专利名称：三环非挤压密封组件及方法
技术领域：
本发明总地涉及用在密封机构中的非挤压环，更特别地，涉及用在井下打捞作业中以便在密封于变直径轴上时减小挤压间隙的三环非挤压子组件。
背景技术：
当前，在油田作业期间，使用打捞器在外面接合、封隔和取回脱落或掉落的管材、钻杆、接箍、钻具接头、套管或其他类似井下落物(fish)。打捞器的基本设计包括打捞碗、抓钩和控制件。每个抓钩都具有其可抓住的最大和最小抓取尺寸。对于现有技术，其范围可为1/32"以上且在3/32"以下的标称尺寸，导致1/8"的有效总范围。另外，已经设计了宽抓取的打捞器，以抓住更大范围的井下落物。根据定义，该范围被转化为密封件必须能够密封的范围。现有技术利用称为“A”型封隔器的一类密封件。尽管该密封件可有效地密封在井下落物上，但是A型密封方法局限于该打捞器组件的最大尺寸。当期望的抓取尺寸减小时，由于挤压间隙尺寸增大，所以需要不同的密封方法。因此，本领域需要一种有效密封在尺寸逐渐增大的挤压间隙上的非挤压子组件。
发明内容
本发明提供了用于在密封于变直径轴上时减小挤压间隙的方法和组件。本文所述的三环密封组件包括密封件以及第一环、第二环和第三环，用于在井下打捞作业期间减小挤压间隙。所述密封件和环具有彼此协同工作的多个斜边，以强制所述环凸出进入所述挤压间隙，使得该间隙被减小，从而允许该密封件绕着大范围的井下落物密封。
图1为根据本发明示例性实施例的密封组件的截面图；图2为根据本发明示例性实施例的其中具有密封组件的打捞器的截面图；图3A-3D-2示出了根据本发明示例性实施例的三环密封组件；图4示出了密封在大尺寸挤压间隙上的密封组件的示例性实施例的截面图；图5示出了密封在中尺寸挤压间隙上的密封组件的示例性实施例的截面图；图6示出了密封在小尺寸挤压间隙上的密封组件的示例性实施例的截面图；图7A&7B示出了具有第二保持件的密封组件的示例性实施例的截面图；和图8A-8C示出了具有根据本发明示例性实施例的弹簧销组件的密封组件。
具体实施例方式下面描述本发明的示例性实施例及相关方法，它们可用于提供三环非挤压子组件。为清楚起见，在该说明中并不描述实际实施方案的全部特征。当然清楚，在任何这类实际实施方式的开发中，必须进行许多实施方案特定的决定，以达到开发者的具体目标，例如遵守与系统相关和商业相关的限制，这会使实施方案彼此不同。此外，应清楚，这种开发努力是复杂且耗时的，但是对受益于本公开的本领域普通技术人员仍然是常规的任务。从下面描述和附图的考虑可清楚本发明各实施例的其他方面和优点。现在参考图1和2，示出了根据本发明示例性实施例的密封组件20。这里，根据宽抓取打捞器描述本发明的实施例。但是，请注意，受益于本公开的本领域普通技术人员明白，本发明可与多种井下工具一起利用，用于环绕具有大挤压间隙的圆柱形部件密封。密封组件20安装在打捞碗34的上部，以获得高压力密封。密封组件20包括主体
22、密封件24、非挤压环28、实心环30、C形环32和保持环26。如下面更详细描述的，当井下落物36进入打捞碗34时,井下落物36将密封件24的内唇38向下推,并继续进入打捞碗34中，直到其与上部接头41接触为止。之后，施加泵压力，密封组件20作用以密封在井下落物36周围，如下所述。参考图1-3D-2，密封组件20包括非挤压环28、实心环30和C形环32，如前所述。在该示例性实施例中，非挤压环28是实心的或嵌接切口环，具有斜面28a、28b (图1、3B_1)，从而给予非挤压环28三角形形状。斜面28a与模制有平行角度的密封件24的配合斜面24a接触。斜面28b与实心环30的斜面30a配合。如图1、3D和3D-2中清楚所示，C形环32为具有斜面32a的切口环。C形环32中的切口 32b允许环在压力(例如泵压力)施加时压缩。切口 32b的尺寸使得当C形环32压缩时，挤压间隙40减小大致50%。然而，受益于本公开的本领域普通技术人员明白，该减小百分比是根据尺寸特异的，其依赖于密封组件的各个环的尺寸。实心环30的目的是提供邻近环30上端的非挤压环28与邻近环30的下端的C形环32之间的桥。如前所述，非挤压环28包括嵌接切口(图3B)，如本领域所理解的。在非挤压环28与C形环32中都具有切口限制了彼此结合地放置它们时它们的压缩能力。当井下落物36的轴直径减小时，实心环30还为非挤压环28提供支撑。参考图2-7B的示例性实施例，现在描述本发明的操作。因为结合本发明的密封组件使用的打捞器能够抓住许多尺寸的井下落物，因而设计密封组件20。因此，密封组件20可用于密封在宽范围的井下落物上，例如但不限于，小(图4)、中(图5)、大直径井下落物(图6)，如通过各图中挤压间隙40的各自尺寸可确定的(即，间隙40越大，井下落物越小)。对于最大标称尺寸的井下落物，不会使用主体22 (图1)。相反，利用密封组件50(图7A/B)，将其直接放在打捞碗34中，该打捞碗34还包括第二保持件27，如图7-7B中所示。在示例性实施例中，注意，对于给定范围的密封件范围，轮廓是设定的。因此，只要范围是相同的，对于不同尺寸的井下落物可使用特定的密封件。对于给定范围的密封件，改变的只是用于不同尺寸井下落物时的直径尺寸。参考图2，当井下落物36进入打捞碗34时，它向上运动经过密封件20的唇38并继续，直到其与上部接头41接触为止。之后，应用泵压力，导致向密封件38施加向下的压力，从而引起唇38密封井下落物36。一旦如此，如图4中所示，就在保持环26的下端与密封件24之间形成间隙43。并且，同时，向下的力从密封件24传递，通过非挤压环28和实心环30以及C形环32。因为各配合的斜面，该向下的压力强制非挤压环28和C形环32凸出进入挤压间隙40，从而减小挤压间隙40在这两个点的尺寸。进一步参考图1-6，当继续施加向下的压力时，实心环30被强制进邻接部45，这里其不再允许移动。在非挤压环28压缩期间，斜面28b与斜面30a和32a配合。其后，已经滑上斜面22a的C形环32压缩，并在C形环32的两端(由切口 32b产生)彼此接触时“触底”，从而减小间隙40的尺寸。当施加更大的压力时，非挤压环28进一步压缩。随着非挤压环28的直径减小，其从实心环30获得支撑，最后与井下落物36的轴接触，有效地将挤压间隙40减小至零，如图4(小井下落物)、5(中尺寸井下落物)和6(大井下落物)中所示。此外，除了在施加向下压力时C形环32现在与第二保持架27的斜面27a配合之外，图7A&7B中所示的示例性实施例以与前述那些实施例相同的方式操作。因此，当井下落物36的标称尺寸开始减小时，本发明的密封组件实质上重新配置，以适应相应更大的挤压间隙40。因此，密封组件可用于密封宽范围的挤压间隙，这转化为密封在宽范围的具有变直径的井下落物上的能力。参考图8A-8C，现在描述本发明的另一示例性实施例。密封组件60可为前述密封组件的任一个。然而，密封组件60还包括在其下端的对正机构，例如弹簧销组件62，用于将井下落物36均匀地对齐在密封组件60中。进一步参考图8A-8C，多个角锥形或类似形状的销64绕着密封组件60间隔开。密封组件62的主体包括销64插在其中的孔66。轴环68环绕孔66的内端，将销64保持在孔66中(通过肩部70与轴环68的配合接合)。弹簧72位于孔66内与销64相邻，以强制销64出来抵靠井下落物36。弹簧72可为具有对中所述轴的充足力的任意弹簧。因此，当井下落物36进入打捞碗34时，井下落物36的顶部与销64接触。由于销64的面为角锥形，所以减小了磨擦，从而也降低了井下落物36会变得卡住的可能性。当销64被强制向内并且弹簧72被压缩时，施加在井入落物36的侧上的相反力(由弹簧72)用于将井下落物36均匀地对正在打捞碗34的中央。尽管在该示例性实施例中示出了四个单独的销64，但是受益于本公开的本领域普通技术人员明白，可根据需要绕着打捞碗间隔更多或更少的销。另外，受益于本公开的本领域普通技术人员会明白，也可利用许多其他对正机构。其后，密封组件60操作以绕着井下落物36密封，如前所述。本发明的示例性实施例提供了三环密封组件，包括:具有上端和下端的密封件；与所述密封件的下端相邻的第一环，所述第一环具有上端和下端；与非挤压环的下端相邻的第二环，所述第二环具有上端和下端；和与所述第二环的下端相邻的第三环。另一实施例包括将要被密封的目标对正在所述密封组件中的对正机构。另一实施例中，所述对正机构为绕着所述密封组件间隔开的多个弹簧销组件。又一实施例中，所述第一环包括在所述第一环上端和下端的斜面，从而赋予第一环“V”形轮廓。在另一示例性实施例中，所述第二环具有在所述第二环上端上的斜面，所述第二环的上端上的斜面适于与所述第一环的下端上的斜面配合。在又一实施例中，所述第三环包括在所述第三环的上端上的斜面，所述第三环的上端上的斜面适于与所述第一环的下端上的斜面配合。在再一实施例中，所述第三环还包括在所述第三环的下端的斜面，所述第三环的下端的斜面与密封组件主体的斜面配合。另一实施例中，所述第一环为包括嵌接切口的非挤压环。另一实施例中，所述第三环为C形环。再一示例性实施例中，所述密封组件形成用在井下作业中的打捞器的一部分。本发明的示例性方法提供一种制造三环密封组件的方法，该方法包括如下步骤:
(a)提供具有上端和下端的密封件；(b)提供与所述密封件的下端相邻的第一环，所述第一环具有上端和下端；(C)提供与非挤压环的下端相邻的第二环，所述第二环具有上端和下端；和(d)提供与所述第二环的下端相邻的第三环。另一方法包括提供绕着所述密封组件间隔开的多个弹簧销组件的步骤。又一方法包括在所述第一环的上端和下端提供斜面、从而赋予第一环“V”形轮廓的步骤。再一方法包括在所述第二环上端提供斜面的步骤，所述第二环的上端上的斜面适于与所述第一环的下端上的斜面配合。另一示例性方法包括在所述第三环的上端上提供斜面的步骤，所述第三环的上端上的斜面适于与所述第一环的下端上的斜面配合。又一方法包括在所述第三环的下端提供斜面的步骤，所述第三环的下端的斜面与密封组件主体的斜面配合。在另一方法中，步骤
(b)还包括提供所述第一环作为包括嵌接切口的非挤压环的步骤。又一方法中，步骤(d)还包括提供所述第三环作为C形环的步骤。另一示例性方法，包括将所述密封组件包含进用在井下作业中的打捞器中的步骤。本发明的另一示例性方法提供一种在井下作业中使用三环密封组件的方法，该方法包括如下步骤:(a)将井下落物插入包括密封组件的壳体中，所述密封组件包括:具有上端和下端的密封件；与所述密封件的下端相邻的第一环，所述第一环具有上端和下端 ’与非挤压环的下端相邻的第二环，所述第二环具有上端和下端；和与所述实心环的下端相邻的第三环；(b)使所述密封件接触所述井下落物，其中在所述密封组件与所述井下落物之间存在挤压间隙；和(C)使用所述密封组件密封在所述挤压间隙上。另一方法中，步骤(C)还包括如下步骤:强制所述密封件朝着所述第一环；强制所述第三环凸出进入所述挤压间隙；和强制所述第一环凸出进入非挤压间隙，所述第一环与所述井下落物接触，从而使用所述密封组件密封在所述挤压间隙上。在又一方法中，步骤(C)使用泵压力实现。另一方法包括利用弹簧销组件将所 述井下落物对正在所述密封组件中的步骤。与利用单个非挤压环的现有技术不同，本发明的实施例提供了在完成最终密封之前，通过使用三环非挤压组件来部分地封闭挤压间隙的能力，从而提供了有效密封更大范围的挤压间隙(即，更大范围的井下落物)的能力。尽管已经图示和描述了多个实施例，但是本发明不限于这些实施例，并且应理解，包括对本领域技术人员显而易见的所有修改和变形。例如，受益于本公开的本领域普通技术人员明白，可修改本发明的密封件，以适应各种尺寸的井下落物。因此，应当理解，本发明不意欲限制为所公开的特定形式。相反，本发明覆盖由所附权利要求定义的本发明的精神和范围内的所有修改、等效物和替代形式。
权利要求
1.一种三环密封组件，包括: 具有上端和下端的密封件； 与所述密封件的下端相邻的第一环，所述第一环具有上端和下端； 与非挤压环的下端相邻的第二环，所述第二环具有上端和下端；和 与所述第二环的下端相邻的第三环。
2.如权利要求1所述的密封组件，还包括将要被密封的目标对正在所述密封组件中的对正机构。
3.如权利要求2所述的密封组件，其中所述对正机构为绕着所述密封组件间隔开的多个弹簧销组件。
4.如权利要求1所述的密封组件，其中所述第一环包括在所述第一环的上端和下端的斜面，从而赋予第一环“V”形轮廓。
5.如权利要求4所述的密封组件，其中所述第二环具有在所述第二环的上端上的斜面，所述第二环的上端上的斜面能够与所述第一环的下端上的斜面配合。
6.如权利要求5所述的密封组件，其中所述第三环包括在所述第三环的上端上的斜面，所述第三环的上端上的斜面能够与所述第一环的下端上的斜面配合。
7.如权利要求6所述的密封组件，其中所述第三环还包括在所述第三环的下端的斜面，所述第三环的下端的斜面与密封组件主体的斜面配合。
8.如权利要求1所述的密封组件，其中所述第一环为包括嵌接切口的非挤压环。
9.如权利要求1所述的密封组件，其中所述第三环为C形环。
10.如权利要求1所述的密封组件，其中所述密封组件形成用在井下作业中的打捞器的一部分。
11.一种制造三环密封组件的方法，该方法包括如下步骤: (a)提供具有上端和下端的密封件； (b)提供与所述密封件的下端相邻的第一环，所述第一环具有上端和下端； (C)提供与非挤压环的下端相邻的第二环，所述第二环具有上端和下端；和 (d)提供与所述第二环的下端相邻的第三环。
12.如权利要求11所述的方法，还包括提供绕着所述密封组件间隔开的多个弹簧销组件的步骤。
13.如权利要求11所述的方法，还包括在所述第一环的上端和下端提供斜面，从而赋予第一环“V”形轮廓的步骤。
14.如权利要求13所述的方法，还包括在所述第二环的上端上提供斜面的步骤，所述第二环的上端上的斜面能 够与所述第一环的下端上的斜面配合。
15.如权利要求14所述的方法，还包括在所述第三环的上端上提供斜面的步骤，所述第三环的上端上的斜面能够与所述第一环的下端上的斜面配合。
16.如权利要求15所述的方法，还包括在所述第三环的下端提供斜面的步骤，所述第三环的下端的斜面与密封组件主体的斜面配合。
17.如权利要求11所述的方法，其中步骤(b)还包括提供所述第一环作为包括嵌接切口的非挤压环的步骤。
18.如权利要求11所述的方法，其中步骤(d)还包括提供所述第三环作为C形环的步骤。
19.如权利要求11所述的方法，还包括将所述密封组件包含进用在井下作业中的打捞器中的步骤。
20.一种在井下作业中使用三环密封组件的方法，该方法包括如下步骤: (a)将井下落物插入包括密封组件的壳体中，所述密封组件包括: 具有上端和下端的密封件； 与所述密封件的下端相邻的第一环，所述第一环包括上端和下端； 与非挤压环的下端相邻的第二环，所述第二环包括上端和下端；和 与实心环的下端相邻的第三环； (b)使所述密封件接触所述井下落物， 其中在所述密封组件与所述井下落物之间存在挤压间隙；和 (C)使用所述密封组件密封在所述挤压间隙上。
21.如权利要求20所述的方法，其中步骤(C)还包括如下步骤: 强制所述密封件朝着所述第一环； 强制所述第三环凸出进入所述挤压 间隙；和 强制所述第一环凸出进入非挤压间隙，所述第一环与所述井下落物接触，从而使用所述密封组件密封在所述挤压间隙上。
22.如权利要求20所述的方法，其中步骤(c)使用泵压力实现。
23.如权利要求20所述的方法，还包括利用弹簧销组件将所述井下落物对正在所述密封组件中的步骤。
全文摘要
提供一种三环密封组件，以在井下打捞作业期间使用时密封在变尺寸的挤压间隙上。
文档编号E21B31/18GK103154423SQ201180049084
公开日2013年6月12日 申请日期2011年10月11日 优先权日2010年10月11日
发明者J·R·小斯特雷特, J·萨尔达纳, D·小赫南德兹 申请人:国民油井华高有限合伙公司