專利名稱：用于控制線路的金屬－金屬密封布置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油田完井系統(tǒng)，并且特別涉及具有用于安裝在表面井口上的控制線路的金屬一金屬密封布置的井口完井系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對于許多表面和水下的油井和氣井，一系列的管件、配件、閥以及量器使用在井口上以控制流并且實現(xiàn)完井。采油(氣)樹(Christmas tree)或生產(chǎn)樹通常附接到井口和管件，配件、閥以及量器典型地按特定路線通向且連接到樹。一個或多個穿透器或桿可安裝在采氣樹中以接合安裝在井口內(nèi)的構(gòu)件，諸如管懸掛器。穿透器可為水平的、豎直的或呈其它的角度，并且允許井下控制線路(諸如電氣的和/或液壓的)按特定路線通過樹和管懸掛器側(cè)壁且按特定路線向下通到在井口下方的構(gòu)件。水下水平樹管懸掛器通常利用用于依靠完井管的重量來啟用裝置密封機(jī)構(gòu)的控制線路的密封布置。盡管如此，在常規(guī)的表面井口應(yīng)用上，沒有足夠的空間可用于大多數(shù)完井以結(jié)合該密封布置。完井現(xiàn)在使用漸增數(shù)量的井下控制線路，其中，一些操作員現(xiàn)在請求高達(dá)十一個單獨的控制線路。如上面所解釋的，使多個控制線路通過井口離開的常規(guī)方法通常要求控制線路以連續(xù)的方式穿過管懸掛器并且然后通過井口本體離開。盡管如此，很大數(shù)量的控制線路使得該常規(guī)的離開布置在井口上部碗狀區(qū)域中可用的受限的空間內(nèi)復(fù)雜且難以完成。在當(dāng)前可用的受限的空間中安裝多個控制線路很困難且是勞動密集的，其中，控制線路經(jīng)常在難應(yīng)付的方向上彎曲，其中，一些控制線路必須物理跨越其它的控制線路。因此控制線路經(jīng)常受損。因此，在該特殊的完井布置中剩下很小的空間來關(guān)于控制線路提供“多余的(spare) ”長度。此外，如果在通過井口的控制線路終止階段期間遇到任何問題，則可能必須拔出完井，這是涉及到重大的鉆塔停工時間的昂貴且耗時的行動。存在對于允許在井處有用于多個井下控制線路的足夠間隙的技術(shù)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的實施例中，完井包括井口、控制線路組件以及管懸掛器。井口可具有帶有孔的大體上圓柱形的本體?？刂凭€路組件可包括柱體和主殼體組件，其具有在一端處帶有螺栓分布模式(pattern)的凸緣，以用于經(jīng)由螺栓安裝到井口本體?？刂凭€路組件還可包括通道和金屬一金屬密封。通道可為在柱體內(nèi)的管道或桿，其在外端處具有入口且在另一端處延伸到井口孔中。裂口鎖定環(huán)對通道提供確定的鎖定。多個控制線路組件可安裝到井口。本文所描述的完井還可用在生產(chǎn)套管懸掛器中，以使控制線路一直延伸到通過生產(chǎn)環(huán)。管懸掛器可具有形成在懸掛器的側(cè)壁中的多個豎直的通道，懸掛器與在井內(nèi)以及在管懸掛器下方的井構(gòu)件(諸如閥或儀器裝置)連通。此外，多個徑向通道在一端處與豎直的通道連通，并且與管懸掛器的外表面沿徑向連通。管懸掛器可處于井口的孔內(nèi)并且定向成使得在管懸掛器中的徑向通道與各個控制線路組件的各個通道對齊。在控制線路組件的井口上的該布置有利地提供了足夠的高度和空隙以允許安裝進(jìn)入到管懸掛器中且從井口離開的多個控制線路。本發(fā)明提供了若干附加的優(yōu)點。本發(fā)明通過將出口點向下移動到主井口本體有利地克服了彎曲和在可用的受限空間中安裝多個控制線路的問題，并且以最小的高度增加在管懸掛器本體上形成了多個控制線路入口點。多個控制線路可容納在圍繞管懸掛器的“單一區(qū)域(single band) ”中并且井口本體因此最小化了任何高度的影響。此外，已知最小化了在敞口井周圍的工作(其可能會涉及在懸掛的BOP組下面工作)，則通過本發(fā)明改進(jìn)了針對人員的安全性。從操作安全性的立場，在使管懸掛器處于井口中之后，可立即有利地實現(xiàn)液壓控制線路連通，而不需要破壞BOP組，且因此維持完整的井控制。此外，當(dāng)在管懸掛器本體上的配合桿密封表面低于管懸掛器本體的主外徑時，密封表面在通過BOP組的管懸掛器安裝操作期間受保護(hù)而不受損傷。本發(fā)明還降低了控制線路損傷的風(fēng)險并且降低了與拔出完井相關(guān)的成本和停工時間的風(fēng)險。此外，本發(fā)明提供了金屬一金屬密封，其特別適于緊急的和高壓/高溫的應(yīng)用，其是防擅改(tamper)的且在控制線路終止過程期間減少鉆塔停工時間。此外，一旦放置了管懸掛器，本發(fā)明就提供與井下液壓線路的立即連通。控制線路組件還可根據(jù)所需的井下控制線路的數(shù)量的需要改裝到現(xiàn)有井口上。與比得上的第三方出口閥布置相比較，本發(fā)明還提供了更低的成本。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的井口的實施例的透視 圖2為圖1的井口的俯視 圖3為根據(jù)本發(fā)明的安裝到井口的控制線路組件的實施例的部分截面圖；以及 圖3A為根據(jù)本發(fā)明的圖3的一部分的放大視圖。
具體實施例方式圖1示出了具有孔12的大體上圓柱形的井口 10的實施例的透視圖，井口 10可安裝在表面或水下的井上。在該實施例中，井口 10還具有帶有側(cè)壁16的本體或井口本體14。側(cè)壁可具有大體上由在本體14的外表面和上連接件18之間的差限定的徑向厚度。盡管上連接件可采取凸緣的形式，并且自井口 10的本體14向上延伸，示出的上連接件18具有大體上圓柱形的形狀。繼續(xù)參考圖1且還參考圖2，可為多個組件中的一個的控制線路組件24經(jīng)由螺栓26安裝到井口 10的本體14。螺栓26穿過在控制線路組件24的安裝端上的凸緣28中的螺栓通道(未示出)，并且進(jìn)一步接合形成在井口 10的本體14中的對應(yīng)的螺栓通道(未示出)。由形成在井口本體14的外表面上的凹口 30來容納控制組件24的凸緣28。凸緣28可為標(biāo)準(zhǔn)的API凸緣或為某一形式的緊湊凸緣設(shè)計。密封環(huán)29 (圖3)可位于凸緣28和井口本體14之間以實現(xiàn)密封。在圖1和圖2的實施例中，控制線路組件24自井口 10沿徑向向外且水平地延伸。盡管如此，組件24還可相對于水平成角度地向外延伸?？刂凭€路組件24和其它連接件的數(shù)量可隨完井的要求而變化?？刂凭€路組件24和儀器的信號端口 32將在下面進(jìn)一步解釋。
參考圖3，以側(cè)視截面圖示出了具有控制線路組件24的井口 10的一部分。控制線路組件24具有外柱體40，其安裝有端蓋41以部分地限定液壓柱體。具有帶有內(nèi)徑的軸向通道43的穿透器或桿42位于柱體40內(nèi)且在外端46處具有指示器或凹口 44。指示器44形成在桿42的圓周外圍上，并且指示桿42何時恰當(dāng)?shù)匕惭b在井口本體14內(nèi)。指示器44在桿42的突出越過端蓋41的一部分上。桿42在外端46處具有控制線路入口 48，其可允許連接到控制源，諸如液壓供應(yīng)。水平通道50穿過井口側(cè)壁16以使井口本體14的外表面與孔12連通。水平通道50允許桿42的穿透端52穿過井口側(cè)壁14。在該實施例中，通道43增大到在桿42的穿透端52內(nèi)的直徑54。繼續(xù)參考圖3，桿42的穿透端52具有在穿透端52處終止的前端裝置(nosearrangement) 60 ο前端裝置60具有位于水平通道50內(nèi)的波狀輪廓61。桿42的前端裝置60與井口 10的孔12相對應(yīng)并且與不出為處于井口 10內(nèi)的管懸掛器64的外表面62相交接(interface)。當(dāng)靠著管懸掛器64交界面激勵時,前端裝置60形成了金屬一金屬密封。在該實施例中，管懸掛器64經(jīng)由定位在管懸掛器64的下部部分處的鍵66與控制線路組件24恰當(dāng)?shù)貙R。鍵64由至少一個彈簧68向外偏置。在鍵由形成在井口孔12中的對應(yīng)的凹口 70容納以前，該鍵66都縮進(jìn)。還可利用其它類型的對齊機(jī)構(gòu)。當(dāng)管懸掛器64恰當(dāng)?shù)貙R在井口 10中時，水平的懸掛器通道72與前端裝置60配準(zhǔn)以建立與桿42的通道43的連通。環(huán)形金屬密封件74位于形成在前端裝置60處的基座76內(nèi)，以在由前端裝置和水平的懸掛器通道72形成的交界面處進(jìn)行密封。在該實施例中，水平通道72與豎直的懸掛器通道80相交地連通。豎直的懸掛器通道80還與管懸掛器64的下表面82連通以允許與線路84的連通，線路84可連接到位于豎直的懸掛器通道的下端處的入口 86。線路84可用于位于懸掛器64下方的多種類型的構(gòu)件。繼續(xù)參考圖3，該實施例中的液壓活塞100與桿42形成為一體并且允許桿在由端蓋41和自柱體40沿徑向向內(nèi)突出的止擋102限定的距離內(nèi)沿軸向往復(fù)運(yùn)動。因為需要很大的力來觸發(fā)前端裝置60以及設(shè)置在管懸掛器64處的金屬一金屬密封，可對室104加壓以便將分布力輸送給活塞100的背面來向前移動活塞，以及因此將桿42向前移動至與管懸掛器64成密封接合。該室由柱體40、端蓋41、止擋102以及液壓活塞100來限定。還可由外部的源(未示出)在活塞100的前面上對室104加壓以引起活塞退回，從而允許取回管懸掛器64。當(dāng)桿42處于與管懸掛器64完全接合的位置中時，在外端46上的指示器標(biāo)記44向操作員提供了可見指示:設(shè)置好了金屬一金屬密封。當(dāng)桿42未處于與管懸掛器64接合的位置中時，在外端46上的指示器標(biāo)記44將凹進(jìn)到端蓋41內(nèi)，并因此不可見。繼續(xù)參考圖3，一旦靠著管懸掛器64設(shè)置了桿42，桿42就可由裂口鎖定環(huán)106確定地鎖定就位，以因此來防止密封損失。裂口鎖定環(huán)106具有帶齒的內(nèi)輪廓108和漸縮的后部表面110。帶齒的內(nèi)輪廓108鎖定地接合形成于桿42的外表面上的對應(yīng)的配合輪廓112。配合輪廓112也可具有帶齒的輪廓。取決于應(yīng)用，在裂口鎖定環(huán)106和配合輪廓112上的齒輪廓可具有各不相同的深度。當(dāng)激勵且設(shè)置桿42時，裂口鎖定環(huán)106由液壓鎖定活塞114保持離開桿42。該液壓鎖定機(jī)構(gòu)用作安全措施，因為在其中不存在可被擅改或意外觸發(fā)以重設(shè)鎖定機(jī)構(gòu)的外部構(gòu)件。操作員必須將液壓供應(yīng)物理連接到在控制線路組件24上的入口端口(未示出)并且施加壓力。一旦靠著管懸掛器64設(shè)置好了桿42，壓力就從鎖定活塞114釋放并且裂口鎖定環(huán)106然后由波狀彈簧116驅(qū)動直到配合的齒輪廓112上，以將桿42確定地鎖定就位。波狀彈簧116在一端處定位到裂口鎖定環(huán)106并且在第二端處定位到與桿42同心的內(nèi)部殼體118。波狀彈簧116在各端處具有平面以接合配合構(gòu)件面。繼續(xù)參考圖3，還可在桿42和主殼體組件134以及柔性的金屬密封唇135 (如在圖3A中所不,其密封地接合桿的外表面)之間實現(xiàn)金屬一金屬密封130。密封唇135與桿42處于干涉接觸，其中，該密封布置通過在井口孔12中存在的任何壓力來進(jìn)一步增強(qiáng)。唇135的內(nèi)表面可具有多個密封帶(land)或凸起面，其最初形成干涉密封，并且然后當(dāng)在井口孔12中的壓力增加時漸進(jìn)地增加密封接觸。密封唇135部分地限定了內(nèi)動態(tài)密封137 (圖3A)。這通過與桿42同心的金屬密封環(huán)132來實現(xiàn),金屬密封環(huán)132密封地接合主殼體組件134以形成外靜態(tài)密封139 (圖3A)。在該實施例中，桿42的外表面的桿密封區(qū)域136可具有碳化鎢涂層，所以桿密封區(qū)域136可經(jīng)受由柔性的金屬密封唇135施加的、可在桿42與柔性的唇之間導(dǎo)致磨損的力。桿42與主殼體組件134的金屬一金屬密封130以及前端裝置60與管懸掛器64的金屬一金屬密封兩者可經(jīng)由在主殼體組件134上的測試端口(未示出)來檢驗。當(dāng)配備到(made up to)主殼體組件134時,外靜態(tài)密封139利用了金屬一金屬密封的環(huán)形輪廓，其通過密封唇相對于金屬密封唇135的彈性變形實現(xiàn)密封。在該實施例中，金屬一金屬密封組件安裝在主殼體本體134中，并且然后內(nèi)殼體118被旋入，以該過程來激勵外靜態(tài)密封139。桿42然后插入通過內(nèi)動態(tài)密封135，其后是剩余的構(gòu)件，包括116 和 106。在一個示例中，在安裝控制線路組件24期間，控制線路組件安裝到井口本體14，使得桿42的穿透端52進(jìn)入形成在井口側(cè)壁16中的水平通道50。為了經(jīng)由環(huán)形金屬密封件74激勵和設(shè)置在前端裝置60和先前放置的管懸掛器64之間的金屬一金屬密封，在活塞100的前面處對室104加壓以便向前移動活塞，并且因此向前移動桿42。足夠的力由活塞100產(chǎn)生以便推動金屬密封件74與管懸掛器64處于密封接合。當(dāng)由波狀彈簧116施加的力驅(qū)動裂口鎖定環(huán)106和鎖定活塞114回到最初的未激勵位置時，為了退回桿42并且允許取回管懸掛器64，可對室104減壓或在活塞100的前面上對其加壓以引起活塞退回。當(dāng)桿42處于與管懸掛器64完全接合的位置中時，在外端46上的指示器標(biāo)記44給操作員提供了可見指示:在前端裝置60處設(shè)置好了金屬一金屬密封。一旦靠著管懸掛器64設(shè)置了桿42，該桿就由裂口鎖定環(huán)106確定地鎖定就位，以因此防止在前端裝置60處的密封損失。在設(shè)置操作期間，由液壓鎖定活塞114保持裂口鎖定環(huán)106離開桿42。一旦設(shè)置了桿42，便對鎖定活塞114減壓。波狀彈簧116然后推動裂口鎖定環(huán)106向前移動，并且鎖定環(huán)的帶齒的內(nèi)輪廓108然后鎖定地接合形成在桿42的外表面上的對應(yīng)的配合輪廓112。當(dāng)桿被鎖定就位時，還可在桿42和主殼體組件134之間實現(xiàn)金屬一金屬密封130。本書面描述使用示例公開了本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何相結(jié)合的方法。這些實施例不意圖限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的能夠得到專利保護(hù)的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有與權(quán)利要求的文字語言不相差別的結(jié)構(gòu)元素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的文字語言沒有本質(zhì)差別的等效的結(jié)構(gòu)元素，則這樣的其它示例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于表面井口的控制線路組件，包括: 主殼體組件，其具有選擇性地安裝到所述井口的端部； 在所述殼體組件中的桿； 在所述桿上的穿透端，其延伸通過在所述井口中的通道；以及定位在所述穿透端處的金屬密封環(huán)，其用于在被激勵時密封地接合安裝在所述井口內(nèi)的管懸掛器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，還包括: 從所述桿延伸的徑向突出部；以及 適于由液壓流體來加壓的柱體，其中，所述液壓流體將分布力施加在所述桿的所述徑向突出部上以向前推動所述桿，以便因此對著所述管懸掛器激勵在所述穿透端處的所述金屬密封環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，還包括形成在所述桿的外端上的凹口，其指示在所述桿的所述穿透端上的金屬密封環(huán)何時靠著所述管懸掛器設(shè)置，所述凹口定位在所述桿上，使得所述凹口可見。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，還包括: 適于由液壓流體來加壓的鎖定活塞，在設(shè)置金屬密封環(huán)期間所述鎖定活塞最初維持鎖定環(huán)離開所述桿的配合輪廓； 包圍所述桿的一部分的鎖定環(huán)，所述鎖定環(huán)具有帶齒的內(nèi)輪廓，以用于鎖定地接合所述桿的所述配合輪廓，以便將所述桿鎖定就位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組件，其特征在于，彈簧位于所述主殼體組件內(nèi)，并且與所述裂口鎖定環(huán)相交接，以便在所述鎖定活塞被減壓后驅(qū)動所述鎖定環(huán)向前而處于與所述桿的所述配合輪廓的配合接合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述穿透端包括波紋管狀的結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組件，其特征在于，配合輪廓形成在所述桿的外表面上。
8.—種完井系統(tǒng)，包括: 具有本體的井口，該本體帶有孔和側(cè)壁，所述井口具有延伸通過所述側(cè)壁的至少一個水平的井口通道； 定位在所述井口的所述孔內(nèi)的管懸掛器，其具有懸掛器通道； 控制線路組件，包括: 主殼體組件，其具有選擇性地安裝到所述井口的端部； 在所述殼體組件中的桿； 在所述桿上的穿透端，其延伸通過在所述井口中的通道；以及定位在所述穿透端處的金屬密封環(huán)，其用于在被激勵時密封地接合安裝在所述井口內(nèi)的管懸掛器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 從所述桿延伸的徑向突出部；以及 適于由液壓流體來加壓的柱體，其中，所述液壓流體將分布力施加在所述桿的所述徑向突出部上以向前推動所述桿，以便因此對著所述管懸掛器來激勵在所述穿透端處的所述金屬密封環(huán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括形成在所述桿的外端上的凹口，其指示在所述桿的所述穿透端上的金屬密封環(huán)何時靠著所述管懸掛器設(shè)置，所述凹口定位在所述桿上，使得所述凹口可見。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 適于由液壓流體來加壓的鎖定活塞，在設(shè)置金屬密封環(huán)期間所述鎖定活塞最初維持鎖定環(huán)離開所述桿的配合輪廓； 包圍所述桿的一部分的鎖定環(huán)，所述鎖定環(huán)具有帶齒的內(nèi)輪廓，以用于鎖定地接合所述桿的所述配合輪廓，以便將所述桿鎖定就位。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述殼體組件中的所述桿連接到液壓源。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述桿同心的第二金屬密封環(huán)，其用于在所述桿和所述主殼體組件之間的密封。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于， 至少一個水平的懸掛器通道和至少一個豎直的懸掛器通道相交地連通； 所述水平的懸掛器通道與所述水平的井口通道配準(zhǔn)；并且 所述豎直的懸掛器通道與所述管懸掛器的下表面連通。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 定位在所述管懸掛器的下部部分處的鍵；以及 形成在所述井口孔中的 用于容納所述鍵的凹口； 其中， 所述鍵由至少一個彈簧向外偏置；并且 當(dāng)所述至少一個水平的懸掛器通道與所述水平的井口通道對齊時，所述鍵被所述凹口容納。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個水平的懸掛器通道具有在所述管懸掛器上的出口點，其定位在所述至少一個豎直的懸掛器通道的管懸掛器入口點之上。
17.—種控制井眼中的裝置的方法，包括: 提供控制線路組件: 主殼體組件，其具有選擇性地安裝到井口的端部； 在所述殼體組件中的桿； 在所述桿上的穿透端，其延伸通過在所述井口中的通道；以及定位在所述穿透端處的金屬密封環(huán)，其用于在被激勵時密封地接合安裝在所述井口內(nèi)的管懸掛器； 使所述穿透端的密封端與在所述井口中的控制通道相接觸，使得在所述桿中的所述通道與所述控制通道配準(zhǔn)并且在所述密封端與所述井口之間限定交界面； 通過維持所述桿上的接觸力來密封所述交界面；以及 使控制流體流動通過在所述桿中的所述通道并且流到所述控制通道中。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括: 對包圍所述桿的柱體加壓以向前推動所述桿來激勵所述金屬密封環(huán)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括: 設(shè)置第二金屬密封環(huán)以實現(xiàn)在所述主殼體組件和所述桿之間的密封。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括: 對鎖止活塞加壓以在激勵所述金屬密封環(huán)期間維持所述鎖定環(huán)離開所述桿的所述配合輪廓。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制線路的金屬－金屬密封布置及其使用方法。完井系統(tǒng)包括井口，用于使用在完井中的、安裝到井口的控制線路組件以及管懸掛器?？刂凭€路組件包括柱體、主殼體組件、通道以及金屬－金屬密封。裂口鎖定環(huán)對通道提供確定的鎖定?？刂凭€路進(jìn)入管懸掛器并且經(jīng)由井口離開。在井口上的該布置提供足夠的高度和空隙以允許安裝多個控制線路。
文檔編號E21B33/03GK103184844SQ20121058287
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者J.A.西諾特, A.克里斯蒂, L.坎貝爾 申請人:韋特柯格雷公司