專利名稱：分段密封環(huán)及其支承件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體而言涉及閥和井口設備，且更特定而言，涉及用于在閥或井口設備內保持密封裝置的內鎖定裝置。
背景技術：
通常，在油氣工業(yè)中使用的、被設計用于正常操作和用于高壓和高溫的設備需要密封。隨著在油氣工業(yè)中開發(fā)新密封件來應對更高的壓力和更高的溫度，這些密封件的應用可導致該設備的總體設計問題。通常，加工內凹槽，從而允許組裝諸如O形環(huán)的軟密封材料。但是當安裝更堅韌更堅固的密封件時，通常需要更多空間以將這些部件鎖定在一起。可能導致的設備的大小和組裝能帶來密封件設計方面的挑戰(zhàn)。在某些類型的設備中，諸如閥、井口、水下采油樹、油管管段(spool)或生產轉接器(adapter)基座，可能由于大小約束和荷載容量而存在與徑向密封件的組裝條件有關的問題。在閥帽中或者在井口中，例如，第一密封件可安裝于盤根壓蓋(gland)或井口外殼內。通常也可安裝第二密封件或備份密封件，其單獨于下方的第一密封件。為了保持密封件分開，鎖定裝置安裝于閥帽內以保持第一密封件就位，同時提供肩部或邊沿用于第二密封件或備用密封件坐放。通常使用漸進鉆進系統(tǒng)來對帽或井口的內部進行加工，因為這對于柔軟材料效果很好。因此，鎖定裝置維持第一密封件就位且向第二密封件提供其坐放于其上的肩部。然而，在上述設計中，單獨的部件通常螺紋連接在一起以形成密封凹槽且允許安裝該鎖定裝置。這可導致在密封系統(tǒng)中的二次泄漏路徑。為了試圖避免二次泄漏路徑，密封系統(tǒng)通常被設計成具有更大的孔和大小。但是在不引入允許安裝的額外泄漏路徑的情況下維持下密封件和上密封件的相同大小較為困難。在某些油氣應用中，這種二次泄漏路徑可為問題，特別是當密封生產流體和氣體時。更大的孔導致更大和更重的設備，這也更昂貴。存在對于一種經由改進的鎖定裝置來最小化設備的孔大小的技術的需要。

發(fā)明內容
在本發(fā)明的一個實施例中，一種密封鎖定組件包括分段管或環(huán)和鎖定環(huán)或襯套，其允許容納特定大小設備所需或者當密封件的機械性質成問題時所需的密封件的密封凹槽設計。在本發(fā)明的一個實施例中，分段的管狀、圓形環(huán)或管具有螺紋內徑且以徑向或相反角度切割被分段，這些切割可在相鄰分段之間交替以允許在外殼或轉接器的內徑中加工的圓形或周向凹槽中組裝這些分段中的每一個。外殼內徑小于從分段的管在徑向向外突出的外部L形部分的外徑。分段的管的突起對應于在外殼中加工的凹槽。在分段中的每一個置于外殼的內周向凹槽內之后，它們依靠鎖定環(huán)鎖定就位，鎖定環(huán)帶有匹配分段管的內螺紋的外螺紋。備選地，可通過滑動界面來實現鎖定。為了防止鎖定環(huán)退出，可安裝固定螺釘，其橫穿鎖定環(huán)、分段管且到外殼內。
組裝的鎖定環(huán)連同分段管可將下內密封件保持就位且還形成到上徑向或圓形密封件的內臺階或肩部。肩部提供充分支承用于將密封件組裝于位于外殼內徑處的凹槽中。肩部還提供抵靠諸如桿的裝置的密封，諸如桿的裝置可滑動地接合外殼和該鎖定環(huán)的內徑。本發(fā)明可用于其中存在圓形外殼且需要將密封件鎖定就位或者提供鎖定特征的多種類型的設備中。例如，鎖定組件可用于相對于外殼具有周向移動和/或對密封件設計具有大小約束的軸或桿上。本發(fā)明可應用于水下和海面閥和促動器、水下井口工具的徑向密封件，或者需要凹槽來組裝徑向密封件或類似裝置且不允許或不需要二次泄漏路徑的任何類型的設備。本發(fā)明的另一技術優(yōu)點為其允許設計內鎖定機構用于具有大小約束的應用，其可導致設備減小的大小和重量。例如，本發(fā)明允許使用具有更小截面的徑向密封件或者具有硬材料設計的徑向密封件，其中該設備的徑向大小是所關心的問題。更小且更輕的設備可能會導致設備的總成本減小。另外，本發(fā)明可改進諸如水下采油樹、油管管段或生產轉接器基座這樣的其它系統(tǒng)的設計，其中大小和重量受到該設備的安裝和操作條件的限制。


圖1示出了根據本發(fā)明位于外構件和內構件內的密封組件的實施例的局部截面 圖2示出了根據本發(fā)明的圖1的密封鎖定組件的局部截面 圖3示出了根據本發(fā)明的密封鎖定組件的實施例的局部截面 圖4示出了根據本發(fā)明的圖3的鎖定組件的局部分解透視 圖5示出了根據本發(fā)明在圖4的實施例中示出的分段管的頂視圖。
具體實施例方式圖1示出了安裝于外構件12與內構件14之間的本發(fā)明的密封組件10的實施例的局部截面圖。在此實施例中，外構件12可為閥帽。備選地，外構件還可為井口外殼或者其中可使用密封組件10的其它類型的外殼。在此實施例中，內構件14可為閥桿。備選地，內構件14還可為懸掛器，諸如套管懸掛器。參看圖2，示出了圖1的密封組件10的放大截面圖。在此實施例中，外構件或帽12具有孔13，孔13可滑動地接合內構件或閥桿14的外表面15。O形環(huán)型密封件20位于在外構件12與密封組件10的外表面之間的界面處。另外，O形環(huán)型密封件22位于上構件16與密封組件10的外表面之間的界面處。額外密封件24位于外構件12的頂部。密封件20,22,24在部件之間的界面所形成的泄漏路徑處提供密封。鎖定裝置30位于外構件的孔13與內構件的外表面15之間的界面處。內鎖定裝置30可安裝于在外殼或盤根壓蓋轉接器34中形成的凹槽或凹部32內。鎖定裝置30可包括柱形環(huán)或管33，其具有對應于外殼34的周向凹槽32的L形外輪廓36和在下內密封件40上方在徑向延伸以保持下內密封件就位的L形內輪廓38。柱形管33可分段且將在下文中進一步詳細描述。繼續(xù)參看圖2，下內密封件40位于外殼34與內構件14之間且提供在外殼34與內構件14之間的第一密封。鎖定裝置30還包括襯套或鎖定環(huán)42用于與柱形管33鎖定地接合來將其維持在外殼34內。襯套42具有面朝內構件14的內徑44和接合柱形管33的內表面48的外表面46。外表面46和內表面48可具有螺紋以允許接合。鎖定裝置30的零件將在下文圖3至圖5的討論中進一步描述。銷或榫50可用作擋止件或者用于使得柱形管33定向，但其也可被省略，如在后面的附圖中所示的那樣。為了防止鎖定裝置在安裝之后退出位置，可安裝固定螺釘52，其橫穿在襯套42與柱形管33中相對應的通路。固定螺釘52可在密封組件10的拆卸期間被剪切。然后鎖定裝置30的上表面54可用于支承上內密封件56，上內密封件56可充當下內密封件40的二次或備用密封件。由鎖定裝置30在下內密封件40與上內密封件56之間形成的分隔允許置于下內密封件和上內密封件上的力解耦(decouple),從而防止上密封件被壓碎。參看圖3至圖5，進一步描述鎖定裝置30和其零件。圖3示出了鎖定裝置30的實施例的放大視圖。如先前所解釋的那樣，柱形管33的L形外輪廓36裝配于在外殼34中形成的凹槽32內。當以此方式配合時，限制了在柱形管33與外殼34之間的軸向移動。另夕卜，L形外輪廓36部分地擱置于凹槽32的面朝上的肩部60上，肩部還充當擋止件。為了允許經由L形外輪廓36與凹槽32的接合而將柱形管33安裝于外殼34內而無需用于外殼的較大的孔的大小，柱形管33被分段，如圖5所示。在管分段62安裝于凹槽32內之后，襯套42可被螺紋連接為與構成柱形管33的分段62成鎖定接合。也可使用其它類型的鎖定裝置或機構。例如，可使用具有栓鎖(latch)型鎖的滑動機構或者具有彈簧型鎖的螺旋機構。另外，也可使用具有可靠鎖的滾輪型來實現鎖定接合。如先前所解釋的那樣，由襯套42的螺紋外表面和構成柱形管33的分段62中的每一個的螺紋內表面48實現螺紋接合，如在圖4的透視圖中所示。如先前所提到地，可使用其它類型的鎖定機構，諸如滑動界面。因此需要加工精度以確保外殼的每個分段62的螺紋對準。盡管圖5所示的實施例利用八個分段62，但應了解可利用更多或更少的分段，這取決于柱形管33的應用和大小。參看圖5，柱形管33的頂視圖示出了管分段62如何布置成允許其安裝于外殼34(圖3)內，以新穎方式切割管分段以允許這樣的安裝。在此實施例中，第一管分段63以新穎方式切割，且第一切割表面64在徑向向外朝向柱形管33的內徑66延伸。第二切割表面68為第一切割表面66關于軸線Ax的鏡像。在第一管分段63上的第一切割和第二切割給予分段楔形的形狀，且寬度在內徑66處比在外徑處更寬。相鄰第二管分段70為相反的事實，其具有對應于第一管分段63上的第二切割表面68的第一切割表面72。因此，在第二管分段70上的第一切割表面72在徑向向內朝向柱形管33的內徑66延伸。在第二管分段70上,第二切割表面74為第一切割表面72關于軸線Ay的鏡像。與第一管分段63相反,第二和相鄰管分段在外徑處具有比在內徑66處更寬的寬度。用于每個管分段的每個切割表面以角度Θ切割，角度Θ可在約10度至70度之間變化。在圖示實施例中，利用30度的角度Θ。正是這種新穎分段的柱形管33允許鎖定裝置30有利地安裝于外殼34內。這有利地避免了形成額外泄漏路徑，這種額外泄漏路徑可由于在單件式管上方需要使用額外可移除的部件來允許安裝而造成。在安裝期間，參看圖2，外殼或盤根壓蓋轉接器34坐放于諸如井口外殼或閥帽這樣的外構件12中。可為彈性體或金屬對金屬的下內密封件40然后可安裝于外殼34中的凹部中。然后將構成柱形管33的管分段62 (圖4)安裝于外殼34內，使得每個分段的L形外輪廓36與形成于外殼34中的凹槽32發(fā)生配合。在安裝之后，管分段62保持內下密封件40就位。安裝管分段62使得交替的成角度的切割表面彼此相對應。襯套或鎖定環(huán)42 (圖3)然后可螺紋連接到管分段62上形成的螺紋以將分段環(huán)鎖定就位。備選地，栓鎖型鎖可滑動地將分段62鎖定就位或者帶彈簧型鎖的螺旋機構可用于將分段鎖定就位。另外，也可使用具有可靠鎖的滾輪型來實現分段62的鎖定接合。固定螺釘52 (圖2)可安裝成防止襯套42退出。在安裝了襯套42之后，襯套和管分段62的上表面形成面朝上的肩部54(圖3)，也用于坐放上內密封件56。本發(fā)明的這種分段管特征的應用可包括安裝于促動器閥的帽內、井口中，或者想要最小化到外部的泄漏路徑的任何應用中。另外，本發(fā)明允許限制套管或帽大小且排除了從外徑向內徑鉆孔。本書面描述使用實例來公開本發(fā)明，包括最佳實施方式，且還使本領域技術人員能夠實踐本發(fā)明，包括做出和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何合并的方法。這些實例預期并不限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的專利保護范圍由權利要求限定，且可包括本領域技術人員所想到的其它實例。如果其它實例具有與權利要求的字面語言并無不同的結構元件或者如果其它實例包括與權利要求的字面語言并無實質不同的等效結構元件，則這些其它實例預期在權利要求的保護范圍內。
權利要求
1.一種密封組件，包括: 外構件，其具有孔； 內構件，其適于位于所述孔中； 密封外殼，其位于所述內構件與外構件之間，其中，所述密封外殼接納于在所述外構件上形成的凹口中； 柱形凹槽，其形成于所述密封外殼的內表面上； 分段管，其具有當安裝于所述密封外殼內時對應于所述柱形凹槽的面朝外的突起，其中，構成所述管的多個分段具有以一定角度切割的邊緣以允許安裝于所述密封外殼內；以及 襯套，其用于鎖定地接合所述分段管的內輪廓，其中，當安裝時所述襯套位于所述內構件與所述分段管之間。
2.根據權利要求1所 述的密封組件，其特征在于，還包括:下內密封件，其位于密封凹部中，所述密封凹部形成于所述密封外殼中鄰近所述內構件且在所述分段管的下方。
3.根據權利要求2所述的密封組件，其特征在于，所述分段管的一部分在所述下內密封件上徑向向內延伸以將所述下內密封件維持在所述密封凹部內。
4.根據權利要求1所述的密封組件，其特征在于，還包括:上內密封件，其位于鄰近所述內構件處且由面朝上的肩部支承，所述面朝上的肩部由所述襯套的上表面和所述分段管的上表面形成。
5.根據權利要求1所述的密封組件，其特征在于，構成分段管的彼此相鄰的分段具有以交替向內和向外的順序以一定角度切割的表面以在安裝于所述柱形凹槽內時允許相鄰分段在所述表面處對準和配合，所述切割角度在約10度至約70度之間的范圍中。
6.根據權利要求1所述的密封組件，其特征在于，所述襯套具有鎖定機構，所述鎖定機構包括下列之一: a.)面朝外的具有螺紋的輪廓，其用于螺旋地接合在所述分段管上的相對應的面朝內的輪廓；或者 b.)面朝外的輪廓，其用于滑動地接合在所述分段管上相對應的面朝內的輪廓。
7.根據權利要求1所述的密封組件，其特征在于，所述分段管具有用于接合所述密封外殼的L形外輪廓。
8.根據權利要求1所述的密封組件，其特征在于，固定螺釘橫穿在所述襯套和所述分段管中的通路以防止所述襯套和所述分段管的解鎖。
9.根據權利要求1所述的密封組件，其特征在于，所述外構件為閥帽且所述內構件為閥桿。
10.根據權利要求1所述的密封組件，其特征在于，所述外構件為井口外殼且所述內構件為套管懸掛器。
11.一種密封鎖定組件，包括: 密封外殼，其位于所述內構件與外構件之間，其中，所述密封外殼接納于在所述外構件上形成的凹口中； 柱形凹部，其形成于所述密封外殼的內表面上； 分段管，其具有當安裝于所述密封外殼內時對應于所述柱形凹槽的面朝外的突起，其中，構成所述管的多個分段具有以一定角度切割的邊緣以允許安裝于所述密封外殼內；以及 鎖定環(huán)，其用于鎖定地接合所述分段管的內輪廓，其中，當安裝時襯套位于所述內構件與所述分段管之間。
12.根據權利要求11所述的密封鎖定組件，其特征在于，還包括: 下內密封件，其位于密封凹部內，所述密封凹部形成于所述密封外殼中鄰近所述內構件處且在所述分段管的下方，其中，所述分段管的一部分在所述下內密封件上在徑向向內延伸，以將所述下內密封件維持在所述密封凹部內； 上內密封件，其位于鄰近所述內構件處且由面朝上的肩部支承，所述面朝上的肩部由所述鎖定環(huán)的上表面和所述分段管的上表面形成，其中，所述下內密封件和上內密封件具有相同大小。
13.根據權利要求12所述的密封組件，其特征在于，所述下內密封件和上內密封件由所述密封鎖定組件分開，所述密封鎖定組件將所述下內密封件和上內密封件上的力解耦。
14.根據權利要求11所述的密封組件，其特征在于，構成分段管的彼此相鄰的分段具有以交替向內和向外順序以一定角度切割的表面以在當安裝于所述柱形凹槽內時允許相鄰分段在所述表面處對準和配合，所述切割角度在約10度至約70度之間的范圍中。
15.根據權利要求11所述的密封組件，其特征在于，所述襯套具有鎖定機構，所述鎖定機構包括下列之一: a.)面朝外的具有螺紋的輪廓，其用于螺旋地接合在所述分段管上相對應的面朝內的輪廓；或者 b.)面朝外的輪廓，其用于滑動地接合在所述分段管上相對應的面朝內的輪廓。
16.根據權利要求11所述的密封組件，其特征在于，所述分段管具有用于接合所述密封外殼的L形外輪廓。
17.根據權利要求11所述的密封組件，其特征在于，固定螺釘橫穿在所述襯套和所述分段管中的通路以防止所述襯套和所述分段管的解鎖。
18.根據權利要求1所述的密封組件，其特征在于，所述外構件為閥帽且所述內構件為閥桿。
19.根據權利要求1所述的密封組件，其特征在于，所述外構件為井口外殼且所述內構件為套管懸掛器。
20.一種用于鎖定密封組件的方法，包括: 提供:密封外殼，其位于內構件與外構件之間；柱形凹部，其形成于所述密封外殼的內表面上；分段管，其具有對應于所述柱形凹槽的面朝外的突起，其中，構成所述管的多個分段具有以交替向內和向外順序的角度切割的邊緣以允許安裝于所述密封外殼內；以及鎖定環(huán)，其用于鎖定地接合所述分段管的內輪廓，其中，所述鎖定環(huán)位于所述內構件與所述分段管之間； 將所述密封外殼坐放于外構件中； 將下內密封件坐放于在所述密封外殼中形成的密封凹部內； 將構成所述分段管的分段安裝于所述密封外殼內，其中，所述分段的面朝外的突起與在所述密封外殼中的相對應的柱形凹槽配合；使所述鎖定環(huán)與構成所述分段管的分段接合成鎖定接合，以將所述密封組件鎖定就位；以及 將上內密封件坐放于面朝上的肩部上，所述面朝上的肩部由所述鎖定環(huán)的上表面和所述密封外殼的上表面形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及分段密封環(huán)及其支承件。一種用于在內構件和外構件內的密封件的鎖定組件。該鎖定組件包括分段管，其內表面被分段為以徑向或相反角度切割的多個片段以允許在外殼的內徑中加工的周向凹槽中組裝分段。該外殼具有小于分段管的外徑的內徑。構成分段管的分段經由襯套或鎖定環(huán)而在外殼內鎖定就位，襯套或鎖定環(huán)匹配分段管的內表面的輪廓以鎖定地接合。襯套和分段管保持下內密封件就位且支承上內密封件。分段管的分段設計允許使用更小直徑的構件且使得泄漏路徑最小化。
文檔編號E21B34/00GK103075516SQ20121041518
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權日2011年10月26日
發(fā)明者F.O.塔納卡, M.A.加西亞 申請人:韋特柯格雷公司