根据权利要求2所述的密封锁定组件，其特征在于，所述干涉锁沿两个轴向方向阻止所述赋能环相对于所述环形密封件的轴向移动。4.根据权利要求1所述的密封锁定组件，其特征在于，所述环形密封件包括u形密封件，所述u形密封件具有内腿和外腿，所述内腿和外腿在其间限定空间，且在占据所述空间时，所述赋能环将所述内和外腿推动成分别与密封表面和与另一个密封表面密封地接合。5.根据权利要求1所述的密封锁定组件，其特征在于，所述环形凹部包括面向外和向上的锥形表面。6.根据权利要求5所述的密封锁定组件，其特征在于，所述环形密封件的第二形状接合所述面向外和向上的锥形表面。7.根据权利要求1所述的密封锁定组件，其特征在于，一旦所述环形密封件已采用所述第二形状，则所述赋能环可仅通过所述赋能环和所述环形密封件中的一者的变形而脱离。8.—种井口组件，其包括: 外管状井口部件，其具有外密封表面； 内管状井口部件，其在所述外管状井口部件内并具有内密封表面； 密封凹穴，其在所述内和外管状井口部件之间； 环形密封件，其设置在所述密封凹穴内； 环形赋能环，其插入到所述密封件中的空间中并具有侧壁和所述侧壁的下端上的凸头；和 环形凹部，其位于所述侧壁上，以用于当所述密封件从第一形状变形到第二形状时接合所述密封件，所述第二形状限定变形的密封件。9.根据权利要求8所述的井口组件，其特征在于，所述环形密封件能够响应于所述内管状井口部件的向上移动而从所述第一形状变形到第二形状，且所述第二形状在所述环形凹部上形成干涉锁。10.根据权利要求8所述的井口组件，其特征在于，所述凹部与所述变形的密封件之间的接合阻挡所述赋能环的向上移动。11.根据权利要求8所述的井口组件，其特征在于，当所述密封件变形时，所述密封件的一部分突出到所述凹部中。12.根据权利要求8所述的井口组件，其特征在于，所述环形密封件包括u形密封件，所述U形密封具有内腿和外腿，所述内腿和外腿在其间限定间隔，且在占据所述间隔之后，所述赋能环将所述内和外腿推动成分别与所述内密封表面和所述外密封表面密封地接合。13.根据权利要求8所述的井口组件，其特征在于，所述环形凹部包括面向外和向上的锥形表面。14.根据权利要求13所述的井口组件，其特征在于，所述环形密封件的第二形状接合所述面向外和向上的锥形表面。15.根据权利要求14所述的井口组件，其特征在于，当所述环形密封件接合所述面向外和向上的锥形表面时，所述赋能环的向上移动受到限制。16.根据权利要求8所述的井口组件，其特征在于，所述干涉锁通过使所述赋能环和所述环形密封件中的一者变形而解除。17.一种用于在两个环形部件之间形成锁定密封的方法，所述方法包括: 提供具有外密封表面的外管状井口部件，和适于置于所述外管状井口部件内的内管状井口部件，从而在它们之间限定密封凹穴，所述内管状井口部件具有内密封表面； 将环形密封件定位在所述密封凹穴内；和 通过相对于所述密封表面中的一者推动所述环形密封件的至少一部分，利用赋能环对所述环形密封件赋能，所述赋能环具有在施力表面下方位于所述侧壁上的环形凹部。18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括使所述环形密封件变形，直到所述环形密封件的变形部分占据所述环形凹部的至少一部分的步骤。19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括使所述环形密封件和所述赋能环中的一者破坏性地变形，同时从所述环形密封件取出所述赋能环的步骤。20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述环形密封件响应于相对于所述内管状井口部件施加的向上力而变形。
【专利摘要】一种赋能环可用于对密封件赋能。在实施方式中，赋能环具有邻近密封件的一部分的凹部或者凹陷，以便如果密封件在鼓胀型失效期间变形，则变形的密封件的一部分可占据凹部。该密封件因此接合凹部的表面，以阻止赋能环相对于密封件的轴向移动。
【IPC分类】E21B33/04
【公开号】CN104884732
【申请号】CN201380047975
【发明人】D·R·巴恩哈特, N·P·格特, 朱宝志, J·A·雷纳尔
【申请人】韦特柯格雷公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年9月10日
【公告号】US9057231, US20140069646, WO2014043101A2, WO2014043101A3