[发明专利]抗挤压组件和包括该抗挤压组件的密封系统

说明书

本发明涉及一种抗挤压工具/组件以及包括该抗挤压工具/组件的密封系统。该抗挤压组件包括：细长支承构件，该支承构件具有：空心主体，该空心主体具有第一端部、第二端部、内表面和外表面；以及设置在空心主体的第二端部的多个细长指状件，多个细长指状件平行于支承构件的纵向轴线轴向延伸，并且可在第一未展开构造和第二展开构造之间移动；以及凸轮构件，其具有：被构造成用于插入支承构件中或用于接收支承构件的细长部分；以及具有凸轮表面和接合表面的凸轮部分，该凸轮表面被构造成接触多个细长指状件的端部；并且相邻的细长指状件被构造成在展开构造中彼此接触。

技术领域

本发明涉及井下工具领域，尤其涉及用于井下工具的密封系统的抗挤压组件。

背景技术

在油气井中，通过在套管或裸眼井内部放置密封系统(诸如桥塞、封隔器等)来实现区域隔离，以隔离生产区域或将生产流体的流动引导至表面。例如，将桥塞放置在套管内，以隔离生产区域的上部和下部。通过在井眼中形成压力密封，桥塞允许加压流体或固体处理被隔离的地层。

通常，井眼衬有管状件或套管，以加强钻孔的侧面并使井眼与周围的土质地层隔离。为了接近邻近井眼的地层中的生产流体，对套管进行穿孔，以允许生产流体进入井眼并在井的表面处被回收。在其他情况下，可能需要将井的底部与井口隔离。因此，有必要相对于井套管密封管道，以防止浆料的流体压力将管道从井中提出，或者用于以其他方式隔离其中设置有井眼的特定区域。在其他情况下，可能需要在井眼中形成压力密封，以允许将流体压力施加到井眼，以用加压流体或固体处理被隔离的地层。被称为桥、塞、封隔器等的井下工具被设计用于实现区域隔离以达到上述一般目的。

密封系统通常包括密封工具(通常由铸铁、铝或其他可钻孔的合金金属制成)和通常由复合材料或弹性体材料制成的顺应性密封件，该密封件密封住井眼中的环空以防止流体通过。密封工具在其展开至正确的深度时必须通过内径，此时其被设定为与内径形成密封，从而隔离井中不同区域的压力。在致动时，密封元件被轴向压缩，从而导致密封元件从工具径向向外扩展，以密封地接合管状件的周围表面。

密封件的顺应性材料在被施加相对较小的力时发生变形，从而使密封件充满密封套并接触多个表面。这些接触区域防止流体流过密封件并生成压力差。挤压间隙是被密封的两种材料之间的间隙。如果施加太大的压力，则密封件可能变形并被迫进入挤压间隙，从而导致失效。较大的间隙在高压下更难密封。

封隔器必须能够通过最小的可能直径，然后在最大的直径上密封。套管的内径的公差通常较大，因为它是外径和每单位长度重量的公差的组合。该间隙形成了相对较大的挤压间隙，密封元件可能被压力推动而穿过该相对较大的挤压间隙，从而导致失效。在某些情况下，封隔器将需要穿过障碍物，这会增加潜在的挤压间隙。

为了经由不同类型的密封系统实现有效的密封和区域隔离，已经进行了多种尝试。

美国公开第2017/0211348号公开了一种密封工具，该密封工具包括可扩展的密封元件和弹性支撑件，该弹性支撑件可在未扩展构造和径向扩展构造之间变形。支撑件包括多个基部和多个重叠部，每个重叠部从相应的基部延伸，使得其与相邻的基部的表面重叠并且具有在使用中面向密封元件的表面。基部和重叠部被布置成限定大体上呈环形的密封件支撑结构，该密封件支撑结构形成连续的周向延伸的支撑表面，以用于邻接和支撑密封元件。

美国专利第8,662,161号公开了一种可扩展的封隔器，其具有由扩展引起的轴向可移动的支撑环，该支撑环具有交替的平坦指状件，该指状件通过桥向外变形。该封隔器使用心轴扩展和带有内部锥度的可移动环来匹配心轴外部的底切。由于径向扩展而引起的心轴轴向收缩使指状件下方的心轴外表面上的环用作指状件抵靠密封件(该密封件被推靠在裸眼井上)的支撑。

美国公开第2016/0123100号公开了一种成角度的分段式支承环，其包括多个狭槽以及由该多个狭槽限定的多个区段，所述多个狭槽从外表面径向向内延伸，并且彼此平行且不平行于纵轴地轴向延伸。