專利名稱：套管懸掛器鎖定滑環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及井口套管懸掛器，并且特別地，涉及將軸向負(fù)載轉(zhuǎn)化成徑向負(fù)載的套管懸掛器鎖定滑環(huán)。
背景技術(shù)：
在內(nèi)外井口管狀部件之間使用密封件，以保持內(nèi)部井壓力。內(nèi)井口部件可以是支撐著延伸入井中用于生產(chǎn)流體的流的油管串的油管懸掛器。油管懸掛器落在外井口部件中，該部件可以是井口外罩、采油樹或者油管頭。密封件或者封隔器(packoff)在油管懸掛器和外井口部件之間進(jìn)行密封。作為備選，內(nèi)井口部件可以是位于井口外罩中且固定至延伸入井中的套管串的套管懸掛器。密封件或封隔器在油管懸掛器和井口外罩之間進(jìn)行密封。這種特性的各種密封件已經(jīng)用在現(xiàn)有技術(shù)中。現(xiàn)有技術(shù)密封件包括弾性體的和部分金屬及弾性體的環(huán)。也采用了完全由金屬制成以形成金屬-金屬密封的現(xiàn)有技術(shù)密封環(huán)。密封件可以由運(yùn)行工具進(jìn)行設(shè)置，或者它們可以響應(yīng)于套管或油管串的重量來設(shè)置。一種類型的現(xiàn)有技術(shù)金屬-金屬密封件具有由錐形槽分離的內(nèi)壁和外壁。增能環(huán)被推入該槽而使內(nèi)壁和外壁變形成與內(nèi)外井口部件密封接合。增能環(huán)是實(shí)心楔形部件。內(nèi)壁和外壁的變形超過密封環(huán)的材料的屈服強(qiáng)度，使得該變形是永久的。套管或油管和井口之間的熱增長可能發(fā)生，特別地與位于表面的井ロー起，而不是海底的。向上流動通過油管的井流體加熱油管串，并將周圍的套管加熱至更少程度。溫度増加可能導(dǎo)致油管懸掛器和/或套管懸掛器相對于外井口部件或彼此在徑向上移動少量。在加熱瞬間，由于構(gòu)件之間的溫度差和構(gòu)成構(gòu)件材料的不同熱膨脹率，油管懸掛器和/或套管懸掛器也能夠在徑向上移動。如果密封件已經(jīng)由于楔進(jìn)作用而設(shè)置在增能環(huán)的軸向位移引起密封件靠著其配合表面的徑向移動的地方，那么如果由于壓カ或熱效應(yīng)而在軸向方向上存在著移動，則密封力可能減小。增能環(huán)上的軸向カ的減小導(dǎo)致了密封環(huán)的內(nèi)壁和外壁上的徑向向內(nèi)和向外的カ的減小，這可能導(dǎo)致密封件泄漏。由于熱瞬變引起的密封件和其配合表面之間的徑向負(fù)載的損失也可以導(dǎo)致密封件泄漏。試圖克服由套管懸掛器或油管懸掛器的軸向移動導(dǎo)致的問題的現(xiàn)有技術(shù)裝置包括鎖定密封件。鎖定密封件在制造過程中需要在聯(lián)頂接頭(landing sub)或井口中形成凹槽。在井口和聯(lián)頂接頭定位在井眼內(nèi)之后，鎖定密封件運(yùn)行至聯(lián)頂接頭的位置，在此，鎖定密封件的環(huán)膨脹或收縮至分別在井口或聯(lián)頂接頭中形成的凹槽中。不幸的是，在鎖定密封件的插入之前，凹槽通常填充有碎屑。碎屑防止環(huán)的接合，從而防止沒有鎖定密封件帶來的鎖定益處。
鎖定密封件需要生產(chǎn)成本的顯著增加。這部分地是由于用于修改基礎(chǔ)井ロ或聯(lián)頂接頭以包括鎖定環(huán)凹槽的增加的成本。另外，這些裝置的使用需要使用專門的工具和其他元件，以恰當(dāng)?shù)厥规i定密封件就位并接合鎖定密封件。此外，現(xiàn)有技術(shù)鎖定密封件需要聯(lián)頂接頭和鎖定密封件的鎖定裝置之間的某個間隙。該間隙允許鎖定密封件相對于井ロ和聯(lián)頂接頭落在適宜的位置中，同時也為密封件的鎖定部分提供了必要的空間，以接合井口或聯(lián)頂接頭。該間隙還允許聯(lián)頂接頭在鎖定裝置恰當(dāng)?shù)亟雍喜⒍糁坡?lián)頂接頭的移動之前移位。在這樣的情況下，聯(lián)頂接頭可以軸向地移位并導(dǎo)致密封失效。因此，需要ー種克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題的鎖定密封件
發(fā)明內(nèi)容
通過提供了套管懸掛器鎖定滑環(huán)和使用該滑環(huán)的方法的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，這些問題和其他問題大體上得以解決或避開，并且大體上獲得了技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，公開了海底井口組件。海底井口組件包括海底井ロ，該井口限定了具有臺肩的孔。海底井口組件還包括套管懸掛器，該套管懸掛器落在海底井ロ的孔內(nèi)的臺肩上，并且限定了海底井口和套管懸掛器之間的環(huán)狀空間。套管懸掛器密封環(huán)設(shè)置在環(huán)狀空間內(nèi)。密封環(huán)與井ロ的內(nèi)徑表面接合并與套管懸掛器的外徑表面接合，使得密封環(huán)防止了穿過環(huán)狀空間的流動。鎖定滑環(huán)固定至密封環(huán)的下端，使得當(dāng)密封環(huán)被增能時，鎖定滑環(huán)接合井口的基本光滑的內(nèi)徑表面部分和套管懸掛器的基本光滑的外徑表面部分，以限制套管懸掛器的向上軸向移動。根據(jù)本發(fā)明的另ー個實(shí)施例，公開了用于密封內(nèi)外管狀部件之間的環(huán)狀空間的密封件，其中，內(nèi)管狀部件落在外管狀部件的孔中。密封件包括密封環(huán)，該密封環(huán)適于落在環(huán)狀空間中，并且適于當(dāng)被增能時徑向擴(kuò)張而接合外管狀部件的內(nèi)徑表面和內(nèi)管狀部件的外徑表面。密封件還包括鎖定滑環(huán)，該鎖定滑環(huán)固定至密封環(huán)的下端，使得當(dāng)被增能時，鎖定滑環(huán)可以接合外管狀部件的內(nèi)徑表面和內(nèi)管狀部件的外徑表面，以限制內(nèi)管狀部件的向上軸向移動。鎖定滑環(huán)具有位于該鎖定滑環(huán)的上端的頸部，并且該頸部具有位于頸部的外徑上的凹槽。密封環(huán)具有位于該密封環(huán)的下端的下腿部，并且該下腿部具有位于下腿部的內(nèi)徑上的凹部。包括開ロ環(huán)的止動環(huán)介入鎖定滑環(huán)的頸部和密封環(huán)的下腿部之間，使得止動環(huán)部分位于凹槽內(nèi)且部分位于凹部內(nèi)，將鎖定滑環(huán)固定至密封環(huán)。根據(jù)本發(fā)明的又ー實(shí)施例，公開了用于將套管懸掛器密封至井口的方法。該方法開始于使套管懸掛器落在井口中的臺肩上。接著，該方法將鎖定滑環(huán)固定到套管懸掛器密封件的下端并使套管懸掛器密封件落在套管懸掛器和井口之間的環(huán)狀空間中。然后通過對套管懸掛器密封件施加向下的軸向カ而對套管懸掛器密封件增能，以擠壓密封件和鎖定滑環(huán)靠著套管懸掛器的臺肩。向下的軸向カ導(dǎo)致鎖定滑環(huán)接合井口的基本光滑的內(nèi)徑表面和套管懸掛器的基本光滑的外徑表面，以限制套管懸掛器的向上軸向移動。優(yōu)選實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，所公開的實(shí)施例提供了鎖定密封件，其在不需要在套管懸掛器或井ロ中形成凹槽的情況下將套管懸掛器密封到井ロ。另外，所公開的實(shí)施例不需要為了接合而在套管懸掛器和密封件的鎖定部分之間形成間隙。因此，所公開的實(shí)施例可以提供防止由高壓和熱膨脹引起的套管懸掛器的軸向運(yùn)動的鎖定能力。


為了獲得井能夠更加詳細(xì)地了解本發(fā)明的特征、優(yōu)點(diǎn)和目的，以及其他將變得顯而易見的方式，可以通過參考顯示在形成本說明書的一部分的附圖中的本發(fā)明的實(shí)施例而具有上面簡要概述的本發(fā)明的更加特別的描述。然而，將注意到，附圖僅僅顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并且由于本發(fā)明可以認(rèn)同其他同等有效的實(shí)施例，因而不認(rèn)為是其范圍的限制。圖I是落在套管懸掛器和井口之間的環(huán)狀空間內(nèi)的位置中的套管懸掛器鎖定滑環(huán)的示意表示。圖2是備選的鎖定滑環(huán)的示意表示。
圖3是在井口和套管懸掛器之間的環(huán)狀空間內(nèi)被增能的圖2的鎖定滑環(huán)的示意表
/Jn ο圖4是備選的鎖定滑環(huán)的示意表示。圖5是在井口和套管懸掛器之間的環(huán)狀空間內(nèi)被增能的圖4的鎖定滑環(huán)的示意表
/Jn ο
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在，將參考顯示了本發(fā)明的實(shí)施例的附圖更完整地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以很多不同形式實(shí)施，且不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為限于本文中闡述的所示的實(shí)施例。而是，提供了這些實(shí)施例，使得該公開將是透徹且完整的，并且將把本發(fā)明的范圍完全傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。全文中相似的標(biāo)號指代相似的元件，并且主要的符號，如果使用的話，表示備選實(shí)施例中的類似元件。在下面的討論中，闡述了眾多具體的細(xì)節(jié)，以提供本發(fā)明的透徹理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將明顯的是，本發(fā)明可以在沒有這樣的具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)行。另外，對于大部分，關(guān)于鉆井、運(yùn)行操作等的細(xì)節(jié)已經(jīng)盡多地省去，因為這些細(xì)節(jié)不被認(rèn)為是獲得本發(fā)明的完整的理解所必需的，并且被認(rèn)為是落在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員的技術(shù)內(nèi)。參考圖I，具有軸線14的套管懸掛器11顯示為設(shè)置在海底井口 13內(nèi)。通常，套管懸掛器11將落在形成于井口 13中的臺肩12上，以在套管懸掛器11和井口 13之間形成環(huán)狀空間15。在所示實(shí)施例中，套管懸掛器11的外表面的一部分與井口 13的內(nèi)表面的一部分在臺肩12處接觸。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會懂得，套管懸掛器11和井口 13可以是任意內(nèi)外管狀部件，使得內(nèi)管狀部件可以裝配在外管狀部件的孔內(nèi)。套管懸掛器密封環(huán)17介入套管懸掛器11和井口 13之間。套管懸掛器密封環(huán)17基本上填滿套管懸掛器11和井口 13之間的環(huán)狀空間15，密封環(huán)狀空間15并將套管懸掛器11設(shè)置到井口 13。套管懸掛器密封環(huán)17具有被增能和不被增能的位置。當(dāng)在被增能位置中時，如關(guān)于圖3和圖5更加詳細(xì)地描述的，套管懸掛器密封環(huán)17將通過接合井口 13的內(nèi)徑表面和套管懸掛器11的外徑表面兩者而密封環(huán)狀空間。當(dāng)在不被增能位置中時，如圖2和圖4所示，套管懸掛器密封環(huán)17可以進(jìn)入到井眼中而落入套管懸掛器11和井口 13之間的環(huán)狀空間15中，或者從套管懸掛器11和井口 13之間的環(huán)狀空間15被拉出。在所示實(shí)施例中，套管懸掛器17包括增能環(huán)19、密封環(huán)21、鎖定滑環(huán)23以及鎖定環(huán)25。在所示實(shí)施例中，鎖定滑環(huán)23聯(lián)接到密封環(huán)21的下端，并且限定了環(huán)形突起，如圖I所示，其在下端可以包括外徑上的拔梢18。鎖定滑環(huán)23在其內(nèi)徑上具有傾斜表面20，其適于與套管懸掛器11的外部漸縮表面16對接，使得套管懸掛器11的向上軸向移動將接合鎖定滑環(huán)23。優(yōu)選地，傾斜表面20的斜度可以配合套管懸掛器11的外部漸縮表面16的斜度。在所示實(shí)施例中，斜度可以包括與豎直方向成大約20度的角度；然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會懂得，可以使用任意合適的角度。在所示實(shí)施例中，鎖定滑環(huán)23不相對于密封環(huán)21軸向移動；然而，鎖定滑環(huán)23可以相對于密封環(huán)21徑向移動。傾斜表面20和拔梢18的表面可以具有不同的摩擦系數(shù)，使得傾斜表面20比拔梢18更有可能滑動。這可以以任意合適的方式獲得，例如通過采用拔梢18的表面上的搭接件(wicker)或齒，通過使用各種摩擦抓緊涂層等。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會懂得，拔梢18的表面和傾斜表面20兩者都可以包括摩擦涂層、搭接件等。 當(dāng)套管懸掛器11相對于井口 13在軸向上朝上移動時，套管懸掛器11的外表面輪廓16將首先鄰接，然后通過相鄰的鎖定滑環(huán)23的傾斜表面20對套管懸掛器密封件17施加向上的軸向力。鎖定滑環(huán)23上的向上軸向カ將導(dǎo)致鎖定滑環(huán)23徑向向外移動，作為響應(yīng)，接合拔梢18與井口 13的內(nèi)徑接合。由于由拔梢18和傾斜表面20之間的不同摩擦力引起的摩擦抓緊カ的増加，套管懸掛器密封件17可能不響應(yīng)于套管懸掛器11的向上軸向移動而軸向移動。結(jié)果，由于套管懸掛器密封件17與套管懸掛器11的接合，套管懸掛器11的向上軸向移動將受限。如圖2所示，鎖定滑環(huán)23的備選實(shí)施例可以包括兩個環(huán)形環(huán)，聯(lián)接環(huán)27和滑環(huán)29。聯(lián)接環(huán)27在上端具有突起31，該上端在突起31的外徑表面中限定了保持凹槽或槽33。凹槽33可以是環(huán)形凹槽，或者作為備選，凹槽33可以僅僅部分地圍繞突起31的外周邊延伸。聯(lián)接環(huán)27還限定了環(huán)形的向上面對臺肩35。向上面對臺肩35從聯(lián)接環(huán)27的外徑延伸到突起31的基部，使得凹槽33面對著在軸向上位于向上面對臺肩35之上的區(qū)域。在所示實(shí)施例中，向上面對臺肩35具有大約為聯(lián)接環(huán)27橫截面的寬度的一半的寬度。聯(lián)接環(huán)27的下端具有大致三角形的橫截面形狀，其具有形成從下端延伸到向上面對臺肩35的聯(lián)接環(huán)27的外徑的基本豎直的表面和從聯(lián)接環(huán)27的下端延伸到在軸向上位于突起31之下的向下面對臺肩39的傾斜表面37。聯(lián)接環(huán)27的外徑表面的下端可以包括適于如圖3所示接合井口 13的內(nèi)徑表面的搭接件73。搭接件73可以包括抓緊齒等。參考圖2，向下面對臺肩39從聯(lián)接環(huán)27的內(nèi)徑延伸到傾斜表面37的基部?；h(huán)限制器41可以從傾斜表面37的一部分突出而分別限定環(huán)形的上下聯(lián)接環(huán)通道43、45。在所示實(shí)施例中，滑環(huán)限制器41定位在聯(lián)接環(huán)27的下端和向下面對臺肩39之間的大約一半位置處?；h(huán)29包括大致楔形的物體，其具有基本豎直的內(nèi)徑和包括適于與聯(lián)接環(huán)27傾斜表面37配合的傾斜表面47的外徑。內(nèi)徑表面的下端可以包括搭接件71，其適于接合套管懸掛器11的外徑表面，或者作為備選，接合套管懸掛器11的外表面輪廓16。搭接件71可以包括抓緊齒等。滑環(huán)凹部49形成于傾斜表面47中并從傾斜表面47向內(nèi)延伸。滑環(huán)凹部49是適于容納滑環(huán)限制器41的環(huán)形凹部。在所示實(shí)施例中，滑環(huán)凹部49的高度大于滑環(huán)限制器41的高度，允許滑動限制器41在滑環(huán)凹部49內(nèi)軸向移動。如所示，滑環(huán)29可以穿過滑環(huán)凹部49相對于聯(lián)接環(huán)27軸向滑動?；瑒酉拗破?1將通過與滑環(huán)凹部49的向上面對臺肩51和滑環(huán)凹部49的向下面對臺肩53接觸而限制滑環(huán)29的軸向移動?；h(huán)29可以通過諸如剪切止動銷55的剪切元件固定到聯(lián)接環(huán)27。剪切止動銷55將防止在套管懸掛器17的運(yùn)行期間滑環(huán)29相對于聯(lián)接環(huán)27的軸向移動。在所示實(shí)施例中，密封環(huán)21包括具有大致U形的橫截面57的環(huán)形部件，其帶有密封環(huán)腿部59、61和下腿部63。下腿部63延伸越過聯(lián)接環(huán)29的突起31，靠近聯(lián)接環(huán)27的向上面對臺肩35。在所示實(shí)施例中，下腿部63限定了靠近并面對凹槽33的止動器凹部65。止動環(huán)67可以介入密封環(huán)21的下腿部63和聯(lián)接環(huán)27的突起31之間，使得止動環(huán)67基本填滿凹槽33。止動環(huán)67的一部分將延伸至止動器凹部65中，導(dǎo)致聯(lián)接環(huán)27響應(yīng)于密封環(huán)21的軸向移動而在軸向上移動。因此，當(dāng)定位好后，結(jié) 合的聯(lián)接環(huán)27的突起31和密封環(huán)21的下腿部63的寬度大致等于橫過U形橫截面57的基部的密封環(huán)21的寬度。止動環(huán)67可以是任意合適的環(huán)，例如開ロ環(huán)等。增能環(huán)19包括具有比限定在密封環(huán)21的密封環(huán)腿部59、61之間的槽稍大的軸向下端的環(huán)。增能環(huán)19具有適于可釋放地聯(lián)接到運(yùn)行工具的上端，使得運(yùn)行工具可以使套管懸掛器密封件17運(yùn)行到圖I所示的位置，然后操作增能環(huán)19而對套管懸掛器密封件17增倉^:。更為詳細(xì)的說明如下，運(yùn)行工具將向增能環(huán)19施加軸向力，迫使增能環(huán)19軸向進(jìn)入密封環(huán)21中，提供了將把密封環(huán)21的密封環(huán)腿部61、59壓入相鄰的搭接件67和69中(圖I和圖3)的干渉配合。這將在密封環(huán)21處密封套管懸掛器11和井口 13之間的環(huán)狀空間15。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會懂得，增能環(huán)19可以由運(yùn)行工具等增能。現(xiàn)在參考圖3，套管懸掛器密封件17如典型的運(yùn)行操作中所示的那樣運(yùn)行而就位并設(shè)置。當(dāng)運(yùn)行到環(huán)狀空間15中時，套管懸掛器密封件17的元件為如圖2所示。然后例如利用運(yùn)行工具向增能環(huán)19施加軸向力。作為響應(yīng)，增能環(huán)19向下軸向移動，使得增能環(huán)19的端部向密封環(huán)腿部59、61的上表面施加相應(yīng)的向下軸向力。對增能環(huán)19持續(xù)施加的向下軸向カ推動滑環(huán)29的下端與套管懸掛器11的外表面輪廓16在靠近圖I的位置12處接觸。參考圖3，然后鎖定滑環(huán)23在密封環(huán)21和套管懸掛器11的外表面之間被增能環(huán)19壓緊在向上面對臺肩16處，導(dǎo)致剪切銷55剪切。聯(lián)接環(huán)27然后將穿過滑動凹部49軸向向下移動。最后，滑動止動器41的下表面可以抵靠著滑環(huán)29的向上面對臺肩51，如圖3所
/Jn ο聯(lián)接環(huán)27穿過滑動凹部49的向下移動導(dǎo)致滑環(huán)29徑向移動，作為反應(yīng)，與套管懸掛器11接合。當(dāng)滑環(huán)29徑向移動至套管懸掛器11中時，搭接件71將抓緊套管懸掛器11的表面，保持滑環(huán)29與套管懸掛器11接合。類似地，搭接件73將接合井口 13的內(nèi)徑表面，保持聯(lián)接環(huán)27與井ロ 13接合。增能環(huán)19的進(jìn)ー步向下軸向移動導(dǎo)致增能環(huán)19的端部插入由密封環(huán)腿部59、61形成的槽中。當(dāng)增能環(huán)19的端部插入到槽中時，密封環(huán)腿部59、61將徑向變形而分別與搭接件67、69接合。然后套管懸掛器11的搭接件67使密封環(huán)腿部59的內(nèi)徑表面變形，并且井口 13的搭接件69使密封環(huán)腿部61的外徑表面變形，形成環(huán)狀空間15的密封。在井口 13的海底操作期間，從套管懸掛器11懸掛的套管的熱膨脹或者位于套管懸掛器密封件17之下的環(huán)狀空間15內(nèi)的流體壓カ將在套管懸掛器11上產(chǎn)生向上軸向負(fù)載。當(dāng)套管懸掛器11響應(yīng)于這ー負(fù)載而試圖相對于井口外殼13軸向向上移動時,套管懸掛器17將以下面的方式抵消該移動。當(dāng)套管懸掛器密封件11向上移動時，作為搭接件71與套管懸掛器11的外表面的抓緊接合的結(jié)果，滑環(huán)29將軸向向上移動。這將導(dǎo)致滑環(huán)29使匹配的傾斜表面47和37相對于聯(lián)接環(huán)27進(jìn)ー步上滑。如圖3所示，該移動將導(dǎo)致滑環(huán)29徑向向內(nèi)移動，從而導(dǎo)致了套管懸掛器密封件17在滑環(huán)29和聯(lián)接環(huán)27處的寬度的增カロ?，F(xiàn)在，滑環(huán)29和聯(lián)接環(huán)27將在環(huán)狀空間15內(nèi)徑向相鄰，如圖3所示。該徑向移動將通過套管懸掛器密封件17更加緊密地將套管懸掛器11抓緊至井口 13。當(dāng)滑環(huán)29的向上面對臺肩51落在滑動限制器14上時，滑環(huán)29的連續(xù)的向上移動得以防止，從而防止了套管懸掛器11的進(jìn)ー步向上軸向移動并增加了環(huán)狀空間15內(nèi)的密封強(qiáng)度。
現(xiàn)在參考圖4，顯示了另ー個備選的套管懸掛器密封件17'。套管懸掛器密封件17'包括修改為如下所述的圖2的套管懸掛器密封件17的構(gòu)件。如圖4所示，套管懸掛器密封件17'包括圖2的增能環(huán)19、密封環(huán)21以及鎖定環(huán)25。圖4的增能環(huán)19、密封環(huán)21和鎖定環(huán)25被定位并如上面關(guān)于圖2和圖3描述的那樣進(jìn)行操作。如圖4所示，套管懸掛器密封件17'還包括鎖定滑環(huán)23'。鎖定滑環(huán)23'聯(lián)接至密封環(huán)21的下端。鎖定滑環(huán)23'可以包括兩個環(huán)形環(huán)，聯(lián)接環(huán)27'和滑環(huán)29。聯(lián)接環(huán)27'在上端具有突起31，該上端在突起31'的外徑表面中限定了止動凹槽或槽33'。凹槽33'可以是環(huán)形凹槽，或者作為備選，凹槽33'可以僅僅部分地圍繞突起31'的外周邊延伸。聯(lián)接環(huán)27'還限定了環(huán)形的向上面對臺肩35'。向上面對臺肩35'從聯(lián)接環(huán)27'的外徑延伸到突起31'的基部。在所示實(shí)施例中，向上面對臺肩35'具有大約為聯(lián)接環(huán)27'的橫截面寬度的一半的寬度。聯(lián)接環(huán)27'的下端具有大致三角形的橫截面，其具有形成聯(lián)接環(huán)27'的內(nèi)徑的基本豎直的表面。該基本豎直的表面從下端延伸到突起31'的頂部。聯(lián)接環(huán)27'的下端具有傾斜表面37'，其從聯(lián)接環(huán)27'的下端延伸到在軸向上位于向上面上臺肩35'的下方的向下面對臺肩39'。聯(lián)接環(huán)27'的外徑表面的下端可以包括適于如圖5所示接合井口 13的內(nèi)徑表面的搭接件73'。搭接件73'可以包括抓緊齒等。參考圖4，向下面對臺肩39'從聯(lián)接環(huán)27'的外徑延伸到傾斜表面37’的基部。滑環(huán)限制器41'可以從傾斜表面37'的一部分突出而分別限定上下聯(lián)接環(huán)通道43'、45'。在所示實(shí)施例中，滑環(huán)限制器41'定位在聯(lián)接環(huán)27'的下端和向下面對臺肩39'之間的大致一半位置處?；h(huán)29'包括大致楔形的物體，其具有基本豎直的外徑和包括適于與聯(lián)接環(huán)27'的傾斜表面37'匹配的傾斜表面47'的內(nèi)徑。內(nèi)徑表面的下端可以包括搭接件71'，其適于接合套管懸掛器11的外徑表面，或者作為備選，接合套管懸掛器11的向上面對臺肩16。搭接件71'可以包括抓緊齒等。滑環(huán)凹部49'形成于傾斜表面47'中，并且從傾斜表面47'向內(nèi)延伸?；h(huán)凹部49'是適于容納滑環(huán)限制器41'的環(huán)形凹部。如所示，滑環(huán)29'可以穿過滑環(huán)凹部49'相對于聯(lián)接環(huán)27'軸向滑動。通過與滑環(huán)凹部49'的向上面對臺肩51'和滑環(huán)凹部49'的向下面對臺肩53'接觸，滑動限制器41'將限制滑環(huán)29'的軸向移動。利用剪切元件，例如剪切止動銷55'，滑環(huán)29'可以固定到聯(lián)接環(huán)27'。剪切止動銷55'將防止在套管懸掛器17'的運(yùn)行期間滑環(huán)29'相對于聯(lián)接環(huán)27'的軸向移動。在所示實(shí)施例中，密封環(huán)21的下腿部63延伸越過聯(lián)接環(huán)29'的突起31'，靠近聯(lián)接環(huán)27'的向上面對臺肩35'。如上所述，下腿部63限定了靠近并面向凹槽33'的止動器凹部65。止動環(huán)67可以介入密封環(huán)21的下腿部63和聯(lián)接環(huán)27'的突起31'之間，使得止動環(huán)67基本上填滿凹槽33'。止動環(huán)67的一部分將延伸入止動器凹部65中，導(dǎo)致聯(lián)接環(huán)27響應(yīng)于密封環(huán)21的軸向移動而在軸向上移動。
現(xiàn)在參考圖5，套管懸掛器密封件17'運(yùn)行而如所示就位及設(shè)置。當(dāng)運(yùn)行至環(huán)狀空間15中時，套管懸掛器密封件17'的元件為如圖4所示。然后，例如利用運(yùn)行工具向增能環(huán)19施加軸向力。作為響應(yīng)，增能環(huán)19在軸向上向下移動，使得增能環(huán)19的端部接觸密封環(huán)腿部59、61的上表面。連續(xù)施加至增能環(huán)19的向下軸向カ推動滑環(huán)29'的下端與套管懸掛器11的外表面輪廓16在靠近圖I的臺肩12處接觸。如圖3所示，鎖定滑環(huán)23'然后被增能環(huán)19壓緊在密封環(huán)21和套管懸掛器11的外表面輪廓16之間，導(dǎo)致剪切銷55'剪切。作為響應(yīng)，聯(lián)接環(huán)27'然后將穿過滑動凹部49'軸向向下移動，最后落在滑動保持件41'的下表面處,靠著滑環(huán)29'的向上面對臺肩51'。 聯(lián)接環(huán)27'穿過滑動凹部49'的向下移動導(dǎo)致滑環(huán)29'徑向移動，作為響應(yīng)，與井ロ 13接合。當(dāng)滑環(huán)29'徑向移動至井口 13中時，搭接件71'將抓緊井口 13的表面，保持滑環(huán)29'與井口 13接合。類似地，搭接件73'將接合套管懸掛器11的外徑表面，保持聯(lián)接環(huán)29'與井口 13接合。增能環(huán)19的進(jìn)ー步向下軸向移動導(dǎo)致增能環(huán)19的端部插入由密封環(huán)腿部59、61形成的槽中。當(dāng)增能環(huán)19的端部插入槽中時，密封環(huán)腿部59、61將徑向向外變形而分別與搭接件67、69接合。然后，套管懸掛器11的搭接件67將使密封環(huán)腿部59的內(nèi)徑表面變形，并且井口 13的搭接件69將使密封環(huán)腿部61的外徑表面變形，形成環(huán)狀空間15的密封。在井口 13的海底操作期間，從套管懸掛器11懸掛的套管的熱膨脹或者位于套管懸掛器密封件17'之下的環(huán)狀空間15內(nèi)的流體壓カ可以在套管懸掛器11上產(chǎn)生向上軸向負(fù)載。然而，由滑環(huán)29'沿著傾斜表面47'的移動引起的套管懸掛器密封件17'的増加的徑向?qū)挾葘⒆鳛槟撤N類型的摩擦閘起作用，在套管懸掛器11上施加徑向力。結(jié)果，當(dāng)套管懸掛器11響應(yīng)于這ー負(fù)載而試圖相對于井口外殼13軸向向上移動時，由套管懸掛器密封件17'的徑向膨脹引起的摩擦閘抵消該移動，防止了套管懸掛器11的移動。由設(shè)置期間滑環(huán)29'沿著傾斜表面47'的移動引起的鎖定滑環(huán)23'的額外寬度増加了在井口 13和套管懸掛器11之間施加的徑向力。這然后將防止套管懸掛器11的向上軸向移動。因此，所公開的實(shí)施例提供了金屬密封件，其能夠位于并密封套管懸掛器和井口之間的環(huán)狀空間，而不需要在井口內(nèi)加工出的就位臺肩或夾具凹處。因此，不關(guān)心碎屑可能落在臺肩上或者填充夾具凹處(dog recess)，其防止了密封件的設(shè)置。另外，所公開的實(shí)施例提供了強(qiáng)度隨著加載在位于密封件之下的環(huán)狀空間內(nèi)的壓カ增加而增加的金屬密封件。此外，本文中公開的金屬密封件消除了在密封之前該密封件承受ー些軸向移位的需要；取而代之，密封件靠著其自身的負(fù)載臺肩預(yù)先負(fù)載并且防止在ー些周期負(fù)載中發(fā)現(xiàn)的套管懸掛器的位移，允許密封件比在現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計中運(yùn)行更多循環(huán)?？衫斫?，本發(fā)明可以采取很多形式和實(shí)施例。因此，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以做出ー些變化。因而已經(jīng)通過參考其優(yōu)選實(shí)施例中的某些描述了本發(fā)明，注意到所公開的實(shí)施例是示例性的而非對特性的限制，并且在前述公開中考慮了很寬范圍的變形、修該、改變和替代，并且在一些情況下，可以采用本發(fā)明的一些特征而沒有其他特征的相應(yīng)使用。基于優(yōu)選實(shí)施例的前述描述的回顧，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，很多這樣的變形和修改可以認(rèn)為是顯然的和期望的。因此，可意識到，所附的權(quán)利要求被廣泛地解釋，并且以與本發(fā)明的范圍一致的方式。
權(quán)利要求
1.ー種海底井口組件，包括 海底井口(13)，限定了具有臺肩(12)的孔； 套管懸掛器(11)，落在所述海底井口(13)的所述孔內(nèi)的所述臺肩(12)上，并且限定了所述海底井口(13)和所述套管懸掛器(11)之間的環(huán)狀空間(15)； 套管懸掛器密封環(huán)(17)，設(shè)置在所述環(huán)狀空間(15)內(nèi)，與所述井口(13)的內(nèi)徑表面接合，并且與所述套管懸掛器(11)的外徑表面接合，使得所述密封環(huán)(17)防止穿過所述環(huán)狀空間(15)的流動；以及 鎖定滑環(huán)(23)，固定至所述密封環(huán)(17)的下端，使得當(dāng)所述密封環(huán)(17)被增能時，所述鎖定滑環(huán)(23)接合所述井口(13)的基本光滑的內(nèi)徑表面部分和所述套管懸掛器(11)的基本光滑的外徑表面部分，以限制所述套管懸掛器(11)的向上軸向移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的海底井口組件，其特征在于，止動環(huán)￠7)介入所述鎖定滑環(huán)(23)和所述密封環(huán)(17)之間，以將所述鎖定滑環(huán)(23)固定至所述密封環(huán)(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的海底井口組件，其特征在于，所述鎖定滑環(huán)(23)包括 環(huán)形突起，具有與所述海底井口(13)的所述內(nèi)徑的所述光滑表面部分相鄰的拔梢(18)； 所述環(huán)形突起具有在徑向上與所述拔梢(18)相反的傾斜表面(20)，所述傾斜表面(20)適于與所述套管懸掛器(11)的所述基本光滑的外徑的臺肩(16)對接，使得所述套管懸掛器(11)的向上軸向移動將導(dǎo)致所述臺肩(16)接合所述傾斜表面(20)并使所述環(huán)形突起徑向向外位移，使得所述拔梢(18)接合所述海底井口(13)的所述內(nèi)徑的所述光滑表面； 其中，所述環(huán)形突起的所述傾斜表面(20)和所述拔梢(18)的表面限定了適于接合所述套管懸掛器(11)和海底井口(13)的所述基本光滑的表面的搭接件。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的海底井口組件，其特征在于，所述鎖定滑環(huán)(23)包括 聯(lián)接環(huán)(27)，固定至密封環(huán)(21)的下端，所述聯(lián)接環(huán)(27)具有傾斜表面(37);以及 滑環(huán)(29)，具有鄰接所述聯(lián)接環(huán)(27)的所述傾斜表面(37)的傾斜表面(47)，所述滑環(huán)(29)由剪切元件(55)相對于所述聯(lián)接環(huán)(27)保持在第一位置； 所述滑環(huán)(29)固定至聯(lián)接環(huán)(27)，使得導(dǎo)致了所述剪切元件(55)的剪切的所述滑環(huán)(29)的軸向移動將導(dǎo)致所述滑環(huán)(29)沿著所述聯(lián)接環(huán)(27)的所述傾斜表面(37)滑動，增加了所述鎖定滑環(huán)(23)的徑向?qū)挾取?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海底井口組件，其特征在于，所述聯(lián)接環(huán)(27)的傾斜表面(37)面對著所述套管懸掛器(11)的所述外徑表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海底井口組件，其特征在于，所述聯(lián)接環(huán)(27)的傾斜表面(37)面對著所述井口(13)的所述內(nèi)徑表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海底井口組件，其特征在干 所述聯(lián)接環(huán)(27)的所述傾斜表面(37)面向下井面向外；以及 所述滑環(huán)(29)的所述傾斜表面(47)面向上井面向內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的海底井口組件，其特征在干 所述聯(lián)接環(huán)(27)還包括位于平行于所述聯(lián)接環(huán)(27)的軸線且與所述傾斜表面(37)相反的表面上的搭接件(73)，使得所述搭接件(73)接合所述海底井口(13)的所述內(nèi)徑和所述套管懸掛器(11)的所述外徑中的至少ー個；以及 所述滑環(huán)(29)還包括位于平行于所述滑環(huán)(29)的軸線且與所述表面(47)相反的表面上的、與所述聯(lián)接環(huán)(27)滑動接合的搭接件(71)，使得所述搭接件(71)接合所述套管懸掛器(11)的所述外徑和所述海底井口(13)的所述內(nèi)徑中的至少ー個。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海底井口組件，其特征在于，還包括 頸部(31)，位于所述鎖定滑環(huán)(23)的上端，所述頸部(31)具有位于所述頸部(31)的外徑上的凹槽(33);以及 下腿部(63)，位于所述密封環(huán)(21)的下端，所述下腿部￠3)具有位于所述下腿部(63)的內(nèi)徑上的凹部(65)； 其中，所述止動環(huán)￠7)包括介入所述鎖定滑環(huán)(23)的所述頸部(31)和所述密封環(huán)(21)的所述下腿部￠3)之間的開ロ環(huán)，使得所述止動環(huán)￠7)部分位于所述凹槽(33)內(nèi)且部分位于所述凹部￠5)內(nèi)，將所述鎖定滑環(huán)(21)固定至所述密封環(huán)(21)。
10.一種用于將套管懸掛器(11)密封至井口(13)的方法，包括 (a)使所述套管懸掛器(11)落在所述井口(13)中的臺肩上； (b)將鎖定滑環(huán)(23)固定至套管懸掛器密封件(17)的下端，并使所述套管懸掛器密封件(17)落在所述套管懸掛器(11)和所述井口(13)之間的環(huán)狀空間中； (c)通過對所述套管懸掛器密封件(17)施加向下的軸向カ而對所述套管懸掛器密封件(17)增能，以擠壓所述密封件(17)和所述鎖定滑環(huán)(23)靠著所述套管懸掛器(11)的臺肩(16);以及 (d)其中，所述向下的軸向カ導(dǎo)致所述鎖定滑環(huán)(23)接合所述井口(13)的基本光滑的內(nèi)徑表面和所述套管懸掛器(11)的基本光滑的外徑表面，以限制所述套管懸掛器(11)的向上軸向移動。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括位于所述鎖定滑環(huán)(23)的所述內(nèi)徑和外徑上的搭接件(71，73)，其中，在所述套管懸掛器(11)軸向向上移動的情況下，步驟(d)包括通過接合所述鎖定滑環(huán)(23)的所述內(nèi)徑表面和外徑表面上的所述搭接件(71，73)與所述套管懸掛器(11)和井口(13)，在徑向上移動所述套管懸掛器密封件(17)的所述鎖定滑環(huán)(23)而與所述井口(13)的所述內(nèi)徑表面更加緊密地接合。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述鎖定滑環(huán)(23)包括能夠在收縮位置和擴(kuò)展位置之間軸向移動的聯(lián)接環(huán)(27)和滑環(huán)(29) 其中，步驟(a)包括利用剪切元件(55)將所述聯(lián)接環(huán)(27)和所述滑環(huán)(29)固定在所述擴(kuò)展位置；并且 其中，步驟(d)包括剪切所述剪切元件(55)而導(dǎo)致所述聯(lián)接環(huán)(27)和所述滑環(huán)(29)向著所述收縮位置移動。
全文摘要
本發(fā)明涉及套管懸掛器鎖定滑環(huán)。一種密封件(17)，密封井口(13)和落在井口(13)的孔內(nèi)的臺肩(12)上的套管懸掛器(11)之間的、海底組件中的環(huán)狀空間(15)。密封件(17)包括設(shè)置在環(huán)狀空間(15)內(nèi)的套管懸掛器密封環(huán)(21)。密封環(huán)(21)與井口(13)的內(nèi)徑表面接合并與套管懸掛器(11)的外徑表面接合，使得密封環(huán)(21)防止穿過環(huán)狀空間(15)的流動。鎖定滑環(huán)(23)固定至密封環(huán)(21)的下端，使得當(dāng)密封環(huán)(21)被增能時，鎖定滑環(huán)(23)接合井口(13)的基本光滑的內(nèi)徑表面部分和套管懸掛器(11)的基本光滑的外徑表面部分，以限制套管懸掛器(11)的向上軸向移動。
文檔編號E21B23/00GK102691486SQ20121016916
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者C·E·亞特斯, D·C·本森, D·L·福德 申請人:韋特柯格雷公司