JP3078018B2 - 接触する凸面における第一及び第二シール組立体 - Google Patents
接触する凸面における第一及び第二シール組立体Info
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Classifications
-
- 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
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/26—Sealings between relatively-moving surfaces with stuffing-boxes for rigid sealing rings
-
- 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
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- F16J15/18—Sealings between relatively-moving surfaces with stuffing-boxes for elastic or plastic packings
- F16J15/20—Packing materials therefor
-
- 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
- E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
- E21B33/12—Packers; Plugs
- E21B33/1208—Packers; Plugs characterised by the construction of the sealing or packing means
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Description
【発明の詳細な説明】 1.発明の分野 発明の背景 本発明は、シール組立体に関するものである。他の態
様としては、本発明は、環状空間あるいは「Ｔ・シール
（Ｔ−seals）」に使用されるシール組立体に関するも
のである。さらに他の態様としては、本発明は、地層探
査用井に使用されるシール組立体に関するものである。
さらに他の態様としては、また、本発明は、石油井、ガ
ス井の製造及びその生産作業で使用されるシール組立体
に関するものである。さらに他の態様としては、本発明
は、石油井、ガス井の製造及びその生産作業で使用され
る複要素からなるシール組立体に関するものである。さ
らに他の態様としては、本発明は、シール組み立て体が
シール要素とバックアップ要素を備えているような石油
井、ガス井の製造及びその生産作業で使用される複要素
からなるシール組立体に関するものである。
様としては、本発明は、環状空間あるいは「Ｔ・シール
（Ｔ−seals）」に使用されるシール組立体に関するも
のである。さらに他の態様としては、本発明は、地層探
査用井に使用されるシール組立体に関するものである。
さらに他の態様としては、また、本発明は、石油井、ガ
ス井の製造及びその生産作業で使用されるシール組立体
に関するものである。さらに他の態様としては、本発明
は、石油井、ガス井の製造及びその生産作業で使用され
る複要素からなるシール組立体に関するものである。さ
らに他の態様としては、本発明は、シール組み立て体が
シール要素とバックアップ要素を備えているような石油
井、ガス井の製造及びその生産作業で使用される複要素
からなるシール組立体に関するものである。
2.関連技術の説明 シール装置は、炭化水素井の製造及び生産作業におい
て重要な要素となっている。従来井を掘り下げ完成した
際には、生産された炭化水素を管／ケーシング間の環状
空間から隔離するため、管連鎖の下端にパッカーズ（pa
ckers）及びシール組立体を使用した。石油及びガスの
生産がより高温且つより高圧に移行したため、そのよう
な条件に適合させるように、パッカーズを補助するもの
として又はその代用として使用可能な他の井製造方式が
出現してきた。この他の製造方式は、生産ケーシング連
鎖の一体部分として研磨穴レセプタクル（“PBR"）が延
在しているような方式を採用している。
て重要な要素となっている。従来井を掘り下げ完成した
際には、生産された炭化水素を管／ケーシング間の環状
空間から隔離するため、管連鎖の下端にパッカーズ（pa
ckers）及びシール組立体を使用した。石油及びガスの
生産がより高温且つより高圧に移行したため、そのよう
な条件に適合させるように、パッカーズを補助するもの
として又はその代用として使用可能な他の井製造方式が
出現してきた。この他の製造方式は、生産ケーシング連
鎖の一体部分として研磨穴レセプタクル（“PBR"）が延
在しているような方式を採用している。
炭化水素井の製造及び生産のためのシール組立体で
は、第一の山形そで章形のシール部品がほとんど用いら
れている。その際立った特性上、山形それ章形のシール
部品は一方向のシーリングのみ行うことができる。その
ため、地上に向かう圧力及び地下に向かう圧力に対して
シールを行うためには、180゜反対方向に向けた一対ま
たはそれ以上の対の山形そで章形のシール部品を使用す
るのが一般的である。
は、第一の山形そで章形のシール部品がほとんど用いら
れている。その際立った特性上、山形それ章形のシール
部品は一方向のシーリングのみ行うことができる。その
ため、地上に向かう圧力及び地下に向かう圧力に対して
シールを行うためには、180゜反対方向に向けた一対ま
たはそれ以上の対の山形そで章形のシール部品を使用す
るのが一般的である。
これまで従来技術においては、シール組立体を改良す
るための数々の試みがされてきた。
るための数々の試みがされてきた。
1984年９月25日にTilton et al.に特許された米国
特許第4,473,231号は、地層探査用井の動的シールを開
示している。この動的シールは、Ｖ形又は山形そで章形
の第一弾性シーリング要素を持ち、さらには、当該山形
そで章形の両側にバックアップ要素をも持ち合わせてい
る。
特許第4,473,231号は、地層探査用井の動的シールを開
示している。この動的シールは、Ｖ形又は山形そで章形
の第一弾性シーリング要素を持ち、さらには、当該山形
そで章形の両側にバックアップ要素をも持ち合わせてい
る。
1983年９月27日にAllisonに特許された米国特許第4,4
06,469号は、複数の背中合わせのＶ形又は山形そで章形
のシーリング要素を開示している。バックアップ要素
は、この複数のシーリング要素のそれぞれの側面に位置
されている。
06,469号は、複数の背中合わせのＶ形又は山形そで章形
のシーリング要素を開示している。バックアップ要素
は、この複数のシーリング要素のそれぞれの側面に位置
されている。
1988年９月21日に公開された英国特許第GB2、202、28
3A号は、それぞれ、最外側が金属のスペーサで、その間
に２つの山形そで章形シール要素及びシール要素の出っ
張りを防ぐための金属編メッシュ要素を含む５つの環状
シール要素を持つシール積重体を開示している。
3A号は、それぞれ、最外側が金属のスペーサで、その間
に２つの山形そで章形シール要素及びシール要素の出っ
張りを防ぐための金属編メッシュ要素を含む５つの環状
シール要素を持つシール積重体を開示している。
このように、従来のシール組立体がいくつもあるにも
かかわらず、さらに改良されたシール組立体が必要とさ
れている。
かかわらず、さらに改良されたシール組立体が必要とさ
れている。
改良された環状のシール組立体がまた必要とされてい
る。
る。
また、炭化水素井の製造及び生産のための改良された
環状シール組立体が必要とされている。
環状シール組立体が必要とされている。
さらに、炭化水素井の製造及び生産のための二方向の
環状シール組立体が必要とされている。
環状シール組立体が必要とされている。
以上の及びその他の必要とされている事項は、請求項
と図面を含め、本明細書を吟味することによって当業者
に明らかになるであろう。
と図面を含め、本明細書を吟味することによって当業者
に明らかになるであろう。
発明の概要 本発明の一つの目的は、改良されたシール組立体を提
示することである。
示することである。
本発明のもう一つの目的は、改良された環状シール組
立体を提示することである。
立体を提示することである。
本発明のさらなるもう一つの目的は、二方向の環状シ
ール組立体を提示することである。
ール組立体を提示することである。
本発明における以上及びその他の目的は、請求項と図
面を含め、本明細書を吟味することによって当業者に明
らかになるであろう。
面を含め、本明細書を吟味することによって当業者に明
らかになるであろう。
本発明の一つの具体例においては、地層探査用井に使
用されるシール組立体であって、（ａ）内部に研磨面を
有する中空の生産ケーシングと、（ｂ）該生産ケーシン
グ内に位置し、生産ケーシングとの間に環状空間を形成
する生産管と、（ｃ）生産管に位置する頂部リテイナ及
び底部リテイナとを有し、頂部リテイナと底部リテイナ
との間には、環状空間の中に研磨面に隣接してシール環
状部が画成され、（ｄ）更に、シール環状部内に位置
し、かつ、頂部及び底部を有する横断面をもつ環状形の
第一シール要素を有し、頂部及び底部のそれぞれが、凸
部を持つ曲線状であり、凸部はシール環状部の中心線上
を横断して配置され、また、第一シール要素は、管とケ
ーシングとの間の環状空間を架け渡して、環状空間をシ
ールし、（ｅ）更に、シール環状部内に位置する第一及
び第二の環状形の第二シール要素を有し、第一の第二シ
ール要素は、第一シール要素の頂部の凸部と当接する凸
部を有し、また、第二の第二シール要素は、第一シール
要素の底部の凸部と当接する凸部を有し、また、第二シ
ール要素はそれぞれ、生産ケーシングと生産管との間の
環状空間を架け渡して、環状空間をシールする、ことを
特徴とするシール組立体である。第一シール要素は、断
面が円形、楕円形、あるいは長円形をしているのが望ま
しい。組立体はさらに、穴の中に位置し、第一シール要
素の凸部分に当接している環状の第二要素を二つ含んで
いる。
用されるシール組立体であって、（ａ）内部に研磨面を
有する中空の生産ケーシングと、（ｂ）該生産ケーシン
グ内に位置し、生産ケーシングとの間に環状空間を形成
する生産管と、（ｃ）生産管に位置する頂部リテイナ及
び底部リテイナとを有し、頂部リテイナと底部リテイナ
との間には、環状空間の中に研磨面に隣接してシール環
状部が画成され、（ｄ）更に、シール環状部内に位置
し、かつ、頂部及び底部を有する横断面をもつ環状形の
第一シール要素を有し、頂部及び底部のそれぞれが、凸
部を持つ曲線状であり、凸部はシール環状部の中心線上
を横断して配置され、また、第一シール要素は、管とケ
ーシングとの間の環状空間を架け渡して、環状空間をシ
ールし、（ｅ）更に、シール環状部内に位置する第一及
び第二の環状形の第二シール要素を有し、第一の第二シ
ール要素は、第一シール要素の頂部の凸部と当接する凸
部を有し、また、第二の第二シール要素は、第一シール
要素の底部の凸部と当接する凸部を有し、また、第二シ
ール要素はそれぞれ、生産ケーシングと生産管との間の
環状空間を架け渡して、環状空間をシールする、ことを
特徴とするシール組立体である。第一シール要素は、断
面が円形、楕円形、あるいは長円形をしているのが望ま
しい。組立体はさらに、穴の中に位置し、第一シール要
素の凸部分に当接している環状の第二要素を二つ含んで
いる。
本発明のもう一つの具体例においては、（ａ）外側導管
と、（ｂ）該外側導管の内側に位置し、該外側導管との
間に環状空間を形成する内側導管と、（ｃ）環状空間に
位置し、かつ、頂部及び底部をもつ断面形を有する環状
形の第一シール要素を有し、頂部及び底部のそれぞれ
は、凸部をもつ曲線状であり、凸部は、環状空間の半径
方向の中心点に位置決めされており、また、第一シール
要素は、外側導管と内側導管との間の環状空間を架け渡
して、環状空間をシールし、（ｄ）更に、環状空間に位
置し、かつ、凸部を有する湾曲面をもつ第一と第二の環
状形の第二シール要素とを有し、凸部は、第一シール要
素の凸部の１つと当接し、第二シール要素は、外側導管
と内側導管との間の環状空間を架け渡して、環状空間を
シールする、ことを特徴とするシール組立体である。第
一シール要素は、断面が円形、楕円形、あるいは長円形
をしているのが望ましい。組立体は、また、環状空間に
位置し、第一シール要素の凸部分に当接している環状の
第二要素を含んでいる。
と、（ｂ）該外側導管の内側に位置し、該外側導管との
間に環状空間を形成する内側導管と、（ｃ）環状空間に
位置し、かつ、頂部及び底部をもつ断面形を有する環状
形の第一シール要素を有し、頂部及び底部のそれぞれ
は、凸部をもつ曲線状であり、凸部は、環状空間の半径
方向の中心点に位置決めされており、また、第一シール
要素は、外側導管と内側導管との間の環状空間を架け渡
して、環状空間をシールし、（ｄ）更に、環状空間に位
置し、かつ、凸部を有する湾曲面をもつ第一と第二の環
状形の第二シール要素とを有し、凸部は、第一シール要
素の凸部の１つと当接し、第二シール要素は、外側導管
と内側導管との間の環状空間を架け渡して、環状空間を
シールする、ことを特徴とするシール組立体である。第
一シール要素は、断面が円形、楕円形、あるいは長円形
をしているのが望ましい。組立体は、また、環状空間に
位置し、第一シール要素の凸部分に当接している環状の
第二要素を含んでいる。
本発明のさらなるもう一つの具体例においては、
（ａ）第一部材と、（ｂ）第一部材に隣接して位置し、
かつ、第一部材との間に通路を形成する第二部材と、
（ｃ）通路内に位置し、かつ、頂部と底部をもつ横断面
を有する第一シール要素とを有し、頂部と底部はそれぞ
れ、凸部をもつ曲線状であり、凸部は通路の中心に位置
し、また、第一シール要素は、第一部材と第二部材との
間の通路を架け渡して、通路をシールし、（ｄ）更に、
通路内に位置し、それぞれが、第一シール要素の凸部と
当接する凸部を有する第一及び第二の第二シール要素を
有し、また、第二シール要素はそれぞれ、第一部材と第
二部材との間の通路を架け渡して、通路をシールする、
ことを特徴とするシール組立体である。第一シール要素
は、断面が円形、楕円形、あるいは長円形をしているの
が望ましい。組立体は、また、通路に位置し、第一シー
ル要素の凸部分に当接している第二要素を含んでいる。
（ａ）第一部材と、（ｂ）第一部材に隣接して位置し、
かつ、第一部材との間に通路を形成する第二部材と、
（ｃ）通路内に位置し、かつ、頂部と底部をもつ横断面
を有する第一シール要素とを有し、頂部と底部はそれぞ
れ、凸部をもつ曲線状であり、凸部は通路の中心に位置
し、また、第一シール要素は、第一部材と第二部材との
間の通路を架け渡して、通路をシールし、（ｄ）更に、
通路内に位置し、それぞれが、第一シール要素の凸部と
当接する凸部を有する第一及び第二の第二シール要素を
有し、また、第二シール要素はそれぞれ、第一部材と第
二部材との間の通路を架け渡して、通路をシールする、
ことを特徴とするシール組立体である。第一シール要素
は、断面が円形、楕円形、あるいは長円形をしているの
が望ましい。組立体は、また、通路に位置し、第一シー
ル要素の凸部分に当接している第二要素を含んでいる。
図面の簡単な説明 図１は、生産管140、生産ケーシング130、管140とケ
ーシング130との間の環状部115、シール組立体110を含
む従来技術の井穴製造方式100の断面図を示している。
ーシング130との間の環状部115、シール組立体110を含
む従来技術の井穴製造方式100の断面図を示している。
図２は、生産管140、生産ケーシング130、管140とケ
ーシング130との間の環状部115及び本発明のシール組立
体210を含む本発明の一具体例に係る井穴製造方式200の
断面図である。
ーシング130との間の環状部115及び本発明のシール組立
体210を含む本発明の一具体例に係る井穴製造方式200の
断面図である。
図３は、図２におけるシール積重体203の拡大図であ
り、第一シール要素205、第二シール要素202及びバック
アップ要素218を示している。
り、第一シール要素205、第二シール要素202及びバック
アップ要素218を示している。
図４は、横長円形のシール積重体203の図であり、横
長円形の第一シール要素205、第二シール要素202及びバ
ックアップ要素218を示している。
長円形の第一シール要素205、第二シール要素202及びバ
ックアップ要素218を示している。
図５は、縦長円形のシール積重体203の図であり、縦
長円形の第一シール要素205、第二シール要素202及びバ
ックアップ要素218を示している。
長円形の第一シール要素205、第二シール要素202及びバ
ックアップ要素218を示している。
図６は、長円形のシール積重体203の図であり、長円
形の第一シール要素205、第二シール要素202及びバック
アップ要素218を示している。
形の第一シール要素205、第二シール要素202及びバック
アップ要素218を示している。
図7A、7B、7Cは、本発明に係る非限定的な実施例であ
る第二シール要素202を示している。
る第二シール要素202を示している。
図８は、シール積重体203の他の代替形の図であり、
横長円形の第一シール要素205、第二シール要素202及び
バックアップ要素218を示している。
横長円形の第一シール要素205、第二シール要素202及び
バックアップ要素218を示している。
図９は、シール積重体203のさらに他の代替形の図で
あり、縦長円形の第一シール要素205、第二シール要素2
02及びバックアップ要素218を示している。
あり、縦長円形の第一シール要素205、第二シール要素2
02及びバックアップ要素218を示している。
図10は、研磨穴圧力容器402及び中心に位置する往復
心棒423、高圧域405を間に有する二つのシール積重位置
427と429によって構成されている試験的装置400の概略
図である。
心棒423、高圧域405を間に有する二つのシール積重位置
427と429によって構成されている試験的装置400の概略
図である。
本発明の詳細な説明 本発明の説明をする前に、まず図１に示されている従
来技術の山形そで章形のシール積重体を考察する。
来技術の山形そで章形のシール積重体を考察する。
図１は、従来技術の井穴製造方式100の断面図であ
り、生産管140、生産ケーシング130、管140とケーシン
グ130との間の環状部115及びシール組立体110を示して
いる。シール組立体110は、生産管140の端に接続してお
り、ケーシング130と管140との間の環状部115の中のシ
ール環状部120に位置する多数の山形そで章シール要素
を含んでいる。２以上の隣接したシール要素105は、シ
ール積重体を形成する。スペーサ118は、シール要素105
の積重体をそれぞれ分断する。管140の上部シール環状
リテイナ141及び下部シール環状リテイナ142は、シール
要素105を保持する助けをしている。ケーシング130は、
研磨穴レセプタクル域135を含み、シール要素105がその
面に沿って動く研磨面135Aを有している。
り、生産管140、生産ケーシング130、管140とケーシン
グ130との間の環状部115及びシール組立体110を示して
いる。シール組立体110は、生産管140の端に接続してお
り、ケーシング130と管140との間の環状部115の中のシ
ール環状部120に位置する多数の山形そで章シール要素
を含んでいる。２以上の隣接したシール要素105は、シ
ール積重体を形成する。スペーサ118は、シール要素105
の積重体をそれぞれ分断する。管140の上部シール環状
リテイナ141及び下部シール環状リテイナ142は、シール
要素105を保持する助けをしている。ケーシング130は、
研磨穴レセプタクル域135を含み、シール要素105がその
面に沿って動く研磨面135Aを有している。
このような研磨穴レセプタクル（“PBR"）では、シー
ル組立体110は、研磨面115Aの軸方向に沿って動くこと
ができる。研磨面135Aの滑らかな表面は、シール組立体
110と密着し、それにより、環状部115を生産される液体
から隔離する。
ル組立体110は、研磨面115Aの軸方向に沿って動くこと
ができる。研磨面135Aの滑らかな表面は、シール組立体
110と密着し、それにより、環状部115を生産される液体
から隔離する。
次に、図２を参照すると、本発明の一具体例が表され
ている。図２は、本発明によるシール要素が使用されて
いる点以外は図１と同様である。以下の説明では、“上
方”及び“下方”、“頂部”“底部”、あるいは同様の
表現が一方のシール要素と他方を区別するのに使われ
る。しかし、当業者はこれらの表現が本発明において垂
直に向いて位置すると限定するわけではないと理解する
であろう。実際、本発明はどのような方向にも採用され
得る。
ている。図２は、本発明によるシール要素が使用されて
いる点以外は図１と同様である。以下の説明では、“上
方”及び“下方”、“頂部”“底部”、あるいは同様の
表現が一方のシール要素と他方を区別するのに使われ
る。しかし、当業者はこれらの表現が本発明において垂
直に向いて位置すると限定するわけではないと理解する
であろう。実際、本発明はどのような方向にも採用され
得る。
図２は、生産管140、生産ケーシング130、管140とケ
ーシング130との間の環状部115及び本発明のシール組立
体210を有する本発明の一具体例である井穴製造方式200
の断面図である。シール組立体210は、生産管140の端に
接続している。シール組立体210は、ケーシング130と管
140との間の環状部115の中のシール環状体120に位置
し、波形面からなる第二シール要素202と当接してい
る、円形断面を持つ多数の第一シール要素205を含んで
いる。図示された具体例では、多数のシール積重体203
は、それぞれ、第二シール要素202と当接しているシー
ル要素205によって形成されている。バックアップ要素2
18は、シール積重体203を相互に隔離している。管140の
上部シール環状リテイナ141及び下部シール環状リテイ
ナ142は、シール環状部120内のシール積重体の要素20
2、205、218を保持する助けをしている。ケーシング130
は、シール要素203がその領域に沿って動く研磨穴レセ
プタクル域135を含んでいる。
ーシング130との間の環状部115及び本発明のシール組立
体210を有する本発明の一具体例である井穴製造方式200
の断面図である。シール組立体210は、生産管140の端に
接続している。シール組立体210は、ケーシング130と管
140との間の環状部115の中のシール環状体120に位置
し、波形面からなる第二シール要素202と当接してい
る、円形断面を持つ多数の第一シール要素205を含んで
いる。図示された具体例では、多数のシール積重体203
は、それぞれ、第二シール要素202と当接しているシー
ル要素205によって形成されている。バックアップ要素2
18は、シール積重体203を相互に隔離している。管140の
上部シール環状リテイナ141及び下部シール環状リテイ
ナ142は、シール環状部120内のシール積重体の要素20
2、205、218を保持する助けをしている。ケーシング130
は、シール要素203がその領域に沿って動く研磨穴レセ
プタクル域135を含んでいる。
このような研磨穴レセプタクル（“PBR"）において、
シール組立体210は、研磨面135Aの軸方向に沿って動く
ことができる。研磨面135Aの滑らかな表面は、シール組
立体210と緊密に接触し、それにより、環状部115を生産
された液体から隔離すると共に、従来のパッカーの必要
性を無くする。
シール組立体210は、研磨面135Aの軸方向に沿って動く
ことができる。研磨面135Aの滑らかな表面は、シール組
立体210と緊密に接触し、それにより、環状部115を生産
された液体から隔離すると共に、従来のパッカーの必要
性を無くする。
図３を参照すると、第一シール要素205、第二シール
要素202及びバックアップ要素218を含む図２におけるシ
ール積重体203の拡大図が示されている。線250は、管14
0とPBR135との間の中心線（すなわち、半径方向の中心
点）である。
要素202及びバックアップ要素218を含む図２におけるシ
ール積重体203の拡大図が示されている。線250は、管14
0とPBR135との間の中心線（すなわち、半径方向の中心
点）である。
第一シール要素205は、頂側の第二シール202と接する
頂面215及び底側のシール要素202と接する底面225を有
している。本発明の実施例において、第一シール要素20
5の断面形は、頂面215及び底面225が、それぞれ、中心
線250上で頂側及び底側の第二シールと当接する少くと
も１つの凸部を含んでいる限り、どのような形であって
も良い。中心線250は、円周方向に円形に延びた環状形
をしており、シール組立体110とPBR135との間の環状空
間の中心に位置するように見えるであろう。
頂面215及び底側のシール要素202と接する底面225を有
している。本発明の実施例において、第一シール要素20
5の断面形は、頂面215及び底面225が、それぞれ、中心
線250上で頂側及び底側の第二シールと当接する少くと
も１つの凸部を含んでいる限り、どのような形であって
も良い。中心線250は、円周方向に円形に延びた環状形
をしており、シール組立体110とPBR135との間の環状空
間の中心に位置するように見えるであろう。
頂面215及び底面225の凸部は、中心線250上に中心を
持っている方が望ましいが、必ずしもそれが必要なので
はなく、凸部のある部分が中心線上にあればこと足り
る。図示されている具体例では、第一シール205の断面
形は円形であり、第二シール202に当接する凸部216及び
226を持つ頂面215及び底面225を提供する。
持っている方が望ましいが、必ずしもそれが必要なので
はなく、凸部のある部分が中心線上にあればこと足り
る。図示されている具体例では、第一シール205の断面
形は円形であり、第二シール202に当接する凸部216及び
226を持つ頂面215及び底面225を提供する。
頂面215及び底面225は、中心線250上で頂側及び底側
の第二シールと当接する少くとも１つの凸部を含む限
り、どのような形であっても良い。もちろん、中心線25
0は、製造方式200の周囲を環状に囲んで延びている。
の第二シールと当接する少くとも１つの凸部を含む限
り、どのような形であっても良い。もちろん、中心線25
0は、製造方式200の周囲を環状に囲んで延びている。
頂面215及び底面225は、同じ形である必要はない。頂
面215及び底面225の適切な形の例として、円形、長円形
あるいは楕円形の一部分のみならず円弧形、波形、蛇行
形がある。
面215及び底面225の適切な形の例として、円形、長円形
あるいは楕円形の一部分のみならず円弧形、波形、蛇行
形がある。
第一シール205は、少くとも圧力を掛けられた圧縮さ
れたときには、望ましくは圧力をかけられていないとき
も、管140とケーシング135との間の空間を架け渡す長さ
を持っており、且つ頂面215及び底面225が中心線205上
で第二シールと当接する少くとも１つの凸部を有する限
り、どのような形であっても良い。第一シール要素205
の断面形として適切な非限定的な実施例としては、円
形、長円形、楕円形がある。
れたときには、望ましくは圧力をかけられていないとき
も、管140とケーシング135との間の空間を架け渡す長さ
を持っており、且つ頂面215及び底面225が中心線205上
で第二シールと当接する少くとも１つの凸部を有する限
り、どのような形であっても良い。第一シール要素205
の断面形として適切な非限定的な実施例としては、円
形、長円形、楕円形がある。
第二シール要素202は、第一シール要素205と当接する
面212を持っている。第二シール要素202は、中心線250
上で第一シール要素205と当接する少なくとも１つの凸
部９を有する限り、どのような形であっても良い。さら
に、第二シール要素202は、少くとも圧力をかけられ圧
縮されたとき、望ましくは圧力をかけられていないとき
も、管140とPBR135との間の環状空間115を架け渡すもの
ではなくてはならない。
面212を持っている。第二シール要素202は、中心線250
上で第一シール要素205と当接する少なくとも１つの凸
部９を有する限り、どのような形であっても良い。さら
に、第二シール要素202は、少くとも圧力をかけられ圧
縮されたとき、望ましくは圧力をかけられていないとき
も、管140とPBR135との間の環状空間115を架け渡すもの
ではなくてはならない。
第二シール202の面212は、凹形、凸形、平面、あるい
はそれらの任意の組み合わせのいずれの形にもなり得
る。望ましくは、面212は、第一シール要素205の凸部21
6あるいは226と接する凸部222を有している。面212の適
切な形の例は、円形、長円形又は楕円形の一部だけでな
く、円弧形、波形、蛇行形がある。面212では、波形で
あることが望ましい。図示された具体例においては、面
212は、凸部222及び凹部223を有する。図３に示されて
いる図に加え、第二シール要素202の形状として適切な
非限定的な他の例として、円形、長円形及び楕円形があ
る。
はそれらの任意の組み合わせのいずれの形にもなり得
る。望ましくは、面212は、第一シール要素205の凸部21
6あるいは226と接する凸部222を有している。面212の適
切な形の例は、円形、長円形又は楕円形の一部だけでな
く、円弧形、波形、蛇行形がある。面212では、波形で
あることが望ましい。図示された具体例においては、面
212は、凸部222及び凹部223を有する。図３に示されて
いる図に加え、第二シール要素202の形状として適切な
非限定的な他の例として、円形、長円形及び楕円形があ
る。
参照番号は上述のものと同様とした図４〜６、８、９
を参照すると、第一シール要素205として適切な断面形
の非限定的な例が示されている。
を参照すると、第一シール要素205として適切な断面形
の非限定的な例が示されている。
図４は、横長円形のシール積重体203の図であり、横
長円形の第一シール要素205、第二シール要素202及びバ
ックアップ要素218を示している。
長円形の第一シール要素205、第二シール要素202及びバ
ックアップ要素218を示している。
図５は、縦長円形のシール積重体203の図であり、縦
長円形の第一シール要素205、第二シール要素202及びバ
ックアップ要素218を示している。
長円形の第一シール要素205、第二シール要素202及びバ
ックアップ要素218を示している。
図６は、長円形のシール積重体203の図であり、長円
形の第一シール要素205、第二シール要素202及びバック
アップ要素218を示している。
形の第一シール要素205、第二シール要素202及びバック
アップ要素218を示している。
図８は、シール積重体203の他の代替形の図であり、
横長図形の第一シール要素205、第二シール要素202及び
バックアップ要素218を示している。
横長図形の第一シール要素205、第二シール要素202及び
バックアップ要素218を示している。
図９は、シール積重体203のさらに他の代替形の図で
あり、縦長円形の第一シール要素205、第二シール要素2
02及びバックアップ要素218を示している。
あり、縦長円形の第一シール要素205、第二シール要素2
02及びバックアップ要素218を示している。
図３〜６に示された第二シール202の断面形に加え、
第二シール要素202として適切な形の非限定的な例が、
図7A、7B及び7Cに示されている。
第二シール要素202として適切な形の非限定的な例が、
図7A、7B及び7Cに示されている。
バックアップ要素218の形については、本発明におい
ては重要ではなく、どのような形であっても採用され得
る。
ては重要ではなく、どのような形であっても採用され得
る。
第一シール要素205、第二シール要素202及びバックア
ップ要素218は、シール装置が使用される環境に用いる
ことができるいかなる適切な素材で製造しても良いと理
解されるべきである。そのような素材には、金属や適切
な化学的、機械的的特性を持つエラストマー、熱可塑性
樹脂、熱硬化性樹脂といった全ての材料を含む。適切な
素材の非限定的な例として、４フッ化エチレン／プロピ
レン（“TFE/P"）、ポリエチルエチルケトン（“PEE
K"）、ポリ４フッ化エチレン（“PTFE"）がある。
ップ要素218は、シール装置が使用される環境に用いる
ことができるいかなる適切な素材で製造しても良いと理
解されるべきである。そのような素材には、金属や適切
な化学的、機械的的特性を持つエラストマー、熱可塑性
樹脂、熱硬化性樹脂といった全ての材料を含む。適切な
素材の非限定的な例として、４フッ化エチレン／プロピ
レン（“TFE/P"）、ポリエチルエチルケトン（“PEE
K"）、ポリ４フッ化エチレン（“PTFE"）がある。
実施例 使用した試験装置及び工程は、OTC第7333号685〜693
頁、1993年５月３〜６日、第25回「オフショア・テクノ
ロジー・コンフェレンス」におけるピー アイ エイブ
ラムス等の“高温・高圧下の井環境における動的シール
に影響する要素“及びSPE プロダクション エンジニ
アリング、1990年８月号217〜220頁のピー アイ エイ
ブラムス等の“サワーガス環境における動的シールの有
効性に対する使用者のアプローチ”の二つに概略的に説
明されており、ここにこれらをリフェレンスすることに
より本明細書に取り入れるものとする。
頁、1993年５月３〜６日、第25回「オフショア・テクノ
ロジー・コンフェレンス」におけるピー アイ エイブ
ラムス等の“高温・高圧下の井環境における動的シール
に影響する要素“及びSPE プロダクション エンジニ
アリング、1990年８月号217〜220頁のピー アイ エイ
ブラムス等の“サワーガス環境における動的シールの有
効性に対する使用者のアプローチ”の二つに概略的に説
明されており、ここにこれらをリフェレンスすることに
より本明細書に取り入れるものとする。
試験装置は、250℃（482゜F）及び103MPa（15、000ps
i）の使用限度を有する動的シール積重体の試験設備で
あり、硫化水素混合物を含むガス／液体領域の試験流動
体のシール作用をリアルタイムでモニターするのに適し
ている。
i）の使用限度を有する動的シール積重体の試験設備で
あり、硫化水素混合物を含むガス／液体領域の試験流動
体のシール作用をリアルタイムでモニターするのに適し
ている。
図10は、試験装置400の概略図であり、研磨穴圧力容
器402と、そして、高圧域405を間に有する二つのシール
積重体位置427、429を持つ中心に位置する往復心棒423
とによって構成されている。二つの積重体位置は、心棒
423の両端に位置する“西側の積重体"427と“東側の積
重体"429として指示されている。
器402と、そして、高圧域405を間に有する二つのシール
積重体位置427、429を持つ中心に位置する往復心棒423
とによって構成されている。二つの積重体位置は、心棒
423の両端に位置する“西側の積重体"427と“東側の積
重体"429として指示されている。
試験装置400は、さらに、温度制御器411、ガス入力ラ
イン408、液体入力ライン409、そして圧力・混合比制御
器／バルブ416を含んでいる。変換器は、温度、圧力
（各シール積重体の両側に於ける）及び心棒の運動中に
発生する力をモニタし、変換器の出力をリアルタイムで
設定場所に表示し、そして、コンピュータ基礎のログシ
ステムを使用して連続して記録する。
イン408、液体入力ライン409、そして圧力・混合比制御
器／バルブ416を含んでいる。変換器は、温度、圧力
（各シール積重体の両側に於ける）及び心棒の運動中に
発生する力をモニタし、変換器の出力をリアルタイムで
設定場所に表示し、そして、コンピュータ基礎のログシ
ステムを使用して連続して記録する。
試験中、試験媒体である液及び／又はガスは、シール
積重体試験位置427と429との間の高圧域405に導入され
る。試験圧力が、増幅ポンプと隔離室を経て試験媒体に
掛けられる。漏出量が、領域431及び432に成長する圧力
を介して測定される。モータ制御器422は、容器402内の
往復心棒423を動かす往復モータ425を制御するために使
用される。図10に示されている様に、フランジ418は、
往復モータ425をロードセル430に接続している。
積重体試験位置427と429との間の高圧域405に導入され
る。試験圧力が、増幅ポンプと隔離室を経て試験媒体に
掛けられる。漏出量が、領域431及び432に成長する圧力
を介して測定される。モータ制御器422は、容器402内の
往復心棒423を動かす往復モータ425を制御するために使
用される。図10に示されている様に、フランジ418は、
往復モータ425をロードセル430に接続している。
試験条件は、概略的に、以下の通りである： シール積重体は、領域405における最高温度が200℃
（392゜F）で且つ最高圧力が103MPa（15、000psi）の条
件下、試験容器内の心棒上を往復した。シール積重体の
往復運動は、６、300サイクル（10年間使用と同等の寿
命を考えられている。）までか又はシール積重体が破損
するかのどちらかが起こるまで往復を続けた。試験環境
は、概略的には、メタンガス／水の混合体であった。
（392゜F）で且つ最高圧力が103MPa（15、000psi）の条
件下、試験容器内の心棒上を往復した。シール積重体の
往復運動は、６、300サイクル（10年間使用と同等の寿
命を考えられている。）までか又はシール積重体が破損
するかのどちらかが起こるまで往復を続けた。試験環境
は、概略的には、メタンガス／水の混合体であった。
従来の山形そで章形のシール積重体と本発明の形を直
接比較するため、以下に示す同じ素材を全試験において
使用した： 第一シール：アフラス（登録商標）エラストマー（TF
E/P、すなわち、４フッ化エチレン／プロピレン） 第二シール:12％のガラスで補強されているPTFE（テ
フロン（登録商標）と通商されるポリ４フッ化エチレ
ン） バックアップシール：炭素繊維で補強されるPEEK（ポ
リエチルエチルケトン） 以上の組み合わせは、ATP積重体（アフラス（登録商
標）、テフロン（登録商標）、PEEK）と以下称する。
（なお、アフラス（登録商標）は旭硝子株式会社の登録
商標であり、テフロン（登録商標）はデュポン株式会社
の登録商標である。） 識見プログラムにおいて、二つのATP積重体の200℃
（392゜F）且つ103MPa（15、000psi）での漏出量を直接
比較した。シール移動速度の関数としての漏出を、従来
のＶ形又は山形そで章形のATPシール積重体と、そし
て、第二シール要素に対しては平面バックアップを使用
した本発明に係るATPOリング積重体とについて測定し
た。
接比較するため、以下に示す同じ素材を全試験において
使用した： 第一シール：アフラス（登録商標）エラストマー（TF
E/P、すなわち、４フッ化エチレン／プロピレン） 第二シール:12％のガラスで補強されているPTFE（テ
フロン（登録商標）と通商されるポリ４フッ化エチレ
ン） バックアップシール：炭素繊維で補強されるPEEK（ポ
リエチルエチルケトン） 以上の組み合わせは、ATP積重体（アフラス（登録商
標）、テフロン（登録商標）、PEEK）と以下称する。
（なお、アフラス（登録商標）は旭硝子株式会社の登録
商標であり、テフロン（登録商標）はデュポン株式会社
の登録商標である。） 識見プログラムにおいて、二つのATP積重体の200℃
（392゜F）且つ103MPa（15、000psi）での漏出量を直接
比較した。シール移動速度の関数としての漏出を、従来
のＶ形又は山形そで章形のATPシール積重体と、そし
て、第二シール要素に対しては平面バックアップを使用
した本発明に係るATPOリング積重体とについて測定し
た。
また、メタン／水混合体の200℃（392゜F）且つ103MP
a（15、000psi）における本発明に係る“湾曲面"ATPの
Ｏリングシール積重体及び“波形面"ATPのＯリング積重
体の性能（パーフォーマンス）の評価もまた行った。
“波形面"ATPのＯリングシール積重体は、無破損且つ漏
出無しで８、500サイクルの往復を完了した。他方、従
来のATP山形そで章形シール積重体は、５、000サイクル
で破損した。
a（15、000psi）における本発明に係る“湾曲面"ATPの
Ｏリングシール積重体及び“波形面"ATPのＯリング積重
体の性能（パーフォーマンス）の評価もまた行った。
“波形面"ATPのＯリングシール積重体は、無破損且つ漏
出無しで８、500サイクルの往復を完了した。他方、従
来のATP山形そで章形シール積重体は、５、000サイクル
で破損した。
上記の例の結果は、シールの漏出量がシール移動速度
の関数であることを示している以下の表１に示されてい
る。表１は、ATPのＯ形リングシール積重体が従来のATP
山形でそで章シール積重体よりもかなり低い漏出量率、
概略的には約10分の１であることを明らかに示してい
る。さらに、Ｏリング積重体の中でも、“波形”の第二
シール、“湾曲形”の第二シール、“平面”の第二シー
ルの順で良いシールが達成された。
の関数であることを示している以下の表１に示されてい
る。表１は、ATPのＯ形リングシール積重体が従来のATP
山形でそで章シール積重体よりもかなり低い漏出量率、
概略的には約10分の１であることを明らかに示してい
る。さらに、Ｏリング積重体の中でも、“波形”の第二
シール、“湾曲形”の第二シール、“平面”の第二シー
ルの順で良いシールが達成された。
以上、本発明の図示された具体例について詳細に説明
してきたが、当業者は本発明の精神及び範囲を逸脱する
ことなく様々な他の修正があることは明らかであり且つ
容易に考えられることは理解されるべきである。従っ
て、本明細書に添付された請求項の範囲は、ここに開示
されている具体例や説明に限定することを意としたもの
ではなく、むしろ、それらの請求項は、本発明が属する
技術分野の当業者により均等と扱かわれるであろう全て
の特徴を包含する、本発明の持つ特許可能な新規さから
なる全ての特徴を包含するものとして理解されるべきで
ある。
してきたが、当業者は本発明の精神及び範囲を逸脱する
ことなく様々な他の修正があることは明らかであり且つ
容易に考えられることは理解されるべきである。従っ
て、本明細書に添付された請求項の範囲は、ここに開示
されている具体例や説明に限定することを意としたもの
ではなく、むしろ、それらの請求項は、本発明が属する
技術分野の当業者により均等と扱かわれるであろう全て
の特徴を包含する、本発明の持つ特許可能な新規さから
なる全ての特徴を包含するものとして理解されるべきで
ある。
フロントページの続き (72)発明者 シェパード リチャード イギリス ハートフォードシャー エス ジー14 ３エスユー ワットン アット ストーン リヴァーシール 79 (72)発明者 ホークス ジャスティン アール イギリス ハートフォードシャー エス ジー14 １エイワイ ハートフォード ブルーコーツ コート 39 (56)参考文献 特開 昭52−145658（ＪＰ，Ａ) 米国特許4811959（ＵＳ，Ａ) 英国特許1289141（ＧＢ，Ｂ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16J 15/16 - 15/30
Claims (18)
- 【請求項１】地層探査用井に使用されるシール組立体で
あって、 （ａ）内部に研磨面を有する中空の生産ケーシングと、 （ｂ）該生産ケーシング内に位置し、生産ケーシングと
の間に環状空間を形成する生産管と、 （ｃ）生産管に位置する頂部リテイナ及び底部リテイナ
とを有し、頂部リテイナと底部リテイナとの間には、環
状空間の中に研磨面に隣接してシール環状部が画成さ
れ、 （ｄ）更に、シール環状部内に位置し、かつ、頂部及び
底部を有する横断面をもつ環状形の第一シール要素を有
し、頂部及び底部のそれぞれが、凸部を持つ曲線状であ
り、凸部はシール環状部の中心線上を横断して配置さ
れ、また、第一シール要素は、管とケーシングとの間の
環状空間を架け渡して、環状空間をシールし、 （ｅ）更に、シール環状部内に位置する第一及び第二の
環状形の第二シール要素を有し、第一の第二シール要素
は、第一シール要素の頂部の凸部と当接する凸部を有
し、また、第二の第二シール要素は、第一シール要素の
底部の凸部と当接する凸部を有し、また、第二シール要
素はそれぞれ、生産ケーシングと生産管との間の環状空
間を架け渡して、環状空間をシールする、ことを特徴と
するシール組立体。 - 【請求項２】第一シール要素が、円形、長円形、及び、
楕円形の断面形状からなる形状のグループから選択され
たいずれかの断面形状を有する、ことを特徴とする請求
項１に記載のシール組立体。 - 【請求項３】第一及び第二の第二シール要素が、それぞ
れ、シール環状部の半径方向の中心点で、第一のシール
要素と当接する、ことを特徴とする請求項１に記載のシ
ール組立体。 - 【請求項４】第二シール要素が、それぞれ、第一のシー
ル要素の凸部の１つと当接する湾曲面を有する、ことを
特徴とする請求項１に記載のシール組立体。 - 【請求項５】第二シール要素がそれぞれ、第一のシール
要素の凸部と当接する波形面をもつ、ことを特徴とする
請求項４に記載のシール組立体。 - 【請求項６】第二シール要素がそれぞれ、第一シール要
素の凸部と当接する蛇行形面を有する、ことを特徴とす
る請求項４に記載のシール組立体。 - 【請求項７】第二シール要素の表面が、第一シール要素
の凸部と当接する凸部を有する、ことを特徴とする請求
項４に記載のシール組立体。 - 【請求項８】第一の要素が、長円形、円形及び楕円形か
らなる形状のグループから選択された断面形状を有して
おり、また、各第二シール要素が、第一シール要素の凸
部と当接する凸部を有する、ことを特徴とする請求項４
に記載のシール組立体。 - 【請求項９】（ａ）外側導管と、 （ｂ）該外側導管の内側に位置し、該外側導管との間に
環状空間を形成する内側導管と、 （ｃ）環状空間に位置し、かつ、頂部及び底部をもつ断
面形を有する環状形の第一シール要素を有し、頂部及び
底部のそれぞれは、凸部をもつ曲線状であり、凸部は、
環状空間の半径方向の中心点に位置決めされており、ま
た、第一シール要素は、外側導管と内側導管との間の環
状空間を架け渡して、環状空間をシールし、 （ｄ）更に、環状空間に位置し、かつ、凸部を有する湾
曲面をもつ第一と第二の環状形の第二シール要素とを有
し、凸部は、第一シール要素の凸部の１つと当接し、第
二シール要素は、外側導管と内側導管との間の環状空間
を架け渡して、環状空間をシールする、ことを特徴とす
るシール組立体。 - 【請求項１０】各第二シール要素の湾曲面が、更に、凹
部を有する、ことを特徴とする請求項９に記載のシール
組立体。 - 【請求項１１】第一シール要素が、円形、長円形、及び
楕円形の断面形状からなる形状のグループから選択され
た断面形状を有する、ことを特徴とする請求項９に記載
のシール組立体。 - 【請求項１２】第一及び第二の第二シール要素は、それ
ぞれ、環状空間の半径方向の中心点で第一シール要素と
当接する、ことを特徴とする請求項９に記載のシール組
立体。 - 【請求項１３】（ａ）外側導管と、 （ｂ）該外側導管の内側に位置し、かつ、外側導管との
間に環状空間を形成する内側導管と、 （ｃ）環状空間に位置し、かつ、頂部と底部をもつ横断
面を有する第一シール要素とを有し、頂部と底部はそれ
ぞれ、凸部をもつ曲線状であり、凸部は環状空間の半径
方向の中心点に位置決めされており、また、第一シール
要素は、外側導管と内側導管との間の環状空間を架け渡
して、環状空間をシールし、 （ｄ）更に、環状空間に位置した第一の環状形の第二シ
ール要素を有し、第二シール要素は、外側導管と内側導
管との間の環状空間を架け渡して、環状空間をシール
し、また、第二シール要素は、第一シール要素の凸部の
１つと当接する波形面を有する、ことを特徴とするシー
ル組立体。 - 【請求項１４】（ａ）外側導管と、 （ｂ）該外側導管の内側に位置し、かつ、外側導管との
間に環状空間を形成する内側導管と、 （ｃ）環状空間に位置し、かつ、頂部と底部をもつ横断
面を有する環状形の環状の第一シール要素とを有し、頂
部と底部はそれぞれ、凸部をもつ曲線状であり、凸部
は、環状空間の半径方向の中心点に位置決めされ、ま
た、第一シール要素は、外側導管と内側導管との間の環
状空間を架け渡して、環状空間をシールし、 （ｄ）更に、環状空間に位置した第一の環状形の第二シ
ール要素を有し、第二シール要素は、外側導管と内側導
管との間の環状空間を架け渡して、環状空間をシール
し、また、第二シール要素は、第一シール要素の凸部の
１つと当接する蛇行面を有する、ことを特徴とするシー
ル組立体。 - 【請求項１５】第二シール要素が、第一のシール要素の
凸部の１つと当接する凸部をもゆ面を有する、ことを特
徴とする請求項９に記載のシール組立体。 - 【請求項１６】第一シール要素の断面形状が、長円形、
円形及び楕円形からなる形状のグループから選択された
断面形状を有する、ことを特徴とする請求項９に記載の
シール組立体。 - 【請求項１７】（ａ）第一部材と、 （ｂ）第一部材に隣接して位置し、かつ、第一部材との
間に通路を形成する第二部部材と、 （ｃ）通路内に位置し、かつ、頂部と底部をもつ横断面
を有する第一シール要素とを有し、頂部と底部はそれぞ
れ、凸部をもつ曲線状であり、凸部は通路の中心に位置
し、また、第一シール要素は、第一部材と第二部材との
間の通路を架け渡して、通路をシールし、 （ｄ）更に、通路内に位置し、それぞれが、第一シール
要素の凸部と当接する凸部を有する第一及び第二の第二
シール要素を有し、また、第二シール要素はそれぞれ、
第一部材と第二部材との間の通路を架け渡して、通路を
シールする、ことを特徴とするシール組立体。 - 【請求項１８】第一のシール要素が、円形、長円形及び
楕円形の断面形状からなる形状のグループから選択され
た断面形状を有する、ことを特徴とする請求項17に記載
のシール組立体。
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