[发明专利]用锥形锁定环锁定的套管悬挂器

说明书

技术领域

本发明大体上涉及井口套管悬挂器，并且具体而言，涉及将轴向负载转化成径向负载的套管悬挂器锁定滑环。

背景技术

在内、外井口管状部件之间使用密封件以容纳内部井压。内井口部件可以是支撑延伸入井中用于生产流体流动的油管柱的油管悬挂器。油管悬挂器就位于外井口部件中，该外井口部件可为井口罩、采油树或油管头。密封件或封隔器密封油管悬挂器与外井口部件之间。备选地，内井口部件可以是位于井口罩中且固定至延伸入井中的套管柱的套管悬挂器。密封件或封隔器密封套管悬挂器与井口罩之间。

在现有技术中已采用这种性质的各种密封件。现有技术密封件包括弹性体环以及部分金属和弹性体环。还采用用于形成金属对金属密封件的完全由金属制成的现有技术密封环。密封件可由送入工具设定，或者它们可响应于套管柱或油管柱的重量而设定。一种现有技术金属对金属密封件具有由锥形槽分开的内壁和外壁。赋能环被推入该槽中以使内壁和外壁变形分开成与内、外井口部件密封接合。赋能环是实心楔形部件。内壁和外壁的变形超过密封环的材料的屈服强度，使得变形是永久的。

在套管或油管与井口之间可能发生热生长，特别是在井口位于水面而非海底的情况下。向上流经油管的井流体加热油管柱，并以较小程度加热周围的套管。温度增加可导致油管悬挂器和/或套管悬挂器相对于外井口部件或彼此轴向移动微量。在加热瞬变期间，油管悬挂器和/或套管悬挂器也可由于构件之间的温差和构成构件的材料的不同热膨胀率而径向移动。如果密封件已作为赋能环的轴向位移引发密封件靠在其配合面上径向移动的楔进作用的结果而被设定，那么若在轴向上由于压力或热效应而有移动则密封力可减小。赋能环上轴向力的减小引起密封环的内壁和外壁上的径向向内和向外的力的减小，这可导致密封件泄漏。密封件与其配合面之间的径向加载归因于热瞬变的损失也可导致密封件泄漏。

试图克服由套管悬挂器或油管悬挂器的轴向移动导致的问题的现有技术设备包括锁定密封件。锁定密封件要求在制造过程期间在联顶接头(landing sub)或井口中形成凹槽。在井口和联顶接头定位于井眼内后，锁定密封件被送入到联顶接头的位置，在此，锁定密封件的环分别扩张或收缩到形成于井口或联顶接头中的凹槽中。遗憾的是，凹槽常常在锁定密封件的进入之前由碎屑填充。碎屑妨碍了环的接合并因此无法提供锁定密封结果的锁定益处。

锁定密封件要求生产成本的显著增加。这部分归因于用以将基本井口或联顶接头修改成包括锁环凹槽的增加的成本。此外，这些装置的使用使得必须使用专用工具和其它构件来恰当地就位和接合锁定环。而且，现有技术锁定密封件在联顶接头与锁定密封件的锁定设备之间要求一些空隙。该空隙允许锁定密封件相对于井口和联顶接头就位于适当位置，同时还提供密封件的锁定部分接合井口或联顶接头所需的空间。空隙还允许联顶接头在锁定装置恰当地接合并阻碍联顶接头的移动之前移位。在此类例子中，联顶接头可轴向移位并导致密封件失效。因此，需要一种克服上述现有技术中的问题的锁定密封件。

发明内容

通过提供套管悬挂器锁定滑环及其使用方法的本发明的优选实施例，大体解决或规避了这些和其它问题，并且大体实现了技术优点。

根据本发明的一实施例，公开了一种井口组件。该井口组件包括井口部件，其限定具有台肩的孔，该孔具有直径沿向上方向减小的锥形轮廓。该井口组件还包括悬挂器，其就位在井口部件的孔内的台肩上并在井口与悬挂器之间限定环形空间。悬挂器密封环设置在环形空间内，与井口的内表面接合，并与套管悬挂器的外表面接合，使得密封环防止通过环形空间的流。鼻环被固定至密封环的下端并具有接合井口部件的孔中的锥形轮廓的锥形表面。鼻环还接合套管悬挂器的外径表面部分，以限制套管悬挂器的向上轴向移动。

根据本发明的另一实施例，公开了一种用于密封内、外管状部件之间的环形空间的密封件，其中内管状部件就位于外管状部件的孔中。该密封件包括密封环，其适于就位在环形空间中，并且适于在被赋能时径向扩张而接合外管状部件的内径表面和内管状部件的外径表面。锁定组件被固定至密封环的下端并具有接合外管状部件的孔中的锥形轮廓的锥形表面。锁定组件还接合套管悬挂器的外径表面部分，以限制套管悬挂器的向上轴向移动。该锁定组件在锁定组件的上端上具有颈部，该颈部在颈部的外径上具有凹槽。该密封环在密封环的下端上具有下支腿，该下支腿在下支腿的内径上具有凹部。开口环部分地在凹槽内且部分地在凹部内，从而将锁定滑环固定至密封环。