弹性金属-金属密封和方法

专利名称：弹性金属-金属密封和方法
技术领域：
概括来说，本发明涉及金属一金属密封，更尤其是涉及一种弹性
金属一金属密封，在一个实施例中其安装在井头或BOP上以控制高 压、高温、腐蚀性流体。
背景技术：
金属一金属密封相比于非金属密封具有工作于更宽范围的温度、 流体和压力下的优点。各种材料的非金属密封最好匹配特定范围的温 度、流体和压力。操作者和制造商两者并不总是知道井头装置可能运 用的工况，这增大了失效风险。
在过去，金属一金属密封通常由软金属制成，软金属变形，形成 一次使用的密封件。软金属密封的一个问题在于，只要打开井头装置， 就必须更换全部密封件。当使用一次以上时，已变形的材料不可能再 次密封。另一个问题在于，这类密封不能总是形成初始密封，从而使 打开井头装置并代替该密封件以及其它所有金属密封件成为必要。
为了使用现有技术中的硬质金属一金属密封，通常要求精确的容 许误差，这实质上限制了可以密封的压力。此外，容许误差的小变化 可能使密封无效。
就使用弹性金属一金属密封而言，它们易受获得初始密封和/或在 较宽压力变化下维持密封的问题的困扰。
下列美国专利描述了有关制造金属一金属密封的各种现有技术成
果
1990年3月27日公布的Adamek等的美国专利号4,911,245公开
了 一种用于在井中利用多个圆周地轴向间隔的金属带密封套管的金属 密封件。 一镶嵌材料部分地填充在金属带之间的空腔内。金属带足够软，以在密封件被压紧而与套管接触时变形。这些带变形至与镶嵌材 料齐平的程度。如果套管后来由于温度改变或拉伸载荷而相对于密封 件轴向移动，则镶嵌材料将跨接带面，以维持密封。
1993年11月2日公布的Putch等的美国专利号5,257,792公开了 一种用于在内、外同心井头部件之间进行密封的金属井头密封件，其 包括具有平端和锥形端的环形金属密封件，所述金属密封件位于内、
外部件之间。当内、外部件一起纵向移动以便设定金属密封件时，其 中一部件上的施力锥体(forcingcone )接合用于密封的锥形端， 一支 承台肩接合平端。调节螺母调节锥形端和施力锥体之间的容许误差。
1988年9月20日公布的Bridges的美国专利号4,771,832公开了 一种带有金属密封件的井头装置，所述金属密封件收容套管与井头外 壳的孔之间的偏差。金属密封组件包括金属密封环和楔形环。密封环 具有圆筒形内壁和圆锥形外壁。内、外壁的中心线彼此错开，从而使 该环偏心。类似地，楔形环也具有圆锥形内壁和外壁。它的内、外壁 彼此错开。这些环可以彼此相对旋转，以及相对于套管旋转，以使得 楔形环外壁的轴线与井头外壳孔的轴线重合。密封环的内壁具有突出 带，所述突出带由于金属软性而变形，以增强密封。
1965年1月19日公布的Pinkard的美国专利号3,166,345公开了 一种改善的密封装置，其包括在位于油管头内的油管悬挂器元件的向 上延伸的圆筒颈部与位于油管悬挂器的向上延伸的圆筒颈部上的机罩 凸缘的凹坑或插孔之间进行密封的密封环。
1984年6月19日公布的Shinn的美国专利号4,455,040公开了油 管头、油管头适配器和通过上、下压力激励密封组件密封环空流体或 井下压力的油管悬挂器。密封组件是双向的、压力激励的，并且可以 在高达30，000psi的工作压力下操作。各组件由屈服强度约为30，000psi 的高弹性和可延展的316不锈钢制成的金属密封环构成，所述金属密 封环具有截锥形状，锥体的上、下顶点在预应力状态下围起一个约28 度的角。在轴向方向，密封环一端接合支撑环，另一端接合油管悬挂 器台肩，两者与竖直(径向)平面成30度斜面。支撑环和油管悬挂器
6台肩分别由屈服强度为50，000psi和75，000psi的材料制成。施加于密 封组件的预加载荷设定为使密封环在塑性上与较硬的环绕表面相一 致，并和配合支撑环和油管悬挂器台肩一致，呈现30度的圓锥角。尔 后，从任一轴向方向施加的工作压力将沿着相互作用表面的斜面分解 成径向分量，这些径向分量进一步增强了沿着内、外密封表面的密封 压力。由于这种双向压力增强的缘故，可以通过从位于两密封组件之 间的7>共测试端口施加测试压力，对两个密封组件进行测试。
1977年11月1日公布的Morrill的美国专利号4,056,272公开了 一种油井管悬桂设备，其包括井头和支撑在其上的釆油树，井头具有
支撑在其中的油管悬挂器， 一截头圆锥形金属衬垫提供了悬挂器与井 头之间的金属一金属密封，一 "X"横截面弹性金属衬垫提供了悬挂 器与采油树之间的金属一金属密封。
2005年4月21日公布的Dallas的美国专利申请号20050082829 公开了 一种用于螺紋接头的金属环垫圏，流体管道的子部件之间带有 高压、流体密封的金属一金属密封件。金属环垫圏由碳钢或不锈钢制 成，这取决于通过管道传送的流体成分。金属环垫圏具有倾斜拐角， 并被接收在螺紋接头子部件的配合表面上的倾斜环形凹槽内。当被压 缩在子部件之间的环形凹槽内时，金属环垫圏形成被激励的、高压的、 不透流体的密封，该密封能够抵抗非常高的压力，并且甚至在流体管 道着火的直接暴露引起的高温下也能够维持密封。
1980年2月26日公布的Vanderford的美国专利号4,190,270公 开了一种用于支撑井头中的油管的悬桂器，其包括管状主体，其适 于连接于套管头(casinghead)并具有逐渐缩减且面向上的支座；位 于主体内的管状悬挂器，其被支撑在支座上；向下收敛的环形空间， 其位于悬挂器外部与主体内部的面对部分之间；位于收敛空间内的金
属密封环；位于悬挂器与主体之间的密封致动器套筒，其轴向可动， 以接合密封环；和贯穿主体延伸的楔入螺钉。楔入螺钉接合密封致动 器套筒，并将密封致动器套筒楔在密封件上，由此密封件被强制密封 接合在悬挂器与主体之间的收敛空间内。1963年9月17日公布的Nordin等的美国专利号3,104,121公开 了一种密封组件，其设计成能承受诸如在高压井头中遇到的、约为 20，000psi的那些压力。高压密封组件用于流量控制装置，其中该组件 包括位于流量控制装置与主体之间、用于容纳密封结构以提供对从任 一方向施加的压力同样有效的改善的密封的共同作用表面。
1970年2月10日公布的Todd等的美国专利号3,494,638公开了 一种油管悬挂器组件，其包括适配器和密封组件，所述适配器和密封 组件安装在井顶的油管头与阀门配件之间，密封组件安装在适配器主 体的孔内，并通过一可移除的固定螺母保持在其中，并添加有与其中 的密封件相连通的液封喷射阀和穿过适配器的壁、用于在将适配器安 装到油管头之前接收测试该密封的仪表的测试端口 。
人们长久以来一直在寻找上述和/或相关问题的解决方案，但没有 成功。所以，本领域技术人员应当明白本发明，其解决了上述问题以 及在下文中所述的由发明人所揭露的其它主要问题。

发明内容
本发明总的目的是提供一种改善的金属密封组件和方法。
本发明的目标是提供一种可用于压力控制设备、例如井头和BOP 的改善的高压密封组件和方法。
因此，本发明提供了一种弹性和/或柔性金属密封件，其使用时不 会变形。在一个实施例中，密封环包括柔韧的密封元件，这些密封元 件在它们的工作范围之内可以重复弯曲，而不会损坏或毁坏。金属密 封件包括在压缩之后能够恢复原来形状或位置的金属密封环。不同于 许多金属密封件，本发明实施例的金属密封组件部件可以被分开，当 -改回一起时则进行密封。
依照本发明 一个可行实施例的设备可包括一激励金属环，所述激 励金属环包括金属激励表面。金属激励表面接合金属密封环中的凹槽。 当金属激励表面被促使与金属密封环的金属凹槽接合时，内金属表面 和外金属表面中的一个或两个都向外膨胀，以增加由密封表面施加的 密封压力。这样，运用本发明产生金属一金属密封，例如内金属一金属密封和/或外金属一金属密封。
设备可以包括形成底切部分，所述底切部分位于金属密封件的中 段。底切部分减小了至少一个其上形成密封表面的金属壁的厚度，从 而增加了内金属元件和/或外金属元件的柔性。
该设备可包括初始密封机构，其设置成接合激励金属环和/或金属 密封环以形成初始金属一金属密封。
该设备可进一步包括初始密封机构，所述初始密封机构包括至少 一个螺紋元件和/或第三金属环。第三金属环可以是一隔离环，隔离环 的尺寸设置成在接合激励金属环和/或金属密封环时产生初始金属一 金属密封。内和/或外密封环可安装在第三金属环上。
在一个实施例中，激励金属环上或其它地方的一个或多个金属激 励表面可包括一个或多个楔入表面，例如在橫截面观察时的锥形楔入 表面和/或平楔入表面。
在另一个实施例中，该设备可包括安装在金属密封环的内金属表 面和/或外金属表面上的一个或多个突起，其中线接触金属一金属密封 通过与突起的接合产生。 一突起可包括接合表面例如内和/或外金属管 状表面的滚圆表面。在一个实施例中，内和/或外金属管状表面可包括
位于压力控制i殳备、例如BOP或井头内的环带或凹坑。


为了进一步了解本发明的本质和目标，参照下列详细说明，并结 合附带的视图，其中同样的元件给出相同的或相似的参考标记，以及 其中
图l是井头装置的正视图，显示了依照本发明一个可能实施例的 在井头装置使用的金属一金属密封。
图2是局部剖取的正视图，显示了依照本发明一个可能实施例的 金属一金属密封组件。
图3是局部剖取的正视图，显示了依照本发明一个可能实施例的 弹性的、可膨胀的金属一金属密封环。
图4是横截面正视图，显示了图1中区域4的放大，其中依照本发明的一个可能实施例的金属一金属密封环安装在井头装置中。
图5是横截面正视图，显示了图1中区域5的放大，其中依照本 发明的一个可能实施例的金属一金属密封环安装在井头装置中。
图6是横截面正视图，显示了图1中区域6的放大，其中依照本 发明的一个可能实施例的金属一金属密封环安装在井头装置中。
虽然本发明结合当前优选实施例进行描述，但是应当理解，这不 意味着本发明局限于这些实施例。相反地，本发明应当覆盖包括在本 发明的精神之内的所有替换、改进和等同物。
具体实施例方式
现在参照附图，更尤其是参见图1，显示了压力控制设备100,其 代表各种类型的井头设备，其可以包括井头、油管组件、BOP、两端 带法兰的短管组件、悬挂器组件等等。本发明不局限于用于压力控制 设备或任何特定的压力控制设备。此外，压力控制设备100可以包括 各种未显示的附加部件。
可运用压力控制设备100封堵井，以控制流体，例如液体和气体。 流体可能处于高压或低压，可以包括各种不同的流体，包括酸性和腐 蚀性流体，也可以在宽范围温度下运转。在本发明的一个实施例中， 对宽范围流体和温度，可运用依照本发明的金属一金属密封机构来控 制高达30，000psi的压力。
依照本发明实施例的密封组件显示为10A、 10B、 10C和10D。在 该实施例中，密封组件10B和10D实际上是相同的组件，但以不同的 视图显示，包括了不同的部件。但是，可以想到，也可以在单独的密 封环组件中使用10B和10D的部件，因而，单独地参照这些部件，以 显示多种可能性。而且在图2和图3中更详细地显示了可适用于密封 组件10A、 10B、 10C和10D的各种部件。带有压力设备100的环绕 特征的10A、 10C和10D的实施例分别;故大显示在图4、图5和图6 中。在下文中将更加详细地论述这些部件。
可利用压力控制设备100来控制油管102和套管104中的压力， 油管102和套管104中可能处于不同的压力，包含不同的流体，以及处于不同的温度下。例如，油管102可以处于非常高的压力下，或许 30,000psi，而套管104可能处于相对低得多的压力下，例如500psi， 大气压，或者甚至真空。也可能存在不同的流体和温度。本发明可用 来控制不同压力的流体，不同种类的流体以及不同温度的流体。
作为压力控制设备100的一般背景技术，油管头短管组件(tubing head spool assembly) 106通过诸如柱头螺栓/螺母组件114的连接器 在凸缘110和112处固定到油管头适配器组件108上。油管悬挂器109 固定在油管头适配器组件108内。油管102由油管悬挂器109支撑。 油管102的一端可螺紋固定到油管悬挂器109上，所述油管悬挂器109 通过内台肩支撑在油管头短管组件106内。
套管悬挂器组件116通过柱头螺栓/螺母组件122在凸缘118和120 处固定到油管头短管组件106上。套管滑动悬挂器组件124将套管104 固定在套管悬挂器组件116内。可利用锁定(lockdown)螺钉组件142 将油管头短管组件106的内部件固定到适当位置。也可以利用锁定螺 钉组件142为密封组件10D (和10C )提供激励力。
可利用各种端口监测/测试压力控制设备100中的密封，例如，检 验密封是否泄漏。例如，可利用密封监测端口 126和132分别监测密 封组件10A和10C处的压力。例如，可利用凸^^测试端口 128和134 分别监测凸缘接合处130和136的测试压力或者也许分别在凸缘接合 处130和136注射测试压力。也可以利用各种端口例如端口 138测试 压力及其它密封。也可以利用端接套筒组件140控制管线和/或监测和 /或测试压力。根据需要，也可以利用其它压力/控制管线和/或测试端 口，例如端口 144和控制管线146和/或其他相关部件。可利用出口翼 阀168和170分别控制通过出口 172和174的流量。
现在参照图2，其放大显示了金属一金属密封组件10A的一个实 施例。在该实施例中，金属一金属密封组件10A可包括激励环12、密 封环14和隔离环16。在图3中，显示了密封环的另一个实施例、即 密封环14A，与图2所示的密封环14相比，密封环14A被倒置。实 际上，密封环组件10A、 10B、 10C和10D可以倒置安装或不倒置安
ii装，这要考虑是否最适于特定应用。密封环组件能够双向密封。
在一般的操作中，金属一金属密封组件IOA产生初始密封，但同 样是响应于施加在组件两边的压差。根据需要和/或要求，由此建立的 密封力随着压力的增大而增大，随着压力的减小而减小。由于本发明 的密封组件部件的柔性和相对运动，不需要高的容许误差来提供高压 情况下的可靠硬金属一金属密封。压力可能是双向的，可能施加在密 封环14的4壬一侧。
隔离环16可相对于密封环14活动。如果压力,皮施加于隔离环16， 则隔离环16被推压在密封环14上，由此金属一金属密封组件IOA对 此作出响应，增大密封力。如果隔离环16上的压力减轻，则内翼20 和外翼22的弹性压力会将隔离环16推离密封环14。
但是，在图2所示的实施例中，通过将隔离环16安装在台肩上以 提供隔离环16的初始位置，可以将其作为初始密封机构。因此，隔离 环16的尺寸可以设置成将金属密封环14推压在激励环12上，以提供 初始密封，而不需要存在压力，正如下文中更详细地论述的。因而， 本发明提供了一种低压和高压情况下总是有效的密封。
在同样如图3所述的实施例中，密封环14限定了隔离内翼20和 外翼22的金属凹槽，内翼20和外翼22是回弹柔性的。金属密封环 14和14A的许多部件实质上相同，所以，在图2或图3中标记相同。 但是，由于放大的缘故，在图3中更容易地显示了金属密封环14的一 些特征。内翼20和外翼22可以相对于彼此膨胀和收缩。与包括可变 形金属的其他金属密封不同，内翼20和外翼22由硬金属合金构成， 这种硬金属合金在运动的工作范围期间不会变形，而是可以布置成允 许内翼20和外翼22根据压力变化要求弹性地或回弹地弯曲。
激励环12可包括内、外激励表面24和26 (参见图2),内、外激 励表面24和26接合金属密封环14和金属密封环14A的内表面28和 30(参见图3)。在该实施例中，内、外激励表面24和26至少在横截 面上包括一平楔入表面，当被推压到配合内表面28和30上时，其起 到膨胀内翼20和/或外翼22和/或允许收缩的作用。虽然在横截面中显示的是平的配合楔入表面，但是，也可以利用其它表面，例如允许
内翼20和外翼22膨胀和/或收缩的滚圆表面或其它的接合表面。在该 实施例中，楔入表面相对于水平面的角度大约为75度。但是，在一个 实施例中，该量可以变化5到10度，或者在另一个实施例中，可以变 化20或30度，和/或根据需要任意改变。激励环12接合密封环14， 以产生初始密封。通过激励表面24和/或26施加力，以4皮此相对地膨 胀内翼20和外翼22，然后内翼20和外翼22接合相应的金属表面， 以建立密封。
该力由于作用于表面28和30的压差的变化而变化，以提供内翼 20和外翼22的相应膨胀。如果压差降低，该力减小，因而内翼20和 外翼22会减小起膨胀内翼20和外翼22作用的力。因而，取决于所要 求的构造，当不需要较高作用力来控制压差时，总是维持高的密封力 是不必要的。反而，可以随着压差调节密封力。这提供了一种持久的、 可靠的密封组件，其甚至在非常高的压力下也能紧紧地密封，避免了 对于高压金属一金属密封所需的极其紧密的容许误差的需要。
在一个实施例中，由线接触金属一金属密封形成密封。因而，在 金属密封环14A中，多个滚圆突起32和34形成在金属密封环14的 外表面36上。在剖视图中，突起的最外顶点接合内表面，在该内表面 上有效的是一个点，因为圆是在点上与线接触。因为该点绕金属密封 环14延伸，所以形成了圆形线接触。金属密封环14A包括内表面37 上的两个内密封接触点44和46以及两个外密封接触点32和34。接 触点34和46可构造成首先接合，接触点32和44可随后接合。不同 组滚圆突起上的接触压力可以不同，或者大致相同，这取决于设计结 构。
在图4中的截面图中，显示了位于突起40的线接触点38上的接 触点。因而，金属密封环14与内管状壁148之间的线接触密封在点 38处形成，如剖面图所示。同样，在金属密封环14 (或突起42)与 外管状壁150之间形成线接触密封。内、外管状壁148和150形成在 压力控制设备IOO内部，它们实质上形成了用来将密封组件IOA保持在适当位置的环状凹坑。
虽然点和线的几何构思是在点和线无穷小的假设下的 一种抽象， 但是，本发明提供将这些构思应用于现实世界以提供一种密封机构的 一个实际例子。所以，即使它们不是无穷小，在此也将这些接触描述 为点和线。
正如上所述，应当指出，金属密封环14A具有两个外突起32和 34，而金属密封环14仅具有一个外突起42。同样，金属密封环14仅 具有一个内突起40，而金属密封环14A具有两个内突起44和46。在 一个实施例中，突起的半径可以在约0.062英寸的大致范围内，而环 的半径在8英寸OD的一般范围内。但是，也可以不同。
突起和/或其它密封环表面可包括一接触表面，该接触表面叠加有 非腐蚀的高强度硬质合金，以便在工作期间不会形成凹痕。由此可避 免金属密封环14和14A的变形。
金属密封环14和14A的另一个可能的特征是底切48，所述底切 48可用于增加内、外翼20和22的柔性。在一个可能的实施例中，底 切48可包括半径为0.06英寸的端部。但是，根据需要，这是可以调 节的。底切48位于凹槽18的倾斜部分底部的大约中间。同样，内、 外翼20和22可以制得较薄或较厚，这取决于所要求的柔性。
下部分50可以包括允许调节和/或安装到 一组件中和/或提供易于 移除的螺紋插座。但是，如果需要，可以在下部分50上设置凹槽18 的附加开口，以提供更多的操作灵活性，如果需要。
为提供备用密封，可利用非金属密封环，其可能遇到低压。例如， 可在隔离环16上使用内辅助密封环54和外辅助密封环52，如图2和 图4所示。作为另一个可能的例子，如图5所示，在依照本发明的金 属密封环例如金属密封环14A的实施例中也可以使用内辅助密封环 74和外辅助密封环72。辅助密封环可由非金属材料构成，可以为不同 类型。
正如上所述，可利用各种装置为密封机构IOA、 IOB、 10C和10D 提供初始密封。在一个实施例中， 一隔离环、例如隔离环16的尺寸可
14以设置成提供足够的力以便一旦组件处于压力控制设备100内的适当 位置时就可以建立初始密封。例如，同样如图4所示，隔离环16的下 表面58接合形成在压力控制设备100内部的台肩152。隔离环16的 上表面56接合密封环14的下表面62。此外，激励环12的上表面60 进行有限的向上运动，这引起突起40和42—定程度的伸展，以便形 成初始金属一金属密封。所以，隔离环16可包括足够的竖向尺寸，如 图4所示，以便推动金属密封环14充分地接合激励环12，以提供初 始金属一金属密封。挡圏160可用于在组装期间将密封组件IOA保持 在适当位置。正如上所述，隔离环16也可以略微活动，并充当增大密 封环14上的压力的活塞的作用。
如箭头158所示，来自密封组件IOA之上的较大压差将作用于翼 20和22的内表面，正如上所述的，提供附加的用于伸展突起40和42 的力，从而增加在线接触密封上施加的密封力。较大压差可通过激励 环侧壁162和164传递到密封环14的表面28和30(参见图3)。激励 环侧壁162和164具有大约千分之五英寸范围内的容许误差，以便能 够滑动地接合内管状壁148与外管状壁150。同样，正如上所述的， 如箭头166所示，来自密封环组件IOA之下的压力足以向上推动隔离 环16和增加密封力。
在图5中显示了密封组件10C的放大图。在该实施例中，使用了 不同的初始密封机构。在该实施例中，运用密封防护环64、锁定环66、 压缩环68和/或螺钉70来建立初始密封。在该实施例中，組装期间可 以通过锁定环66和螺钉70将组件保持在适当位置。如果压缩环68 的竖向高度不足以产生初始金属一金属密封，正如上面有关隔离环16 的操作所讨论的，则可利用螺钉70提供附加的初始金属 一 金属密封调 整。此外，也可以使用附加的锁定螺钉组件，这将在后面结合密封环 10D论述。
在工作时，如图5所示的密封组件IOC功能类似于密封组件IOA。 密封组件IOC上的高压将在密封组件10C两边建立压差，该压差促进 内、外翼20和22内部的额外的膨胀或作用于内、外翼20和22的伸展力，从而增加由金属密封环14C产生的密封力。在附图标记78和 76处形成线接触金属一金属密封。在该实施例中，如上所述，在金属 密封环14C上设置有内辅助密封件74和外辅助密封件72。
密封组件10D利用楔入表面82和84接合隔离环80，隔离环80 推动密封环14D与激励环12接合。楔入表面82和84被锁定螺钉组 件142激励，迫使密封环14D与激励环12相接合，从而产生所希望 的密封力。因此，必要时，可调节密封力。例如，如果在例如测试端 口处检测密封两边的压力，则可以施加附加的密封力。
总之，在密封环组件的一般工作时，激励环12被推压在密封环上， 以伸展密封环的翼，由此建立金属一金属密封。可利用隔离环促使激 励环与密封环相接合。隔离环的尺寸可设置成产生所希望的力。隔离 环可以充当随着压差的增加而增加力的活塞。用于将激励环推压在密 封环上的其它装置包括螺栓、锁定机构等等，在此示出了它们的一些 可能的特定例子。
总的来说，应当理解，诸如"向上"、"向下"、"竖直"、"上"、"下"、 "上方"、"下方"等等的术语是参照附图和/或地层规定的，这些装置 不可能总是布置在这样的位置上，这取决于操作、运输、安装等等的 变化。同样，这些视图是用来描述本发明的构思，以对本领域技术人 员明白地公开本发明的当前优选实施例，而不意味着是最终产品的制 造水平的视图或复制，其包括了根据需要而更容易且更快地理解或说 明本发明的简单化的概念视图。阅读本说明书的本领域技术人员应当 理解，部件的相对大小和形状可能大大地不同于所显示的，依照在此 所教导的新原理仍然可以实施本发明。虽然如上所示建立了内密封和 外密封，但是，也可以依照本发明仅建立一个内密封或一个外密封。
因此，由于在此所教导的发明构思的范围内可以进行许多改变的 和不同的实施例，以及由于对在此依照法律的描述要求而详细描述的 实施例可以进行许多改进，所以，应当理解，在此的细节只能解释为 对当前优选实施例的说明，没有任何限制意义。
权利要求
1.一种金属密封组件，其包括激励金属环，其包括至少一个激励表面；和金属密封环，其间限定有凹槽，所述激励金属环的所述激励表面可与所述金属密封环的所述凹槽接合，从而促使内金属表面和外金属表面彼此相对膨胀，以便可操作地产生内金属-金属密封和外金属-金属密封中的至少一个。
2. 如权利要求l所述的设备，其中，所述内金属表面和所述外金 属表面响应所述金属密封环两边的压差，促使所述内金属表面相对于 外金属表面膨胀。
3. 如权利要求l所述的设备，其中，所述金属密封环包括用于所 述内金属表面的内壁厚度和用于所述外金属表面的外壁厚度，所述内 金属壁厚度和所述外金属壁厚度在所述金属密封环的中段限定了一底 切部分，从而增加所述内金属表面和所述外金属表面的柔性。
4. 如权利要求l所述的设备，包括一初始密封机构，其设置成接 合所述激励金属环和所述金属密封环中的至少一个，以形成初始金属 一金属密封。
5. 如权利要求4所述的设备，其中，所述初始密封机构包括至少 一个螺紋元件。
6. 如权利要求4所述的设备，其中，所述初始密封机构包括第三 金属环。
7. 如权利要求6所述的设备，其中，所述第三金属环的尺寸设置 成，当接合所述激励金属环和所述金属密封环中的至少一个时，产生 所述初始金属一金属密封。
8. 如权利要求6所述的设备，其中，所述第三金属环包括至少一 个安装在所述第三金属环上的密封环。
9. 如权利要求l所述的设备，其中，所述激励金属环包括至少两 个所述激励表面。
10. 如权利要求l所述的设备，其中，所述至少一个激励表面包括楔入表面。
11. 如权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个激励表面包 括锥形楔入表面。
12. 如权利要求l所述的设备，其中，当在横截面观察时，所述 至少 一个激励表面为平的楔入表面。
13. 如权利要求l所述的设备，还包括至少一个安装在所述内金 属表面和所述外金属表面中的至少一个上的突起，其中通过与所述至 少一个突起的接合产生所述金属一金属密封。
14. 如权利要求13所述的设备，其中，所述至少一个突起包括滚 圆表面。
15. 如权利要求13所述的设备，包括在所述金属密封环的内侧上 的内突起和在所述金属密封环的外侧上的外突起。
16. 如权利要求l所述的设备，其中，所述金属密封环是可回弹 的，以便重复密封。
17. —种制造金属密封环组件的方法，其包括下列步骤 提供金属密封环，该金属密封环包括内金属表面和外金属表面，内金属表面和外金属表面之间限定有金属凹槽；和使所述金属密封环的所述内金属表面和外金属表面彼此相对膨 胀，以便可操作地产生内金属一金属密封和外金属一金属密封中的至 少一个。
18. 如权利要求17所述的方法，促使所述内金属表面和所述外金 属表面中的至少一个响应所述金属密封环两边的压差而膨胀。
19. 如权利要求17所述的方法，通过减小金属壁厚度，在所述金 属密封环的中段形成一底切部分，从而增加所述内金属表面和所述外 金属表面的柔性。
20. 如权利要求17所述的方法，包括提供安装在所述金属密封环 的所述内金属表面上的至少一个突起，其中通过与所述至少一个突起 的接合产生所述金属 一 金属密封。
21. 如;f又利要求20所述的方法，滚圓所述至少一个突起的表面。
22. 如权利要求17所述的方法，包括在所述金属密封环的所述内 金属表面上提供第一突起以及在所述金属密封环的所述外金属表面上 提供第二突起，由此通过与所述第一突起和所述第二突起的接合，产 生金属一金属密封。
23. 如权利要求21所述的方法，包括提供用于所述至少一个突起 的滚圆表面。
24. 如权利要求17所述的方法，包括提供一初始密封机构，以促 使所述金属密封环的所述内金属表面和外金属表面彼此相对膨胀，以 便形成初始金属一金属密封。
25. 如权利要求24所述的方法，使所述初始密封机构包括至少一 个螺紋元件。
26. 如权利要求24所述的方法，使所述初始密封机构包括第三金 属环。
27. 如权利要求26所述的方法，所述第三金属环的尺寸设置成， 当接合所述金属密封环时，产生所述初始金属一金属密封。
28. 如权利要求26所述的方法，还包括在所述第三金属环上安装至少一个密封环。
29. —种在环带内部进行金属一金属密封的方法，其中所述环带 包括内金属管状表面和外金属管状表面，该方法包括下列步骤提供内金属滚圆突起和外金属滚圓突起，以与所述内金属管状表 面和所述外金属管状表面形成线接触金属一金属密封；将所述内金属滚圆表面和所述外金属滚圆表面安装在回弹元件 上，促使所述回弹元件膨胀以提供线接触金属一金属密封。
30. 如权利要求29所述的方法，提供一初始密封机构以形成初始 金属一金属密封。
全文摘要
本发明提供了一种高压、弹性金属—金属密封，其运用了能够承受腐蚀性流体、高压和高温的可膨胀金属密封元件。金属—金属密封组件是可回弹的，以便重复密封，其包括激励金属环和金属密封环。这两个环的接合使金属密封环的表面膨胀，从而建立内和/或外金属—金属密封。本发明还提供了形成金属-金属密封的方法。
文档编号F16J15/08GK101625026SQ20081021387
公开日2010年1月13日 申请日期2008年9月11日 优先权日2008年7月8日
发明者阿拉加萨米·孙达拉拉扬 申请人:环球油田机械公司