[发明专利]用于高压高温(HPHT)应用的密封设备

说明书

一种用于密封同心设置的构件之间的环形空间的密封设备和相关方法。在示例性实施方案中，所述方法包括在所述环形空间内提供密封环，所述密封环限定相对倾斜的内表面和外表面、鼻状部以及第一凸表面，所述相对倾斜的内表面和外表面各自具有大致截头圆锥形形状并且限定相对的第一边缘和第二边缘，所述鼻状部邻接所述内表面和外表面的相应第一边缘，所述第一凸表面与所述鼻状部相对、邻接所述内表面和外表面的相应第二边缘；以及形成抵抗所述环形空间中的流体压力的密封，其包括压下所述密封环的所述第一凸表面，使得所述密封环的所述内表面和外表面径向膨胀以在所述同心设置的构件中的每一个上施加接触应力。

技术领域

本公开大体上涉及用于油气操作(诸如钻井、完井和生产)的密封件，且更具体地涉及一种用于高压高温(“HPHT”)应用的密封设备。

背景技术

在密封设备中使用“人字形”或“V字形”密封件，以在油、气、地热、注水和其他井中同心设置的构件之间提供静态和动态密封二者。为了形成有效的密封，人字形密封件和同心设置的构件之间的接触应力必须大于施加到人字形密封件的润湿面的流体压力。然而，人字形密封件设计成在比现代油田操作期间遇到的温度和压力条件低得多的温度和压力条件下执行。例如，在人字形密封件开发期间油气行业的井况很少超过5,000psi和250℉。然而，人字形密封件经历12,500psi的压力和400℉的温度并不罕见。

因此，在现代油田操作期间，人字形密封件的性能可能出现问题，部分原因是弹性材料的体积模量与温度有关这个事实。具体地，当经受高压和高温时，弹性人字形密封件的体积容易在流体静力载荷下被压碎，从而导致体积显著减小和用于密封同心设置的构件的材料的横截面较小。结果，人字形密封件和同心设置的构件之间的接触应力下降到施加到人字形密封件的润湿面的流体压力以下，最终损及密封件的完整性。

因此，需要一种解决一个或多个前述问题和/或一个或多个其他问题的设备或方法。

附图说明

本公开的各种实施方案将根据下文给出的具体实施方式和从本公开的各种实施方案的附图更加全面地理解。在附图中，相似的参考数字可以指示相同或功能上类似的元件。

图1是根据示例性实施方案的可操作地联接到设置在井筒内的井工具的海上油气平台的示意图。

图2是根据示例性实施方案的图1的井工具的部分横截面，所述井工具包括密封芯轴、容座(receptacle)和密封设备。

图3是根据示例性实施方案的图2的密封设备的放大图，所述密封设备包括适配器、一对支承环、密封环、压缩环和供能环。

图4是根据示例性实施方案的图3的密封环的径向横截面。

图5A是根据示例性实施方案的处于未供能构型的图2-4的密封设备的径向横截面。

图5B是根据示例性实施方案的处于供能构型的图2至图4和图5A的密封设备的径向横截面。

具体实施方式

以下描述本公开的说明性实施方案和相关方法，因为它们可能用在用于HPHT应用的密封设备中。为了清楚起见，本说明书中并不描述实际实施方式的所有特征。当然，应当了解，在任何这种实际实施方案的开发中，必须作出大量实施方式特定的决策来实现开发人员的特定目标，诸如符合系统相关约束和业务相关约束，所述目标在不同实施方式间将有所不同。此外，应当了解，这种开发工作可能是复杂而费时的，但是对于受益于本公开的本领域普通技术人员而言将是常规任务。本公开的各种实施方案和相关方法的另外的方面和优点将因考虑以下描述和附图而变得显而易见。