封隔器及相关方法、密封环和固定环的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及诸如套筒上的封隔器/滑动件的密封系统，适于封隔器的密封环，适于封隔器的固定环，以及制造和使用的相关方法。
【背景技术】
[0002]井下封隔器通常用于井下应用中，诸如钻井孔中的隔离区域。这种封隔器可包括可溶胀组分，在钻井孔中所述可溶胀组分在流体的作用下溶胀以便在管道与钻井孔或孔壳的内径之间形成密封件，所述密封件附着于管道。
[0003]封隔器的密封质量是在封隔器设计中的一个重要因素。改善密封质量可允许封隔器在更高的压力下操作并承受更高的压力，或允许在相同的压差下使用较短的封隔器。
[0004]专利文献US2011/0088892A1，GB 2427420A，US 2010/0288486A1 ,WO 2011/020987A2和EP 2246522A3建议在端环和密封件之间使用中间构件，以提高密封的质量。
【发明内容】
[0005]根据本发明的第一方面是井下密封系统，诸如套筒上的封隔器或滑动件。密封系统可配置成安装到管道或其它细长结构上。密封系统可配置成在管道或其它结构与密封系统位于其中的孔、导管或钻井孔的壁或壳之间进行密封。
[0006]密封系统可包括至少一个和优选两个(即第一和第二)端部构件。
[0007]密封系统可包括至少一个密封件，其可配置成将密封系统位于其中的孔、导管或钻井孔的壁或壳进行密封。密封件可至少部分地设置在端部构件之间。密封件的至少一个和优选每个端部的至少一部分可设置为接近、邻近或接触相应的端部构件或固定到相应的$而部构件。
[0008]端部构件可包括圆筒形或环形的构件。端部构件可包括内表面和外表面。内表面可至少部分地限定通道，所述通道在端部构件的相对端部处具有开口。所述通道可配置成接纳管道或其它结构，密封系统安装在所述管道或其它结构上。
[0009]密封件可以是环形的和/或圆筒形的。密封件可至少部分地限定贯通通道，其可用于接纳在其上安装有密封系统的管道或其它结构。密封件可包括可膨胀的密封件，诸如可溶胀的密封件。可溶胀的密封件可在选定的流体内选择性地或优先地溶胀，选定的流体可包括井下发现的流体，诸如油和/或水或湿气。可膨胀的密封件可以是可膨胀或可溶胀的以便当溶胀时密封孔、导管或钻井孔的壁或壳。
[0010]端部构件和密封件的通道可对准以便形成密封系统的贯通通道，其配置成接纳在其上安装有密封系统的管道或其它结构。以这种方式，密封系统可以以套管形式安装在管道或其它结构上。
[0011]密封装置可包括至少一个可变形构件，诸如密封环。至少一个可变形构件可被包括在至少一个和优选每个端部构件内。可变形构件可包括环形构件或环。可变形构件可包括非金属材料或由非金属材料形成，所述非金属材料诸如弹性体材料，诸如PTFE，氟橡胶，氢化腈类化合物，诸如氢化丁腈橡胶(HNBR)，高饱和腈(HSN)等。
[0012]可变形构件可邻近、接近、抵靠密封件设置，固定到密封件或嵌入到密封件内。
[0013]可变形构件可包括密封件接纳凹槽或凹口或至少部分地限定密封件接纳凹槽或凹口，所述凹槽或凹口可包括凹入式的凹槽或凹口。密封件接纳凹槽可设置在可变形构件的表面上，诸如侧表面上。具体地，密封件接纳凹槽可设置在可变形构件面对所述密封件的表面上。
[0014]密封件接纳凹槽可包括大致V形的凹槽。密封件接纳凹槽可由至少一个腿部、诸如上部腿部或外部腿部、以及优选由至少两个相对的腿部至少部分地限定。相对的腿部可包括上部腿部或外部腿部和下部腿部或内部腿部，其中所述上部腿部或外部腿部设置在下部腿部或内部腿部的径向外部。上部腿部或外部腿部可包括从管道或贯通通道相距最远的腿部，而下部腿部或内部腿部可包括最接近管道或贯通通道的腿部。
[0015]密封件接纳凹槽在横截面上可以是不对称的。一条腿部可具有相对于另一条腿部不同的曲率半径。腿部之一可以是上部腿部或外部腿部，其可比另一条腿部(例如下部腿部或内部腿部)从可变形构件的主体延伸更远。这可允许上部腿部或外部腿部桥接端部构件和孔、导管或套管壁之间的较大间隙。
[0016]腿部之一(其可以是上部腿部或外部腿部)或其面可相对于另一条腿部(例如下部腿部或内部腿部)或其面以不同的角度延伸。腿部之一(其可以是上部腿部或外部腿部)或其面可比另一条腿部(例如下部腿部或内部腿部)或其面以相对于水平面的更小角度延伸。例如，外部腿部或其面相对于水平面延伸的角度可以比下部腿部或其面相对于水平面延伸的角度大20%至70%。在一个更具体的实例中，上部腿部或其面可以水平以上的10°至30°之间延伸，而下部腿部或其面可以水平以下的20°至40°之间延伸。
[0017]端部构件可包括固定构件，诸如端环。可变形构件可安装在固定构件上或邻近于固定构件。固定构件可以是环形的。固定构件可以是刚性的。固定构件可以是金属的。
[0018]端部构件可配置成使得所述固定构件邻接或邻近于或固定到可变形构件。
[0019]固定构件可包括凹口，诸如凹入式凹口，以便至少部分地接纳所述可变形构件。凹口可包括凹槽，其可为大致V形凹槽的形式。凹口可在50°至100°之间、优选60°至90°之间、以及最优选70°至80°之间的角度打开。
[0020]可变形构件的面朝向固定构件，其可以是与其上设置密封接纳凹槽的可变形构件的表面相对的表面，可成形为刚好放入固定构件的凹口，例如通过包括突起轮廓，其可包括与凹口的轮廓互补的轮廓。可变形构件可具有人字形或扭曲或不对称的人字形横截面。
[0021]所述固定构件被固定到或可固定到管道或其它结构。固定构件可包括一个或多个固定元件，诸如固定螺钉或平头螺钉，用于将固定构件选择性地固定到管道或其它结构。
[0022]密封件的至少一个和优选每个端部的至少一部分可向外突出或斜切，以便至少部分地延伸到可变形构件的密封件接纳凹槽内，并且可至少部分地在可变形构件的腿部之间延伸。
[0023]密封系统可配置成使得当密封件膨胀时，密封件将力施加到可变形构件的密封接纳凹槽的相对的腿部上，以便使得所述可变形构件变形，其可包括推动相对的腿部分开。密封件的膨胀可施加力起作用将可变形构件的密封件接纳凹口的上部腿部或外部腿部径向向外推动。密封系统可配置成使得可变形构件的因密封件膨胀的变形可能会增加可变形构件的外径或长度。以这种方式，当密封件膨胀时，密封件的膨胀可将压力施加到可变形构件的腿部上，其可迫使相对的腿部分开，以便增加可变形构件的外径或长度。这反过来可起作用来封闭可变形构件和所述密封系统位于其中的孔壁、壳或导管的表面之间的任何间隙。其结果是，可变形构件可作为附加或备用密封件操作。可变形构件还可有助于引导密封件的径向向外溶胀或膨胀，可支撑密封件，并且可防止密封件挤出通过端部构件和孔壁、套管或导管之间的间隙，特别是在高的压差下或在井下、特别是在深孔内经常发现的流动下。
[0024]此外，该配置可允许在初始状态下(S卩，当密封件未溶胀或未膨胀时)端部构件的外径和孔、套管或导管的内径之间的较大公差或间隙。由此，该装置可更容易地插入到位而不被卡住，但同时当密封件膨胀以及可变形构件已经变形时适当地抑制外部密封件的挤出。这可促进密封件的更高膨胀比，并允许密封装置更容易地插入经过孔或导管的限制部和狭窄部分，而不会被卡住。
[0025]由这种配置导致的改进的密封质量可允许