[发明专利]在井内形成金属-金属密封的方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及在井内形成金属—金属密封的方法。

背景技术

包括橡胶和塑料密封的聚合体密封通常使用在井下工具中。通常使用聚合体密封是因为它们的柔性、弹性和密封不均匀或不规则表面的能力。然而，对于一些井下环境，例如存在极高或极低温度的环境或存在腐蚀性流体的环境(作为示例)，传统的聚合体材料可能不合适。而且，即使在聚合体密封可以使用的应用中，由于环境变化导致的材料老化、出现故障和特性改变也对聚合体密封的使用提出了挑战。由于聚合体密封的抗挤压性较差，所以聚合体密封一般与支撑系统一起使用。

金属密封可以使用在井下应用中代替聚合体密封。相较于聚合体密封，金属密封通常展示出较好的稳定的机械和物理特性。然而，密封设计典型地对于金属密封而言更具有挑战性，因为其密封机制与聚合体密封的机制不同。例如，金属密封在密封表面上典型地需要大得多的表面抛光和大得多的接触应力。

发明内容

在本发明的实施例中，用于井的密封组件包括金属主体，所述金属主体适于响应于该主体在压缩表面之间被纵向压缩而径向向内和径向向外膨胀。所述金属主体包括第一和第二表面，该第一和第二表面在主体被纵向压缩之前与压缩表面不一致，且该第一和第二表面适于接触压缩表面。

本发明的优点和其它特征将从下面的附图、描述和权利要求中变得更加明显。

附图说明

图1是图示根据本发明实施例的圆柱体型金属密封组件的、在安装该组件的金属密封环之前的示意图；

图2是根据本发明实施例的图1中的密封环的放大视图；

图3、5、7和9是说明根据本发明实施例的包括金属密封环的金属密封组件在安装该密封环之前的示意图；

图4、6、8和10分别是说明根据本发明实施例的图3、5、7和9中的密封组件在安装了组件的金属密封环之后的示意图；

图11和12是根据本发明实施例的密封环的横截面视图；

图13、14和15是根据本发明实施例的供能环(energizing ring)的横截面视图；

图16说明了根据本发明实施例的由两者不同的金属制成的密封元件的横截面视图；

图17说明了根据本发明实施例的具有由两种不同的金属制成的密封元件的、在安装密封元件之前的密封组件；

图18说明了根据本发明实施例的在安装了组件之后的、图17中的密封组件；

图19、21、23、25和27说明了根据本发明实施例的在安装组件的密封环之前的不同密封组件；

图20、22、24、26和29分别说明了根据本发明实施例的图19、21、23、25和27中的、在安装了密封组件的密封环之后的密封组件；和

图28描述了根据本发明实施例的图27和图29中的密封组件在安装密封组件的过程中的中间状态。

具体实施方式

参照图1，根据本发明实施例的金属密封组件10可以用于形成在井中的内管状部件30与外管状部件20之间的密封。作为示例，外管状部件20可以是套管柱(casing string)，而内管状部件30可以是工作或生产管柱(work or production string)，尽管在本发明的其它实施例中管状部件20和30可以是不同的构件。

管状部件20和30大致与井的纵向轴线12同心且沿井的纵向轴线延伸。一般地，金属密封组件10包括圆柱形金属密封环40，所述金属密封环40具有厚度轮廓(thickness profile)和其它几何特征从而使得金属密封环40当被纵向压缩时径向向内和径向向外膨胀，以在管状部件20与30之间形成密封。

如图1中所示，根据本发明的一些实施例，可以通过使用上套环(thimble)14和下套环16，或夹具(gauges)实现密封环40的纵向压缩。通常，夹具14、16可以分别具有相对平坦的环形表面18和21，以便分别接合密封环40的上表面42和下表面44。与平面18、21不同，密封环40的表面42和44倾斜(这是密封环40的另一特征)，从而使得密封环40当受到纵向压缩时弯曲。

参照图1A，根据本发明的一些实施例，密封环40的径向厚度从环40最厚的端部朝向环40最薄的中部48变化。也可以提出密封环40的其它厚度变化(例如，密封环的厚度不均匀)，这些厚度变化在本发明的权利要求所限定的保护范围内。

为实现厚度变化，密封环的内表面可以相对于水平参考线倾斜角度α。密封环40的上表面42和下表面44每一个可以相对于水平参考线倾斜较小的角度β。