[发明专利]具有波纹管式前端环的密封件

说明书

技术领域

本发明大体涉及一种井眼组件。更具体地讲，本发明涉及一种用于环形密封件的波纹管形的前端环(nose ring)，其在波纹管的褶皱中具有柔韧的材料，并且在它的外侧褶皱的边缘上具有延展性的金属镶嵌物。

背景技术

密封件典型地插入在内侧井口管状元件和外侧井口管状元件之间以便容纳内部的井压。内侧井口元件通常为用于支撑延伸到井中的或者套管或者管的悬挂器。外侧井口元件通常为井口壳体中的一个，或者当内侧元件为管悬挂器时可为套管悬挂器。已知定位在内侧井口元件和外侧井口元件之间的各种密封件。已知的密封件的示例为弹性体、金属、以及它们的组合和弹性体环。可由运转工具(running tool)来设置密封件，或者它们可响应于套管或管的串的重量而设置。一种类型的金属－金属密封件具有密封体，其中，内壁和外壁由圆柱形的槽口分开，从而形成了“U”形。激励环被推入密封件中的槽口中，以使内壁和外壁变形分开而与内侧井口元件和外侧井口元件密封接合，这可使条状部(wicker)在其上形成。激励环典型地为实心的楔形元件。密封件的内壁和外壁的变形超过了密封环材料的屈服强度，从而使变形永久化。

可能会发生套管或管与井口之间的热生长，特别是对于定位在表面处而非水下的井口。向上流过管的井流体加热管串，并且加热到比围绕的套管更低的程度。温度升高可导致管悬挂器和/或套管悬挂器相对于外侧井口元件沿轴向移动微小的量。在加热瞬变期间，管悬挂器和/或套管悬挂器由于在构件之间的温差和热膨胀的不同的速率还可沿径向移动，构件材料由其构成。如果由于楔作用(其中，激励环的轴向位移引起了密封件相对其配合表面的径向移动)的原因而设置了密封件，那么如果由于压力效应或者热效应在轴向方向上存在移动，则可能会减小密封力。减小在激励环上的轴向力导致减小在密封环的内壁和外壁上的径向向内和向外的力，这可引起密封件泄漏。由于热瞬变引起的在密封件和它的配合表面之间的径向载荷的损失也可引起密封件泄漏。防止这种类型的移动的一种途径为通过在密封件上使用锁定C形环，其搁置在激励环上的机械加工的凹穴中。当设置了密封件时，C形环接合悬挂器，从而将密封件锁定到悬挂器上。另一种途径是使用密封部件本身作为锁定机构。在这些途径中，因此通过密封件来提供锁定。此外，锁定式的悬挂器可用来将套管悬挂器锁定就位。这需要额外的行程来降低锁定式的悬挂器。

发明内容

描述了用于使用在同心的井下管件之间的密封组件的一个示例，该密封组件包括环形的上部部分，其具有：环状外支脚；设置成沿径向在外支脚内侧的环状内支脚，其在内支脚和外支脚之间限定了环形空隙；以及附接到外支脚的下端。该密封组件包括联接到上部部分的下端的前端环组件。前端环组件包括具有波纹管形的截面的环形密封体。密封体具有褶皱，其具有沿着密封体的内周边和外周边的边缘。金属镶嵌物在边缘上，并且可压缩的材料在褶皱之间。当在同心的井下管件之间设置密封组件并且将激励环的端部插入到在内支脚和外支脚之间的环形空隙中时，前端环的密封体将锁定力传递到管件中的一个上，并且边缘沿径向向内和向外延伸成与井下管件密封接触。可选地，可压缩的材料具有分散在介质内的被封装的气体。在一个示例中，玻璃微球体形成了被封装的气体，并且介质由弹性体制成。在一个备选的实施例中，密封体由弹性金属制成。金属镶嵌物可由具有比井下管件更小的屈服强度的金属制成，使得当边缘延伸成与井下管件密封接触并且在井下管件上存在间断时，镶嵌物顺应(conform to)间断以提供密封接触。前端环的密封体可螺纹地联接到上部部分。可选地，密封组件可进一步包括自最下面的褶皱的端部沿轴向向下突出的环状的下部基体，其中，下部基体与套管悬挂器选择性地接触。可以可选地包括安装在上部部分的上端的内表面上的锁定螺母，使得当从管件之间拉出激励环时，密封组件和激励环一起被取回。