(57)【要約】【課題】  防噴装置用のパッキングユニットは、防噴装置の縦軸の周囲に配置されるように構成され、また防噴装置の稼動において縦軸に対して内向きに放射状に移動するように構成された弾性アニュラーボディを含む。弾性アニュラーボディは、第一セットの物質特性を有する第一セクション及び第二セットの物質特性を有する第二セクションを含む。パッキングユニットは、弾性アニュラーボディ内部で、防噴装置の縦軸の周囲に等間隔で放射状に配置される複数の剛体挿入部を含む。【選択図】  図４
2009544876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
防噴装置用のパッキングユニットにおいて、
物質特性の第一セットを有する第一セクションと物質特性の第二セットを有する第二セクションとを有するとともに、防噴装置の縦軸の周囲に配置されるように構成され、前記防噴装置の稼動により縦軸の内方向に移動するように構成された弾性アニュラーボディと；
前記弾性アニュラーボディの中で前記防噴装置の縦軸の周囲に等間隔で放射状に配置された複数の剛体挿入部と；
を備える防噴装置用のパッキングユニット。
【請求項２】
前記第一セクションは第一弾性化合物から成り、また第二セクションは第二弾性化合物から成る請求項１に記載のパッキングユニット。
【請求項３】
前記第一セクションは、前記第二セクションより高い弾性係数を有する請求項１に記載のパッキングユニット。
【請求項４】
前記第一セクションは、前記第二セクションより低い伸張を有する請求項１に記載のパッキングユニット。
【請求項５】
前記第一セクションは、前記第二セクションより高い引張強度を有する請求項１に記載のパッキングユニット。
【請求項６】
前記第一セクションは、前記第二セクションより低いデュロメーターを有する請求項１に記載のパッキングユニット。
【請求項７】
前記第一セクションは、前記第二セクションよりも上側に配置されている請求項１に記載のパッキングユニット。
【請求項８】
第一セクション及び第二セクションは、第一セットの物質特性から第二セットの物質特性への変化を提供するために組み合わされた、請求項１に記載のパッキングユニット。
【請求項９】
前記アニュラーボディが、第三セットの物質特性を有する第三セクションをさらに備える、請求項１に記載のパッキングユニット。
【請求項１０】
前記アニュラーボディの前記縦軸周囲に配置され複数の金属挿入部をさらに備える、請求項１に記載のパッキングユニット。
【請求項１１】
前記防噴装置は、アニュラー防噴装置及び球形防噴装置の一つである、請求項１に記載のパッキングユニット。
【請求項１２】
防噴装置用のパッキングユニットの設計方法であって、
前記防噴装置の稼動において、弾性アニュラーボディが縦軸に対して内方向に移動する時に前記弾性アニュラーボディのひずみ状態を決定付けるステップと；
前記弾性アニュラーボディのひずみ状態に基づいて第一セクション及び第二セクションを特定するステップと；
前記弾性アニュラーボディのひずみ状態に基づいて第一セクション用の第一セットの物質特性を選択するステップと；
前記弾性アニュラーボディのひずみ状態に基づいて第二セクション用の第二セットの物質特性を選択するステップと；  を備える防噴装置用のパッキングユニットの設計方法。
【請求項１３】
前記第一セットの物質特性を基に前記第一セクション用の第一弾性化合物の選択するステップと；
前記第二セットの物質特性を基に前記第二セクション用の第二弾性化合物の選択するステップと；
を更に備えた、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記弾性アニュラーボディのひずみ状態を基に第三セクションを特定するステップと；
前記弾性アニュラーボディのひずみ状態を基に第三セクション用の第三セットの物質特性の選択するステップと；
を更に備えた、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第三セットの物質特性を基に前記第三セクション用の第三弾性化合物の選択するステップ；
を更に備えた、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記防噴装置が、アニュラー防噴装置及び半球防噴装置の一つである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
縦軸を有する防噴装置であって、前記防噴装置は、
ハウジングと；
前記ハウジング内部に形成されたピストンチャンバと；
前記ピストンチャンバ内に配置されたピストンと；
前記防噴装置の中に配置されたパッキングユニットと、からなり、
前記パッキングユニットは、弾性アニュラーボディからなり、
前記弾性アニュラーボディは、第一セットの物質特性を有する第一セクションと、第二セットの物質特性を有する第二セクションと、からなり、
前記ピストンの稼動において、前記パッキングユニットが内向きに放射状に配置されることを特徴とする、防噴装置。
【請求項１８】
前記パッキングユニットの第一セクションは、第一弾性化合物からなり、第二セクションは第二弾性化合物からなる、請求項１７に記載のアニュラー防噴装置。
【請求項１９】
前記第一セクションは、第二セクションより高い弾性係数を有する、請求項１７に記載のアニュラー防噴装置。
【請求項２０】
前記パッキングユニットの第一セクションは、前記パッキングユニットの第二セクションより低い伸張を有する、請求項１７に記載のアニュラー防噴装置。
【請求項２１】
前記パッキングユニットの第一セクションは、前記パッキングユニットの第二セクションより高い引張強度を有する、請求項１７に記載のアニュラー防噴装置。
【請求項２２】
前記パッキングユニットの第一セクションは、前記パッキングユニットの第二セクションより低いデュロメーターを有する、請求項１７に記載のアニュラー防噴装置。
【請求項２３】
前記パッキングユニットの第一セクションは、前記パッキングユニットの第二セクションよりも上側に配置されている、請求項１７に記載のアニュラー防噴装置。
【請求項２４】
前記パッキングユニットの第一セクション及び第二セクションは、第一セットの物質特性から第二セットの物質特性への変化を提供するために組み合わされた、請求項１７に記載のアニュラー防噴装置。
【請求項２５】
前記パッキングユニットのアニュラーボディは、第三セットの物質特性を有する第三セクションを更に備える、請求項１７に記載のアニュラー防噴装置。
【請求項２６】
前記パッキングユニットのアニュラーボディ内の前記縦軸の周囲に複数の金属挿入部を更に備える、請求項１７に記載のアニュラー防噴装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明において開示されている実施形態は、一般的に石油及びガス産業で使用される防噴装置に関するものである。特に、実施形態に選択されたものは、アニュラータイプ防噴装置に使用される改良されたパッキングユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
坑井抑圧は、石油及びガス探査にとって重要な側面である。坑井を掘削する際、例えば、石油及びガス探査用途において、人々を怪我から守るため、また掘削作業によって生じる予期せぬ出来事から機械へのダメージを防ぐために安全装置が取り付けられなければならない。
【０００３】
石油及びガス探査の坑井の掘削は、可変な地下の地質構造又は「層」を貫通する作業を伴う。時折、掘削孔は、掘削孔内で維持されている圧力より実質的に高い地層圧を有する層を貫通する場合がある。これが生じたとき、その坑井に「キック」が生じると言われている。キックに伴う圧力上昇は徐々に掘削孔への地層流体の流入により起こる。その流体は液体、ガス、又はそれらの混合物からなる場合もある。比較的高圧のキックは、掘削孔の上部の掘削開始部分から高圧域から低圧域に向かって広がる傾向がある。もしキックが地表に向かってしまうと、掘削流体、坑井器具、及びその他の掘削構造が掘削孔からブローアウト（暴噴）する場合がある。そのような「ブローアウト」は、掘削機の壊滅的な破壊（例えば掘削リグを含む）や掘削作業人員の実質的な怪我又死亡を引き起こす場合がある。
【０００４】
ブローアウトの危険性により、防噴装置（”BOP：Blowout Preventor”）が一般的に、表面の坑口の上または深海掘削装置の海底に、キックを抑制するための手段が取られるまで、掘削孔を効果的に密閉するために設置される。防噴装置を起動させるので、キックは十分に制御され、「還流して」装置の外に噴出される。防噴装置にはいくつかの種類があり、一般的なものはアニュラー防噴装置である。
【０００５】
アニュラー防噴装置は一般的に、ドリルパイプと掘削ツールを封入するために掘削孔の周囲を完全に密閉するために作動させてもよい弾性「パッキングユニット」と称されるアニュラーから成る。パッキングユニットの孔の内部にドリルパイプ又は掘削ツールが存在しない場合、パッキングユニットは、孔が完全に封鎖されるように圧縮され、掘削孔のバルブのような役目を果たす。一般的に、パッキングユニットは、それ自体を手動もしくは機械によって急速に圧縮し、パイプ周囲のシールがブローアウトから坑井を防ぐことをもたらし、ドリルパイプの周囲を密閉するために使用される。
【０００６】
パッキングユニットを有するアニュラー防噴装置の一例として、本発明の譲受人であるＫｎｏｘに付与された米国特許第２，６０９，８３６は、その全体の開示が本明細書に組み入れる。パッキングユニットは、複数の金属挿入部分が埋め込まれている弾性ボディを含む。その金属挿入部は通常、パッキングユニットの縦軸の周囲に放射状に等間隔に配置されている。パッキングユニットが坑井圧力を密閉するために放射状に圧縮されるとき、金属挿入部は、構成的な支持を供給する。パッケージングユニットのドリルパイプ又はそれ自体の圧縮において、掘削孔圧を密閉するために、弾性ボディは内方向に放射状に圧縮され、金属挿入部も同じく内方向に放射状に移動させる。
【０００７】
図１Ａでは、ハウジング１０２を含むアニュラー防噴装置１０１の一例が示される。アニュラー防噴装置１０１は、それを通して延びる孔（ボア）１２０を有し、縦軸１０３の周囲に配置されている。パッキングユニット１０５はアニュラー防噴装置１０１の内部で縦軸１０３の周囲に配置される。パッキングユニット１０５は、弾性アニュラーボディ１０７と複数の金属挿入部１０９とを含む。金属挿入部１０９は、パッキングユニット１０５の弾性アニュラーボディ１０７の内部に配置されており、その金属挿入部１０９は、それぞれ等間隔に放射状に縦軸の周囲に配置されている。更に、パッキングユニット１０５は、防噴装置１０１の孔１２０と同心の孔１１１を含む。
【０００８】
アニュラー防噴装置１０１は、ピストンチャンバ１１２の開口１１３から注入される流体により作動する。その流体はピストン１１７を上部へ移動させる圧力をピストン１１７へ加える。ピストン１１７が上部へ移動すると同時に、ピストン１１７はくさび面１１８を通じてパッキングユニット１０５へ力を伝達する。くさび面１１８からのパッキングユニット１０５に対して伝達された力は、アニュラー防噴装置１０１のリムーバブルヘッド１１９に対して上向きに、またアニュラー防噴装置１０１の縦軸１０３に対して内側に方向付けられる。アニュラー防噴装置１０１のリムーバブルヘッド１１９がパッキングユニット１０５に逆らって保持されているため、パッキングユニット１０５は、ピストン１１７からパッキングユニット１０５へ伝達された力により上方向にずれることはない。しかしながら、パッキングユニット１０５は、アニュラー防噴装置１０１の縦軸１０３に対してパッキングユニット１０５を圧縮する移動された力から内側に移動する。結果的には、ドリルパイプは十分な放射状圧縮とともに縦軸１０３の周囲に配置され、パッキングユニット１０５はドリルパイプの周囲を“閉位置”に密閉する。閉位置は図２Ｂに示される。トリルパイプが存在しない場合には、十分な放射状圧縮とともにパッキングユニット１０５が孔１１１を完全に密閉する。
【０００９】
開口１１３に代わって、ピストンチャンバ１１２の開口１１５に流体が注入された場合、アニュラー防噴装置１０１は、上述した動きと類似した逆の動きをする。ピストン１１７のくさび面１１８は、パッキングユニット１０５が放射状に“開位置”に広がることができるように、流体はピストン１１７へ下方向の力を伝達する。開位置は図２Ａに示される。さらに、アニュラー防噴装置１０１のリムーバブルヘッド１１９は、必要に応じてパッキングユニット１０５の修理や変更のためのパッキングユニット１０５へのアクセスを可能にする。
【００１０】
アニュラー防噴装置１０１に使用される従来技術のパッキングユニット１０５の一例は図１Ｂに示される。従来どおり、パッキングユニット１０５は、弾性アニュラーボディ１０７及び複数の金属挿入部１０９を含む。金属挿入部１０９は、パッキングユニット１０５の弾性アニュラーボディ１０７に等間隔で放射状に配置されている。パッキングユニットは孔１１１を含む。図１Ｃは金属挿入部１０９の従来技術の一例を示し、その金属挿入部は、パッキングユニット１０５の弾性アニュラーボディ１０７の内部に配置されていてもよい。
【００１１】
図２Ａは、「開位置」の従来技術のパッキングユニット１０５の一例を示したものであり、そのパッキングユニット１０５はアニュラー防噴装置の内部に配置されている。従来の通り、パッキングユニット１０５は弾性アニュラーボディ１０７及び複数の金属挿入部を含む。金属挿入部１０９は、パッキングユニット１０５の弾性アニュラーボディ１０７に等間隔で放射状に配置されている。パッキングユニットは孔１１１を含む。更に、ドリルパイプ３０１は、アニュラー防噴装置の縦軸１０３に沿って配置されている。「開位置」では、パッキングユニット１０５はドリルパイプ３０１の周囲を密閉するために圧縮されない。従ってパッキングユニット１０５の弾性アニュラーボディとドリルパイプ３０１との間に隙間が生じる。アニュラー防噴装置の「開位置」は、圧力がアニュラー防噴装置の中を通過するように作られている。
【００１２】
図２Ｂは、パッキングユニット１０５の「閉位置」の一例が示される。「閉位置」では、圧力がアニュラー防噴装置の中を通過しないように、パッキングユニット１０５はドリルパイプ３０１の周囲を密閉するために圧縮される。ブローアウトからパッキングユニット１０５を遮断した場合、防噴装置は下方からのブローアウトからの掘削孔圧力を密閉する場合がある。
【００１３】
図３は、縦軸１０３の周囲に配置された従来技術の球形防噴装置３０１の一例を示す。図３は、米国特許第３，６６７，７２１（Vujasinvicに付与され、その全体を参照として本明細書に組み入れる）から引用したものである。球形防噴装置３０１は、下部ハウジング部３０３と上部ハウジング部３０４とが複数のボルト３１１に開放可能に締め付けられている。一般的に、ハウジング部３０３と３０４とは、カーブ及び半球状の内部表面を有している。パッキングユニット３０５は、球形防噴装置３０１内部の縦軸１０３の周囲に配置している。パッケージングユニット３０５は、ハウジング部３０３、３０４のカーブした半球状の内部表面に対応したカーブした弾性アニュラーボディ３０７及びカーブした金属挿入部３０９を含む。そして金属挿入部は、それぞれ等間隔で放射状に、カーブした弾性アニュラーボディ３０７の内部に配置される。球形防噴装置３０１は、上述されたように図１Ａのアニュラー防噴装置に類似して、流体により作動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第４，４５２，４２１号
【特許文献２】米国特許第４，９８６，５１１号
【特許文献３】米国特許第４、６５７，２６３号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
高圧力抑制と寿命に対する更に高い要望は、望ましいパッキングユニットの継続した改良をもたらす。
【００１６】
一つの観点において、ここに開示されている実施例は防噴装置用のパッキングユニットに関する。パッキングユニットは、防噴装置の縦軸の周囲に配置されるように構成され、また防噴装置の稼動において縦軸に対して内方向に放射状に移動するように構成された弾性アニュラーボディから成る。弾性アニュラーボディは、第一セットの物質特性を有する第一セクションと、第二セットの物質特性を有する第二セクションと、からなる。パッキングユニットはさらに、弾性アニュラーボディ及び防噴装置内部の縦軸周囲に等間隔で放射状に配置された複数の剛体挿入部からなる。
【００１７】
そのほかの観点において、ここに開示されている実施形態は、防噴装置用のパッキングユニットを設計する方法に関する。その方法は、防噴装置の作動において、縦軸方向に弾性アニュラーボディが内方向に移動されるときの弾性アニュラーボディのひずみ状態を測定する方法と、弾性アニュラーボディのひずみ状態による第一及び第二セクションの識別する方法と、からなる。その方法は、弾性アニュラーボディのひずみ状態に基づいて第一セクションのための第一セットの物質特性の選択方法と、弾性アニュラーボディのひずみ状態に基づいて第二セクションのための第二セットの物質特性の選択方法と、を更に含む。
【００１８】
その他の観点において、ここに開示されている実施形態は、ハウジングと、ハウジング内に形成されたピストンチャンバと、ピストンチャンバ内部に配置されたピストンと、防噴装置の中に配置されたパッキングユニットと、からなる防噴装置に関する。パッキングユニットは弾性アニュラーボディからなり、その弾性アニュラーボディは、物質特性の第一セットを有する第一セクションと、物質特性の第二セットを有する第二セクションと、からなる。ピストンの作動により、パッキングユニットは放射状に内方向に移動する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のその他の観点とメリットについては、後述の詳細な説明と請求の範囲から明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】従来技術のアニュラー防噴装置の断面図である。
【図１Ｂ】従来技術のアニュラー防噴装置パッキングユニットの断面図である。
【図１Ｃ】従来技術の挿入部の等軸図である。
【図２Ａ】「開位置」の状態の従来技術のアニュラー防噴装置パッキングユニットの断面図である。
【図２Ｂ】「閉位置」の状態の従来技術のアニュラー防噴装置パッキングユニットの断面図である。
【図３】従来技術の球形防噴装置の断面図である。
【図４】本開示の実施形態に従った「閉位置」の状態のアニュラー防噴装置パッキングユニットのひずみ状態の断面図である。
【図５】本開示の実施形態に従ったアニュラー防噴装置パッキングユニットの断面図である。
【図６】本開示の実施形態に従ったアニュラー防噴装置パッキングユニットの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
一般的なアニュラー防噴装置の配置において、「開位置」から「閉位置」へのパッキングユニットの圧縮は、弾性ボディの内部にかなり大きな圧力を与える。防噴装置のパッキングユニットの圧縮に起因する放射状の圧力は、弾性ボディの周囲に分散される。さらに、「閉位置」において掘削孔圧力は弾性ボディ上で、弾性ボディの伸張及び拡張した部分で弾性ボディ内部に更なる圧力をもたらす上方への力を及ぼす。即ち、弾性ボディのある一定の場所では、パッキングユニット上で放射状に内方向及び軸状に上方向の二方向に作用するかなり大きな力が存在する。
【００２２】
一つの要素に圧力がかかったとき、その要素には応力に対応するためにひずみが生じるかまたは伸張する。一つの要素に圧力がかかるほど、要素により大きなひずみが生じる。粘弾性物質（例えばパッキングユニットの弾性ボディ）の主な特性のいくつかは以下を含む：加えられた圧力が一定に保たれた場合、物質内のひずみは時間とともに増加する（クリープと称される）。反対に、ひずみが一定に保たれた場合、物質内の応力は時間とともに減少し、（緩和（relaxation）と称される）、また高ひずみと低温度とは、増加した降伏力及び弾性係数を引き起こし、物質の縮張を引き起こす。
【００２３】
弾性係数は、物質に力が加えられた時、物質が変形する物質傾向として述べられる応力とひずみとの間の変化の速度の程度である。同じ応力を受けた場合、低弾性係数の物質に生じるひずみより高弾性係数の物質に生じるひずみの方が小さい。パッキングユニットの場合、パッキングユニットに応力が加えられると、応力に対応するためにひずみが生じ、パッキングユニットはドリルパイプの周囲で伸張し拡張する。そしてひずみは、パッキングユニットのいたる所で変化するパターンで作用する。最大のひずみ量は掘削孔圧力を密閉するパッキングユニットのセクションで生じる。最小量のひずみは、アニュラー防噴装置内部で物理的に圧縮された弾性ボディのセクションで生じる。
【００２４】
物質の伸張は、物質の長さにおける割合変化と呼ばれる。物質の破損（例えば引き裂き、亀裂、又は破壊）前の対象物質の引っ張りひずみの最大量、すなわち伸張は、破損時の伸張と呼ばれる。物質は高弾性又は低弾性係数を有してもよいが、破損時の低伸張では、物質は大きなひずみが生じなくても破損する。
【００２５】
物質の引張強度は、物質が破損する前の引張応力の最大量である。物質内部で応力が生成されるにつれ、物質はその応力に対応するためにひずむ。プラスチック変形が始まる時点は、降伏力と呼ばれる。応力が物質に対して耐え切れないほどになると、物質は応力に対応するためにそれ以上ひずむことができなくなり、その物質は破損する。物質の破損点での応力レベルは降伏力又は極限強度として知られている。
【００２６】
さらに、繰り返し荷重が弾性物質に与えられる場合、力学的エネルギーの消失を引き起こすヒステリシス（履歴現象）（位相のずれ）が生じる場合がある。ヒステリシスは、例えば、ストレス誘導軟化が存在するとき生じる場合がある。これは、物質の応力ひずみカーブの変異を引き起こす加荷重が従来の最高値を超えたときに起こる物質への瞬間及び不可逆軟化と説明されてもよい。マリン効果（Mullin’s effect）とも言われているこのストレス誘導軟化は、物質における連結の微小な破損に少なくとも部分的に起因すると考えられている。これは物質を弱めるので、初期変形の間、物質は次々にその後に起こる物質の変形により更に弱くなる。
【００２７】
図４は、本開示の実施形態に従った「閉位置」のパッキングユニット１０５のひずみ状態を示している。パッキングユニットの弾性アニュラーボディ１０７は、「閉位置」において様々なひずみをうける対象であり、ひずみは非常に高いひずみから比較的低いひずみまで幅は様々である。高ひずみ部４０５はドリルパイプ３０１を囲んでいる弾性アニュラーボディ１０７の下部に位置する。中ひずみ部４０３は、高ひずみ部４０５を囲っている。更に、低ひずみ部４０１は、中ひずみ部４０３の上に位置している。高ひずみ部４０５と、中ひずみ部４０３と、低ひずみ部４０１との配置は、図４に明瞭に示される。弾性アニュラーボディ１０７の高ひずみ部４０５は、パッキングユニット１０５の「閉位置」でドリルパイプ３０１の周囲に圧力密閉を最も効果的に生成する弾性アニュラーボディ１０７の部分である。低ひずみ部４０１は、アニュラー防噴装置内部で低ひずみ部４０１の物理的な制限により、弾性アニュラーボディ１０７から受けるひずみが最も少ない。
【００２８】
そのような高いひずみは、特にパッキングユニットの度重なる密閉後、密閉回数の制限及びパッキングユニットの耐用年数などの弾性ボディに疲労及び弱化を引き起こす場合がある。一方向以上で作動するひずみはさらに、例えばパッキングユニットの圧縮によるひずみ及びパッキングユニットの下部からの掘削孔圧力からのひずみなどのパッキングユニットの劣化及び破裂に起因する。
【００２９】
ここの開示されている実施形態は、パッキングユニットのセクション間の物質特性を変化させることによってパッキングユニット内部で大量のひずみに対応できるパッキングユニットの提供である。各セクションの物質特性は、セクションが稼動を受ける、予想応力及びひずみに従って選択されてもよい。
【００３０】
図５は、本開示の実施形態に従ったパッキングユニット１０５の断面図である。パッキングユニット１０５は、アニュラー防噴装置のピストン１１７に逆らって配置されるように、アニュラー防噴装置の内部に配置される。パッキングユニット１０５は、弾性アニュラーボディ５０５と、複数の金属挿入部１０９と、孔１１１とを含む。一般的に、金属挿入部１０９は、孔１１１の周囲の弾性アニュラーボディ５０５の内部に放射状に等間隔に配置されている。従って、同等の弾性アニュラーボディ５０５の部分が金属挿入部１０９の間に配置されていてもよい。図５に示されるように弾性アニュラーボディ５０５は、第一セクション５０７及び第二セクション５０９からなり、第一セクション５０７は第二セクション５０９の上側に位置している。第一セクション５０７は、第一弾性化合物からなり、第二セクション５０９は、第二弾性化合物からなる。第一及び第二弾性化合物は異なった物質特性を有する。
【００３１】
弾性化合物の異なった物質特性のうち、第一弾性化合物は第二弾性化合物より高い弾性係数を有していてもよい。両化合物が同じ力及びひずみの対象となるとき、高弾性係数を有する第一弾性化合物は、第二弾性化合物より少ないひずみを生じる。「閉位置」でひずみが生じたとき、パッキングユニット１０５の第二セクション５０９は一般的に第一セクション５０７より大きなひずみを生じる。従って、第二弾性化合物から成る第二セクション５０９は、高いひずみに対応するために、第一セクション５０７より低い弾性係数を有していてもよい。
【００３２】
第一弾性化合物は、第二弾性化合物より破損時に低い伸張を有している場合がある。第一セクション５０７が第二セクション５０９程の強いひずみを生じないため、第一セクション５０７の第一弾性化合物は、第二セクション５０９の第二弾性化合物程の伸張は有していない。従って、第一弾性化合物の伸張は、第二弾性化合物より低くてもよい。
【００３３】
さらに、第一弾性化合物は第二弾性化合物より高い引張強度を有していてもよい。上述されたように、応力が物質に加えられた時、物質はその応力に対応するためにひずみ、そして物質が破損前に受ける最大量の引っ張り応力が引っ張り強度である。そのため第一弾性化合物は、第一セクションが対象となる弱いひずみの応力に対応するために、第二弾性化合物より高い引っ張り強度を有している場合がある。
【００３４】
さらに、第一弾性化合物は第二弾性化合物より低いデュロメーター（durometer：硬さ）を有している場合がある。デュロメーターは、物質の測定された硬さ又は永久圧入に対する抵抗を言い表したものであり、標準圧子（pressure foot）での規定の力によって生成された物質の圧入の深さとして測定されたものである。圧入の深さは、物質の硬さによって決まり、上述されたものを含むその粘弾性特性は、圧子（pressure foot）の形と試験期間とを含む。従って、特定の弾性化合物の粘弾性特性を変化させることにより、デュロメーターも同じく効果がある。それ故、パッキングユニット１０５の第二セクション５０９は一般的に第一セクション５０７よりさらに強いひずみを生じるため、第二弾性化合物から成る第二セクション５０９は、より強いひずみに対応し永久圧入を耐えるために、第一セクション５０７よりさらに高いデュロメーターを有する。
【００３５】
図６は、本開示の実施形態に従ったパッキングユニット１０５の断面図である。パッキングユニットは、アニュラー防噴装置のピストン１１７に逆らうように位置するように、アニュラー防噴装置内部に配置されている。パッキングユニット１０５は、弾性アニュラーボディ６０５と、複数の金属挿入部１０９と、孔１１１とを含む。金属挿入部１０９は、弾性アニュラーボディ６０５の内部で孔１１１の周囲に放射状に等間隔で配置されている。弾性アニュラーボディ６０５は、第一セクション６０７と、第二セクション６０９と、第三セクション６１１とを含む。第一セクション６０７は第二セクション６０９の上側に位置しており、第三セクション６１１は第一セクション６０７と第二セクション６０９との間に位置している。第一セクション６０７は第一弾性化合物から成り、第二セクション６０９は第二弾性化合物から成り、第三セクション６１１は第三弾性化合物から成る。第一弾性化合物と、第二弾性化合物と、第三弾性化合物とは異なった物質特性を有する。
【００３６】
図５で示された実施形態と同じように、第一弾性化合物は第二弾性化合物より高い弾性係数と引張強度、及び低い伸張とデュロメーターを有していてもよい。第三弾性化合物は、第一弾性化合物と第二弾性化合物に似た範囲の特性を有するように、物質特性において変化する。第一弾性化合物の物質特性に似た物質特性では、第三セクション６１１は、第二セクション６０９の第二弾性化合物程ひずむことはない。そのため、第三セクション６１１は、パッキングユニットの第二セクション６０９にひずみを導く。第二弾性化合物の物質特性に似た物質特性では、第二セクション６０９へひずみを誘導する代わりに、第三セクション６１１がひずみを吸収し、第二セクション６０９からいくつかのひずみを取り除く。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者にとって第三弾性化合物に使用される物質特性が変化することは当然のことである。
【００３７】
パッケージユニット内部の配置とセクションの数は、異なった用途や要望によって様々な異なったパターンに変更及びアレンジされてもよい。例えば、図６に示された実施形態は、３つ以上のセクションを有していても良い。様々な弾性化合物からなる４セクション、５セクション、及びそれ以上のセクションの実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく、容易に示されることができる。さらに、本発明は弾性アニュラーボディの第一セクションがドリルパイプの周囲に垂直に整列され、また弾性アニュラーボディの結果的に生じるすべてのセクションが、第一セクションから放射状に外向きに伸びている配置を含む。パッキングユニットのセクションは、本案件の範囲に逸脱することなく、制約に基づいて異なる範囲、量、又は位置に移動されてもよいことは、当業者にとって当然のことである。同じく、本案件の範囲に逸脱することなく、パッキングユニット内部のセクションの数は２セクションから始まり変化することは、当事者には言うまでもない。
【００３８】
本開示の他の実施形態において、パッキングユニットの弾性アニュラーボディのセクションは、製造工程でのバリエーションとしてのみ、同じ弾性化合物からなってもよい。例えば、二つまたはそれ以上の弾性化合物は化学的に同一であるが、弾性化合物は異なった物質特性を有するために粉砕される場合もある。弾性化合物の一つは、弾性化合物が検査される方向と無関係である同じ物質特性を示すために、実質的に等方性になるように粉砕される場合がある。そして、他の弾性化合物は、弾性化合物は流れ方向を有し、そして弾性化合物は、弾性化合物が検査される異なった方向へ異なった物質特性を示すために、実質的に異方性になるように粉砕される場合がある。パッキングユニットのセクションは、弾性化合物の流れはパッキングユニットにわたって変化するので、二つの異なった粉砕された弾性化合物の種類又は異方性弾性ゴム化合物のみから生成されてもよい。
【００３９】
現時点までの本開示の全ての実施形態は、セクション間の検出可能な分離を有した少なくとも二つのセクションを含むパッキングユニットを示している。他の実施形態において、パッキングユニットの弾性アニュラーボディのセクションは、セクション間の検出可能な分離を有さない一つのまとまりになるように形成されてもよい。セクションの間の「継ぎ目」は、その後検出されない。代わりに円滑な移行がセクション間で生じる。パッキングユニットのセクションはそして、パッキングユニットの継ぎ目にわたる特性の分離に変わって、物質特性の円滑な連続勾配を提供する。
【００４０】
更に他の実施形態において、この時点までの本開示のすべての実施形態は、金属挿入部の関連のあるサイズと形は実質的に同じであると推測される。すなわち、ここに開示されたパッキングユニットの弾性アニュラーボディの内部に分布及び配置された複数の金属挿入部は、その間で一貫性のある形とサイズを有する。しかしながら、他の実施形態において、例えば、図１Ｃで示されるＩ型梁の大型金属挿入部は、Ｔ型の小型金属挿入部に代替されてもよい。従って、本発明は、パッキングユニットの弾性アニュラーボディに関して実質的に同じサイズと形のままである金属挿入部に限定しない。
【００４１】
さらに、他の実施形態において、パッキングユニットはアニュラー防噴装置に付随して、球形防噴装置に使用されてもよい。現時点までに説明された全ての実施形態は、アニュラー防噴装置内部での使用において示されている。しかしながら、本開示の実施形態は図３に示されるように、球形防噴装置内部に使用されてもよい、従って本発明はアニュラー防噴装置内部でのみの使用に限定されるわけではない。
【００４２】
ここに開示されている実施形態は、一つかそれ以上の以下のメリットがある。ここに開示された実施形態に従ったパッキングユニットは、パッキングユニットの特定の範囲又は量で生じるひずみの様々なレベルに対応するために的確に製造されてもよい。一つの例において、API 16A/ISO13533:2001などの産業の必要条件は、シールモデルを比較及び証明するための特定の基準として使用されてもよい。具体的には、API 16A, Section 5.7.2は、ラムタイプ防噴装置の「密閉テスト」を規定し、一方ではAPI 16A, Section 5.7.3はアニュラータイプ防噴装置の密閉テストを規定する。API 16A / ISO 13533:2001の下、パッキングユニットはドリルパイプ周囲を６箇所密閉、約200-300 psi (1.4-2.1 MPa)の圧力に対して効果的な密閉が可能な７箇所の密閉を要求されている場合がある。そのようなパッキングユニットはさらに耐用年数が延び、経済的メリットがあると考慮される。
【００４３】
ここに開示されている実施形態は、存在するアニュラー防噴装置に存在するパッキングユニットに代替されるようにデザインされてもよい。例えば、図１A及び／又は図３に示されている防噴装置は、着脱可能なヘッド又はハウジングを有していてもよい。ここに開示されている実施形態に従ったパッキングユニットは、防噴装置内部に配置された存在するパッキングユニットに設置されるために置き換えられても良い。そのような実施形態は防噴装置用変更が必要とされる場合があるが、部品の再利用によりかなりの省力が達成される場合がある。いくつかの実施形態において、本発明は、防噴装置用の変更なくして従来技術のパッキングユニットに置き換えられてもよい。
【００４４】
本発明が限定された数の実施形態に関して説明しているが、本開示のメリットを有する当事者が、ここに開示されたような本発明の範囲を逸脱することなく他の実施形態が考案されるであろうことは言うまでもない。従って本発明の範囲は、添付の請求の範囲にのみ限定される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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