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1、10申请公布号CN102245854A43申请公布日20111116CN102245854ACN102245854A21申请号200980150345222申请日2009110312/33156820081210USE21B33/06200601E21B33/1220060171申请人海德里尔美国制造业有限责任公司地址美国德克萨斯州72发明人S布图克74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人严志军谭祐祥54发明名称用电子束辐射选择性处理的BOP填塞单元和相关方法57摘要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。
2、件的选定部分施加电子束辐射以增大固化的弹性材料的该选定部分的交联密度。还公开了固化用于防喷器的密封件的方法、防喷器和用于防喷器的密封件。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2011061086PCT申请的申请数据PCT/US2009/0630722009110387PCT申请的公布数据WO2010/068346EN2010061751INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书10页附图6页CN102245860A1/2页21一种增大用于防喷器的密封件的交联密度的方法，所述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。
3、电子束辐射，以增大所述固化的弹性材料的所述选定部分的交联密度。2根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选定部分容易受到挤压。3根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在选择性地施加之前，确定所述防喷器密封件容易受到挤压的部分，其中所述选择性地施加包括选择性地对所确定的部分施加电子束辐射。4根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括确定对于到所述防喷器密封件的给定深度的期望交联密度增大所需的电子束辐射处理。5根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定所述电子束辐射处理包括确定辐射剂量以实现期望的交联密度的增大。6根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述辐射剂量的范围为。
4、从约50KGY到约2000KGY。7根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定所述给定深度包括确定对于所述电子束辐射穿透到所述给定深度所需的电子束能量水平。8根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电子束能量水平的范围为从约50KEV到约5000KEV。9一种固化用于防喷器的密封件的方法，所述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；和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所述固化的弹性材料的所述部分的交联密度。10根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述固化剂包括硫、过氧化物、金属氧化物、胺或酚醛树脂中的至少一个。11根据权利要求9所述的方法，其特。
5、征在于，所述选定部分容易受到挤压。12根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在选择性地施加之前，确定所述防喷器密封件容易受到挤压的部分，其中所述选择性地施加包括选择性地对所确定的部分施加电子束辐射。13根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括确定对于到所述防喷器密封件的给定深度的期望交联密度增大所需的电子束辐射处理。14一种用于防喷器的密封件，包括弹性本体；以及布置在所述弹性本体内的至少一个刚性嵌件，其中所述弹性本体的一部分具有大于所述弹性本体的其余部分的交联密度。15根据权利要求14所述的密封件，其特征在于，所述弹性本体包括选自丁腈、氢化腈和羧化腈的至少一种腈基弹性。
6、体。16根据权利要求14所述的密封件，其特征在于，所述弹性本体具有被容纳在其中的权利要求书CN102245854ACN102245860A2/2页3至少一种填料。17根据权利要求14所述的密封件，其特征在于，所述更大的交联密度是通过电子束辐射实现的。18一种防喷器，包括主体，其具有贯通其限定的井眼轴线；和布置在所述主体内并构造成密封所述井眼的填塞单元，其中所述填塞单元包括弹性本体和布置在所述弹性本体内的至少一个刚性嵌件，所述弹性本体的一部分具有大于所述弹性本体的其余部分的交联密度。19根据权利要求18所述的防喷器，其特征在于，所述弹性本体包括选自由丁腈、氢化腈和羧化腈组成的群组的至少一种腈基弹。
7、性体。20根据权利要求18所述的防喷器，其特征在于，所述更大的交联密度是通过电子束辐射实现的。权利要求书CN102245854ACN102245860A1/10页4用电子束辐射选择性处理的BOP填塞单元和相关方法技术领域0001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PACKINGUNIT和处理、固化和制造用于防喷器的密封件的方法。背景技术0002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TAKENAKICK”。如果压力增大通常通过地层流体FORMATIONFLUID的涌入而产生传。
8、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。0003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。
9、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。0004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。0005除了通过附。
10、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。0006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。
11、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说明书CN102245854ACN102245860A2/10页5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。0007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。
12、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0008一方面，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。0009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。0010又一方面，本文公开的实施例涉及一种用。
13、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。0011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。0012本发明的其它方面和优点将从以下说明和所附权利要求而显而易见。附图说明0013图1示出了根据本公开内容的一个实施例的防喷器。0014图2示出了对于硫固化的弹性体样品而言随辐射剂量变化的100弹性模。
14、量和伸长率特性的曲线图。0015图3示出了对于过氧化物固化的弹性体样品而言随辐射剂量变化的100弹性模量和伸长率特性的曲线图。0016图4示出了对于硫/ZNO固化的弹性体样品而言随辐射剂量变化的100弹性模量和伸长率特性的曲线图。0017图5示出了对于SWNT填充的硫固化弹性体样品而言随辐射剂量变化的100弹性模量和伸长率特性的曲线图。0018图6示出了对于SWNT填充的过氧化物固化的弹性体样品而言随辐射剂量变化的100弹性模量和伸长率特性的曲线图。具体实施方式0019本文公开的实施例大致涉及用于防喷器的密封件和处理、固化和/或制造用于防说明书CN102245854ACN102245860A3。
15、/10页6喷器的密封件的方法。更特别地，本文公开的实施例涉及使用电子束辐射来增大用于防喷器的密封件的弹性材料的交联密度。再更特别地，实施例也可特别涉及选择性地对防喷器施加电子束辐射以便增大密封件的交联密度。另外，本公开内容不仅涉及使用电子束辐射处理预成型的密封件，还涉及固化密封件并使用电子束辐射处理密封件的方法。0020弹性材料的选择性处理即，选择性地增大交联密度可包括交联的位置选择及程度密度和深度控制。BOP弹性密封件的交联密度的该选择性控制容许在给定区域中对依赖于交联的材料特性进行局部定制，以便提高密封件承受对密封件的该特定区域所预期的负荷和失效模式的能力。如上所述，增大交联密度的常规方法。
16、导致整个密封件承受更高水平的固化。但是，根据本公开内容的实施例，使用电子束辐射可提供需要更大的弹性模量值或其它依赖于交联的特性的弹性密封件的选择区域中的交联密度的控制和选择。0021电子束辐射是可用于形成包括用于本公开内容的弹性材料的弹性体链之间的交联的电离能量的一种形式。在电子束辐射中，当电流通过“电子加速器”的真空室内的灯丝时产生电子束集中、高电荷的电子流。金属丝由于电阻而发热并发射电子云。这些电子然后通过电场加速并移出真空室。一旦位于真空室外部，电子束就成为用于断开例如弹性体中的化学键以形成用于触发两个链之间的交联的基的强能量源。0022在电子束辐射固化中，交联从使用能量束轰击弹性密封件。
17、且特别是弹性体分子而产生，该能量束充分有效以从弹性体的聚合物链驱逐某种元素例如，诸如氯、氟的卤族元素或基团例如，巯基例如，但充分缓和以避免聚合物骨架的断裂或切断。在元素或基团被驱逐之后，原始弹性体分子的自由基衍生物通过被驱逐的元素或基团之前结合的聚合物链中的元素通常为碳上的自由基位置而存在。虽然自由基通常很迅速地与其它材料反应实际上，自由基在描述迅速执行的多级化学反应的动态模型中常被称为很短期的中介实体，但是自由基聚合物链在自由基状态下相对稳定或至少更稳定。如果高分子自由基相对受会与聚合物链结合的自由基位置的其它材料的运动和接触约束，则相对稳定性尤其真实。交联发生在第一自由基位置与第二自由基位。
18、置结合以产生交联之时。除共价键交联外，交联也可包括离子结合以及通过电子或静电引力例如，范德华力形成的那些其它结合。下面更详细地进一步说明使用电子束辐射来实现交联，及其对本公开内容的密封件的特殊应用。0023使用电子束辐射处理的本公开内容的密封件可包括刚性材料和弹性材料两者。如文中所用，“密封件”指的是能够将高压区与低压区分离的装置。可用于本公开内容的方法的防喷器密封件的实例包括但不限于填塞单元、环状填塞单元、顶部密封件和可变孔口柱塞等。如文中所用，“刚性材料”指的是可向防喷器的密封件提供结构的任何材料，并可包括金属材料和非金属材料两者。刚性材料的实例可包括但不限于钢、铜和高强度复合材料例如，除。
19、了其它材料以外，碳复合材料、环氧树脂复合材料和热塑性塑料。此外，如文中所用，术语“弹性材料”指的是包括热塑性塑料、热固性材料、橡胶和其它呈弹性性质并通常用于密封件、O形圈等的聚合材料。0024聚合材料常常被定义为落入以下三个主要类别中的一个热固性材料一种塑料、热塑性材料第二种塑料和弹性或橡胶类材料在弹性体未提供固体“成型”状态的程度内，弹性材料不被通称为“塑性”。对这三个类别的一个重要的考虑是熔点的概念其中材料的固相和液相共存的点。在这方面，热固性材料在已“定型”或“固化”或说明书CN102245854ACN102245860A4/10页7“交联”之后基本上不能熔化。热固性材料的前体成分通常成。
20、形为熔化或主要为液体形式，但一旦执行定型处理，对该材料基本上不存在熔点。相比之下，热塑性材料硬化为固体形式伴随有晶体产生，基本上无限地保持其熔点，并在已成型之后重新熔化尽管在一些情况下普通聚合质量发生一定量的降级。弹性材料不具有熔点；相反，弹性体具有玻璃化转变温度，其中聚合材料呈现有用地流动的能力，但没有固相和液相在熔点的共存。一些热固性材料及热塑性塑料可通过交联转变为弹性体或具备弹性特性。0025弹性体可通过硫化一种包括热量和固化剂的固化处理转变为很牢固的柔性材料。特别地，在硫化期间，聚合物链交联以使弹性材料比由处于预硫化或预固化状态的弹性体制成的材料更强健地抵抗变形。本公开内容的密封件的硫。
21、化可如密封件的制造中常规地执行的那样发生。但是，除这种硫化过程以外，本公开内容的方法可供用于在密封件已被模制并进行固化处理之后进行电子束辐射处理。0026用来形成用于防喷器的密封件的常见类型的弹性体包括腈基弹性体，例如丁腈丁二烯、氢化腈和羧化丁腈。丁腈橡胶NBR是丙烯腈ACN或2丙烯腈和丁二烯1，2丁二烯和1，3丁二烯的不饱和合成共聚物。NBR的物理和化学性质可根据丙烯腈和丁二烯的相对量变化。例如，随着丙烯腈含量增加，弹性体变得更耐油但柔性降低，且反之亦然。0027氢化腈橡胶HNBR是NBR的氢化衍生物，常称为HSN或过饱和丁腈。HNBR具有类似于NBR的性质，但是典型地具有更高的耐老化性能和。
22、耐热性。因此，HNBR具有良好的耐候性和耐磨性及机械强度。当希望耐受胺缓蚀剂和明显更高的耐受硫化氢的性能与NBR相比时，油气工业中常常使用HNBR。0028常用来形成用于防喷器的密封件的另一种合成弹性体是羧基丁腈橡胶XNBR。XNBR具有通过利用含有羧酸的单体例如丙烯酸或甲基丙烯酸插入聚合物链的酸性基团。羧酸基团可被结合在聚合物链中以与NBR相比实现诸如更高的交联密度、抗拉特性、连续工作温度、耐化学性和硬度之类的特性。0029公知弹性材料呈现从很柔软到很坚硬的宽范围的特性。可通过选择基础聚合物或聚合物掺杂物以提供诸如强度、耐老化性和耐环境性的基本特性，然后通过交联聚合物链改变硬度和弹性模量特性。
23、或通过使用填料实现期望的特性，由此获得特性变化。0030用来固化和交联用于防喷器的弹性材料的常规固化剂包括硫、过氧化物、金属氧化物例如，氧化锌、胺和酚醛树脂，且硫和过氧化物最常见。交联例如通过形成硫原子的原子桥当使用硫固化剂时或碳碳键当使用过氧化物时形成。0031可将典型地被添加到弹性材料的填料分为增强型或扩展型填料。增强填料可增加硬度、抗拉强度、挤压阻力、撕裂强度、伸长率和弹性模量，其实例包括炭黑、碳纳米管包括单壁和多壁纳米管和硅石填料。扩展填料如二氧化钛和硫酸钡可用于降低制造成本而不牺牲性能特性，但也可提供着色特性并改善氧化环境的稳定性。填料粒子的尺寸的范围可从微米级尺寸到纳米级尺寸小于一。
24、微米的粒子；但是，粒子尺寸选择可取决于可引起的弹性材料的特性的差异。例如，纳米填料的使用与大于一微米的粒子相比可引起某些特性十倍以上的增加。当使用炭黑填料时这种特性增加的一个实例显而易见，因为炭黑填料具备用于与弹性材料的链互相作用的高比表面积并封闭其间的粒子与粒子间距，从而提供显著改善密封件的硬度值和抗拉强度。0032可通过常规的模制工艺制造密封件，考虑如文中关于各个实施例所述的辐射固化说明书CN102245854ACN102245860A5/10页8处理的改变。可在填充模腔之前向树脂聚合物前体或聚合物添加固化剂和填料以便于模制和/或固化。除本公开内容应用于同质密封件本体以外，以下也在本发明的。
25、范围内单个密封件可由多种弹性材料形成，例如上述弹性材料，作为异质、掺杂复合物，或密封件可由各自填充密封件的单独容积具有顺层缝的两种或更多种同质复合物形成。在一些实施例中，密封件可在单个模腔中被有序模制和固化。在其它实施例中，密封件可在模腔中模制并随后在固化室中固化在此模腔和固化室可互换地使用。例如，在一些实施例中，可将刚性材料布置在模具中，并且可按需使用至少一种树脂或熔化材料闭合和填充模具即，模制然后固化。在其它实施例中，可将预先模制且未固化的密封件布置在固化室中即，仅固化。可在将材料布置在模具中之前或之后将模具或固化室加热至升高的温度。0033然后可使布置在模腔中的材料的温度升高至足以固化或。
26、至少部分固化弹性材料的温度。例如，可通过蒸汽、油或其它流体或通过电加热元件供应热量。在处于固化温度下充分的时间之后，从模腔去除固化或部分固化的零件并允许其冷却。密封件可以可选地例如通过将零件保持在后固化温度下或缓慢冷却零件而被后固化，并且可用于产生期望的特性。这种后固化可以是根据本公开内容的方法施加的电子束辐射固化的补充。0034一般而言，可影响固化的密封件的特性的变量可包括模具或固化室温度、加热速度、冷却速度和固化或后固化温度。典型地，基于热交换介质的测定温度来维持模具或固化室的温度。例如，可通过热交换介质的类型电、流体、流体的类型和流体的相应热力学特性及模制材料例如，钢的类型及其特性来影响。
27、加热和冷却速度。材料处于给定温度下的时间量也将影响固化程度。当选择固化计划时可将这些变量和引起的特性考虑在内，特别是考虑到随后使用电子束辐射固化，其可用于选择性地控制交联。亦即，在常规的固化处理中，整个弹性密封件至少相对均匀地固化，需要为了其它特性例如，弹性模量与伸长率的利益而牺牲某些期望的特性。因此，通过提供选择性地通过聚集在弹性密封件上的电子束的位置、穿透深度和加速度控制交联的能力，弹性密封件的选择部分可具有提高的交联水平，从而定制交联引起的特性，以基于对那些部分预期的负荷和失效模式考虑和提高密封性能。提高的性能可包括提高的密封能力、增加的失效循环数量等。此外，对于其中要处理的密封件贯穿整。
28、个密封件本体不具备均匀同质或均匀异质掺杂物组分的实施例，可使用电子束辐射处理一个或多个区域组分明显不同。此外，关于形成弹性体的此类多个区域中的一个，在各个实施例中，可在选定部分或整体通过电子束辐射来处理每个同质区域。0035另外，使用电子束辐射也可意味着取决于未进行电子束辐射的区域的所期望的特性，通过常规的固化处理对整个密封件进行“更少”的固化能可选地进行。这可引起固化时间减少。备选地，也可减少固化时间对于常规的固化而言以引起整个密封件的“更少的”固化，并可在整个密封件上施加电子束辐射以进一步交联弹性材料。可将该电子束辐射均匀地施加在整个密封件上，或能以更大的剂量或能量水平对某些区域且不对其它。
29、区域施加辐射，以使那些特定区域与其它区域相比具有更大的交联密度。0036也可通过所用的弹性材料的类型和量、所用的刚性材料的类型、热力学特性例如，传导率和固化剂或任何其它填料的类型和量如果使用的话以及电子束处理的能量水平和剂量影响交联密度的量和面积来影响密封件的特性。也可通过弹性材料和/说明书CN102245854ACN102245860A6/10页9或固化剂的运动学特性的变化来影响密封件特性。0037如上所述，电子束辐射常源自电子加速器，但可备选地源自放射或源自激光。单独的加速器有用地由它们的能量、功率和类型而表征。在本公开内容的特定实施例中，合适的能量水平的范围可为从50KEV到50MEV，。
30、或在其它实施例中，从100KEV到40MEV。因此，加速器的选择可基于期望的能量水平。例如，低能量加速器可提供从约150KEV到约20MEV的束能量并且中能量加速器提供从约25MEV到约80MEV的束能量，而高能量加速器提供大于约90MEV的束能量。加速器功率是电子能量和束电流的乘积。此类功率的范围为从约5KW到约300KW。加速器的主要类型有静电直流DC、电动DC、射频RF线性加速器LINACS、磁感应LINAC和连续波CW机器。所吸收的能量的量剂量以千戈瑞KGY为单位测量，其中1KGY等于每千克1,000焦耳，或以兆拉德MR、MERAD或MRAD为单位测量，其中1MR等于每克1,000,0。
31、00尔格。根据本公开内容的某些实施例，剂量的范围可为从约50KGY到2000KGY，或在其它实施例中从约100KGY到1000KGY。0038可通过改变电子束的两个方面来控制交联。可通过加速电压来控制束的穿透深度，并且可通过辐射剂量来控制交联程度。可通过改变束电流、束直径以及到源的距离来改变剂量率。因此，如本文公开的密封件的选择性处理部分不仅可包括确定哪些位置承受较高的失效率，而且包括确定将引起期望交联及期望的依赖于交联的材料特性的电子束辐射的量。此确定可包括将引起期望的交联密度的增大的辐射剂量的量的确定及将引起期望的增大交联密度深度的电子能量水平的确定。此外，虽然以上提及了剂量和能量水平的范。
32、围，但本领域的技术人员将会理解可根据期望的交联从上述那些范围改变加速电压、剂量等。0039因此，根据本公开内容的实施例，电子束辐射可结合常规的固化工艺使用或处理常规固化的预先形成的密封件的选定部分，以补救与常规的固化技术相关的问题或缺陷。具体地，电子束辐射固化可通过选择性地增加密封件的一个或多个特定部分中的交联数量以向容易受到挤压同时承受压力的那那些部分提供更大的强度和挤压阻力来增强常规固化的材料的性能。0040例如，环状防喷器填塞单元可在选定部分例如顶部内孔或顶部外表面、底部外表面或可受益于具有更大交联密度的任何其它区域中使用电子束辐射进行处理，并因此与填塞单元的其余部分相比可具有更大的弹性。
33、模量和挤压阻力。但是，本文公开的方法并不限于用于环状防喷器的填塞单元的处理。相反，这些方法同样可应用于任何密封件，包括柱塞填塞器PACKER、装置的顶部密封件、侧向密封件、可变孔口柱塞等。0041此外，由于如上所述可通过改变电子束特征容易地控制交联的程度和深度，所以能可控地实现特定材料或期望的机械特性。本领域的技术人员将会理解，可基于弹性体密封件在密封件的操作使用期间可能暴露的压力的量、应力、操作条件来确定所期望的特性。0042因此，在一个说明性的实施例中，可通过选择性地对包括固化的弹性材料和多个刚性嵌件的防喷器密封件的一部分施加电子束辐射来增大用于防喷器的密封件的交联密度，以增大固化的弹性材。
34、料的选定部分的交联密度。为施加电子束辐射而选择的密封件的部分可为密封件容易受到挤压的局部部分。因此，在选择性地施加电子束辐射之前，可对密封件进行分析使得可确定防喷器密封件容易受到挤压的部分，使得该容易受到挤压的部分是使用电子束辐射选择性地处理的部分。此分析也可包括用于实现期望的增大交联密度和密封件的材料特性对应变化的电子束辐射的量的确定。要施加的电子束辐射的量的确定可说明书CN102245854ACN102245860A7/10页10包括电子束辐射剂量和/或电子束能量水平的确定。0043在另一个说明性的实施例中，本公开内容还涉及固化用于防喷器的密封件的方法。此类方法可包括使用多个刚性嵌件模制弹。
35、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固化的弹性材料的该部分的交联密度。类似于上述实施例，为施加电子束辐射而选择的密封件的部分可为密封件容易受到挤压的局部部分。因此，在选择性地施加电子束辐射之前，可对密封件进行分析以便可确定防喷器密封件容易受到挤压的部分，使得该容易受到挤压的部分是使用电子束辐射选择性地处理的部分。此分析也可包括用于实现期望的增大交联密度和密封件的材料特性对应的变化的电子束辐射的量的确定。要施加的电子束辐射的量的确定可包括电子束辐射剂量和/或电子束能量水平的确定。0044参照图1，示出了可包括根据本文公开的实施例的填塞单元。
36、的环状防喷器101。环状防喷器101包括壳体102，该壳体具有沿钻孔轴线103贯通其中延伸的中心孔口120。填塞单元105围绕中心孔口120布置在环状防喷器101内，使得填塞单元105的孔口111与防喷器101的孔口120大致同心。0045如图1中所示，填塞单元105包括弹性环状本体107和多个金属嵌件109。金属嵌件109被示出为以围绕钻孔轴线103大致呈圆形的方式在径向平面中布置在填塞单元105的弹性环状本体107内填塞单元105的纵向轴线未示出与钻孔轴线103对齐。在使用中，液压流体可通过启动端口113进入缸112，从而沿向上的方向推动致动活塞117。随着活塞117被向上推，致动活塞11。
37、7的倾斜表面118压缩填塞单元105使得孔口111随着金属嵌件109朝着钻孔轴线103移动而缩小。为了打开孔口111，将液压流体转移到回缩端口115并沿向下的方向驱迫活塞117。0046根据本文公开的实施例，可对图1中所示的填塞单元105的选定部分且具体而言弹性环状本体107的选定部分进行电子束辐射以增大该选定部分的交联密度。如上所述，此类选定部分可为例如通过倾斜表面118和孔口120之间的环状空间中的大“间隙”受到挤压的部分。可基于预先对磨损的填塞单元的视觉检查和/或主动通过有限元分析法FEA分析来模拟和评估跨越处于给定移动条件力、负荷状态、应变下的密封件以及可能容易受到挤压的密封件部分出现。
38、的应力和/或应变集中来确定需要增大交联密度的此类部分。美国专利公报NO2008/0027693中描述了使用FEA分析来设计用于防喷器的密封件，该公报被转让给本受让人并且其整体通过引用而结合在本文中。因此，本公开内容并不限于使用电子束辐射的防喷器密封件的特定区域或特定类型。0047实例0048提供以下实例以进一步说明采用电子束辐射来进一步固化预固化的通过常规的固化手段弹性体标本尺寸为6英寸6英寸6英寸。标本样品包括硫固化的NBR样品1和6；过氧化物固化的HNBR样品2和7；硫/氧化锌固化的XNBR样品3和8；填充SWNT的硫固化NBR的单壁纳米管样品4和9；和填充SWNT的过氧化物固化的HNBR。
39、样品5和10。在320下对硫固化的NBR样品预固化15分钟；在320下对过氧化物固化的HNBR样品预固化45分钟；并在320下对硫/ZNO固化的XNBR样品预固化15分钟。在300下对填充了SWNT的硫化NBR样品预固化15分钟，且装载282的SWNT。在320下对填充SWNT的过氧化物固化的HNBR样品预固化30分钟，且装载639的SWNT。说明书CN102245854ACN102245860A8/10页11以指定的固化时间/温度在热压力机中将每个样品模制为66板SLAB。从这些板切割哑铃形标本或狗骨形标本。边对边均匀地在这些哑铃形样品上施加电子束辐射。0049现参照表1，示出了列出用于样品。
40、15的辐射剂量和辐射能量的辐射固化方案。如表1中所示，在固定为3000KEV的辐射能量下将标本样品15暴露于从150KGY至750KGY的辐射剂量。0050表1005100520053对每个样品评估弹性模量和伸长率以检查表1中所列的辐射剂量对固化的样品的两个特性的影响。弹性模量指的是材料的刚度并且是使材料变形设定的量所需力的量的量度。因此，100弹性模量是使材料变形100、即双倍长度所需力的量的量度。伸长率也称为断裂伸长率是通过将材料拉伸至其断裂点而产生的材料长度的增加的度量，以材料初始长度的百分比表示。现参照图26，示出了样品15在表1中详列的辐射固化方案产生的100弹性模量和伸长率的图示。。
41、0054图1中示出了样品1、即硫固化的丁腈橡胶NBR样品的电子束辐射固化的效果。电子束固化引起100弹性模量随着辐射剂量增大而从400PSI增大到1500PSI，表明弹性体的弹性模量硬度随着辐射剂量增大而增大。例如，如图1中所示，在样品1吸收150KGY的辐射能量后，100弹性模量从400PSI增大到590PSI，表明该复合物此时需要590PSI的压力来将材料拉伸为其原始尺寸的两倍。100弹性模量随着交联密度增大呈现出几乎直说明书CN102245854ACN102245860A9/10页12线的增大吸收的辐射能量，而伸长率随着辐射剂量增大和增大的交联密度而减小。样品1的断裂伸长率跨越所吸收的辐。
42、射剂量的范围从略大于600减小到略大于200。例如，在样品1吸收450KGY的辐射能量后，样品1的伸长率从615减小到340，使得弹性体在被拉开之前仅可进行其原始长度的340的拉伸。因此，显然增大的交联密度需要所期望的特性的平衡，包括但不限于弹性模量和伸长率。例如，虽然增大的弹性模量可为密封件提供承受更大应力量的能力，但是该密封件也可更倾向于在更短的伸长下断裂。因此，可确定可以接受的弹性模量和伸长率及其它期望的特性的范围的平衡，并且可确定引起视为可接受的这些特性的剂量。0055图2中示出了样品2、即过氧化物固化的氢化腈橡胶HNBR的电子束辐射固化的效果。如上所述，过氧化物固化的HNBR是NBR。
43、的氢化/饱和衍生物，通常认为其较标准NBR材料而言具有更大的耐温性和机械强度。如图2中所示，随着样品2的辐射剂量增大，弹性模量从约500PSI增大到约2100PSI以比样品1NBR略更成线性的关系，并且伸长率从325减小到100，表明弹性体随着辐射剂量增大而更坚韧。0056图3中示出了样品3、即硫/ZNO固化的羧化腈橡胶XNBR的电子束辐射固化的效果。如上所述，XNBR是通过将含有羧酸的单体与ACN和丁二烯共聚而形成的NBR的羧化衍生物。如图3中所示，随着样品3的辐射剂量增大，100弹性模量从约1500PSI增大到约3750PSI而伸长率从约320减小到约75。0057图4中示出了样品4、即填。
44、充了SWNT的NBR样品的电子束辐射的效果。如图4中所示，随着样品4的辐射剂量增大，100弹性模量的范围可为从约550PSI到约2200PSI，并且伸长率可从约525减小到约80。与样品1无SWNT填料相比，填充了SWNT的NBR样品在施加任何辐射能量之前的弹性模量大于无填料的NBR样品，预期这种情况是由于增强填料的存在。除弹性模量值的初始差异以外，电子辐射的施加引起弹性模量和伸长率曲线的交点的偏移。亦即，对于确定为可以接受的给定范围的弹性模量和伸长率而言，在弹性体中结合纳米填料可允许更低剂量的电子辐射产生与无纳米填料的辐射固化的弹性体相同的“可接受的”弹性模量和伸长率范围，从而减少处理时间和。
45、相关的成本。0058图5中示出了样品5、即填充了SWNT的HNBR样品的电子束辐射的效果。如图5中所示，随着样品5的辐射剂量增大，100弹性模量的范围为从约600PSI到约1215PSI，而伸长率从约650减小到约225。类似于样品1和4之间的比较，可将样品5与样品2无SWNT填料进行比较。图2和图5之间的比较还表明，电子辐射的施加引起弹性模量和伸长率曲线的交点的偏移，并且在弹性体中结合纳米填料可允许更低的电子辐射的剂量产生与无纳米填料的辐射固化的弹性体相同的“可接受的”弹性模量和伸长率范围。因此，除纳米填料可提供的其它已知益处外，纳米填料可允许施加更少的电子束辐射来实现与无纳米填料的辐射固化。
46、的弹性体相似的结果。0059样品610也在不同的辐射能量水平进行电子束辐射固化。在暴露于不同水平的电子能量后，使用邵氏A硬度计在标本的暴露表面和相对的表面上测量硬度，如下表2中所示。如表2中所示，各样品在使用辐射固化后通常呈现增大或相同的硬度。另外，随着辐射能量增加，电子束固化的穿透深度也增大，如通过所影响的样品的相对表面的硬度所表明的那样。0060表2说明书CN102245854ACN102245860A10/10页13006100620063本文公开的实施例可提供以下优点中的至少一个。虽然常规的固化方法仅提供贯穿整个密封件的均匀固化，但本公开内容的处理方法可允许选择性地对想要更大的交联密度。
47、以及因此更大的弹性模量的密封件的区域进行处理。电子束辐射的使用可用于选择性地处理希望局部特性变化的密封件区域。因此，本公开内容的方法可提供用于获得防喷器密封件的方法，该密封件具有交联密度增大以便在压力和升高的温度下实现更佳强度的区域。另外，电子束辐射可用于固化在使用电子束辐射处理后实现全部强度同时减小加压固化时间的量的局部固化的密封件。0064虽然公开内容包括有限数量的实施例，但受益于本公开内容的本领域的技术人员应理解，可以设计不脱离本公开内容的范围的其它实施例。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求限制。说明书CN102245854ACN102245860A1/6页14图1说明书附图CN102245854ACN102245860A2/6页15图2说明书附图CN102245854ACN102245860A3/6页16图3说明书附图CN102245854ACN102245860A4/6页17图4说明书附图CN102245854ACN102245860A5/6页18图5说明书附图CN102245854ACN102245860A6/6页19图6说明书附图CN102245854A。