用于油管悬挂器的可靠固位锁圈的制作方法与工艺

本发明大体而言涉及矿物回收井，且特定而言涉及用于将井孔构件固持在外壳中的锁定圈。

背景技术：
油管悬挂器坐放到井口中的肩部上。肩部防止油管悬挂器在井口中向下移动。油管悬挂器和从油管悬挂器悬挂的油管的重量可防止油管悬挂器在一些情形下向上移动。但当油管悬挂器经受高压时，需要锁定圈将油管悬挂器锁定就位。那些高压可造成油管悬挂器沿轴向向上移动。可由激励圈来激励锁定圈。激励圈可具有锥形表面，锥形表面使得锁定圈沿径向向外扩展到锁定凹槽内。激励圈可通过密封圈自身沿轴向向下移动。在激励圈激励了锁定圈之后，激励圈停留在适当位置以维持锁定圈的径向位置。促动激励圈的密封圈可保留在适当位置以保持锁定圈就位。不利的是，密封件可需要不时地移除。例如，可需要替换密封件。当密封件已移除时，在井孔中的高压可造成油管悬挂器或激励圈向上移位。激励圈的性质和激励圈上的锥形表面意味着激励圈的任何向上移动可允许锁定圈沿径向向内移动，因此弱化该锁紧。持续压力和来自激励圈上的锁定圈的力可足以将锁定圈从设定位置移动到未设定位置。希望不管激励圈的竖直移动而将锁定圈固持在设定位置。

技术实现要素：
所要求保护的本发明的实施例主要涉及油管悬挂器锁圈，该油管悬挂器锁圈可用于在设定油管悬挂器密封件之后可靠地固持。这可允许改变密封件，而不会有损油管悬挂器对井口的锁紧能力。即使在移除了密封件之后，锁圈可保持接合。用于固持井孔构件的设备的实施例可包括井口外壳，井口外壳具有带轴线的孔和在孔的内径表面上的环形锁凹槽。实施例也可包括同心地位于井口外壳的孔内的井孔构件，井孔构件具有肩部和在肩部上方的密封件容槽(pocket)。密封件容槽可限定在井孔构件与井口外壳之间的环形空间。实施例还可包括位于环形空间中的环形锁圈，环形锁圈具有用于接合锁凹槽的外径轮廓并且从未设定位置沿径向扩展到设定位置，设定位置防止井孔构件相对于井口外壳的向上轴向移动。锁圈可具有面朝内并且面朝上的锥形表面和从锥形表面向下延伸的柱形表面。实施例可包括：位于锁圈上方的环形空间中的激励圈，激励圈可从上位置沿轴向移动到下位置，激励圈具有接合锁圈的锥形表面的面朝外和面朝下的下锥形表面以在激励圈向下移动时将锁圈向外推到设定位置。实施例还可包括在激励圈上的柱形表面，从下锥形表面向上延伸，并且当锁圈处于设定位置时，接合锁圈上的柱形表面，并且当激励圈处于设定位置时，激励圈可相对于锁圈移动预定轴向距离而不允许环形锁圈的任何径向移动。在本设备的实施例中，当锁圈处于设定位置时，激励圈的下锥形表面在锁圈的锥形表面下方间隔开。在实施例中，当锁圈处于设定位置时，激励圈的下锥形表面不接合锁圈。在实施例中，激励圈还可包括上锥形表面，其向下和向外延伸并且从激励圈上的柱形表面向上延伸。当锁圈处于设定位置时，上锥形表面可接合锁圈上的锥形表面。上锥形表面和下锥形表面可相对于轴线以相同角度倾斜。在激励圈上的柱形表面可具有小于上锥形表面和下锥形表面中的每一个的轴向长度的轴向长度。在本设备的实施例中，在激励圈上的柱形表面可被定位成使得当锁圈已完全接合锁凹槽时，在激励圈上的柱形表面的下端将接触在锁圈上的柱形表面的上端。在实施例中，当激励圈向下移动时，激励圈的下锥形表面可抵靠锁圈的锥形表面滑动，直到锁圈接合锁凹槽，在该点处，激励圈的柱形表面可接触锁圈的柱形表面，并且激励圈的持续向下移动可造成激励圈的柱形表面在锁圈的柱形表面上向下滑动。设备的实施例还可包括位于激励圈上方的环形密封件并且环形密封件相对于井口外壳的向下移动可造成激励圈相对于锁圈向下移动。用于将井孔构件固定于井口外壳的孔中的方法的实施例可包括在井口外壳的孔的内径表面处设置环形锁凹槽的步骤。该方法还可包括将井孔构件同心地定位于井口外壳的孔内的步骤。井孔构件和井口外壳可在它们之间限定环形空间。该方法还可包括将环形锁圈定位于环形空间中的步骤，锁圈具有面朝内并且面朝上的表面和从锥形表面向下延伸的柱形表面。该方法还可包括将激励圈定位于锁圈上方的环形空间中的步骤，激励圈具有面朝外和面朝下的下锥形表面和从下锥形表面向上延伸的柱形表面。该方法还可包括以下步骤：使激励圈向下移动，使得面朝下的下锥形表面向外推锁圈以接合锁凹槽直到面朝下的下锥形表面在锁圈的面朝上的锥形表面的下方并且激励圈的柱形表面的至少一部分接合环形锁圈的柱形表面。根据一实施例，一种用于固持井孔构件的设备，设备包括：井口外壳，井口外壳具有带轴线的孔和在孔的内径表面上的环形锁凹槽；井孔构件，其同心地位于井口外壳的孔内，井孔构件具有肩部和在肩部上方的密封件容槽，密封件容槽限定在井孔构件与井口外壳之间的环形空间；位于环形空间中的环形锁圈，环形锁圈具有用于接合锁凹槽的外径轮廓并且可从未设定位置沿径向扩展到设定位置，设定位置防止井孔构件相对于井口外壳的向上轴向移动，锁圈具有面朝内且面朝上的锥形表面和从锥形表面向下延伸的柱形表面；位于锁圈上方的环形空间中的激励圈，激励圈可从上位置沿轴向移动到下位置，激励圈具有接合锁圈的锥形表面的面朝外且面朝下的下锥形表面，以在激励圈向下移动时将锁圈向外推到设定位置；在激励圈上的柱形表面，从下锥形表面向上延伸并且当锁圈处于设定位置时，接合锁圈上的柱形表面，其中，当激励圈处于设定位置时，激励圈可相对于锁圈移动预定轴向距离而不允许环形锁圈的任何径向移动。根据一实施例，当锁圈处于设定位置时，激励圈的下锥形表面在锁圈的锥形表面下方间隔开。根据一实施例，当锁圈处于设定位置时，激励圈的下锥形表面不与锁圈接合。根据一实施例，激励圈还包括：上锥形表面，其向下且向外延伸并且从激励圈上的柱形表面向上延伸，当锁圈处于设定位置时，上锥形表面接合在锁圈上的锥形表面。根据一实施例，上锥形表面和下锥形表面相对于轴线以相同角度倾斜。根据一实施例，在激励圈上的柱形表面具有小于上锥形表面和下锥形表面中的每一个的轴向长度的轴向长度。根据一实施例，在激励圈上的柱形表面被定位成使得当锁圈已完全接合锁凹槽时，在激励圈上的柱形表面下端将接触在锁圈上的柱形表面的上端。根据一实施例，当激励圈向下移动时，激励圈的下锥形表面抵靠锁圈的锥形表面滑动，直到锁圈接合锁凹槽，在这点处，激励圈的柱形表面接触锁圈的柱形表面，并且激励圈的持续向下移动造成激励圈的柱形表面在锁圈的柱形表面上向下滑动。根据一实施例，设备还包括，位于激励圈上方的环形密封件，其中，环形密封件相对于井口外壳的向下移动造成激励圈相对于锁圈向下移动。根据一实施例，一种用于固持井孔构件的设备，设备包括：井口外壳，井口外壳具有带轴线的孔和在孔的内径表面上的环形锁凹槽；井孔构件，其同心地位于井口外壳的孔内，井孔构件具有肩部和在肩部上方的密封件容槽，密封件容槽限定在井孔构件与井口外壳之间的环形空间；位于环形空间中的环形锁圈，环形锁圈具有用于接合锁凹槽的外径轮廓并且可从未设定位置沿径向扩展到设定位置，设定位置防止井孔构件相对于井口外壳向上轴向移动，锁圈具有面朝内并且面朝上的锥形表面和从锥形表面向下延伸的柱形表面；位于锁圈上方的环形空间中的激励圈，激励圈可从上位置沿轴向移动到下位置，激励圈具有接合锁圈的锥形表面的面朝外且面朝下的下锥形表面，以在激励圈向下移动时将锁圈向外推到设定位置；在激励圈上的柱形表面，从下锥形表面向上延伸并且当锁圈处于设定位置时，接合锁圈上的柱形表面，其中，当激励圈处于设定位置时，激励圈可相对于锁圈移动预定轴向距离而不允许环形锁圈的任何径向移动并且当锁圈处于设定位置时，激励圈的下锥形表面未接合锁圈；以及其中，当激励圈向下移动时，激励圈的下锥形表面抵靠锁圈的锥形表面滑动，直到锁圈接合锁凹槽，在这点处，激励圈的柱形表面接触锁圈的柱形表面，并且激励圈的持续向下移动造成激励圈的柱形表面在锁圈的柱形表面上向下滑动。根据一实施例，当锁圈处于设定位置时，激励圈的下锥形表面在锁圈的锥形表面下方间隔开。根据一实施例，激励圈还包括：上锥形表面，其向下且向外延伸并且从激励圈上的柱形表面向上延伸，当锁圈处于设定位置时，上锥形表面接合在锁圈上的锥形表面。根据一实施例，上锥形表面和下锥形表面相对于轴线以相同角度倾斜。根据一实施例，在激励圈上的柱形表面具有小于上锥形表面和下锥形表面中的每一个的轴向长度的轴向长度。根据一实施例，设备还包括，位于激励圈上方的环形密封件，其中，环形密封件相对于井口外壳的向下移动造成激励圈相对于锁圈向下移动。根据一实施例，一种用于将井孔构件固定于井口外壳的孔中的方法，方法包括：(a)在井口外壳的孔的内径表面上设置环形锁凹槽；(b)将井孔构件同心地定位于井口外壳的孔内，井孔构件和井口外壳限定在其间的环形空间；(c)将环形锁圈定位于环形空间中，锁圈具有面朝内并且面朝上的锥形表面和从锥形表面向下延伸的柱形表面；(d)将激励圈定位于锁圈上方的环形空间中，激励圈具有面朝外且面朝下的下锥形表面和从下锥形表面向上延伸的柱形表面；以及(e)使激励圈向下移动，使得面朝下的下锥形表面向外推锁圈以接合锁凹槽直到面朝下的下锥形表面在锁圈的面朝上的锥形表面的下方并且激励圈的柱形表面的至少一部分接合环形锁圈的柱形表面。根据一实施例，激励圈包括上锥形表面，其向下且向外延伸并且从激励圈上的柱形表面向上延伸，并且其中，步骤(e)还包括当锁圈处于设定位置时，使锁圈上的锥形表面与激励圈的上锥形表面接合。根据一实施例，方法还包括以下步骤：在步骤(e)之后，使激励圈相对于锁圈移动预定轴向距离，而不会使得锁圈脱离锁凹槽。根据一实施例，步骤(e)还包括使激励圈的柱形表面在锁圈的柱形表面内向下滑动的步骤。根据一实施例，方法还包括在环形空间中在激励圈上方设置环形密封件的步骤，并且其中，环形密封件的向下移动造成激励圈向下移动。附图说明为了获得其中本发明的特征、优势和目标以及其它将变得显而易见的方式且可使其更详细地理解，以上简要概述的本发明的更具体的描述可通过参考用附图阐述的实施例来进行，附图构成本说明书的一部分。然而，需要指出的是，附图仅图示了本发明的优选实施例，并且因此不应认为其限制本发明的范围，因为本发明可包括其它同等有效的实施例。图1为在井口外壳中的常规激励圈和锁定圈的截面侧视图。图2为根据可靠(positive)固位锁定系统的实施例的锁圈的截面侧视图。图3为根据图2的可靠固位锁定系统的实施例的激励圈的截面侧视图。图4为根据图2和图3的可靠固位锁定系统的实施例在井口外壳中处于未设定位置的图2的锁圈和图3的激励圈的截面侧视图。图5为在根据图2和图3的可靠固位锁定系统的实施例的井口外壳中处于设定位置的图2的锁圈和图3的激励圈的截面侧视图。图6为在根据图2和图3的可靠固位锁定系统的实施例在移除了密封圈的井口外壳中处于设定位置的图2的锁圈和图3的激励圈的截面侧视图。具体实施方式现在将参看附图在下文中更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的实施例。但本发明可实施为不同形式且不应认为限于本文所陈述的实施例。而是，提供这些实施例使得本公开将是全面且完整，且将向本领域技术人员全面传达本发明的范围。在所有附图中相同的附图标记指代相同元件，且引号记号(若使用地话)表示在备选实施例中的相似元件。参看图1，示出了井口外壳100。井口外壳100具有孔102，其中，环形锁圈凹槽104在孔102的内径表面上。锁圈凹槽104可包括一个或多个环形凹槽以限定锁圈凹槽轮廓。单个凹槽可各具有相同形状或者可具有不同形状。在图1中所示的实施例中，单个凹槽各包括成角度的表面，当凹槽的外径(“OD”)变得更大时，成角度的表面朝彼此会聚。密封表面106也可位于孔102的内径表面上。在一些实施例中，密封表面106可包括锯齿108。井孔构件，例如油管悬挂器110同心地定位于井口外壳100的孔102内。油管悬挂器110可具有面朝上的肩部112和侧壁114。侧壁114可具有小于面朝上的肩部112的外径的外径(“OD”)。环形空间116位于侧壁114与孔102之间。密封表面118可位于侧壁114上方。侧壁114的OD可小于密封表面118的OD，使得侧壁114为在油管悬挂器110的外径上的细长凹槽。在实施例中，密封表面118可包括锯齿120，如图1中所示。环形密封件，例如密封圈122，可位于环形空间116中，以在密封表面106与密封表面118之间形成密封。可使用任何类型的环形密封件，例如U形、H形和弹性体密封件。密封件激励圈124可用于激励密封圈122。常规的锁圈130可位于环形空间116中以将油管悬挂器110沿轴向固定到井口外壳100上。锁圈130可为沿径向扩展的环。例如，其可为开口环，使得在其松弛状态，并不接合锁圈凹槽104。锁圈130可沿径向扩展直到其接合锁圈凹槽104。锁圈130可具有与环形锁圈凹槽104的轮廓大体上对应的外径轮廓。在一些实施例中，外径轮廓可具有面朝一点会聚的上锥形腿和下锥形腿。上锥形腿和下锥形腿可接合锁圈凹槽104的锥形以在锁圈130沿径向扩展到锁圈凹槽104内时使得锁圈130与锁圈凹槽104沿轴向对准。锁圈130可具有在内径上面朝上的锥形表面132。柱形表面134可位于面朝上的锥形表面132的下方。激励圈136为可用于将锁圈130沿径向扩展到锁圈凹槽104内的常规激励圈。激励圈136在外径上具有面朝下的锥形表面138。面朝下的锥形表面138可以以与锁圈130的面朝上的锥形表面132相同的角度呈锥形。激励圈136的上端可包括面朝上的顶表面140和取回(retrieval)脊142。其它面朝上的表面，例如肩部144可位于激励圈136上。取回脊142可为在外径表面上周向延伸的脊。取回工具(未图示)可接合取回脊142并且将它们用作夹持表面以抽出激励圈136。激励圈136可被向下推压到锁圈130的内径内。激励圈136向下移动，锥形表面138可滑动地接合锁圈130的锥形表面132。激励圈相对于锁圈130的持续向下移动使得锁圈130沿径向向外扩展以接合锁圈凹槽104。锁圈130当其未接合于锁圈凹槽104中时处于“未设定位置”，并且当其完全扩展到锁圈凹槽104内时处于“设定位置”。送入工具或密封圈122的下端可用于接合面朝上的顶表面140或肩部144以向下推压激励圈136。当密封圈122设定就位时，密封圈122的下表面可接合激励圈136的上表面以防止激励圈136的向上移动。不利的是，密封圈122可需要被不时地移除。例如，密封圈122可因泄漏而需要被替换，或者可需要用可耐受不同压力量的密封件来替换。在密封圈122不处于环形空间116中期间，激励圈136并不受到对向上轴向移动的限制。来自锁圈130的向内的径向力可转移到激励圈136并且由于锥形表面132与锥形表面138的界面，来自锁圈130的该力可变成向上推压激励圈136的轴向力。而且，油管悬挂器110相对于井口外壳100的任何轴向移动可造成激励圈136相对于锁圈130向上移动。在激励圈136向上移动时，锁圈130可从设定位置向内朝未设定位置移动。一旦锁圈130到达未设定位置，油管悬挂器110可相对于井口外壳110向上移动。参看图2和图4，在用于油管悬挂器密封件的可靠固位锁圈的实施例中，锁圈150可用于将油管悬挂器110(图4)锁定就位。在实施例中，锁圈150可为环形锁圈，该环形锁圈具有与环形锁圈凹槽104的轮廓大体上相对应的外径轮廓154，以接合锁圈凹槽104(图4)。锁圈150可为沿径向扩展的环。在一些实施例中，锁圈150在其松弛状态可具有更小的直径并且可扩展到具有更大的直径。例如，其可为开口环，在其松弛状态，其并不接合锁圈凹槽104并且其可在径向扩展直到其接合锁圈凹槽104。在一些实施例中，外径轮廓154可具有一个或多个脊158，一个或多个脊158可接合锁圈凹槽104的锥形160(图4)，以在锁圈150沿径向扩展到锁圈凹槽104内时使得锁圈150与锁圈凹槽104沿轴向对准。锁圈150在内径上可具有面朝上的锥形表面162。柱形表面164可位于面朝上的锥形表面162的下方。柱形表面164的内径侧壁可平行于锁圈150的轴线。当远离与柱形表面164的相交处沿轴向向上移动时，面朝上的锥形表面162的内径增加。锁圈锥角166为锥形表面162从锁圈150的轴线发散的角度。参看图3和图4，激励圈172为可用于扩展锁紧圈150的环形圈。在实施例中，激励圈172具有面朝外和面朝下的下锥形表面174。相对于激励圈172的轴线的锥角可与锁圈锥角166相同。柱形表面176可为从下锥形表面174向上延伸的OD表面。下锥形表面174可过渡到柱形表面176，使得柱形表面176的外径可等于下锥形表面174的最大外径。而且，当锁圈150处于锁圈凹槽104内的设定位置时(图4)，柱形表面176的外径可等于锁圈150的柱形表面164的内径。在一些实施例中，上锥形表面178可面朝下和面朝外，并且从激励圈172上的柱形表面176向上延伸。在实施例中，上锥形表面178和下锥形表面174可相对于激励圈172的轴线以相同角度倾斜。在一些实施例中，在激励圈172上的柱形表面176具有小于上锥形表面178和下锥形表面174中每一个的轴向长度的轴向长度。激励圈172的上端可包括面朝上的顶表面180和取回脊182。其它面朝上的表面，例如肩部184可位于激励圈172上。取回脊182可为在外径表面上沿周向延伸的脊。取回工具(未图示)可接合取回脊182并且将它们用作夹持表面以抽出激励圈172。参看图4至图6，可靠固位锁定系统的实施例被示出处于未设定位置(图4)、设定位置(图5)和其中激励圈172已移位但锁圈150保留在设定位置的位置。如图4中所示，油管悬挂器110坐放于井口外壳100中，并且因此并不相对于井口外壳100向下移动。锁圈150并未扩展。锁圈150的内径因此等于或略大于侧壁114的外径。在实施例中，锁圈150的ID在其松弛状态可小于侧壁114的OD，使得当安装于油管悬挂器110上和处于未设定位置时锁圈150部分地扩展。在未设定位置，锁圈150的最大OD小于孔102的ID，使得油管悬挂器110可以以锁圈150处于侧壁114上的位置的情况下送入。在未设定位置，激励圈172位于锁圈150的上方。激励圈172的最小内径186与侧壁114的外径相同或略大于侧壁114的外径，使得激励圈172可沿着侧壁114沿轴向滑动。在未设定位置，下锥形表面174可在面朝上的锥形表面162的上方或者与面朝上的锥形表面162接触。密封圈122可定位于激励圈172的上方，使得密封圈122的向下移动造成密封圈122的下表面接触激励圈172。密封圈122可例如接触顶表面180。密封圈122的向下移动因此将沿轴向向下推压激励圈172。密封件激励圈124可用于向下推压密封圈122。本领域技术人员将意识到，在一些实施例中，密封件激励圈124可在激励密封圈122之前向下推压密封圈122。当密封圈122以充分的力量抵抗向下移动时，密封件激励圈124然后将激励密封圈122。密封圈122将抵抗向下移动，例如当激励圈172的向下移动由面朝上的肩部112止挡时。由于密封圈122与激励圈172接触或者连接到激励圈172，当激励圈172可不再向下移动时，止挡密封圈122的向下移动。在一些实施例中，送入工具(未图示)可用于将激励圈172向下推压成与锁圈150接合。在这些实施例中，无需密封圈122向下推压激励圈172。参看图5，当激励圈172从上位置向下移动到下位置时，下锥形表面174滑动地接合锁圈150的锥形表面162以使得锁圈150沿径向向外扩展。油管悬挂器110的面朝上的肩部112防止锁圈150沿轴向向下移动。锁圈150沿径向向外扩展到锁圈凹槽104内直到下锥形表面174到达沿轴向在锥形表面162的最下部边缘下方的点。在一些实施例中，当锁圈150处于设定位置时，激励圈172的下锥形表面174在锁圈150的锥形表面162下方间隔开。在一些实施例中，当锁圈150处于设定位置时，激励圈172的下锥形表面174不与锁圈150接合。当锁圈150接合锁圈凹槽104时，锁圈150处于设定位置。在激励圈172上的柱形表面176被定位成使得当锁圈150完全接合锁圈凹槽104时，在激励圈172上的柱形表面的下端将接触在锁圈150上的柱形表面164的上端。在下锥形表面174越过锥形表面162之后，当激励圈172相对于井口外壳100向下移动时，柱形表面176可滑动地接合柱形表面164。因此柱形表面176将锁圈100固持在扩展的或设定的位置中。在一些实施例中，激励圈可继续向下移动，直到上锥形表面178接触锥形表面162。在一些实施例中，在锁圈凹槽104中存在用于使锁圈150扩展的额外空间的情况下，锥形表面178可接合锥形表面162以造成锁圈150进一步扩展。当激励圈172坐放于面朝上的肩部112上或者当锁圈150不能扩展以允许锥形表面178向下移动时，停止激励圈172的向下移动。当锁圈150处于设定位置时，可通过来自密封激励圈124的持续向下的力来激励密封圈122。当激励密封圈122时，密封圈122可固持激励圈172以防止它向上移动。因此激励圈172可将锁圈150维持在设定位置中。现参看图6，当移除了密封圈122(图5)时，激励圈172不再被保持在抵抗向上的轴向力的位置。但柱形表面176可通过继续接合锁圈150的柱形表面164而抵抗锁圈150的向内移动。实际上，激励圈172可在不允许锁圈150任何径向移动的情况下相对于井口外壳100和锁圈150沿轴向向上移动差不多预定距离。在一些实施例中，该距离略微小于或等于在锁圈150开始从设定位置朝未设定位置移动之前柱形表面176的轴向长度。虽然以本发明形式中的仅一些形式示出或描述了本发明，但对于本领域技术人员显然，其并不受此限制而是在不脱离本发明的范围的情况下易于做出各种变化。