[发明专利]用电子束辐射选择性处理的BOP填塞单元和相关方法

说明书

技术领域

本文公开的实施例大致涉及用于在油气工业中使用的防喷器的密封件。具体而言，所公开的实施例涉及局部增强的BOP填塞单元(packing unit)和处理、固化和制造用于防喷器的密封件的方法。

背景技术

当钻井时，井有时候会穿透具有显著高于井内维持的压力的地层压力的层，导致井发生“井涌(taken a kick)”。如果压力增大(通常通过地层流体(formation fluid)的涌入而产生)传播到地表，则钻井流体、井具及其它钻井设备就会被喷出井眼。由于此“井喷”风险，因此在地表或海底的井口上方安装防喷器，以便于有效地密封井眼，直到可采取有效措施来控制井涌。井眼的密封典型地通过被称为“填塞单元”的大型弹性密封件本体来进行。填塞单元可以在防喷器内被启动，以贴靠钻管和井具密封或被自行压缩(如果填塞单元的井孔内不存在钻管或井具)。在填塞单元围绕钻管压缩或自行压缩时，弹性体被径向向内挤压，在填塞单元内(特别是在形成密封面的区域或范围)产生应力和应变。

随着应力施加在防喷器密封件上，密封件的材料将拉紧以适应应力并提供密封接合。密封件的材料中出现的应变的量取决于材料的弹性模量。弹性模量是应力和应变之间的比率的度量并且可被描述为材料在力或压力施加于其上时变形的趋向。例如，对于任何给定的应力而言，具有高弹性模量的材料经历的应变低于具有低弹性模量的材料。

弹性材料的特性，包括弹性模量和伸长率，不仅取决于基材(弹性体)特性，而且取决于在密封件制造期间获得的弹性材料的固化程度或交联程度和交联密度。不足的交联导致具有低弹性模量和高伸长率的密封件，使得密封件对粘性流敏感，而过度的交联导致具有高弹性模量但低伸长率的密封件，引起密封件在应力作用下脆性失效或密封件无法弯曲并形成期望的密封接合。因此，交联水平之间存在平衡，该平衡足够高以防止密封件由于粘性流而失效，但足够低以避免脆性失效。

除了通过附加交联提高弹性体密封件本体的弹性模量和硬度(并减小伸长率)外，密封件也随着增大的交联密度而变得更加热稳定。在交联过少的情况下，随着防喷器密封件经历高温暴露和/或热循环，密封件中的聚合物链会由于链移动性而自行重新定向为更具晶态的结构和/或触发附加交联，这两者都增加了密封件的脆性。但是，通过提供充分的交联，此类现象由于聚合物链由于链之间的交联的存在和量而移动性降低/在它们的位置上更加固定而被减少。

增大交联密度并从而增大弹性模量、硬度和热稳定性(通过固化剂的更大量使用或更长的固化时间)的常规方法导致遍布填塞单元(或其它密封件)的交联密度的均匀变化。因此，例如当需要增大交联密度以防止由诸如密封件的顶部内孔或顶部外表面的区域中的挤压引起的失效时，对整个密封件进行更高水平的固化(通过更大量的固化剂和/或更长的暴露于固化剂的时间)。但是，虽然此改变在一些区域可能是期望的，但是在需要更大柔韧性或更容易开裂的其它区域也可能是不期望的。选择性地增大密封件的某些期望部分中的交联密度但不增大其它部分中的交联密度将不仅允许对不同密封件部分基于可能的失效模式对期望的特性进行局部控制，而且也将允许通过仅固化至较低的交联密度状态而有可能缩短固化时间。

因此，需要对贯穿弹性密封件的交联密度进行局部控制，以在承受较大应变并有可能挤压的密封件的选定区域内产生更高的硬度、抗压力和挤压阻力，而不会使密封件的其余部分的柔韧性降低和/或更容易出现脆性失效。

发明内容

一方面，本文公开的实施例涉及一种增大用于防喷器的密封件的交联密度的方法，该方法包括选择性地对包括固化的弹性材料和至少一个刚性嵌件的防喷器密封件的选定部分施加电子束辐射以增大该固化的弹性材料的该选定部分的交联密度。

另一方面，本文公开的实施例涉及一种固化用于防喷器的密封件的方法，该方法包括：使用多个刚性嵌件模制弹性材料；使用固化剂固化模制的弹性材料；以及选择性地对固化的弹性材料的一部分施加电子束辐射以增大该固化的弹性材料的该部分的交联密度。

又一方面，本文公开的实施例涉及一种用于防喷器的密封件，该密封件包括弹性本体；和布置在弹性本体内的至少一个刚性嵌件，其中弹性本体的一部分具有大于弹性本体的其余部分的交联密度。

又另一方面，本文公开的实施例涉及一种防喷器，该防喷器包括具有贯穿防喷器限定的井眼轴线的主体和布置在主体内并构造成密封井眼的填塞单元，其中该填塞单元包括弹性本体和布置在弹性本体内的至少一个刚性嵌件，其中弹性本体的一部分具有大于弹性本体的其余部分的交联密度。