[发明专利]自对准填料函

说明书

提供一种自对准填料函，用于安装到井口并与延伸穿过其中的光杆对准。所述填料函具有容纳填料函密封件的上密封区段和用于将所述密封区段的法兰部分夹持到所述井口的环形保持板。所述密封区段的法兰部分具有超大尺寸的螺栓孔，允许其在固定到所述井口之前相对于所述井口横向地移位。所述保持板和所述井口具有与所述超大尺寸的孔对应的螺栓孔。所述填料函可以使用多个紧固件安装在井口上。所述填料函可以通过以下操作与光杆对准：松开所述紧固件；以及敲击所述光杆，以允许所述密封区段横向地移位。所述紧固件可以然后受拧紧或重新拧紧，以将所述密封区段固定到所述井口。

技术领域

本文的实施例涉及井口组件，更具体地，涉及用于井口的自对准可调整填料函。

背景技术

传统上，井下泵是使用通常称为抽油机(pump jack)的杆式泵(rod pump)驱动的，所述杆式泵使可操作地连接到泵的杆柱(rod string)往复运动。替代地，旋转泵例如PC泵可以通过使用表面处的旋转驱动系统旋转杆柱来驱动。

填料函通常位于具有这些泵的井口上，以在井口与延伸穿过其中的杆柱或其他井筒管状件之间形成密封，以便保持其下方的流体压力并且防止井筒流体经过填料函泄漏到环境中。

典型地，填料函定位为固定在形成杆柱的多个连接的杆中的最上面的杆的周围，称为光杆。为了与光杆形成密封并且允许杆往复运动通过填料函或在填料函中旋转而不受损坏，一个或多个密封件例如填料环(packing ring)定位在填料函内并且同心地布置在杆周围。当光杆与填料函的钻孔轴向地对准并且同心时，这些设计是成功的。然而，出于各种原因，光杆可能不再与填料函钻孔的对准并且向其中的密封件施加侧向负载，因此导致填料环和/或杆的过度磨损，从而导致泄漏。例如，归因于基座上的抽油机或旋转驱动器的沉降、或在组装期间井口和/或填料函的未对准，光杆可能变为未对准的。在磨损的极端情况下，光杆可能弱化并且出故障，并且其余杆柱可能掉落到井筒中，让井筒危险地对表面打开。此外，从井筒寻回掉落的杆柱可能是耗时并且昂贵的。

通常，填料函提供安全阀，用于在光杆断裂的灾难性事件中从表面关闭井筒。已知的阀通常包括可移动部分例如挡板(flapper)，其可枢转地安装在填料函的钻孔中并受偏置以从“打开”位置枢转，这样允许光杆延伸穿过到“关闭”位置，这样有效地密封住表面不受井筒流体。这些安全阀对因未对准的杆而导致的损坏也是脆弱的，因此在杆故障的情况下引入受损的阀无法防止井筒流体排泄到表面的风险。

为了减轻未对准的光杆所产生的对填料函部件的损坏，已知提供能够与未对准的杆对准的可调整填料函。例如，存在自对准填料函，其包含具有角对准界面的两个部件填料函。这些单元具有第一管状构件，其具有凸形面，用于接合第二管状构件上的凹形座，在它们之间形成对准方面并且允许第一构件和第二构件相对于彼此的有限万向角运动，以用于将填料密封件与其中的光杆对准。这种自对准填料函典型地需要相对高的主体以容纳对准方面，并且与非自对准填料函相比可能仅承受相对较低的井筒压力。

关于可调整填料函的其他设计例如Angelo等人的美国专利第5,711,533号中所描述的设计采用上密封区段与下井口安装区段之间的法兰连接，该法兰连接具有超大尺寸的(oversized)螺栓孔和超大尺寸的垫圈，以允许上区段相对于下区段横向地移位，从而与光杆对准并且减轻其中的填料函密封件上的侧向负载。虽然这种填料函由于其它法兰界面而提供了降低的高度和更好的高压性能，但是它们可能是有问题的，因为这类函的横向调整的范围受到螺栓孔尺寸的限制。螺栓孔的尺寸方面的增加需要法兰尺寸、垫圈和/或螺栓头方面的增加，以容纳较大的螺栓孔，或许需要可能是更昂贵的和/或难以更换的非传统的垫圈或螺栓。最终，螺栓与孔直径之间的过大的差异可能不利地影响填料函组件的稳定性。

附加地，许多现有的可调整填料函仅依赖于填料函密封件以强制地将光杆与填料函对准，这在密封件上施加显著的侧向负载并且可能导致密封件过早磨损。