封隔器及相关方法、密封环和固定环的制作方法_3

文档序号:9692788阅读:来源:国知局
封件15之间,使得可变形构件55形成端部构件20a,20b的面向可溶胀密封件15的侧面30a,30b的至少一部分。
[0059]在图3、图4和图5中更详细示出可变形构件55。具体地,可变形构件55包括内表面65a和外表面65b以及在内表面65a和和外表面65b之间延伸的第一和第二侧70a,70b。可变形构件55的第一侧70a面向密封件15,而可变形构件55的第二侧70b面向端环50。可变形构件55的内表面65a限定贯通通道,其形成穿过密封系统5,5’的纵向通道45的一部分,所述密封系统5,5’接纳管道10。
[0060]可变形构件55的第一侧70a包括密封件接纳凹槽,其为围绕可变形构件55的第一侦打Oa延伸的环形凹槽75的形式。凹槽75由第一和第二相对的腿部80a,80b限定,第一腿部80a设置在第二腿部80b的径向外部(即进一步远离通道45)。
[0061]凹槽75具有非对称的横截面轮廓,其中第一(即外侧)腿部80a比第二腿部80b更长,且从可变形构件55的主体延伸地更远。另外,第一腿部80a与第二腿部80b相比以相对水平面85的更小角度设置。
[0062]在各种实施例中,第一腿部80a相对于水平面延伸的角度可以比第二腿部80b相对于水平面延伸的角度大20%至100%。在一个更具体的实例中,第一腿部80a可以水平以上的10°至30°之间延伸,而第二腿部80b可以水平以下的20°至40°之间延伸。在图4中所示的具体的非限制性的实例中,第一腿部80a以水平以上的20°的角度倾斜,而第二腿部80b以水平以下的30°的角度倾斜。在各种实施例中,第一腿部80a可延伸超出第二腿部80b 2mm到30mm(在未变形的状态下),以及优选超出第二腿部80b3mm到9mm。在图4中所示的具体实施例中,第一腿部80a延伸超出第二腿部80b 5.8m(0.23英寸)J形凹槽75的尖端是圆弧形的。
[0063]可变形构件的第二侧70b包括突起部90,其配置成刚好放入端环50中的接纳凹槽95内。突起部90包括V形的突起。在某些实施例中,形成V形突起90的可变形构件55的表面100a,10b通过50°至100°之间、优选65°至85°之间的角度对向。在图4中所示的具体实施例中,形成V形突起90的可变形构件55的表面100a,10b通过76°的角度对向。
[0064]尽管在上面描述了处于未变形状态下的可变形构件55的各种尺寸和角度,但应该理解的是,可变形构件55的至少一些尺寸和角度将取决于应用而改变,例如取决于其上将安装有密封系统5,5’的管道10的直径,它将被放置在其中的孔或导管的直径,密封件15的厚度,所要求的密封质量等。因此,上述尺寸和角度仅仅是优选的,并且不意旨是详尽的。
[0065]可变形构件55的内表面65a和外表面65b从第二侧70b成角度偏斜到第一侧70a。具体地,可变形构件55包括大致人字形或扭曲人字形的横截面。
[0066]在图6至图9中更详细地示出端环50。图6示出穿过端环50的横截面,而图7示出凹口95的更详细细节。图8以横截面示出端环50,以及图9示出端环50的透视图。端环50包括环形构件,其具有内表面105a和外表面105b以及设置在内表面105a和外表面105b之间的第一侧IlOa和第二侧110b。端环的第一侧IlOa面向可变形构件55以及端环50的第二侧IlOb形成密封系统5,5’的外端部。端环50的内表面105a限定贯通通道,其部分地形成通过密封系统5,5 ’的通道45,管道10被接纳在通道45中以便安装使用密封系统5,5 ’。
[0067]端环50设置有固定器件115,用于将端环50固定到管道10上。在各种实施例中,固定器件115可包括在端环50和管道10之间提供合适的粘结,和/或用于接纳固定或平头螺钉的多个螺纹孔,螺钉可被拧紧以便支撑管道10,由此将密封系统5,5 ’固定在位。
[0068]端环50的第一侧IlOa(即面向可变形构件55的那侧)具有用于接纳可变形构件15的突起部90的接纳凹口 95。凹口 95为沿着端环50的第一侧I 1a延伸的环形凹槽的形式。凹口 95具有大致V形横截面,如图6和图7中所示。凹口 95的顶端是圆弧形的。凹口 95配置成以大于可变形构件55的突起90的相应角度的角度打开。在该实施例中,凹口95通过90°的角度对向。在其它实施例中,凹口 95可通过60°至120°之间的角度对向。
[0069]如可从图10中看出的那样,在初始的未溶胀状态下,可溶胀密封件15的端部25a被斜切或包括突起部,使得能够在相对的腿部80a,80b之间的可变形构件55的凹槽75内接纳所述密封件15的侧面25a的至少一部分。可溶胀密封件(未示出)的另一端部25b也可被斜切。
[0070]在未溶胀状态下,密封件15的尺寸定制成使得在密封件15与密封系统5,5’和管道插入到其中的孔、套管或导管的壁125之间留有间隙120,以允许密封系统5,5’容易插入。一旦密封系统5,5’位于所需位置内,导致可溶胀密封件15溶胀的适当流体通过该孔、套管或导管提供给可溶胀密封件15。
[0071]可溶胀密封件15导致的溶胀封闭可溶胀密封件15与孔、导管或套管的壁125之间的间隙120。此外,密封件15的溶胀将压力施加到可变形构件55的凹槽75的相对的腿部80a,80b上。这具有通过迫使腿部80a分开而使得可变形构件55变形的效果。其结果是,可变形构件55的外径扩大。具体而言,第一腿部80a被向外朝向孔、套管或导管的壁125推动并与其接触,如在图11中可以看出的那样。其结果是,在端部构件20a,20b与孔、套管或导管的壁125之间的间隙120基本上被消除或至少显著减少。以这种方式,可变形构件充当备用或额外密封件。
[0072]此外,由于压差或井下发现的流体导致的可溶胀密封件15挤出经过端部构件20a,20b被基本上减少或消除。以这种方式,可变形构件55充当防挤出环。此外,由于可变形构件55由非金属材料制成,其具有足够的弹性以最小化可变形构件55使得密封系统5,5’陷入孔中的风险,但具有足够的强度以给可溶胀密封件15提供额外的支撑,将密封件15偏压到最佳位置内,并在管道10与钻井孔、导管或套管的壁之间提供额外或备用密封件。以这种方式,可获得改进的密封质量,这可允许在较高压差下使用密封系统5,5’,或者备选的,可允许在类似的压力范围下使用较短的密封系统。可变形构件55这样的形状使得较长的第一腿部80a能够更可靠地桥接导管、孔或套管的壁125的间隙120。
[0073]此外,可变形构件55这样的形状使得施加到腿部80a,80b的压力越大,则更大的力迫使第二腿部80b抵抗管道10以及迫使第一腿部80a的抵抗孔、导管或套管的壁125。这样,施加的压力越大,由可变形构件55形成的密封更紧密,从而允许在较大的操作压力差下使用。通过在端环50上提供凹口 95,可变形构件55能够更可靠地定位以及将额外的支撑提供到可变形构件55,同时允许可变形构件55适当地弯曲和变形。
[0074]虽然已经对某些实施例进行了描述,但是这些实施例仅仅通过实例的方式呈现,而并非意旨限制本发明的范围。实际上,本文所述的新颖方法和系统可以以各种其它形式体现。此外,在不脱离本发明精神实质的情况下,可对本文所述的方法和系统的形式上进行各种省略、替代和改变。所附权利要求及其等同物意旨涵盖这些形式和修改,因为这些形式和修改将落入本发明的范围之内。
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