[發明專利]用電子束輻射選擇性處理的BOP填塞單元和相關方法

無效

• 申請號: 200980150345.2
• 申請日: 2009-11-03
• 公開（公告）號: CN102245854A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: S·布圖克
• 申請（專利權）人: 海德里爾美國制造業有限責任公司
• 主分類號: E21B33/06
• 分類號: E21B33/06;E21B33/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;譚祐祥

技術領域

本文公開的實施例大致涉及用于在油氣工業中使用的防噴器的密封件。具體而言，所公開的實施例涉及局部增強的BOP填塞單元(packing?unit)和處理、固化和制造用于防噴器的密封件的方法。

背景技術

當鉆井時，井有時候會穿透具有顯著高于井內維持的壓力的地層壓力的層，導致井發生“井涌(taken?a?kick)”。如果壓力增大(通常通過地層流體(formation?fluid)的涌入而產生)傳播到地表，則鉆井流體、井具及其它鉆井設備就會被噴出井眼。由于此“井噴”風險，因此在地表或海底的井口上方安裝防噴器，以便于有效地密封井眼，直到可采取有效措施來控制井涌。井眼的密封典型地通過被稱為“填塞單元”的大型彈性密封件本體來進行。填塞單元可以在防噴器內被啟動，以貼靠鉆管和井具密封或被自行壓縮(如果填塞單元的井孔內不存在鉆管或井具)。在填塞單元圍繞鉆管壓縮或自行壓縮時，彈性體被徑向向內擠壓，在填塞單元內(特別是在形成密封面的區域或范圍)產生應力和應變。

隨著應力施加在防噴器密封件上，密封件的材料將拉緊以適應應力并提供密封接合。密封件的材料中出現的應變的量取決于材料的彈性模量。彈性模量是應力和應變之間的比率的度量并且可被描述為材料在力或壓力施加于其上時變形的趨向。例如，對于任何給定的應力而言，具有高彈性模量的材料經歷的應變低于具有低彈性模量的材料。

彈性材料的特性，包括彈性模量和伸長率，不僅取決于基材(彈性體)特性，而且取決于在密封件制造期間獲得的彈性材料的固化程度或交聯程度和交聯密度。不足的交聯導致具有低彈性模量和高伸長率的密封件，使得密封件對粘性流敏感，而過度的交聯導致具有高彈性模量但低伸長率的密封件，引起密封件在應力作用下脆性失效或密封件無法彎曲并形成期望的密封接合。因此，交聯水平之間存在平衡，該平衡足夠高以防止密封件由于粘性流而失效，但足夠低以避免脆性失效。

除了通過附加交聯提高彈性體密封件本體的彈性模量和硬度(并減小伸長率)外，密封件也隨著增大的交聯密度而變得更加熱穩定。在交聯過少的情況下，隨著防噴器密封件經歷高溫暴露和/或熱循環，密封件中的聚合物鏈會由于鏈移動性而自行重新定向為更具晶態的結構和/或觸發附加交聯，這兩者都增加了密封件的脆性。但是，通過提供充分的交聯，此類現象由于聚合物鏈由于鏈之間的交聯的存在和量而移動性降低/在它們的位置上更加固定而被減少。

增大交聯密度并從而增大彈性模量、硬度和熱穩定性(通過固化劑的更大量使用或更長的固化時間)的常規方法導致遍布填塞單元(或其它密封件)的交聯密度的均勻變化。因此，例如當需要增大交聯密度以防止由諸如密封件的頂部內孔或頂部外表面的區域中的擠壓引起的失效時，對整個密封件進行更高水平的固化(通過更大量的固化劑和/或更長的暴露于固化劑的時間)。但是，雖然此改變在一些區域可能是期望的，但是在需要更大柔韌性或更容易開裂的其它區域也可能是不期望的。選擇性地增大密封件的某些期望部分中的交聯密度但不增大其它部分中的交聯密度將不僅允許對不同密封件部分基于可能的失效模式對期望的特性進行局部控制，而且也將允許通過僅固化至較低的交聯密度狀態而有可能縮短固化時間。

因此，需要對貫穿彈性密封件的交聯密度進行局部控制，以在承受較大應變并有可能擠壓的密封件的選定區域內產生更高的硬度、抗壓力和擠壓阻力，而不會使密封件的其余部分的柔韌性降低和/或更容易出現脆性失效。

發明內容

一方面，本文公開的實施例涉及一種增大用于防噴器的密封件的交聯密度的方法，該方法包括選擇性地對包括固化的彈性材料和至少一個剛性嵌件的防噴器密封件的選定部分施加電子束輻射以增大該固化的彈性材料的該選定部分的交聯密度。

另一方面，本文公開的實施例涉及一種固化用于防噴器的密封件的方法，該方法包括：使用多個剛性嵌件模制彈性材料；使用固化劑固化模制的彈性材料；以及選擇性地對固化的彈性材料的一部分施加電子束輻射以增大該固化的彈性材料的該部分的交聯密度。

又一方面，本文公開的實施例涉及一種用于防噴器的密封件，該密封件包括彈性本體；和布置在彈性本體內的至少一個剛性嵌件，其中彈性本體的一部分具有大于彈性本體的其余部分的交聯密度。

又另一方面，本文公開的實施例涉及一種防噴器，該防噴器包括具有貫穿防噴器限定的井眼軸線的主體和布置在主體內并構造成密封井眼的填塞單元，其中該填塞單元包括彈性本體和布置在彈性本體內的至少一個剛性嵌件，其中彈性本體的一部分具有大于彈性本體的其余部分的交聯密度。