[发明专利]耐损伤的套管挂密封件

说明书

技术领域

本发明大体涉及井口密封件，且具体而言涉及耐损伤的套管挂密封件。

背景技术

在井口形成期间，钻井操作常常导致插入井眼中的井套管元件在从钻井切换到采油前损伤。具体而言，套管挂和高压井口罩会由于在从诸如数千分之一英尺深的较小划痕到多达0.1''深的较大划痕的范围内的划痕和凿槽而受损。为了密封井眼，密封件必须由可挤出并填充划痕和凿槽的适应性材料构成。当前，使用由弹性体密封元件组成的密封件来密封套管元件之间的井眼环状空间。

遗憾的是，弹性体密封元件并不满足当前对钻井和采油的需求。例如，许多密封件在密封件经受极冷、极热和/或两极端之间的循环的条件下使用。在这些状况下，弹性体密封件在密封件的期望现场寿命结束前疲劳和失效。当前的行业标准允许90天的密封件现场寿命。然而，行业希望有一种可使井的预期寿命持续大约20年的密封件。此外，井的寿命周期可包括井的起动和关停、井元件的压力测试等。这些寿命周期活动增加了弹性体密封件面临的极端应力和温度循环的数量。寿命周期活动导致弹性体密封件在井口密封系统的20年期望现场寿命要求之前很久就疲劳和失效。因此，需要可在20年的预期寿命周期内耐受井的极端温度、极端温度循环和不同寿命周期操作的井口密封件。

此外，弹性体密封元件可能经历爆发性减压。当弹性体密封元件周围的高压迫使弹性体密封件吸收来自周围环境的气体时，发生爆发性减压。当弹性体密封元件周围的压力下降时，在较高压力下被吸收到弹性体密封元件中的气体快速地逸出弹性体密封元件。气体的快速逸出导致弹性体密封元件的撕裂和破坏。因此，需要在高压加载和卸载循环期间不会由于爆发性减压而失效的井口密封件。

许多井口密封件使用借助于干涉密封件来密封井口部件之间的环状空间的元件。干涉密封件使用宽度略大于待密封的环形空间的密封部件。干涉密封件迫使密封部件进入密封区域中，以防止流体或其它材料通过。由于这些干涉密封件大于待密封的环形空间，所以干涉密封件的使用常常导致待密封的环形空间和干涉密封件本身受损。这妨碍了井的钻进和运行并引起密封件提前失效。因此，需要不会在插入和激励期间损伤井口套管元件的井口密封件。

许多用于密封井口套管元件之间的环状空间的井口密封组件不可取回。一旦就位并被激励，便不能移除密封件。其位于井口中直到密封件失效。这在密封件可与送入工具等发生干涉的情况下会妨碍井的钻进和运行。此外，在紧急状况期间，不能取回标准密封件；因此，一旦密封件用于紧急状况，它便必须保留在井眼中。这阻碍了后续更好密封件的使用或其它设备或工具通过该空间。因此，需要可取回的井口密封件。

发明内容

通过提供了密封组件及其使用方法的本发明的优选实施例，大体上解决或回避了这些和其它问题，并且大体上实现了技术优势。

根据本发明的一实施例，一种用于在具有共同轴线的内、外共轴布置的环形部件之间的环状空间内密封的密封组件包括具有人字形几何形状的第一防挤出密封环和具有人字形几何形状的第二防挤出密封环。第二防挤出密封环与第一防挤出密封环共轴并位于其轴向下方。该密封组件还包括具有人字形几何形状的第一适应性密封环。第一适应性密封环与第一防挤出密封环和第二防挤出密封环共轴并介于二者之间。第一和第二防挤出密封环中的至少一者构造成在承受轴向力时与内、外共轴布置的环形部件中的至少一者径向接合。第一适应性密封环构造成在承受轴向力时与内、外共轴布置的环形部件中的至少一者径向接合。

根据本发明的另一实施例，一种用于在具有共同轴线的内、外共轴布置的环形部件之间的环状空间内密封的密封组件包括密封件叠层和上激活环。上激活环与密封件叠层共轴并位于其轴向上方。上激活环具有不同于密封件叠层的邻近表面的、与轴线形成角度的下配合面。该密封组件还包括与密封件叠层共轴并位于其轴向下方的下激活环。下激活环具有不同于密封件叠层的邻近表面的、与轴线形成角度的上配合面。密封件叠层的元件之间的配合面与轴线成相等角度。这些元件沿配合面的长度接触。在轴向负载下，上、下激活环配合面与邻近的密封件叠层配合面之间的接触导致密封件叠层的径向扩展。

根据本发明的又一实施例，一种用于在具有共同轴线的内、外共轴布置的环形部件之间的环状空间内密封的密封组件包括具有内径的第一密封件叠层。第一密封件叠层具有在被激励时密封至外环形部件的受损表面的适应性密封元件。该密封组件还包括与第一密封件叠层共轴的第二密封件叠层。第二密封件叠层具有比第一密封件叠层的内径更小的外径。此外，第二密封件叠层具有在被激励时密封至内环形部件的受损表面的适应性密封元件。