自扩张式高膨胀密封件的制作方法

背景技术：

1、本公开大体来说涉及使用用于油田装置中的膨胀与塌缩设备(包括但不限于在井筒中运行的抗挤压环、插塞、封隔器、锁闸、贴合工具、连接系统和可变直径工具)来形成自扩张式密封件的系统和方法。

2、本章节旨在向读者介绍可与本技术的各个方面相关的技术的各个方面，本公开的各个方面在下文加以描述和/或要求保护。相信本论述有助于向读者提供背景信息，以促进更好地理解本公开的各个方面。因此应理解，这些陈述应从这个角度加以解读，而不是作为任何形式的承认。

3、在机械工程的很多领域并且具体来说在烃钻探和生产领域，提供膨胀机构以实现管状部件的物理相互作用已为人熟知。膨胀机构可向外膨胀以与外表面接合或可向内塌缩以与内表面接合。应用多种多样并且有所不同，但在烃钻探和生产中，应用可包括致动和设定流动屏障和密封元件，诸如插塞和封隔器、诸如井筒锚定件的锚定和定位工具、套管和衬管吊架以及用于设定井下装备的锁定机构。其他应用包括为诸如弹性体或可扩张气囊的元件提供抗挤压、机械支撑或顶撑。例如，典型的抗挤压环定位在封隔器或密封元件与其致动卡瓦构件之间，并且由分离式或分段式金属环形成。在部署封隔器或密封元件期间，所述区段移动到径向膨胀状态。在膨胀期间并且在径向膨胀状态下，由于所述区段需要占据更大的环空体积，因此所述区段之间形成空间。这些空间形成挤压间隙，这可导致在工作状态下封隔器或密封件失效。

4、已提出各种配置来将抗挤压区段之间的空间效应最小化，包括提供多层环使得区段的偏移布置阻挡挤压间隙。例如，美国专利第6,598,672号描述了用于封隔器总成的抗挤压环，所述抗挤压环具有周向偏移以在周向偏移位置形成间隙的第一环部分和第二环部分。美国专利第2,701,615号公开了一种井封隔器，所述井封隔器包括冠状弹簧金属元件的布置，所述冠状弹簧金属元件通过相对移动来膨胀。其他提案(例如美国专利第3,572,627号、美国专利第7,921,921号、美国专利申请公布第2013/0319654号、美国专利第7,290,603号和美国专利第8,167,033号中所公开的提案)包括周向搭接区段的布置。美国专利第3,915,424号描述了呈钻井bop配置的类似布置，在所述钻井bop配置中，通过径向力致动重叠的抗挤压构件以使所述重叠的抗挤压构件径向并且周向地移动到支撑环形密封元件的塌缩位置。所述布置避免在膨胀期间引入挤压间隙，但产生了具有不均匀或阶梯形的面或侧翼的环。这些配置不能为密封元件提供不间断的支撑壁，空间效率低下并且可能难以可靠地恢复到其塌缩配置。美国专利第8,083,001号提出一种使两组楔形区段相对于彼此轴向地滑动而将所述两组楔形区段放在一起以形成膨胀规环的替代配置。现有的膨胀与塌缩设备的应用受到可达成的膨胀比率限制。在锚定、定位、坐封、锁定和连接应用中，径向膨胀与塌缩结构通常当在其外径增大时周向地分布在离散位置处。这会减小可用于接触辅助接合表面的表面积，并且因此限制给定大小的装置的最大力和压力额定值。

技术实现思路

1、下文陈述本文中所述的特定实施方案的综述。应理解，呈现这些方面仅是为了为读者提供这些特定实施方案的简要综述并且这些方面不旨在限制本公开的范围。

2、本公开的特定实施方案包括一种方法，所述方法包括将井下工具运行到由井筒套管形成的井筒中，其中所述井下工具包括密封装置和负荷保持/均衡机构。所述方法还包括使所述密封装置的下部支撑屏障抵靠井筒套管径向向外膨胀。所述方法还包括使所述密封装置的膨胀装置径向向外膨胀以将所述密封装置的弹性体密封部件抵靠所述井筒套管压缩。所述方法还包括使用所述密封装置的密封增能弹簧来维持所述弹性体密封部件抵靠所述井筒套管的初始坐封力。所述方法还包括使所述密封装置的上部支撑屏障抵靠所述井筒套管径向向外膨胀。所述方法还包括使用所述负荷保持/均衡机构的滑阀/扩张阀来将流体引导到所述膨胀装置内的内部容积中以使所述弹性体密封部件径向向外扩张以形成所述弹性体密封部件抵靠所述井筒套管的主坐封力，其中所述滑阀/扩张阀基于相对于所述井下工具的井上第一容积与相对于所述井下工具的井下第二容积之间的差压将所述流体引导到所述内部容积中。

3、本公开的其他实施方案包括一种井下工具，所述井下工具包括密封装置和负荷保持/均衡机构。所述密封装置包括弹性体密封部件。所述密封装置还包括膨胀装置，所述膨胀装置被配置为径向向外膨胀以将所述弹性体密封部件抵靠里面定位有井下工具的井筒套管压缩。所述密封装置还包括下部支撑屏障和上部支撑屏障，每个支撑屏障被配置为抵靠所述井筒径向向外膨胀，其中所述下部支撑屏障和所述上部支撑屏障设置在所述膨胀装置的相对轴向端上。所述密封装置还包括密封增能弹簧，所述密封增能弹簧被配置为维持所述弹性体密封部件抵靠所述井筒套管的初始坐封力。所述负荷保持/均衡机构包括滑阀/扩张阀，所述滑阀/扩张阀被配置为将流体引导到所述膨胀装置内的内部容积中以使所述弹性体密封部件径向向外扩张以形成所述弹性体密封部件抵靠所述井筒套管的主坐封力，其中所述滑阀/扩张阀基于相对于所述井下工具的井上第一容积与相对于所述井下工具的井下第二容积之间的差压将所述流体引导到所述内部容积中。

4、可关于本公开的各个方面对上述特征进行各种改进。另外的特征同样也可并入这些各个方面中。这些改进和另外的特征可单独存在或以任何组合形式存在。举例来说，下文关于所说明的实施方案中的一者或多者论述的各种特征可单独地或以任何组合形式并入到本公开的上述方面中的任一者中。上文呈现的简要综述旨在使读者熟悉本公开的实施方案的某些方面和上下文，而不限制要求保护的主题。

技术特征：

1.一种方法，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其中所述弹性体密封部件径向地位于所述膨胀装置与所述下部支撑屏障和所述上部支撑屏障之间。

3.如权利要求1所述的方法，所述方法包括使所述滑阀/扩张阀在当所述第一容积中的第一压力高于所述第二容积中的第二压力时的第一位置与当所述第二压力高于所述第一压力时的第二位置之间双向地穿行，其中使所述滑阀/扩张阀双向地穿行包括当所述滑阀/扩张阀处于所述第一位置中时将流体从所述第一容积引导到所述内部容积中，且当所述滑阀/扩张阀处于所述第二位置中时将流体从所述第二容积引导到所述内部容积中。

4.如权利要求1所述的方法，其中使所述下部支撑屏障和所述上部支撑屏障径向向外膨胀各自包括：使所述下部支撑屏障和所述上部支撑屏障的多个支撑屏障元件的相应的第一端相对于所述井下工具在轴向方向上移动，并且使所述多个支撑屏障元件的相应的第二端相对于所述井下工具至少在径向方向上移动。

5.如权利要求4所述的方法，其中每个支撑屏障包括多个基座元件，其中每个基座元件经由铰链式连接在相应的支撑屏障元件的所述第一端处联接到所述相应的支撑屏障元件。

6.如权利要求4所述的方法，其中每个第二端包括多个套管界面表面。

7.如权利要求1所述的方法，其中使所述膨胀装置径向向外膨胀包括：使所述膨胀装置的多个环元件相对于彼此在与圆相切的方向上滑动，所述圆与由所述膨胀装置围绕所述井下工具的纵向轴线形成的环结构同心；使所述膨胀装置的多个支撑元件的相应的第一端相对于所述纵向轴线在轴向方向上移动；以及使所述多个支撑元件的相应的第二端相对于所述纵向轴线至少在径向方向上移动。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述弹簧增能密封件位于径向地偏离所述井下工具的主负荷路径并且与所述主负荷路径液压地隔离的通路中。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述井下工具包括可收回的桥塞。

10.一种井下工具，所述井下工具包括：

11.如权利要求10所述的井下工具，其中所述弹性体密封部件径向地位于所述膨胀装置与所述下部支撑屏障和所述上部支撑屏障之间。

12.如权利要求10所述的井下工具，其中所述滑阀/扩张阀被配置为在当所述第一容积中的第一压力高于所述第二容积中的第二压力时的第一位置与当所述第二压力高于所述第一压力时的第二位置之间双向地穿行，其中所述滑阀/扩张阀在处于所述第一位置中时将流体从所述第一容积引导到所述内部容积中，并且在处于所述第二位置中时将流体从所述第二容积引导到所述内部容积中。

13.如权利要求10所述的井下工具，其中所述下部支撑屏障和所述上部支撑屏障各自包括多个支撑屏障元件，每个支撑屏障元件具有第一端和第二端，其中所述多个支撑屏障元件被配置为通过所述第一端相对于所述井下工具在轴向方向上的移动并且通过所述第二端相对于所述井下工具至少在径向方向上的移动来在膨胀状态与塌缩状态之间移动。

14.如权利要求13所述的井下工具，其中每个支撑屏障包括多个基座元件，其中每个基座元件经由铰链式连接在相应的支撑屏障元件的所述第一端处联接到所述相应的支撑屏障元件。

15.如权利要求13所述的井下工具，其中每个第二端包括多个套管界面表面。

16.如权利要求10所述的井下工具，其中所述膨胀装置包括多个元件，所述多个元件组装在一起以围绕所述井下工具的纵向轴线形成环结构，其中所述环结构被配置为通过所述多个元件的移动而在膨胀状态与塌缩状态之间移动，并且其中所述多个元件包括：

17.如权利要求10所述的井下工具，其中所述弹簧增能密封件位于径向地偏离所述井下工具的主负荷路径并且与所述主负荷路径液压地隔离的通路中。

18.如权利要求10所述的井下工具，其中所述井下工具包括可收回的桥塞。

19.如权利要求11所述的井下工具，其中所述下部支撑屏障和所述上部支撑屏障包括两对下部支撑屏障和上部支撑屏障，其中所述两对下部支撑屏障和上部支撑屏障设置在所述膨胀装置的相对轴向端上。

20.一种井下工具，所述井下工具包括：

技术总结
本文中所述的实施方案提供一种包括密封装置和负荷保持/均衡机构的井下工具(例如，可收回的桥塞)。所述密封装置包括弹性体密封部件和膨胀装置，所述膨胀装置被配置为径向向外膨胀以将所述弹性体密封部件抵靠里面定位有所述井下工具的井筒套管压缩。所述密封装置还包括下部支撑屏障和上部支撑屏障，所述下部支撑屏障和所述上部支撑屏障被配置为抵靠所述井筒径向向外膨胀。所述密封装置还包括密封增能弹簧，所述密封增能弹簧被配置为维持所述弹性体密封部件抵靠所述井筒套管的初始坐封力。所述负荷保持/均衡机构包括滑阀/扩张阀，所述滑阀/扩张阀被配置为基于相对于所述井下工具的井上第一容积与相对于所述井下工具的井下第二容积之间的差压将流体引导到内部容积中以使所述弹性体密封部件径向向外扩张。

技术研发人员：G·布朗,O·弗赖
受保护的技术使用者：斯伦贝谢技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14