用電子束輻射選擇性處理的bop填塞單元和相關方法

專利名稱：用電子束輻射選擇性處理的bop填塞單元和相關方法
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。本發明的其它方面和優點將從以下說明和所附權利要求而顯而易見。


圖1示出了根據本公開內容的一個實施例的防噴器。圖2示出了對于硫固化的彈性體樣品而言隨輻射劑量變化的100%彈性模量和伸長率特性的曲線圖。圖3示出了對于過氧化物固化的彈性體樣品而言隨輻射劑量變化的100%彈性模量和伸長率特性的曲線圖。圖4示出了對于硫/ZnO固化的彈性體樣品而言隨輻射劑量變化的100%彈性模量和伸長率特性的曲線圖。圖5示出了對于SWNT填充的硫固化彈性體樣品而言隨輻射劑量變化的100%彈性模量和伸長率特性的曲線圖。圖6示出了對于SWNT填充的過氧化物固化的彈性體樣品而言隨輻射劑量變化的 100 %彈性模量和伸長率特性的曲線圖。
具體實施例方式本文公開的實施例大致涉及用于防噴器的密封件和處理、固化和/或制造用于防噴器的密封件的方法。更特別地，本文公開的實施例涉及使用電子束輻射來增大用于防噴器的密封件的彈性材料的交聯密度。再更特別地，實施例也可特別涉及選擇性地對防噴器施加電子束輻射以便增大密封件的交聯密度。另外，本公開內容不僅涉及使用電子束輻射處理預成型的密封件，還涉及固化密封件并使用電子束輻射處理密封件的方法。彈性材料的選擇性處理(即，選擇性地增大交聯密度)可包括交聯的位置選擇及程度(密度和深度)控制。BOP彈性密封件的交聯密度的該選擇性控制容許在給定區域中對依賴于交聯的材料特性進行局部定制，以便提高密封件承受對密封件的該特定區域所預期的負荷和失效模式的能力。如上所述，增大交聯密度的常規方法導致整個密封件承受更高水平的固化。但是，根據本公開內容的實施例，使用電子束輻射可提供需要更大的彈性模量值或其它依賴于交聯的特性的彈性密封件的選擇區域中的交聯密度的控制和選擇。電子束輻射是可用于形成包括用于本公開內容的彈性材料的彈性體鏈之間的交聯的電離能量的一種形式。在電子束輻射中，當電流通過“電子加速器”的真空室內的燈絲時產生電子束(集中、高電荷的電子流)。金屬絲由于電阻而發熱并發射電子云。這些電子然后通過電場加速并移出真空室。一旦位于真空室外部，電子束就成為用于斷開例如彈性體中的化學鍵以形成用于觸發兩個鏈之間的交聯的基的強能量源。在電子束輻射固化中，交聯從使用能量束轟擊彈性密封件(且特別是彈性體分子)而產生，該能量束充分有效以從彈性體的聚合物鏈驅逐某種元素(例如，諸如氯、氟的鹵族元素)或基團(例如，巰基)例如，但充分緩和以避免聚合物骨架的斷裂或切斷。在元素或基團被驅逐之后，原始彈性體分子的自由基衍生物通過被驅逐的元素或基團之前結合的聚合物鏈中的元素(通常為碳)上的自由基位置而存在。雖然自由基通常很迅速地與其它材料反應(實際上，自由基在描述迅速執行的多級化學反應的動態模型中常被稱為很短期的中介實體)，但是自由基聚合物鏈在自由基狀態下相對穩定(或至少更穩定)。如果高分子自由基相對受會與聚合物鏈結合的自由基位置的其它材料的運動和接觸約束，則相對穩定性尤其真實。交聯發生在第一自由基位置與第二自由基位置結合以產生交聯之時。除共價鍵交聯外，交聯也可包括離子結合以及通過電子或靜電引力(例如，范德華力)形成的那些其它結合。下面更詳細地進一步說明使用電子束輻射來實現交聯，及其對本公開內容的密封件的特殊應用。使用電子束輻射處理的本公開內容的密封件可包括剛性材料和彈性材料兩者。如文中所用，“密封件”指的是能夠將高壓區與低壓區分離的裝置。可用于本公開內容的方法的防噴器密封件的實例包括但不限于填塞單元、環狀填塞單元、頂部密封件和可變孔口柱塞等。如文中所用，“剛性材料”指的是可向防噴器的密封件提供結構的任何材料，并可包括金屬材料和非金屬材料兩者。剛性材料的實例可包括但不限于鋼、銅和高強度復合材料 (例如，除了其它材料以外，碳復合材料、環氧樹脂復合材料和熱塑性塑料)。此外，如文中所用，術語“彈性材料”指的是包括熱塑性塑料、熱固性材料、橡膠和其它呈彈性性質并通常用于密封件、0形圈等的聚合材料。聚合材料常常被定義為落入以下三個主要類別中的一個熱固性材料(一種塑料)、熱塑性材料(第二種塑料)和彈性(或橡膠類)材料(在彈性體未提供固體“成型” 狀態的程度內，彈性材料不被通稱為“塑性”)。對這三個類別的一個重要的考慮是熔點的概念——其中材料的固相和液相共存的點。在這方面，熱固性材料在已“定型”或“固化”或“交聯”之后基本上不能熔化。熱固性材料的前體成分通常成形為熔化(或主要為液體)形式，但一旦執行定型處理，對該材料基本上不存在熔點。相比之下，熱塑性材料硬化為固體形式(伴隨有晶體產生)，基本上無限地保持其熔點，并在已成型之后重新熔化(盡管在一些情況下普通聚合質量發生一定量的降級)。彈性材料不具有熔點；相反，彈性體具有玻璃化轉變溫度，其中聚合材料呈現有用地流動的能力，但沒有固相和液相在熔點的共存。一些熱固性材料及熱塑性塑料可通過交聯轉變為彈性體(或具備彈性特性)。彈性體可通過硫化(一種包括熱量和固化劑的固化處理)轉變為很牢固的柔性材料。特別地，在硫化期間，聚合物鏈交聯以使彈性材料比由處于預硫化或預固化狀態的彈性體制成的材料更強健地抵抗變形。本公開內容的密封件的硫化可如密封件的制造中常規地執行的那樣發生。但是，除這種硫化過程以外，本公開內容的方法可供用于在密封件已被模制并進行固化處理之后進行電子束輻射處理。用來形成用于防噴器的密封件的常見類型的彈性體包括腈基彈性體，例如丁腈丁二烯、氫化腈和羧化丁腈。丁腈橡膠(NBR)是丙烯腈(ACN或2-丙烯腈)和丁二烯(1，2_ 丁二烯和1，3-丁二烯)的不飽和合成共聚物。NBR的物理和化學性質可根據丙烯腈和丁二烯的相對量變化。例如，隨著丙烯腈含量增加，彈性體變得更耐油但柔性降低，且反之亦然。氫化腈橡膠(HNBR)是NBR的氫化衍生物，常稱為HSN或過飽和丁腈。HNBR具有類似于NBR的性質，但是典型地具有更高的耐老化性能和耐熱性。因此，HNBR具有良好的耐候性和耐磨性及機械強度。當希望耐受胺緩蝕劑和明顯更高的耐受硫化氫的性能(與NBR 相比)時，油氣工業中常常使用HNBR。常用來形成用于防噴器的密封件的另一種合成彈性體是羧基丁腈橡膠(XNBR)。 XNBR具有通過利用含有羧酸的單體例如丙烯酸或甲基丙烯酸插入聚合物鏈的酸性基團。羧酸基團可被結合在聚合物鏈中以與NBR相比實現諸如更高的交聯密度、抗拉特性、連續工作溫度、耐化學性和硬度之類的特性。公知彈性材料呈現從很柔軟到很堅硬的寬范圍的特性。可通過選擇基礎聚合物 (或聚合物摻雜物)以提供諸如強度、耐老化性和耐環境性的基本特性，然后通過交聯聚合物鏈改變硬度和彈性模量特性或通過使用填料實現期望的特性，由此獲得特性變化。用來固化和交聯用于防噴器的彈性材料的常規固化劑包括硫、過氧化物、金屬氧化物(例如，氧化鋅)、胺和酚醛樹脂，且硫和過氧化物最常見。交聯例如通過形成硫原子的原子橋(當使用硫固化劑時)或碳-碳鍵(當使用過氧化物時)形成。可將典型地被添加到彈性材料的填料分為增強型或擴展型填料。增強填料可增加硬度、抗拉強度、擠壓阻力、撕裂強度、伸長率和彈性模量，其實例包括炭黑、碳納米管(包括單壁和多壁納米管)和硅石填料。擴展填料如二氧化鈦和硫酸鋇可用于降低制造成本而不犧牲性能特性，但也可提供著色特性并改善氧化環境的穩定性。填料粒子的尺寸的范圍可從微米級尺寸到納米級尺寸(小于一微米的粒子)；但是，粒子尺寸選擇可取決于可引起的彈性材料的特性的差異。例如，納米填料的使用與大于一微米的粒子相比可引起某些特性十倍以上的增加。當使用炭黑填料時這種特性增加的一個實例顯而易見，因為炭黑填料具備用于與彈性材料的鏈互相作用的高比表面積并封閉其間的粒子與粒子間距，從而提供顯著改善密封件的硬度值和抗拉強度。可通過常規的模制工藝制造密封件，考慮如文中關于各個實施例所述的輻射固化處理的改變。可在填充模腔之前向樹脂(聚合物前體)或聚合物添加固化劑和填料以便于模制和/或固化。除本公開內容應用于同質密封件本體以外，以下也在本發明的范圍內單個密封件可由多種彈性材料形成，例如上述彈性材料，作為異質、摻雜復合物，或密封件可由各自填充密封件的單獨容積(具有順層縫)的兩種(或更多種)同質復合物形成。在一些實施例中，密封件可在單個模腔中被有序模制和固化。在其它實施例中，密封件可在模腔中模制并隨后在固化室中固化(在此模腔和固化室可互換地使用)。例如，在一些實施例中，可將剛性材料布置在模具中，并且可按需使用至少一種樹脂或熔化材料閉合和填充模具(即，模制然后固化)。在其它實施例中，可將預先模制且未固化的密封件布置在固化室中(即，僅固化)。可在將材料布置在模具中之前或之后將模具或固化室加熱至升高的溫度。然后可使布置在模腔中的材料的溫度升高至足以固化或至少部分固化彈性材料的溫度。例如，可通過蒸汽、油或其它流體或通過電加熱元件供應熱量。在處于固化溫度下充分的時間之后，從模腔去除固化或部分固化的零件并允許其冷卻。密封件可以可選地例如通過將零件保持在后固化溫度下或緩慢冷卻零件而被后固化，并且可用于產生期望的特性。這種后固化可以是根據本公開內容的方法施加的電子束輻射固化的補充。一般而言，可影響固化的密封件的特性的變量可包括模具或固化室溫度、加熱速度、冷卻速度和固化或后固化溫度。典型地，基于熱交換介質的測定溫度來維持模具或固化室的溫度。例如，可通過熱交換介質的類型(電、流體、流體的類型和流體的相應熱力學特性)及模制材料(例如，鋼的類型及其特性)來影響加熱和冷卻速度。材料處于給定溫度下的時間量也將影響固化程度。當選擇固化計劃時可將這些變量(和引起的特性)考慮在內，特別是考慮到隨后使用電子束輻射固化，其可用于選擇性地控制交聯。亦即，在常規的固化處理中，整個彈性密封件至少相對均勻地固化，需要為了其它特性(例如，彈性模量與伸長率)的利益而犧牲某些期望的特性。因此，通過提供選擇性地通過聚集在彈性密封件上的電子束的位置、穿透深度和加速度控制交聯的能力，彈性密封件的選擇部分可具有提高的交聯水平，從而定制交聯引起的特性，以基于對那些部分預期的負荷和失效模式考慮和提高密封性能。提高的性能可包括提高的密封能力、增加的失效循環數量等。此外，對于其中要處理的密封件貫穿整個密封件本體不具備均勻(同質或均勻異質摻雜物)組分的實施例，可使用電子束輻射處理一個或多個區域(組分明顯不同)。此外，關于形成彈性體的此類多個區域中的一個，在各個實施例中，可在選定部分或整體通過電子束輻射來處理每個同質區域。另外，使用電子束輻射也可意味著取決于未進行電子束輻射的區域的所期望的特性，通過常規的固化處理對整個密封件進行“更少”的固化能可選地進行。這可引起固化時間減少。備選地，也可減少固化時間(對于常規的固化而言)以引起整個密封件的“更少的”固化，并可在整個密封件上施加電子束輻射以進一步交聯彈性材料。可將該電子束輻射均勻地施加在整個密封件上，或能以更大的劑量或能量水平對某些區域(且不對其它區域)施加輻射，以使那些特定區域與其它區域相比具有更大的交聯密度。也可通過所用的彈性材料的類型和量、所用的剛性材料的類型、熱力學特性(例如，傳導率)和固化劑或任何其它填料的類型和量(如果使用的話)以及電子束處理的能量水平和劑量(影響交聯密度的量和面積)來影響密封件的特性。也可通過彈性材料和/或固化劑的運動學特性的變化來影響密封件特性。如上所述，電子束輻射常源自電子加速器，但可備選地源自放射或源自激光。單獨的加速器有用地由它們的能量、功率和類型而表征。在本公開內容的特定實施例中，合適的能量水平的范圍可為從50keV到5. OMeV，或在其它實施例中，從IOOKeV到4. OMeV。因此， 加速器的選擇可基于期望的能量水平。例如，低能量加速器可提供從約150keV到約2. OMeV 的束能量并且中能量加速器提供從約2. 5MeV到約8. OMeV的束能量，而高能量加速器提供大于約9. OMeV的束能量。加速器功率是電子能量和束電流的乘積。此類功率的范圍為從約5kW到約300kW。加速器的主要類型有靜電直流(DC)、電動DC、射頻(RF)線性加速器 (LINACS)、磁感應LINAC和連續波(CW)機器。所吸收的能量的量(劑量)以千戈瑞(kGy) 為單位測量，其中IkGy等于每千克1，000焦耳，或以兆拉德(MR、MeRAD或Mrad)為單位測量，其中IMR等于每克1，000，000爾格。根據本公開內容的某些實施例，劑量的范圍可為從約50kGy到2000kGy，或在其它實施例中從約IOOkGy到lOOOkGy。可通過改變電子束的兩個方面來控制交聯。可通過加速電壓來控制束的穿透深度，并且可通過輻射劑量來控制交聯程度。可通過改變束電流、束直徑以及到源的距離來改變劑量率。因此，如本文公開的密封件的選擇性處理部分不僅可包括確定哪些位置承受較高的失效率，而且包括確定將引起期望交聯及期望的依賴于交聯的材料特性的電子束輻射的量。此確定可包括將引起期望的交聯密度的增大的輻射劑量的量的確定及將引起期望的增大交聯密度深度的電子能量水平的確定。此外，雖然以上提及了劑量和能量水平的范圍， 但本領域的技術人員將會理解可根據期望的交聯從上述那些范圍改變加速電壓、劑量等。因此，根據本公開內容的實施例，電子束輻射可結合常規的固化工藝使用或處理常規固化的(預先形成的)密封件的選定部分，以補救與常規的固化技術相關的問題或缺陷。具體地，電子束輻射固化可通過選擇性地增加密封件的一個或多個特定部分中的交聯數量以向容易受到擠壓同時承受壓力的那(那些)部分提供更大的強度和擠壓阻力來增強常規固化的材料的性能。例如，環狀防噴器填塞單元可在選定部分例如頂部內孔或頂部外表面、底部外表面或可受益于具有更大交聯密度的任何其它區域中使用電子束輻射進行處理，并因此與填塞單元的其余部分相比可具有更大的彈性模量和擠壓阻力。但是，本文公開的方法并不限于用于環狀防噴器的填塞單元的處理。相反，這些方法同樣可應用于任何密封件，包括柱塞填塞器(packer)、裝置的頂部密封件、側向密封件、可變孔口柱塞等。此外，由于如上所述可通過改變電子束特征容易地控制交聯的程度和深度，所以能可控地實現特定材料或期望的機械特性。本領域的技術人員將會理解，可基于彈性體密封件在密封件的操作使用期間可能暴露的壓力的量、應力、操作條件來確定所期望的特性。因此，在一個說明性的實施例中，可通過選擇性地對包括固化的彈性材料和多個剛性嵌件的防噴器密封件的一部分施加電子束輻射來增大用于防噴器的密封件的交聯密度，以增大固化的彈性材料的選定部分的交聯密度。為施加電子束輻射而選擇的密封件的部分可為密封件容易受到擠壓的局部部分。因此，在選擇性地施加電子束輻射之前，可對密封件進行分析使得可確定防噴器密封件容易受到擠壓的部分，使得該容易受到擠壓的部分是使用電子束輻射選擇性地處理的部分。此分析也可包括用于實現期望的增大交聯密度和密封件的材料特性對應變化的電子束輻射的量的確定。要施加的電子束輻射的量的確定可
9包括電子束輻射劑量和/或電子束能量水平的確定。在另一個說明性的實施例中，本公開內容還涉及固化用于防噴器的密封件的方法。此類方法可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固化的彈性材料的該部分的交聯密度。類似于上述實施例，為施加電子束輻射而選擇的密封件的部分可為密封件容易受到擠壓的局部部分。因此，在選擇性地施加電子束輻射之前，可對密封件進行分析以便可確定防噴器密封件容易受到擠壓的部分，使得該容易受到擠壓的部分是使用電子束輻射選擇性地處理的部分。此分析也可包括用于實現期望的增大交聯密度和密封件的材料特性對應的變化的電子束輻射的量的確定。要施加的電子束輻射的量的確定可包括電子束輻射劑量和/或電子束能量水平的確定。參照圖1，示出了可包括根據本文公開的實施例的填塞單元的環狀防噴器101。環狀防噴器101包括殼體102，該殼體具有沿鉆孔軸線103貫通其中延伸的中心孔口 120。填塞單元105圍繞中心孔口 120布置在環狀防噴器101內，使得填塞單元105的孔口 111與防噴器101的孔口 120大致同心。如圖1中所示，填塞單元105包括彈性環狀本體107和多個金屬嵌件109。金屬嵌件109被示出為以圍繞鉆孔軸線103大致呈圓形的方式在徑向平面中布置在填塞單元105 的彈性環狀本體107內(填塞單元105的縱向軸線(未示出)與鉆孔軸線103對齊)。在使用中，液壓流體可通過啟動端口 113進入缸112，從而沿向上的方向推動致動活塞117。隨著活塞117被向上推，致動活塞117的傾斜表面118壓縮填塞單元105使得孔口 111隨著金屬嵌件109朝著鉆孔軸線103移動而縮小。為了打開孔口 111，將液壓流體轉移到回縮端口 115并沿向下的方向驅迫活塞117。根據本文公開的實施例，可對圖1中所示的填塞單元105的選定部分且具體而言彈性環狀本體107的選定部分進行電子束輻射以增大該選定部分的交聯密度。如上所述， 此類選定部分可為例如通過傾斜表面118和孔口 120之間的環狀空間中的大“間隙”受到擠壓的部分。可基于預先對磨損的填塞單元的視覺檢查和/或主動通過有限元分析法(FEA) 分析來模擬和評估跨越處于給定移動條件(力、負荷狀態、應變)下的密封件以及可能容易受到擠壓的密封件部分出現的應力和/或應變集中來確定需要增大交聯密度的此類部分。 美國專利公報No. 2008/0027693中描述了使用FEA分析來設計用于防噴器的密封件，該公報被轉讓給本受讓人并且其整體通過引用而結合在本文中。因此，本公開內容并不限于使用電子束輻射的防噴器密封件的特定區域或特定類型。實例提供以下實例以進一步說明采用電子束輻射來進一步固化預固化的(通過常規的固化手段)彈性體標本(尺寸為6英寸X6英寸X6英寸)。標本樣品包括硫固化的 NBR(樣品1和6)；過氧化物固化的HNBR(樣品2和7)；硫/氧化鋅固化的XNBR(樣品3和 8)；填充(SWNT)的硫固化NBR的單壁納米管(樣品4和9)；和填充SWNT的過氧化物固化的 HNBR(樣品5和10)。在320 °F下對硫固化的NBR樣品預固化15分鐘；在320 °F下對過氧化物固化的HNBR樣品預固化45分鐘；并在320 °F下對硫/ZnO固化的XNBR樣品預固化15分鐘。在300 °F下對填充了 SWNT的硫化NBR樣品預固化15分鐘，且裝載2. 82%的SWNT。在 320 對填充SWNT的過氧化物固化的HNBR樣品預固化30分鐘，且裝載6. 39%的SWNT。以指定的固化時間/溫度在熱壓力機中將每個樣品模制為6" X6"板(slab)。從這些板切割啞鈴形標本(或狗骨形標本)。邊對邊均勻地在這些啞鈴形樣品上施加電子束輻射。現參照表1，示出了列出用于樣品1-5的輻射劑量和輻射能量的輻射固化方案。如表1中所示，在固定為3000Kev的輻射能量下將標本樣品1-5暴露于從150kGy至750kGy 的輻射劑量。表 權利要求
1.一種增大用于防噴器的密封件的交聯密度的方法，所述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，以增大所述固化的彈性材料的所述選定部分的交聯密度。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述選定部分容易受到擠壓。
3 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在選擇性地施加之前，確定所述防噴器密封件容易受到擠壓的部分，其中所述選擇性地施加包括選擇性地對所確定的部分施加電子束輻射。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括確定對于到所述防噴器密封件的給定深度的期望交聯密度增大所需的電子束輻射處理。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，確定所述電子束輻射處理包括確定輻射劑量以實現期望的交聯密度的增大。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述輻射劑量的范圍為從約50kGy到約 2000kGy。
7.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，確定所述給定深度包括確定對于所述電子束輻射穿透到所述給定深度所需的電子束能量水平。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述電子束能量水平的范圍為從約50keV 到約 5000keV。
9.一種固化用于防噴器的密封件的方法，所述方法包括 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；和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所述固化的彈性材料的所述部分的交聯密度。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述固化劑包括硫、過氧化物、金屬氧化物、胺或酚醛樹脂中的至少一個。
11.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述選定部分容易受到擠壓。
12.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在選擇性地施加之前，確定所述防噴器密封件容易受到擠壓的部分，其中所述選擇性地施加包括選擇性地對所確定的部分施加電子束輻射。
13.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括確定對于到所述防噴器密封件的給定深度的期望交聯密度增大所需的電子束輻射處理。
14.一種用于防噴器的密封件，包括 彈性本體；以及布置在所述彈性本體內的至少一個剛性嵌件，其中所述彈性本體的一部分具有大于所述彈性本體的其余部分的交聯密度。
15.根據權利要求14所述的密封件，其特征在于，所述彈性本體包括選自丁腈、氫化腈和羧化腈的至少一種腈基彈性體。
16.根據權利要求14所述的密封件，其特征在于，所述彈性本體具有被容納在其中的至少一種填料。
17.根據權利要求14所述的密封件，其特征在于，所述更大的交聯密度是通過電子束輻射實現的。
18.一種防噴器，包括主體，其具有貫通其限定的井眼軸線；和布置在所述主體內并構造成密封所述井眼的填塞單元，其中所述填塞單元包括彈性本體和布置在所述彈性本體內的至少一個剛性嵌件，所述彈性本體的一部分具有大于所述彈性本體的其余部分的交聯密度。
19.根據權利要求18所述的防噴器，其特征在于，所述彈性本體包括選自由丁腈、氫化腈和羧化腈組成的群組的至少一種腈基彈性體。
20.根據權利要求18所述的防噴器，其特征在于，所述更大的交聯密度是通過電子束輻射實現的。
全文摘要
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固化的彈性材料的該選定部分的交聯密度。還公開了固化用于防噴器的密封件的方法、防噴器和用于防噴器的密封件。
文檔編號E21B33/12GK102245854SQ200980150345
公開日2011年11月16日 申請日期2009年11月3日 優先權日2008年12月10日
發明者S·布圖克 申請人:海德里爾美國制造業有限責任公司