JP2979246B2 - 高められた温度サービス用のシール構造物 - Google Patents

高められた温度サービス用のシール構造物

Info

Publication number
JP2979246B2
JP2979246B2 JP3501968A JP50196891A JP2979246B2 JP 2979246 B2 JP2979246 B2 JP 2979246B2 JP 3501968 A JP3501968 A JP 3501968A JP 50196891 A JP50196891 A JP 50196891A JP 2979246 B2 JP2979246 B2 JP 2979246B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
seal
weight
fiber
temperature
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP3501968A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH04505784A (ja
Inventor
アービ，リチァド、イー
カイカ，ジー、スティーヴン
ディサーノ，ロレンツォ、ピー
アルヴァレズ，エデュアルド
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DORETSUSAA IND Inc
HEKISUTO SERANIIZU CORP
Original Assignee
DORETSUSAA IND Inc
HEKISUTO SERANIIZU CORP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DORETSUSAA IND Inc, HEKISUTO SERANIIZU CORP filed Critical DORETSUSAA IND Inc
Publication of JPH04505784A publication Critical patent/JPH04505784A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2979246B2 publication Critical patent/JP2979246B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/02—Surface sealing or packing
    • E21B33/08—Wipers; Oil savers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/02—Surface sealing or packing
    • E21B33/03—Well heads; Setting-up thereof
    • E21B33/06—Blow-out preventers, i.e. apparatus closing around a drill pipe, e.g. annular blow-out preventers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/002—Sealings comprising at least two sealings in succession
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/10—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing
    • F16J15/104—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing characterised by structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S277/00—Seal for a joint or juncture
    • Y10S277/935—Seal made of a particular material
    • Y10S277/944—Elastomer or plastic

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gasket Seals (AREA)
  • Sealing Material Composition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は一般的には圧力シールに関する。１つの態
様において本発明は、少くとも１つの構成部分は高硬度
で高モジユラスの材料で形成され、一方少くとも１つの
他の構成部分はより柔軟で低モジユラスの材料で形成さ
れる多構成部分シールに関する。他の態様においては、
本発明は、油井またはガス井においてその坑井中に液体
を含有するように用いてもよいようなブローアウト防止
器に関する。さらに他の態様において本発明は高められ
た温度およびより低い温度双方における高圧で機能する
多構成部分シールに関する。
発明の背景 さく井、運転および生産工業で用いられるごとく、ブ
ローアウト防止器は、坑井の堀削、操業または修理の場
合出会うかもしれない加圧の状態において液体および／
またはガスを包含し、その流れを制御するよう、ケーシ
ングと磨き棒または管との間の環状の空間をシールする
ため坑井ケーシングに取り付けることができる装置であ
る。同様に、その装置は管と磨き棒または第１の管のよ
り細い管との間の環状空間のシールのために坑井管に取
りつけられる装置である。在来の型のブローアウト防止
器はハウジング内部でお互の方にまたはお互から離れる
ように、動くためにそのハウジングの反対側に装着され
ている１組の対向するラムのついているハウジングで構
成されている。そのラムは手動または自動で、どんな適
当な方法ででも作動し得る。シールブロツクはハウジン
グ中、ラムの端に、取り除けるように連結されている。
そのシールブロツクはかみ合され、坑井ケーシングまた
は管の内面をシールすると共に、その坑井ケーシングま
たは管と同軸で延びている棒または管をシールするよう
に適当な大きさと形とにされている。坑井ケーシングま
たは管中に棒または細い管がない場合、シールはそれを
通しての円筒状開口を残すことなく完全に合うよう設計
し、それによつて坑井ケーシングまたは太い管の全上部
を密封してもよい。
ある環境においては、ブローアウト防止器は高圧と共
に高められた温度で密封を行いそして維持できなければ
ならない。高温で高圧の環境のために商業的に用いられ
る１つのブローアウト防止器は低分子量の懸濁液級のポ
リテトラフルオロエチレンを含浸させたアスベスト布複
合物で形成されたラムシール構成要素を採用している。
このブローアウト防止器は緩和な条件例えば575゜F以
下、1500psig以下では満足に働くがより苛酷な条件では
問題が起り得る。幾つかの蒸気注入井（Steam injectio
n well）や地熱井で出会う600゜Fを越す温度において
は、ポリテトラフルオロエチレンは弗化炭化水素ガスに
分解し、アスベスト繊維と部分的に分解した重合体のび
しよびしよに湿つた塊を残す傾向がある。アスベスト繊
維と弗化炭化水素ガスとに関連する、起り得る環境問題
に加えて、そのシールの損失はその坑井と関連装置にひ
どい損害をもたらし得る。
従つて、本発明の目的は新しい改良されたシール構造
物を与えることにある。高められた温度でものそ完全性
を維持するシールを与えることが本発明の目的である。
本発明の他の目的は高められた温度でと同様により低い
温度で効果的な密封を与えるシール構造物を提供するこ
とにある。本発明のさらに他の目的は密封条件の下に高
められた温度にさらし、それから開いて、より低い温度
条件にまで冷却した後再密封するシール構造物を提供す
ることにある。
発明の要約 高圧で、高められた温度での操作のための源泉シール
に用いるのに適しているシール構造物は、２つの高温シ
ール層間に位置されたより低温シール層を包含する。そ
の高温シール層は72゜Fにおける体積圧縮弾性係数（AST
M D695−85）約500,000〜約2,500,000psiと、線熱膨張
係数温度範囲約75〜300゜Fで約10×10-6〜約20×10-6in
/in/゜Fと、ロツクウエルＡ硬度約55〜約65とを持つこ
とができる。低温シール層は72゜Fの体積圧縮弾性係数
約25,000〜約250,000psiと、熱線膨張係数温度範囲75〜
300゜Fで約５×10-5〜約10×10-5in/in/゜Fとシヨアー
Ｄ硬度約50〜約80を持つ。
高温シール層は好ましくはポリベンワイミダゾール少
くとも40wt％と繊維約15〜約50wt％とを含有する。低温
シール層は好ましくは弗素化された炭化水素の熱可塑性
重合体または弗素化された合成エラストマー少くとも50
wt％を含有する。低温シール層用の、現在好ましい成形
組成物は弗素化共重合体エラストマー50〜95wt％と、粉
末および／または繊維の形のポリベンツイミダゾール５
〜50wt％とガラス繊維、炭素繊維および／またはアラミ
ド繊維０〜35wt％とよりなる。
低温シール層はＴ型の形であり、一方高温シール層の
何れも相補的なＬ型を持つていて円筒型構造物の部分を
形成することができる。高温シール層の材料で形成され
ている円盤状の端末層がそのＴ型を蔽うことができる。
上部および下部保持器と金属製端板とを、ブローアウト
防止器用のラムシールユニツトの円筒形を完成させるた
めに加えることができる。
図面の簡単な説明 図１は坑井ケーシング内に置かれ、配管上に装着され
ているブローアウト防止器の正面図、一部断面図であ
る。
図２は図１のブローアウト防止器の右側ラムシールユ
ニツトの縦断面図であり、左側ラムシールユニツトはそ
れと同じである。
図３は図２のラムシールユニツトの密封面の正面図で
ある。
図４は図３のラムシールユニツトからの、シール構造
物の密封面の正面図である。
図５は密封面に向い合つている、図４のシール構造物
の端の正面図である。
図６は図４のシール構造物の平面図である。
図７は図４のシール構造物の側面図である。
詳細な説明 図１を参照すると、ブローアウト防止器９は地中を下
方に、関心ある地下層まで延びている生産配管10の上端
に装着されている。その生産配管10は坑井ケーシング11
と同軸におかれている。ブローアウト防止器９は垂直に
延びている管部材またはパイプ12と、管部材12を直角に
横切つて十字架を形成する水平に延びる部材13を持つ。
管部材12と13および磨かれた棒14との何れもがそれぞれ
の縦軸に対し直角な面中に円形の断面をもつ。磨かれた
棒14は生産配管10の穴15中におかれ、管部材12の穴16を
通して同軸で延び、そして導管18中のパツキン箱17を通
つてある。環状パツキン箱17は磨かれた棒14と導管18と
の間に液状シールを与えている。導管19がブローアウト
防止器９の下の点で生産配管10に連結され、棒14と管部
材10との間に、環状室15を用いて液伝達させている。導
管20は坑井ケーシング11に連結され、生産配管10と坑井
ケーシング11との間、環状室を用いて液伝達させてい
る。左右のラム駆動ユニツト21と22とは管部材13の対向
端に装着されていて、棒14の縦軸を直角に横切つてい
る、水平線に沿うラムシールユニツトの往復運動に備え
てある。左と右とのラムシールユニツトとラム駆動ユニ
ツトとは同じであるから、右のラムシールユニツトと右
のラム駆動ユニツトのみを説明する。
図１と２と３とを参照すると、右のラムシールユニツ
ト23は水平な縦軸と密封面端に半円筒状の溝24とのある
一般的に円筒形状をもつている。溝24は、両方のラムシ
ールユニツトが閉鎖位置にある場合、２つの交合溝24で
棒14とかみ合つて密封するように、少くとも一般的に
は、棒14の側面隣接部分の半分の外形に対応している。
ラムシールユニツト23は一般にＴ字型の複合材シール構
造物25と上部保持板26と底部保持板27とラム背部板28と
からなる。ラムシールユニツト23の外面部を形成する構
成要素25と26と27と28との縦軸方向に延びた面は円筒状
である。上部保持板26とシール構造物25と背部板28と
は、ねじ切りされている孔29と同軸線上にある孔29と30
と31とを持つていて、その３つの構成要素を一緒にしつ
かり締るつけるための上部肩つきねじを受ける。底部板
27とシール構造物25と背部板28とは、ねじ切りされてい
る孔35と同軸線上にある孔33と34と35とを持ち、底部肩
つきねじ36を受ける。板26と27と28とは通常金属で形成
され、ラム駆動ユニツト22によつてかけられる圧縮と共
に、穴15中で出会う高圧の下でのシール構造物25の形を
保持するようにしている。
背部板28もその後部面に、内部の肩39を形成するよ
う、内部奥の開口38と通じている開口37を持つている。
送りねじ41のねじ切りされている部分は送りねじハウジ
ング43中のねじ切りされた開口42を通してねじ切りされ
たかみ合せ中に延びている。送りねじハンドル44のヨー
ク端はピボツトで、ねじ41のねじ切りされていない外部
端にピン45により連結される。送りねじ41の内部端にお
いては、小さくされた径をもつ、ねじ切りされていない
頸部分46が内部のねじ切りされていない端即ち首部分47
をねじ切りされた部分と連結している。送りねじ41は、
首部分47の頸側が肩39に接することができるようにハウ
ジング43中に位置している。操作する人は、送りねじ41
とハウジング43とのねじ切りされたかみ合せを用いて、
送りねじ41の棒14方向への軸運動させ、それによりラム
シールユニツト23を棒14につけるか、あるいは棒14から
離してそれによりラムシールユニツト23を棒14との接触
から引かせることになる、何れかの方向に送りねじ41を
まわすためにハンドル44を用いることができる。
ラム駆動ユニツト22はハウジング43の径が小さくなつ
ている部分のための開口をもつ端板51を備えている。少
くとも１つの環状パツキングリング52がハウジング43の
中間直径部分の円周を取りまき、管部材13の内面と接触
してひろがつている。パツキンナツト53はハウジング43
の外側にねじ切りされ、軸方向に延びている、径が小さ
くなつている部分とねじ切りされてかみ合つている。Ｕ
字型ヨーク54は開口を通じて管部材13と端板51中に延
び、管部材13中で端板51を動かないようにしている。ハ
ウジング43上でナツト53を端板51に締つけると、ハウジ
ング43の径を大きくした部分をして、パツキン環52を端
板51に押しつけ、それによつて管部材13の内部と外界と
の間に圧力シールを提供する。同様に環状パツキン55
を、パツキン保持器環56とハウジング43中半径方向を内
部に向って延びる環状シヨルダー57との間、送りねじ41
のねじ切りされていない部分の円周を取りまいて位置さ
せる。環56は、ハウジング43の外にねじ切りされてある
外側端とねじ切りされてかみ合わされているパツキンナ
ツト58によつてきつちりとめられている。パツキンナツ
ト58を締めつけることはパツキン55を圧縮し、ハウジン
グ43の内側と外部との間に圧力シールを提供する。ヨー
ク保持器ピン59はヨーク54の端を通じて延び、ヨーク54
を取りはずし出来るようにきちんと締めつける。
図２−７を参照すると、複合材シールユニツト25は、
一般にＬ−字型の上部層61と、一般にＬ−字型の下部層
62と一般にＴ−字型の中央層63と円盤状の後端層64とか
らなる。層61と62とは何れも全ラムシールユニツト23に
より表わされるしつかりした（Solid）円筒の粉より小
さいＬ−字型のセグメントであり、互に他と同一であり
得る。層61と62との何れも、ラムシールユニツト23の縦
軸に、少くとも一般的には並行である第１の平らな脚部
分65,66と、ラムシールユニツト23の縦軸に対し少くと
も実質的に直角である第２の平らな脚部分67,68と、そ
の２つの脚部分の間を連結する曲つた中央部分69,70と
を持つ。中央部分の曲率は実質的に脚部分が接する円筒
の曲率であり得る。一般的にＴ−字型の中央層63は好ま
しくは、溝24の縦軸に対し直角である、ラムシールユニ
ツトの縦軸を通して、面に対して対称的である。中央層
63の外部に面していない外側面は層61と62と64との内面
に当り、それと交合している。ラムシールユニツト23の
縦軸に直角である中央層63の円盤状部分71の直径は、円
盤状後端層64の直径並に脚67と68との外側円筒状表面で
表わされる円盤状環の相当する外径よりはやや大きい。
中央層63の密封面端部分72はまた層61と62との密封面端
を越えて延びていることもできる。中央層63のこれらの
突出部は、中央層63のより柔軟で弾力のある材料の、密
封関連においてそれが接する面のより大きい順応を可能
にさせる。中央層63の突出部の縁端は、好ましくは溝が
堀られている。
中央層63は比較的低い温度で効果的な密封作用を与え
られる柔軟で、比較的弾力のある材料で形成され、一方
層61と62と64とは高められた温度と圧力、例えば約3000
psiまでで約700゜Fまでで効果的密封作用を与えること
ができる、より堅く弾力性の少い材料で形成される。
一般的に、層61と62と64とのための材料は72゜Fでの
体積弾性係数（ASTM D695−85）約500,000〜約2,500,00
0psi、好ましくは約600,000〜1,100,000psi、温度75〜3
00゜Fの範囲で線熱膨張係数（熱機械分析thermal mecha
nical、analysis）約10×10-6〜約20×10-6in/in/゜F、
温度範囲390〜570゜Fで約10×10-6〜約25×10-6in/in/
゜F、そしてロツクウエルＡ硬度約55〜約65を示すこと
が希ましい。常用500゜F以上では、層61と62と64とのた
めの体積弾性係数は少くとも、550゜Fで180,000psiで、
650゜Fで少くとも100,000psiであることが希ましい。常
用たつた500゜F以下には、材料は所望の運転温度で適当
な体積弾性係数を持つべきである。
一般に、中央層63用の材料は72゜Fでの体積弾性係数
（ASTM D695−85）約25,000〜約250,000psi、好ましく
は約100,000〜約200,000psi、線熱膨張係数（熱機械分
析）温度範囲75〜300゜Fで約５×10-5〜約10×10-5in/i
n/゜F、温度範囲300〜400゜Fで約７×10-5〜約12×10-5
in/in/゜F、シヨアーＤ硬度約50〜約80を持つことが希
ましい。
高温シール構成要素61と62と64とのためにはどんな適
当な材料でも用いることができるが、現在ではこれら構
成要素は少くとも１つのポリベンツイミダゾールから形
成するのが好ましい。ポリベンツイミダゾールは例えば
芳香族テトラアミンと、芳香族または複素環式ジカルボ
ン酸のジフエニルエステルまたは酸無水物との、１段ま
たは２段法での融解重合によつて製造できる。ポリベン
ツイミダゾールはまた融解重合法で、フエニルエステル
または酸無水物よりはむしろ遊離のジカルボン酸または
その酸のメチルエステルから製造することもできる。現
在好ましいポリベンツイミダゾールは次の構造式 （この式で、Ｒは芳香族核の隣りの炭素原子と結合する
ベンツイミダゾール環を形成する窒素原子を持つ４価の
芳香族核であり、Ｒ′は芳香族環、アルカリ族または複
素環式環例えばピリジン環とピラジン環とフラン環とキ
ノリン環とチオフエン環とピラン環とである）で表わさ
れる反復単位をもつ。現在好ましいポリベンツイミダゾ
ールはポリ−2,2′−（ｍ−フエニレン）−5,5′−ビベ
ンツイミダゾールである。
ポリベンツイミダゾール樹脂は適当な方法で成形でき
るが現在好ましい技術は文献によりここに編入されてい
るWardらの米国特許第4,814,530号で公開されている焼
結法である。商標CELAZOLE U−60の下にHoechst Celane
se社のPBI製品部門で販売されている、充填剤のない、
生のポリ−2,2′−（ｍ−フエニレン）−5,5′−ピベン
ツイミダゾールから成形した構成要素に関する典型的な
性質には、引張り強さ（ASTM D638）23,000psi、引張り
係数（ASTM D638）850,000psi、圧縮強さ（ASTM D695）
10％歪みで50,000psi、曲げ強さ（ASTM D790）32,000ps
i、曲げ弾性率（ASTM D790）950,000psi、線熱膨張係数
温度範囲75〜300゜Fで13×10-6in/in/゜F、温度範囲390
〜570゜Fで18×10-6in/in/゜F、シヨアーＤ硬度99、ロ
クツウエルＡ硬度約55〜約65、体積弾性係数（ASTM D69
5）室温で900,000psi、550゜Fで500,000psi、650゜Fで3
50,000psiを包含している。
他の適当な樹脂をポリベンツイミダゾールに混合でき
るが、高温シール構成要素61と62と64との形成のために
採用した成形組成物全量の少くとも約40wt％、好ましく
は少くとも約50wt％、更に好ましくは約60wt％をポリベ
ンツイミダゾールで構成するのが望ましい。その高温シ
ール構成要素用の成形組成物中に非樹脂性の添加物を用
いることもでき、それは一般的には、全成形組成物の50
wt％以下、好ましくは45wt％以下、より好ましくは40wt
％以下を構成する。
適当な混合樹脂には、弗素化された炭化水素と弗素化
された合成エラストマーに基く高分子量の熱可塑性単独
重合体および共重合体が含まれる。その弗素化された炭
化水素は一般には１分子当り２〜10個の炭素原子を持
ち、好ましくは完全に弗素化されていて、例として、ク
ロロトリフルオロエチレンとテトラフルオロエチレンと
ヘキサフルオロプロピレンとオクタフルオロブテンと過
フルオロヘキセンと過フルオロデセンなど、およびそれ
らの２つまたはそれ以上の混合物が含まれる。現在好ま
しい熱可塑性材料は平均分子量約500万〜1000万を持
ち、本質的に構造式CF2−CF2で表わされる反復モノ
マー単位よりなる高分子量重合体例えばポリテトラフル
オロエチレンである。
弗素化された合成エラストマーには弗化炭化水素類と
弗化シリコーン類と弗化アルコキシホスフアゼン類とが
含まれ、常用450゜F以上では弗化炭化水素エラストマー
類が弗化シリコーン類や弗化アルコキシホスフアゼン類
より好ましい。弗化炭化水素エラストマー類は一般に１
分子当り炭素原子２〜10個を持つ、弗素化されているオ
レフイン炭化水素および／または１分子当り炭素原子３
〜10個をもつ、弗素化されたアルキルビニルエーテルの
共重合体である。弗化エラストマーの形成において、コ
モノマーとして、１分子当り炭素原子２〜10個をもつオ
レフイン炭化水素を用いることができる。弗化炭化水素
エラストマーの例は、弗化ビニリデンとヘキサフルオロ
プロピレンとの共重合体と、弗化ビニリデンとヘキサフ
ルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンとの共重合
体と、弗化ビニリデンとテトラフルオロエチレンと過フ
ルオロメチルビニルエーテルとの共重合体と、テトラフ
ルオロエチレンと過フルオロメチルビニルエーテルとの
共重合体と、弗化ビニリデンとクロロトリフルオロエチ
レンとの共重合体と、弗化ビニリデンと１−ヒドロペン
タフルオロプロピレンとの共重合体と、弗化ビニリデン
と１−ヒドロペンタフルオロプロピレンとテトラフルオ
ロエチレンとの共重合体と、弗化ビニリデンとクロロト
リフルオロエチレンとの共重合体と、プロピレンとテト
ラフルオロエチレンとの共重合体とが含まれる。現在好
ましい弗化エラストマーは、平均分子量約150,000〜約3
00,000を持つ、テトラフルオロエチレンと、Ｒが炭素原
子１〜４個をもつ過フルオロアルキル基である、構造式
CF2＝CF−ORで表わされる過弗素化されているビニルエ
ーテルとの共重合体である。
ポリベンツイミダゾールと混合できる他の重合体材料
には芳香族ポリイミド類とポリアリーレンケトン類と芳
香族ポリエステル類と芳香族ポリアミド類とポリ（アリ
ーレンスルフイド）類とが含まれる。好ましくは結合の
少くとも約50％、更に好ましくは結合の少くとも85％が
芳香族基を含有する。完全に芳香族ポリイミドは相当数
の脂肪族結合を含有するポリイミドより一般にはより大
きい耐熱性を持ち、それ故高温環境には好ましい。同様
に、芳香族ポリアミドは脂肪族−芳香族ポリアミドまた
は脂肪族−脂肪族ポリアミドより非常に大きい熱安定性
を持つから、そのような重合体はジアミン単位とジ塩基
単位との両方においてアミド結合の少くとも85％が芳香
族性であるのが好ましい。適当な重合体にはポリイミド
とポリアミド−イミドとポリエーテル−イミドとポリイ
ミドスルホンとポリエーテルケトンとポリエーテルエー
テルケトンとポリエーテルエーテルケトンケトンとポリ
エーテルケトンケトンとポリ（フエニレンスルフイド）
とポリスルホンとポリエーテルスルホンとその何れか２
つまたはそれ以上の混合物が含まれる。
熱と圧力との下での重合体流れを減少させるための、
粘弾性改質繊維の混在は、特にその繊維の長さが約1/3
2″〜約３″の範囲、そして繊維径が約50〜約300μの範
囲にある場合は有利であると考えられる。そのようなス
テープル繊維の現在好ましい長さは約1/32″〜約1/4″
の範囲にある。しかし、ステープル繊維の代りに、ある
いはそれに加えて連続フイラメントを用いることもでき
る。何れの適当な繊維も用いられるが、ガラス繊維と炭
素繊維とアラミド繊維とスルフオン化ポリベンツイミダ
ゾール繊維とが一般には好ましい。引張り係数約2000万
〜約6000万psi、密度約0.06〜約0.08lb/in3、呼び長さ
約1/32″〜約３″、好ましくは約1/32″〜約1/4″、径
約140μ以下の炭素繊維が有用である。スルホン化ポリ
ベンツイミダゾール繊維は一般に、呼び長さ約1/32″〜
約３″、好ましくは約1/32″〜約1/4″、径約50〜約300
μを持つている。アラミド繊維の長さは一般に約1/32″
〜約３″、好ましくは約1/32″〜約1/4″である。現在
好ましい繊維は呼び長さ1/8″、実長1/32″〜1/4″、径
約140μで、少くとも実質的には如何なる仕上げ剤また
はサイジング剤も含まれていないＥガラス、ソーダ石灰
型ガラスの羊毛状破砕繊維（floccular milled fiber）
である。そのガラス繊維は樹脂との凝集の改良のため、
何らかの熱的に安定なカツプリング剤、例えばチタン、
珪素および／またはジルコンを基にした三官能または四
官能有機カツプリング剤で処理することができる。用い
る場合、成形組成物中の繊維濃度は一般に、全成形組成
物の約15〜約50wt％、好ましくは、高温シール構成要素
用の成形組成物全体の約30〜35wt％である。用いること
のできる他の添加物には無機充填剤と熱安定剤とが含ま
れ。
中央層63のためにはどんな適当な材料も用いることが
できるが、弗素化されているモノマーの重合体が特に有
利であると考えられる。これらには弗素化されたオレフ
イン炭化水素に基く高分子量熱可塑性単独重合体並に共
重合体が含まれる。弗素化されたオレフイン炭化水素は
一般に一分子当り炭素原子２〜10個を持ち、好ましくは
完全に弗素化されている。例にはクロロトリフルオロエ
チレンとテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロ
ピレンとオクタフルオロブテンと過フルオロヘキセンな
どとそられの２つまたはそれ以上の混合物がある。現在
好ましい熱可塑性材料は本質的に構造式CF2−CFで
表わされる繰返しモノマー単位よりなる高分子量重合
体、例えば平均分子量約500万〜約1000万のポリテトラ
フルオロエチレンである。
弗素化された合成エラストマーには弗化炭化水素類と
弗化シリコーン類と弗化アルコキシホスフアゼン類とを
含み、常用450゜F以上の温度では、弗化炭化水素エラス
トマーが弗化シリコーン類と弗化アルコキシホスフアゼ
ン類より好ましい。弗化炭化水素エラストマーは一般に
１分子当り炭素原子２−10個を持つ弗素化されたオレフ
イン炭化水素と／または１分子当り炭素原子３〜10個を
持つ弗素化されたアルキルビニルエーテルの共重合体で
ある。１分子当り２〜10個の炭素原子を持つオレフイン
炭化水素をフルオロエラストマー形成におけるコモノマ
ーとして用いることができる。弗化炭化水素エラストマ
ーの例には弗化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレン
との共重合体と弗化ビニリデンとヘキサフルオロプロピ
レンとテトラフルオロエチレンとの共重合体と、弗化ビ
ニリデンとテトラフルオロエチレンとパーフルオロメチ
ルビニルエーテルとの共重合体と、テトラフルオロエチ
レンと過フルオロメチルビニルエーテルとの共重合体
と、弗化ビニリデンとクロロトリフルオロエチレンとの
共重合体と、弗化ビニリデンと１−ヒドロペンタフルオ
ロプロピレンとの共重合体と弗化ビニリデンと１−ヒド
ロペタフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンと
の共重合体と弗化ビニリデンとクロロトリフルオロエチ
レンとの共重合体と、プロピレンとテトラフルオロエチ
レンとの共重合体とを含む。現在好ましいフルオロエラ
ストマーはテトラフルオロエチレンと、Ｒが炭素原子１
〜４個を持つ過フルオロアルキル基である構造式CF2＝C
F−ORを持つ過弗素化ビニルエーテルとの、平均分子量
約150,000〜約300,000を持つ共重合体である。
ポリベンツイミダゾール、好ましくは粉末および／ま
たは繊維の形のポリベンツイミダゾールを弗素化されて
いる重合体と混合して、中央層63用の成形組成物を形成
させることができる。粉末にされたポリベンツイミダゾ
ールは一般に粒子寸法約５〜約300μ、好ましくは約50
〜約150μを持つ。長さ1/32″〜1/4″、径約50〜約300
μを持つポリイミダゾール繊維は好ましくは硫酸処理さ
れる。
中央層63を形成するために弗素化されているモノマー
の重合体と混合できる他の重合体材料には、芳香族ポリ
イミド類とポリアリーレンケトン類と芳香族ポリエステ
ル類と芳香族ポリアミド類とポリ（アリーレンスルフイ
ド）類とが含まれる。好ましくは結合の少くとも約50
％、更に好ましくは結合の少くとも85％が芳香族基を含
有する。完全な芳香族ポリイミドは一般に、相当数の脂
肪族結合を含有するポリイミドより大きい耐熱性を持
ち、それ故高温環境には好ましい。同様に芳香族ポリア
ミドはジアミン単位とジ塩基単位との両方の中で好まし
くは少くとも85％のアミド結合で芳香族性である。適当
な重合体にはポリイミドとポリアミド−イミドとポリエ
ーテル−イミドとポリイミドスルホンとポリエーテルケ
トンとポリエーテルエーテルケトンとポリエーテルエー
テルケトンケトンとポリエーテルケトンケトンとポリ
（フエニレンスルフイド）とポリスルホンとポリエーテ
ルスルホンとそれらの何らか２つまたはそれ以上の混合
物が含まれる。
中央層63を形成するために、如何なる適当な樹脂も弗
素化されたモノマーの重合体と混合し得るが、弗素化さ
れた重合体は、一般に中央層63の形成に用いられる全成
形組成物の少くとも約40wt％、好ましくは少くとも約50
wt％、更に好ましくは少くとも約60wt％を含む。非樹脂
添加物も中央層63用の成形組成物に用いることができる
が、一般に中央層63用の全成形組成物の50wt％以下、好
ましくは45wt％以下、更に好ましくは40wt％以下をな
す。
熱と圧力との下で寸法安定性を与えるため、中央層63
用の成形組成物中への粘弾性改質材繊維の包含は特に有
利である。そのような繊維にはスルホン化されたポリベ
ンツイミダゾール繊維とガラス繊維と炭素繊維とアラミ
ド繊維とその何れの２つまたはそれ以上の混合物が含ま
れる。ガラス繊維は好ましくは、長さ約1/32″〜約1/
4″、径約50〜約300μで、少くとも実質的にはどんな仕
上剤またはサイジング剤も含まないＥガラスの羊毛状に
粉砕された繊維である。そのガラス繊維は、ガラス繊維
と樹脂との間の凝集を改良するため、何れかの熱的に安
定なカツプリング剤で処理することができる。好ましい
炭素繊維は引張り係数約2000万〜約6000万psi、密度約
0.06〜約0.08lb/in3、呼び長さ約1/32″〜約1/4″、径
約140μ以下を持つ。成形組成物はまた熱的および／ま
たは機械的性質増強のため他の添加物例えば無機添加物
と熱安定化剤と圧縮張さ増強剤を含有させることができ
る。現在好ましい充填剤にはシリカとアルミナとシリカ
−アルミナとニツケルとクロムと炭化チタンなどとそれ
らの何れか２つまたはそれ以上の混合物を含む。
現在好ましい、中央層63用の成形組成物は一般に 過フルオロ重合体 約50〜100wt％と ポリベンツイミダゾール粉末および／または繊維
０〜約50wt％と ガラス繊維、炭素繊維および／またはアラミド繊維
０〜約50wt％と 無機充填剤 ０〜約10wt％と 熱安定化剤 ０〜約10wt％と を含有し、更に好ましくは 過フルオロ重合体 約60〜約95wt％と ポリベンツイミダゾール 約５〜約40wt％と ガラス繊維、炭素繊維および／またはアラミド繊維
０〜約35wt％と 無機充填剤 約0.01〜約5wt％と 熱安定化剤 約0.01〜約5wt％と を含有する。ポリベンツイミダゾール粉末および／また
は繊維は生の樹脂でることができるが、繊維は好ましく
はスルホン化されている。この成形組成物はまた、望ま
しくは少くとも１つの有機金属カツプリング剤を含有す
る。
例 Ｉ シール材料として使う複数の候補品を実験用高温試験
用具内で試験した。内向きに先狭りになる円すい台形端
面を持つ環状の試験シール部材の形の候補材料は２個の
保持リングの間に位置させた。各保持リングはそれぞ
れ、試験シール部材の端面に組合う外向きに広がる円す
い台形端面を持つ。シール部材−リングアセンブリは、
リング及びシール部材の内径に対応する外径を持つ円筒
形心棒のまわりに位置させた。この心棒は、下側のリン
グを当てがつた拡大肩部を備えていた。この心棒は試験
シール部材の外径に対応する内径を持つ溜め環状壁内に
同軸に位置させた。試験シール部材及び保持リングの各
内径は実質的に同じであるが、保持リングの外径は試験
シール部材の外径よりわずかに小さかつた。環状の下部
部分を持つピストンは閉じた溜めの上端部を貫いて延び
ていた。ピストンの環状下部部分の内径は、心棒の上部
部分の直径より大きく保持リングの外径より小さくて、
このピストンは上部保持リング及び試験シール部材に下
向きの力を加えて試験シール部材を心棒及び環状の溜め
壁の間に圧縮した。この溜め内には心棒肩部の下方に水
を入れた。第１の圧力計は溜めの内部に下部保持リング
の下方で通じているが、第２の圧力計は溜めの内部に上
部保持リングの上方に通じていた。各試験シール部材は
軸線方向長さが約2.3in、内径が約2.9in、外径が約4in
であつた。各円すい台面は、試験シール部材の縦方向軸
線に対し45゜及び135゜の角度を挾んで傾斜していた。
第１の試験シール部材は、生のポリベンズイミダゾー
ルから焼結成形した。溜めの下部部分は2500psigで水を
満たした。55,000lbの下向きの力を、試験装置は75゜F
に保つてピストンに加えた。試験シール部材のまわりに
はゆるやかな水漏れがあつた。若干の水を除き溜めをふ
たたび閉じた。溜めは、試験シール部材のまわりに蒸気
の漏れを伴わないで240hrにわたり650゜Fに保つた。試
験装置から取出した後、試験シール部材は削られた縁部
から伝わる軸線方向亀裂を持つことが観察されたが、試
験シール部材の流れ出しを生じなかつた。すなわちこの
ポリベンズイミダゾールシール部材は650゜Fでシールと
して有効であるが75゜Fでは適当な密封作用を生じなか
つた。
試験シール部材の内面には２条の円周方向みぞを機械
加工し、又試験シール部材の外面には１条の円周方向み
ぞを機械加工した。このようにして修正した試験シール
部材は75゜Fでふたたび圧力試験した。しかし密封はで
きなかった。
第２の試験シール部材はポリベンズイミダゾール及び
ポリエーテルケトンの配合物であつた。このシール部材
は、ピストンに17,500lbの力を加えたときに75゜Fで250
0psigの水を保持した。しかし試験シール部材の押出し
によつて640゜Fで密封ができなかつた。
生のポリエーテルエーテルケトンから形成した第３の
試験シール部材は室温で又は200゜Fで50,000lbの力を加
えても漏れ止めができなかつた。
325゜F及び50,000lbの付与圧力でシール部材の極めて
大きいたわみを生じ、2,500psiに対し漏れ止め状態が保
持された。しかし428゜Fではこのシールは漏れ始め、温
度を高めた試験は継続されなかつた。
ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオルエ
チレン及び炭素繊維から形成した第４の試験シール部材
は75゜Fで30,000lbの付与力では漏れ止めができなかつ
たが、75゜Fで50,000lbの付与力では2500psiに対し密封
ができた。温度はわずかに3hrにわたり75゜Fから585゜F
に高め、3.5hr後に試験を止めた。この試験シール部材
はすきまを経て完全に流れ出た。
60重量％のポリテトラフルオルエチレン及び40重量％
のグラフアイトから形成された金網支えで支えた第５の
試験シール部材は室温で7,500lbの付与力で2,500psiに
対し密封作用が得られた。次いでこの試験シール部材は
650゜Fで168hrにわたり評価した。このシール部材は、
その大部分で金網支えを経て流れ出たので試験ができな
かつた。
例 II 吹出し防止器シール材として使う種種の候補品を低温
及び650゜Fの蒸気環境における密封性能に対し1 1/4in
のラムを持つ工業用寸法のＴ字吹出し防止器で試験し
た。この吹出し防止器は長さ26in、内径4inのケーシン
グスタブ溜めの形の水−蒸気溜めに取付けた。このケー
シングスタブ溜めには、吹出し防止器の直下に位置させ
たＪ型熱電対により計測するケーシングスタブ溜め内部
の温度に応答してオメガ（Omega）GN3P型比例温度制御
器により作動する４個のバツド加熱器を設けてある。水
−蒸気溜め及び吹出し防止器はセラミツク繊維ブランケ
ツトにより絶縁した。ケーシングスタブ溜めには、弁、
圧力計及びその他の弁を備えた導管を介してスプレイグ
（Spragne）圧力ポンプを連結した。第２の圧力計及び
２個の弁を備えた蒸気逃がし導管はラムの上方で吹出し
防止器に連結した。磨き棒は吹出し防止器を貫いて下方
に延びていた。
各候補材料から１対のラムシールを形成した。この対
は吹出し防止器に取付けた。ケーシングスタブ溜めの底
部に所定量の水を入れた。これ等のラムは磨き棒のまわ
りで閉位置に作動し、逃し導管の各弁を閉じ、吹出し防
止器を75゜Fで2500psigまで圧力試験した。吹出し防止
器以下の圧力はポンプ導管の圧力計により監視すると共
に、逃がし導管内の圧力計により漏れを検出した。密封
ができると、圧力計の上流側のポンプ導管の弁を閉じる
ことにより、2hrにわたり圧力を保つた。
高い温度試験で、温度制御器を作動しケーシングスタ
ブ溜め内の温度を所望の値に高めこの温度を±10゜F以
内の値に保持するようにした。蒸気浸漬を使う試験で
は、ポンプ圧力計の下流側の弁を開き他の３個の弁を閉
じると共に、吹出し防止器ラムは開位置にして指示され
た時限にわたり溜め内に650゜Fの蒸気を保持した。次い
でラムを閉じ、吹出し防止器の頂部を大気に開放し次い
でふたたび閉じた。溜めは、72hrにわたり650゜F約2250
psigに保持し、逃がし管路内の圧力計により漏れを測定
した。吹出し防止器がこの第１サイクルを過ぎると、こ
の試験アセンブリはラムシールを密閉して75゜Fに冷却
し、各シールを熱収縮を補償するようにふたたび締付
け、サイクルをさらに２回又は密封の破れが生ずるまで
反復した。候補のラムシール及び試験結果の説明は次の
表Ｉに記載してある。
１ 各部分は受入れたときに中央部に小さなひび割れを
生じた。
２ 遅い漏れ ３ 200゜Fにおいて ４ PBIは生ポリ−2,2′（ｍ−フエニレン）−5,5′−
ビベンズイミダゾール PBI−Ａは一層穏やかな条件のもとで成形したPBIであ
る。
PBI−Ｂは一層低い圧力一層低い温度で成形したPBIで
あり、次いで成形品を空気圧力で熱処理した。
PBI−Ｃは長さ約1/8inの30重量％のガラス繊維を持つ
PBIである。
PBI−ＤはPBIとふつ素化合成エラストマー及び高弾性
率の炭素繊維の配合物である。
PFP−Ａはポリテトラフルオロエチレンである。
PFP−Ｂは、テトラフルオロエチレン及びペルふつ素
化ビニルエーテルの約60重量％の共重合体と、PBI粉末
及びPBI繊維の形の約40重量％のPBIとの配合物である。
PFP−Ｃは、テトラフルオロエチレン及びペルふつ素
化ビニルエーテルの約60重量％の共重合体と、PBI粉
末、PBI繊維、炭素繊維及び鉱物質充てん剤から成る約4
0重量％の充てん剤との配合物である。
PFP−Ｄは、テトラフルオロエチレン及びペルふつ素
化ビニルエーテルの約60重量％の共重合体と、PBI粉
末、PBI繊維及び鉱物質充てん剤から成る約40重量％の
充てん剤との配合物である。
CGは圧縮グラフアイトである。
生ポリ−2,2′−（ｍ−フエニレン）−5,5;−ビベン
ズイミダゾール製部材は、極めて高い弾性率を持ち「低
温密封」を行うのに73゜Fではたわむことができなかつ
た。従つて650゜Fの蒸気試験は実施されなかつた。ポリ
ベンズイミダゾールの外部支えを持つ圧縮したグラフア
イト心から成るシールは、低温の650゜Fの蒸気試験で信
頼性の低いことを示した。しかしこれ等の２成分から成
るシールの１つは蒸気中で168hrにわたり作動し漏れを
生じなかつた。しかし圧縮グラフアイトは、圧力−温度
がこの材料を強化し弾性率を引続く塑性変形ができない
値まで増すから、１サイクルに対してだけしか良好でな
い。
ポリベンズイミダゾール部材は、これ等のシール部材
を密封に先だつて48hrにわたり開放した露出位置に保持
したときに650゜Fの蒸気により可塑化するように見え
た、磨いた棒に接触するポリベンズイミダゾール片はす
きま内に著しく流れ出た。しかし蒸気から保護されるシ
ール部材の縁部及び後部のポリベンズイミダゾールはわ
ずかな軟化及び流出だけしか示さなかつた。
例 III １連の吹出し防止器ラムシールを油生産を高めるよう
に蒸気処理する油田の条件のもとで評価した。各油井W1
ないしW5には、ラムシールの構造に関してだけ異なる第
１図に例示したような吹出し防止器を設けた。各吹出し
防止器の２個のラムシールは互いに同じであつた。次い
で開いた吹出し防止器及び油井ケーシングを経て第１の
時限にわたり油含有地下層内に蒸気を噴出した。次いで
この蒸気噴出を止め蒸気を含んだ地層を「蒸気浸漬」の
状態にした。次でこの油井は第３の時限で生産状態にし
た。通常開位置にある吹出し防止器は、場合により手動
で閉位置に作動され吹出し防止器シールの有効性に関し
観察を行つた。試験したラムシール構造の形式は次の通
りであつた。
シール形式 各ラムシール構造の説明 A1 室温で約900,000psi、550゜Fで約500,000psi又650
゜Fで約350,000psiのASTM D695圧縮弾性率と、75ないし
300゜Fの温度範囲に対し約13×10-6in/in/゜F又は390な
いし570゜Fの温度範囲に対し18×10-6in/in/゜Fの線熱
膨張係数と、約99のシヨアＤ硬さと、55ないし65の処理
のロツクエルＡ硬さとを持つ生ポリベンズイミダゾール
から単一製品を焼結成形した。
A2 第２図ないし第７図に示すような４個の部品 ３個の各支え部材61、62、64はA1の場合と同じポリベ
ンズイミダゾール樹脂から焼結成形した。この樹脂に15
重量％のポリベンズイミダゾールのスルホン化繊維を加
え、これ等の繊維の長さは1/32ないし1/8inの範囲であ
つた。これ等の部材はロツクウエルＢ硬さが90であつ
た。心部材63は、テトラフルオルエチレン及びペルフル
オルアルキルビニルエーテルから成り室温で約180,000p
siのASTM D695圧縮弾性率と、75ないし300゜Fの温度範
囲に対し約８×10-5in/in/゜F又300ないし400゜Fの温度
範囲に対し約10×10-5in/in/゜Fの線熱膨張係数と、50
ないし80のショアＤ硬さとを持つポリフルオルカーボン
エラストマー共重合体から成形した。
A3 第２図ないし第７図に示したような４部品 ３個の各支え部材61、62、64はA1の場合と同じポリベ
ンズイミダゾール樹脂から焼結成形した。この樹脂に1/
32ないし1/4inの範囲の長さを持つ30重量％のＥガラス
繊維を加えた。支え部材は、室温で約1,250,000psiのAS
TM D695圧縮弾性率と、75ないし300゜Fの範囲に対し約1
3.6×10-6in/in/゜F又390ないし570゜Fの範囲に対し12.
4×10-6in/in/゜Fの線熱膨張係数と、約55ないし約65の
ロツクウエルＡ硬さとを持つていた。心部材63はA2の心
部材と同じ材料であつた。
A4 第２図ないし第７図に示した４個の部品 ３個の各支え部材61、62、63を、ポリベンズイミダゾ
ールと、テトラフルオルエチレン及びペルふつ素化ビニ
ルエーテルの共重合体と、1/32inないし1/4inの範囲の
長さ及び約140μの直径を持つ高弾性率炭素繊維と、1/3
2inないし1/8inの範囲の長さを持つ1.5デニール／フイ
ラメントのスルホン化ポリベンズイミダゾール繊維とか
ら成る混合物から焼結成形した。心部材63はA2の心部材
と同じ材料から成つていた。
A5 ガラス繊維を含むポリテトラフルオルエチレンから
形成した単一製品 A1形シールを100％の生の非充てんPBIから作つた。こ
の材料の密封性の不足によりこの材料の高い弾性率に打
勝つのに強い力が必要になる。これ等の力はBOPラムの
正規の閉鎖中には存在しない。従つて100％の生の非充
てん成形PBIは単一の組成のBOP密封用に使うには不適当
であると考えられた。
A5形の強化ポリテトラフルオルエチレンシールの流れ
出しは、磨き棒区域の各側で扁平な密封面で認められ
た。流れ出しは各A5形シールの頂縁部及び底縁部に沿つ
て生じた。１つのA5形シールは浸食及びはがれにより一
方の側から材料の若干の損耗を示した。
現場における吹出し防止器からの取出し時のA2、A3及
びA4形の各シールの初期の試験では、支え材料の流れ出
しがこれ等の３個のシールで生じたことを示した。この
流れ出しの量はシールにより変るが、３個全部のシール
で頂部支え部材の流れ出しが一層著しかつた。３個全部
のシールで差動的な量の流れ出しにより密封面を横切つ
て各別の角度を生じた。
成形寸法としての試験前寸法に対し試験後の寸法を比
較することにより、頂部及び底部の支え及び心の大きさ
に変化の生じていることを確認した。長さ及び厚さの増
加を指示した。これ等の変化の大きさは次の通りであつ
た。
上記の表３から３個全部のシールは厚さ及び長さの増
加を示し、最大長さの増加は頂部支えに生じた。全部の
シールに対し基部直径の減少を示した。計測により、支
えの差動的流れ出しと共に若干の膨潤が使用中に生じて
いたことを示す。
支えの大きさの全増加を示したが、心の長さ、厚さ及
び直径のずかな減少が示される。A2シールからの１個の
心だけが長さの増加を示し他の寸法は減小を示した。実
際の計測寸法及び差は次の表４に要約してある。
現場試験の主な目的の１つは、樹脂質組成材料の高温
の安定性について情報を集めることであつた。樹脂質組
成材料の若干の流れ出し及び膨潤が生じたが、初期の観
測では、材料配合体の化学的破損の生じていないことを
示した。A2、A3及びA4形のシールから取つた試料にTGA
分析を行つた。これ等のTGAこん跡の利用可能データに
対する比較では、各材料の化学組成に現場試験中に変化
があまり生じていないことを示した。
A2材料の心は一方の側の切削された浸食みぞと応力ひ
び割れとを含むが、A3及びA4形シールの中央の心の密封
面は著しく良好な状態にあつた。若干の寸法変化が生じ
ているが、密封面は損傷を受けていなくて、もとの「成
形」された面取り線がなお見えた。
物理的性質の低下と合わせて材料の著しい劣化は示さ
れなかつた。しかし、支え及び心の両材料の膨潤及び流
れ出しは異なる方式で生じ全部の場合に頂部支え部材に
最大量の流れ出しが生じた。密封面の移動を補償するに
は若干の流れ出しが望ましい。支え部材のこの差動的流
れ出しと共に、ラムの若干の上昇又は傾斜が圧力のもと
に生じた。このことは密封面を横切つて形成されるテー
パ又は角度により示された。これ等の現象が生ずること
により、現場試験中に３個全部の形式のシールでは支え
が圧力保持シールの形成に役立つと考えられた。
本発明を吹出し防止器用シールについて述べたが、本
発明は、他の形式の油井ヘツドシール、たとえば管と同
軸に位置するポンプロツドとの間の輪形すきまをふさぐ
のに２個のＣ字形シール部材を衝合関係に位置させたパ
ツキン箱シールに対し応用できる。各Ｃ字形シール部材
は少なくとも３層を備え、上部層及び下部層は高温シー
ル材料から形成され中間層は一層低い温度のシール材料
から形成してある。Ｃ字形シール部材は吹出し防止器の
場合と同様にロツドの縦方向軸線に直交するのでなくて
この縦方向軸線に平行に圧力を受けることができる。本
発明は種種の形式のさく井、たとえば地熱井戸、油井、
蒸気噴射井戸、水力選鉱用井戸等に使うことができる。
以上本発明をその実施例について詳細に説明したが本
発明はなおその精神を逸脱しないで種種の変化変型を行
うことができるのはもちろんである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アービ，リチァド、イー アメリカ合衆国テクサス州75116、ダン カンヴィル、フラミンゴゥ・ウエイ 507番 (72)発明者 カイカ，ジー、スティーヴン アメリカ合衆国テクサス州76120、フォ ート・ウァース、アーバ・ヒル・ドライ ヴ 7544番 (72)発明者 ディサーノ，ロレンツォ、ピー アメリカ合衆国テクサス州77345、キン グウッド、スプリング・マナ・ドライヴ 3419番 (72)発明者 アルヴァレズ，エデュアルド アメリカ合衆国テクサス州77066、ヒュ ースタン、カラニアル・トレイル 11342番 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) E21B 33/00 - 33/08

Claims (33)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】高められた温度で効果的な密封作用を与え
    るための、間隔をあけられている第１と第２の高温シー
    ル層と、前記の高められている温度以下の温度で効果的
    な密封作用を与えるための低温シール層とからなり、前
    記の低温シール層は前記の第１と第２の高温シール層の
    間に位置され、 前記の第１と第２の高温シール層の何れもが、72゜Fに
    おける体積弾性係数（ASTM D695−85）約500,000〜約2,
    500,000psiと、温度75〜300゜Fの範囲で線熱膨張係数約
    10×10-6〜20×10-6in/in/゜Fと、ロツクウエルＡ硬度
    約55〜約65とを持ち、 前記低温シール層が、72゜Fにおける体積弾性係数（AST
    M D695−85）約25,000〜約250,000psiと、温度75〜300
    ゜Fの範囲で線熱膨張係数約５×10-5〜約10×10-5in/in
    /゜Fと、シヨアーＤ硬度約50〜約60とを持つ、 高圧と高められた温度を持つ源泉シール中で用いるため
    に適当なシール構造物。
  2. 【請求項２】前記第１と第２の高温シール層の何れもが
    体積弾性係数550゜Fで少くとも180,000psiで、650゜Fで
    少くとも100,000psiを持つ、前項（１）に記載のシール
    構造物。
  3. 【請求項３】前記第１と第２の高温シール層の、72゜F
    における体積弾性係数が約600,000〜約1,100,000psiで
    ある、前項（２）に記載のシール構造物。
  4. 【請求項４】前記第１と第２との高温シール層の線熱膨
    張係数が温度390〜570゜Fの範囲で約10×10-6〜約25×1
    0-6in/in/゜Fである、前項（３）に記載のシール構造
    物。
  5. 【請求項５】前記低温シール層の体積弾性係数が約100,
    000〜約200,000psiである、前項（４）に記載のシール
    構造物。
  6. 【請求項６】前記低温シール層の線熱膨張係数が温度範
    囲300〜400゜Fで約７×10-5〜約12×10-5である、前項
    （５）に記載のシール構造物。
  7. 【請求項７】前記第１と第２との高温シール層の何れの
    少くとも40wt％が、ポリベンツイミダゾールである、前
    項（６）に記載のシール構造物。
  8. 【請求項８】前記低温シール層が、弗素化された炭化水
    素の熱可塑性重合体と弗素化された合成エラストマーと
    よりなる群から選択される少くとも１つの材料を含む、
    前項（７）に記載のシール構造物。
  9. 【請求項９】前記低温シール層が合成エラストマー弗化
    炭化水素を含む、前項（７）に記載のシール構造物。
  10. 【請求項１０】前記低温シール層が、１分子当り炭素原
    子２〜10個を持つ弗素化されているオレフイン炭化水素
    と、１分子当り炭素原子３〜10個を持つ弗素化されてい
    るアルキルビニルエーテルとよりなる群から選択される
    少くとも２つのモノマーのエラストマー共重合体を含
    む、前項（７）に記載のシール構造物。
  11. 【請求項１１】前記高温シール層の何れもが、長さ約1/
    32″〜約1/4″で、少くとも実質的に如何なる仕上げ剤
    またはサイジング剤も含有しないＥガラス繊維と、引張
    り係数約2000万〜約6000万psiと長さ約1/32″〜1/4″と
    を持つ炭素繊維と、長さ約1/32″〜約1/4″を持つスル
    ホン化されているポリベンツイミダゾール繊維と、長さ
    約1/32″〜約1/4″を持つアラミド繊維とよりなる群か
    ら選択される繊維約15〜約50wt％を含有する、前項（1
    0）に記載のシール構造物。
  12. 【請求項１２】前記低温シール層が、 前記エラストマー共重合体 約50〜100wt％と ポリベンゾイミダゾール ０〜約50wt％と Ｅガラス繊維と炭素繊維とアラミド繊維とよりなる群か
    ら選択される繊維 ０〜約50wt％と 無機充填剤 ０〜約10wt％と 熱安定化剤 ０〜約10wt％と を含む、前項（11）に記載のシール構造物。
  13. 【請求項１３】前記高温シール層の何れもが、長さ約1/
    32″〜約1/4″と径約50〜300μとを持ち、少くとも実質
    的に如何なる仕上げ剤またはサイジング剤も含有してい
    ないＥガラスの繊維約15〜約50wt％含有する、前項（1
    0）に記載のシール構造物。
  14. 【請求項１４】前記低温シール層が、 前記エラストマー共重合体 約50〜約95wt％と ポリイミダゾール 約５〜約50wt％と Ｅガラス繊維と炭素繊維とアラミド繊維とよりなる群か
    ら選択される繊維 ０〜約35wt％と 無機充填剤 約0.01〜約5wt％と 熱安定化剤 約0.01〜約5wt％と を含む、前項（13）に記載のシール構造物。
  15. 【請求項１５】前記高温シール層の何れもが、ポリベン
    ツイミダゾール少くとも50wt％と、長さ約1/32″〜1/
    4″で、少くとも実質的にいかなる仕上げ剤またはサイ
    ジング剤も含まないＥガラス繊維と、引張り係数約2000
    万〜6000万psiで、長さ約1/32″〜1/4″をもつ炭素繊維
    と、長さ約1/32″〜1/4″を持つスルホン化されている
    ポリベンツイミダゾール繊維と、長さ約1/32″〜1/4″
    をもつアラミド繊維とからなる群から選択される繊維約
    15〜約50wt％とを含む、前項（１）に記載のシール構造
    物。
  16. 【請求項１６】前記低温シール層が、 １分子当り炭素原子２〜10個をもつ弗素化されたオレフ
    イン炭化水素と１分子当り炭素原子３〜10個をもつ弗素
    化されたアルキルビニルエーテルとよりなる群より選択
    される少くとも２つのモノマーの共重合体 約50〜約10
    0wt％と ポリベンツイミダゾール ０〜約50wt％と Ｅガラス繊維と高モジュラス炭素繊維とアラミド繊維と
    からなる群から選択される繊維 ０〜約50wt％と 無機充填剤 ０〜約10wt％と、 熱安定化剤 ０〜約10wt％と を含む、前項（15）に記載のシール構造物。
  17. 【請求項１７】前記高温シール層の何れもが、ポリベン
    ツイミダゾール少くとも50wt％と、長さ約1/32″〜1/
    4″で、少くとも実質的にはいかなる仕上げ剤またはサ
    イジング剤も含まないＥガラスの繊維と、引張り係数約
    2000万〜約6000psi、長さ約1/32″〜1/4″をもつ炭素繊
    維と、長さ約1/32″〜約1/4″のスルホン化されたポリ
    ベンツイミダゾール繊維と、長さ約1/32″〜約1/4″を
    もつアラミド繊維とよりなる群から選択される繊維約15
    〜約50wt％とを含む、前項（２）に記載のシール構造
    物。
  18. 【請求項１８】前記低温シール層が エラストマー共重合体 約50〜約95wt％と ポリベンツイミダゾール 約５〜約50wt％と Ｅガラス繊維と炭素繊維とアラミド繊維とよりなる群よ
    り選択される繊維 ０〜約35wt％と 無機充填剤 約0.01〜約5wt％と 熱安定化剤 約0.01〜約5wt％と を含む、前項（17）に記載のシール構造物。
  19. 【請求項１９】前記高温シール層の何れもが、少くとも
    一般的にはシール構造物の縦軸に並行な第１の脚と、少
    くとも一般的には前記縦軸に垂直である第２の脚とそれ
    ぞれの第１と第２との脚の間に連結されている中間部分
    とを持ち、前記低温シール層が、少くとも一般的には第
    １の脚に並行な縦軸に沿つて延びる第１の部分と、少く
    とも一般的には前記縦軸に垂直に延びてＴ字を形成して
    いる第２の脚とを持つ、前項（１）に記載のシール構造
    物。
  20. 【請求項２０】前記中間部分が何れも、少くとも一般的
    には、それぞれ第１と第２との脚の何れもに接する円筒
    の曲率を持つ、前項（19）に記載のシール構造物。
  21. 【請求項２１】低温シール層が前記高温シール層にその
    長さの全体に亘つて接触し、前記シール構造物が少くと
    も一般的には円筒部分の形である、前項（20）に記載の
    シール構造物。
  22. 【請求項２２】更に少くとも実質的には前記縦軸に垂直
    に延びる円盤状層を含み、その円盤状層が前記低温シー
    ル層の前記の第２の部分と接触していて、その円盤状層
    が72゜Fにおける体積弾性係数（ASTM D695−85）約500,
    000〜約2,500,000psiと温度範囲75〜300゜Fでの線熱膨
    張係数約10×10-6〜約20×10-6in/in/゜Fとをもつ、前
    項（21）に記載のシール構造物。
  23. 【請求項２３】前項（22）に記載のシール構造物を含
    み、更に、それぞれの高温シール層の外面とかみ合つて
    しつかりした円筒を形成する第１および第２の金属保持
    器を含むラムシールユニツト。
  24. 【請求項２４】更に金属円筒状端板と、その端板とその
    シール構造物と第１並に第２の保持器とを１緒にしつか
    り締めつける装置とを含む、前項（23）に記載のラムシ
    ールユニツト。
  25. 【請求項２５】前記端板に対向する前記ラムシールユニ
    ツトの端が密封面を構成し、その中に前記の第１の脚に
    垂直の線に沿いそして前記の縦軸を通して延びる溝を持
    ち、その溝は半円筒形である、前項（24）に記載のラム
    シールユニツト。
  26. 【請求項２６】前記低温シール層の第２の部分が縦軸か
    ら、前記の第２の脚と円盤状層と保持器と端板とを越え
    てさらに、半径方向で外側に延びている、前項（25）に
    記載のラムシールユニツト。
  27. 【請求項２７】前記低温シール層の第１の部分の密封面
    が前記の第１の脚と保持器との密封面から軸方向に外側
    に延びている、前項（26）に記載のラムシールユニツ
    ト。
  28. 【請求項２８】前記高温層と円盤状層との何れもが、ポ
    リベンツイミダゾール少くとも50wt％と、長さ約1/32″
    〜約1/4″で、少くとも実質的にいかなる仕上げ剤また
    はサイジン剤も含まないＥガラス繊維と、引張り係数約
    2000万〜約6000万psi、長さ約1/32″〜約1/4″をもつ炭
    素繊維と、長さ約1/32″〜約1/4″をもつスルホン化さ
    れたポリベンツイミダゾール繊維と、長さ約1/32″〜約
    1/4″をもつアラミド繊維とよりなる群から選択される
    繊維約15〜約50wt％とを含む、前項（27）に記載のラム
    シールユニツト。
  29. 【請求項２９】前記低温シール層が １分子当り炭素原子２〜10個を持つ弗素化されているオ
    レフイン炭化水素と１分子当り炭素原子３〜10個をもつ
    弗素化されているアルキルビニルエーテルとよりなる群
    より選択される少くとも２つのモノマーの共重合体 約
    50〜約100wt％と ポリベンツイミダゾール ０〜約50wt％と Ｅガラス繊維と高モジュラス炭素繊維とアラミド繊維と
    よりなる群から選択される繊維 ０〜約50wt％と 無機充填剤 ０〜約10wt％と 熱安定化剤 ０〜約10wt％と を含む、前項（28）に記載のラムシールユニツト。
  30. 【請求項３０】前記高温層と円盤状層との何れもが、ポ
    リベンツイミダゾール少くとも50wt％と、長さ約1/32″
    〜約1/4″、径約50〜約300μで、少くとも実質的にはい
    かなる仕上げ剤またはサイジング剤も含まないＥガラス
    繊維約15〜約50wt％とを含む、前項（27）に記載のラム
    シールユニツト。
  31. 【請求項３１】前記低温シール層が 前記エラストマー共重合体 約50〜約95wt％と ポリベンツイミダゾール 約５〜約50wt％と Ｅガラス繊維と炭素繊維とからなる群から選択される繊
    維 ０〜約35wt％と 無機充填剤 約0.01〜約5wt％と 熱安定化剤 約0.01〜約5wt％と を含む、前項（30）に記載のラムシールユニツト。
  32. 【請求項３２】互に他と直角にある第１と第２との管部
    材により形成される十字型のハウジングを持ち、前記第
    １の管部材が同軸で位置している円筒状構成要素を内面
    で受けるように順応していて、前項（31）に記載の第１
    並に第２のラムシールユニツトのいずれにもある溝が前
    記第１管構成要素中の円筒状構成要素とかみ合つて環を
    密封することができ、第１と第２とのラムシールユニツ
    トの、前記第２管部材中で互に他と相対的な運動を行え
    るように、前記第１管部材の両側の第２管部材中に位置
    されている第１並に第２のラムシールユニツトの間に環
    を形成しているブローアウト防止器。
  33. 【請求項３３】互に他と直角をなす第１と第２との管部
    材により形成される十字型のハウジングを持ち、前記の
    第１の管部材が同軸に位置する円筒状構成要素を内面で
    受けるように順応していて、前項（25）に記載の第１並
    に第２のラムシールユニツトのいずれにもある溝が前記
    の第１の管構成要素中の円筒状構成要素とかみ合つて環
    を密封することができ、第１並に第２のラムシールユニ
    ツトの、前記第２の管部材中における互に他と相対的な
    運動を行えるよう、第２の管部材中に位置する第１並に
    第２のラムシールユニツトの間に環を形成しているブロ
    ーアウト防止器。
JP3501968A 1989-12-14 1990-12-14 高められた温度サービス用のシール構造物 Expired - Fee Related JP2979246B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/450,622 US4986511A (en) 1989-12-14 1989-12-14 Seal structure for elevated temperature service
US450,622 1989-12-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04505784A JPH04505784A (ja) 1992-10-08
JP2979246B2 true JP2979246B2 (ja) 1999-11-15

Family

ID=23788848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3501968A Expired - Fee Related JP2979246B2 (ja) 1989-12-14 1990-12-14 高められた温度サービス用のシール構造物

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4986511A (ja)
JP (1) JP2979246B2 (ja)
CA (1) CA2030206C (ja)
DE (1) DE4092295T (ja)
WO (1) WO1991009204A1 (ja)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5303936A (en) * 1989-12-28 1994-04-19 Nok Corporation Seal ring
JP2901322B2 (ja) * 1990-08-10 1999-06-07 株式会社リケン スターリングエンジン用シール装置
US5209389A (en) * 1992-02-26 1993-05-11 Digital Equipment Corporation Solder pump bushing seal
JPH1053700A (ja) * 1996-08-12 1998-02-24 Riken Corp 軽金属用摺動部材
US5823540A (en) * 1996-09-25 1998-10-20 Fisher Controls International, Inc. Polymer reinforced fluid seal
US6177518B1 (en) * 1997-07-25 2001-01-23 E. I. Du Pont De Nemours And Company Blends of fluoroplastics with polyetherketoneketone
CA2311417A1 (en) * 1999-06-14 2000-12-14 William C. Adams Stuffing box with ultra-high molecular weight sealing elements
US6302405B1 (en) * 1999-06-24 2001-10-16 Schlumberger Technology Corporation Anti-extrusion seal
US20080023917A1 (en) * 2006-07-28 2008-01-31 Hydril Company Lp Seal for blowout preventer with selective debonding
WO2009099946A2 (en) * 2008-02-01 2009-08-13 Cameron International Corporation Variable bore packer for a blowout preventer
RU2011134248A (ru) * 2009-01-16 2013-02-27 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Способ добычи нефти и/или газа и система для его осуществления
US9470058B2 (en) * 2009-12-10 2016-10-18 Schlumberger Technology Corporation Ultra high temperature packer by high-temperature elastomeric polymers
US8807516B2 (en) * 2009-12-15 2014-08-19 Stream-Flo Industries Ltd. Blowout preventer with rope packing seal
US8783643B2 (en) 2009-12-15 2014-07-22 Stream-Flo Industries Ltd. Blowout preventer and rams
GB2488812A (en) * 2011-03-09 2012-09-12 Subsea 7 Ltd Subsea dual pump system with automatic selective control
US20140123747A1 (en) * 2012-11-05 2014-05-08 Intelliserv, Llc Systems and methods for conducting pressure tests on a wellbore fluid containment system
US20140183382A1 (en) * 2012-12-31 2014-07-03 Hydril Usa Manufacturing Llc Dual compound variable ram packer
US9086150B2 (en) 2013-01-24 2015-07-21 Federal-Mogul Corporation Elastomeric shaft seal formed without oven post curing
US10221646B2 (en) * 2014-04-23 2019-03-05 Domino International Srl Anti-extrusion ram seal for blowout preventer
CN111520097A (zh) * 2020-06-08 2020-08-11 中国石油天然气股份有限公司 旋转式抽油机加盘根工具
US12281536B2 (en) * 2022-03-31 2025-04-22 James LOMBARDI Blowout preventer and components thereof
AU2023255572A1 (en) * 2022-04-22 2024-10-24 Conocophillips Company Oil well stuffing box

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3904212A (en) * 1973-06-04 1975-09-09 Dresser Ind Well blowout preventer having improved feed screw apparatus
US4363465A (en) * 1976-06-16 1982-12-14 Smith International, Inc. Extreme temperature, high pressure balanced, rising stem gate valve with super preloaded, stacked, solid lubricated, metal-to-metal seal
US4219204A (en) * 1978-11-30 1980-08-26 Utex Industries, Inc. Anti-extrusion seals and packings
US4372527A (en) * 1980-05-05 1983-02-08 Dresser Industries, Inc. Blowout preventer
DE3512842A1 (de) * 1985-04-10 1986-10-16 Feodor Burgmann Dichtungswerke Gmbh & Co, 8190 Wolfratshausen Dichtung
US4814530A (en) * 1987-09-03 1989-03-21 Hoechst Celanese Corporation Sintered polybenzimidazole article

Also Published As

Publication number Publication date
US4986511A (en) 1991-01-22
CA2030206A1 (en) 1991-06-15
JPH04505784A (ja) 1992-10-08
WO1991009204A1 (en) 1991-06-27
DE4092295T (ja) 1992-03-12
CA2030206C (en) 1994-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2979246B2 (ja) 高められた温度サービス用のシール構造物
US4433847A (en) Conduit sealing system
US5444116A (en) Perfluoroelastomeric compositions and seals having improved chemical resistance and methods of making the same
US4234197A (en) Conduit sealing system
EP1533469B1 (en) Downhole seal element formed from a nanocomposite material
US4862967A (en) Method of employing a coated elastomeric packing element
CN102197249B (zh) 密封件
US9127138B2 (en) Anti-extrusion compositions for sealing and wear components
US6328316B1 (en) Rubber seal for semi-dynamic applications
US12398614B2 (en) High performance fluoroelastomer bonded seal for downhole applications
US20020195739A1 (en) Method for producing sealing and anti-extrusion components for use in downhole tools and components produced thereby
EP1883673A2 (en) Resin compositions with a low coefficient of thermal expansion and articles therefrom
US20050189725A1 (en) Multi-layered seal structure
KR20070015501A (ko) 다층 시일 구조체
JP2010534806A (ja) 熱可塑性ポリマー軸受筒
US3110346A (en) Seal for casing cemented in well
CN109356547B (zh) 一种耐高温高压的小尺寸封隔器
JP2010534805A (ja) フルオロポリマー軸受筒
Menon et al. Compatibility of polymers in super-critical carbon dioxide for power generation systems under low temperatures and pressure conditions.
Milberger et al. High-Performance Metal-Seal System for Subsea Wellhead Equipment
GB2308368A (en) Perfluoroelastomeric compositions and seals

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees