JPS6364598B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、油等を地下から回収する技術に係
り、更に詳細には、油井等用の密封装置に係る。

石油生産井を密封するため種々の密封装着すな
わちパツカーが開発されている。１つの典型的な
パツカーは、１つまたはそれ以上の数のシリンダ
部材が長手方向に圧縮されて配置されているバツ
フル型のものである。この種の変形可能なシール
用の典型的な材料は、エラストマー類や黒鉛、石
綿およびワイヤの如き特殊な構成成分である。油
回収向上技術および地熱発生に使用される井にお
いては、パツカーは高温、高圧および表面腐蝕の
環境の下においてケーシングすなわち管の環状部
分を密封する必要性が多い。そのような使用に伴
うきびしい環境およびその他の技術的要件によ
り、比較的に容易に使用できる耐久性の大きな密
封手段が必要である。

本発明は、金属リングの全体を位置決めする環
状凹所を有する本体部材を具備するパツカーを提
供するものである。環状凹所は、本体部材の外面
にある環状押出し開口を有し、これを介して金属
リングをケーシング壁面に密封係合させる。この
金属リングの内周面に液圧を加えることにより、
リングを半径方向外方に膨張および塑性変形さ
せ、リングの外周面を凹所の環状押出開口を介し
てパツカーが内部に配置されているケーシングす
なわち管の対向壁面に密封係合させる。

本発明の好ましい実施態様では、パツカーの本
体部材は細長い管状ケーシングであり、金属リン
グ全体がケーシングの環状凹所内に配置されてい
る。液圧流体が、凹所内に流入せしめられてリン
グを半径方向外方に膨張させ、その外周面を周囲
の凹所の環状押出し開口を介してケーシングの対
向壁面に環状に密封係合させる。凹所において並
置された押出しダイス面が半径方向に外向き方向
において互いに接近するよう傾斜せしめられてい
る（好ましくは50゜以下の総ダイス型角度にし
て）。金属リング自体（またはパツカーのシール
リングよりも大きな延性を有する補助的リング）
はこのリングの表面が傾斜した押出しダイス面に
密封係合する台形断面を有し、これにより、この
リングに流体圧を加えると台形状シールリングを
塑性変形させると同時にパツカーの金属のシール
リングの一部分に環状押出し開口を介して押出す
様に力を加えるようになつている。シールリング
の材料としてはアルミニウムとチタンとが有用な
金属であるが、他の同様な金属も使用できる。表
面処理または材料付加等の補的的密封向上手段を
金属のシールリングの外周面に施すこともでき
る。

このように構成されたパツカーは、高圧、高温
および腐蝕条件に直面するきびしい地下環境に特
に有用な耐久性を順応性を備えた密封を行なうコ
ンパクトな装置である。

本発明のその他の特徴と利点とは、添付図面を
参照して以下の本発明の実施例の説明から明らか
になろう。

第１図には、地面から油層１２またはその他の
地下地層にまで延びているケーシング１０が示し
てある。ケーシング１０内には１本にまとめた流
れ系統が配置され、この流れ系統は、管部分１
４，１６（および、図示しないがその他の適当な
ハードウエア）と、パツカー２０とを具備する。
パツカー２０は、管部分１４に接続された上部継
手２２と管部分１６に接続された下部継手２４と
を有している。

このパツカーの詳細は、第２図に示されてい
る。ケーシング１０は約16cmの内径を有してい
る。パツカーは熱処理された工具鋼（たとえば、
4140）の管状本体２６を具備し、この管状本体２
６は、約３８cmの長さを有し約6.3cm直径の貫通
通路２８を形成している。管状本体２６には環状
フランジ３０が一体に形成され、このフランジ３
０は約15cmの外径と約3.2cmの軸線方向高さとを
有している。上面３２にはスリーブ３６を受ける
環状の周辺凹部３４が形成され（第３図）、フラ
ンジ３０の下面には傾斜した環状の押出しダイス
面３８が形成されている。フランジ３０には、管
状本体２６の下端部のまわりに螺合したナツト５
４により固定された２つの押出しダイス用のリン
グ４０，５０が着座している。ダイスリング４０
にはそれぞれ７ 1/2゜傾斜した２つの押出しダイ
ス面４２，４４が形成されている。リング５０に
も同様に傾斜した押出しダイス面５２が形成され
ている。

台形断面の金属リング６０，６０Ａ，６０Ｂ
が、それれぞれ互いに対向する押出しダイス面３
８，４２と押出しダイス面４４，５２により形成
された環状凹所内に配置されている。各リング
は、1.75cmの幅すなわち半径方向寸法と、内周面
６２における1.25cmの高さと外周面６４おける
0.75cmの高さとを有している。各リング６０の上
下面６６，６８は、押出しダイスリング４０，５
０がナツト５４により押出しダイスフランジ３０
に対して締め付けられると向かい合つている押出
しダイス面３８，４２と４４，５２との間にきつ
く締め付けられる。

本体２６はその上端部に孔７０を有していて、
この孔７０を通り0.65cmのステンレス鋼の管７２
が延び、この管は約40000psi（2812.4Kg／cm²）の
破壊強さを有しフランジ３０に形成された流路８
２にフイツテイング７４により接続されている。
継手２２は本体２６に溶接され管部分１４に係合
する内面ねじ山７６を有し他方本体２６の下端部
は継手２４を受ける外面ねじ山７８を有してい
る。

押出しダイスフランジ３０と押出しダイスリン
グ４０，５０の詳細から第３図に示してある。フ
ランジ３０の上面３２に設けたねじ孔８０がフイ
ツテイング７４を受ける。通路８２が通路８２が
円筒形の押出しダイス凹所面８４（約10.8の直径
を有している）にまで延びている。押出しダイス
面３８は７ 1/2゜の角度で外向き方向に下に傾斜
せしめられ唇状部８６にまで延びている。ダイス
リング４０は貫通通路８８の口孔が形成されてい
る同様な環状の軸線方向に延びている面９０，９
２と同様な環状の押出し唇状部９４，９６とを有
している。ダイスリング５０は、傾斜した押出し
面５２の内縁部における同様な環状壁１００と押
出し面５２の外周面における環状唇状部１０２と
を有している。押出しダイスリング４０，５０が
フランジ３０に対して締め付けられると、溝４６
に入れたシール４８がダイスリング間の継目を密
封し２つの台形の環状凹所や完成され、この環状
凹所は同じ形状でそれぞれ1.99cmの半径方向寸法
を有している。各凹所には金属リング６０，６０
Ａ，６０Ｂが配置され、この金属リングの傾斜面
６６，６８は凹所の上下押出し面に締め付けられ
密封されている。押出し唇状部８６と９４，９６
と１０２とが前記環状凹所の環状押出し開口部を
形成する。

管路７２とフイツテイング７４とを通つて送ら
れた液圧流体は通路８２を通過して上方の金属リ
ング６０Ａの内面６２に作用し次いで通路８８を
通り下方の凹所にまで流れ同様に金属リング６０
Ｂの内面６２に矢印１１０で示した如く作用す
る。金属リングの内面６２に半径方向外向き方向
における流体圧力が増大するに従い、各金属リン
グは最初弾性的に変形せしめられ次いでリングが
その直径と表面積とを増大させる押出し作用で各
押出しダイスの唇状部の押出し開口を介して押出
されるに従い塑性変形せしめられて、押出された
シールリング部分１１２と外面６４とが第５図と
第６図とに示した如くケーシング１１０の内壁面
１１４に着座する。

所要の流体圧力は、押出しダイス角度、所要の
半径方向寸法と、リングの材料およびリングの幾
何学的形状の関数である。第７図は、アルミニウ
ムやチタンのリング材料に対する所要の流体圧を
総ダイス角度の関数として示すグラフである。パ
ツカーはそれが耐える差圧の関数としての耐用寿
命と共に最大343℃の温度に耐えられるよう設計
されている。潜在的に大きい圧力により誘導した
力が最大圧力で長い耐用期間（１年以上）にわた
りシールリング部分１１２に作用する場合には、
パツカーの流体１１６をシールリング部分１１２
の上部に入れて、シーール間の差圧を減少ないし
除去しまた金属のクリープ現象を大幅に減少する
様にできる。もし所望ならば、供給管７２と通路
８２との間でパツカー２０に差面積ピストン補力
部材を組み入れることにより液圧を増大できる。
密封効率は、幾何学的形状を変えることにより、
たとえば、リングの密封面積を変えるか外縁部の
形状を変えることができる。表面６４にセレーシ
ヨン１２０を設けるかその他の表面処理を施すと
リングは不規則な表面に対しても有効に密封す
る。リングの当初の幾何学的形状、押出しダイス
角度またはリングの厚味を変えることにより、有
効密封面積を変えることができまた展開されたシ
ールリング１１２は加工硬化により補強できる。
リングの腐蝕の如き環境の如き環境の影響を極減
するため適当な防止手段を使用できる。

上述したパツカーはきびしい環境で特に有用な
耐用性と順応性とを備えたシールを与える最少数
の構成部品から成る、コンパクトな装置である。

上述と別構造のパツカーが第８図と第９図に示
してある。これらの図において上述と同様な構成
要素は、たとえば、ケーシング１０′の如くダツ
シユを付した同一符号で示してある。シールリン
グ６０′は、平行な上下面１３２，１３４が平行
に半径方向に延びているゼロ角度のダイス型面間
にすべりばめして配置されているチタンリング１
３０と外周面６４′の環状凹所に配置されている
熱収縮アルミニウムリング（インサート）１３６
との混成体である。アルミニウムのインサート１
３６には、チタンリング１３０の外面６４′を越
えて突出しているセレーシヨン１３８が形成され
ている。台形断面のアルミニウム（1100−０）製
内部リング１４０が、その外周面１４２をリング
１３０の内周面に衝合させてチタンリング１３０
内に位置決めされている。リング１４０の傾斜し
た上下面が押出しダイス部材の押出しダイス面３
８′，４２′に着座している。

管路通路８２′を通し液圧をかけるとアルミニ
ウムリング１４０の内面６２′に作用して押出し
プロセスにおいてこのリングをチタリング１３０
の内面に作用する様に外方に押す。チタンリング
は、「ゼロ角度」のダイス型を介してアルミニウ
ムインサート１３６がケーシング１０′の壁面１
１４′に着座するところの第９図に示した位置に
まで膨張せしめられる。

以上本発明の特定の実施態様を示して説明した
が、種々の変形が当業者には自明であろう。従つ
て、本発明は上述した実施態様またはその細部に
限定されるものではなく、本発明の原理および技
術的思想の範囲内で種々の変更が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるパツカーの典型的な応
用例を示す図、 第２図は、第１図の２−２線に沿う断面図、 第３図は、第２図に示したパツカーの押出しダ
イスの構成部分を拡大して示す、第２図と同様な
断面の拡大図、 第４図および第５図はシールリングを初期状態
（第４図）と展開状態（第５図）とで示すパツカ
ーの説明図、 第６図は、パツカーのリングを展開状態で示す
第２図と同様な断面拡大図、 第７図は、第１図と第２図とに示したパツカー
に使用されたものと同様な形状の種々の材料から
なるパツカーリングの特性を示すグラフ、 第８図は、パツカーリングの別の実施例の断面
図、 第９図は、パツカーリングを展開状態で示す、
第８図と同様な断面図である。 尚図面において、 １０：ケーシング、２０：パツカー、２６：本
体、３８，４２，４４，５２：押出しダイス面、
３０，４０，５０：押出しダイスリング、６０
（６０Ａ，６０Ｂ）：金属リング、８２，８８：
（液圧流体）通路、８６，９４，９６，１０２：
押出し唇状部、１１４，１１４′：壁面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 油井システム等に使用され細長い管状ケーシ
   ング内に配置される本体を有するパツカーにおい
   て、本体に設けられ本体の外周面全体にわたり延
   在する環状押出し開口を有している凹所と、全体
   が前記凹所内に配置され延性材料で作られた金属
   リングでケーシング壁面と密封係合する外周面と
   内周面とを有している金属リングと、液圧流体を
   前記凹所に流して前記金属リングの内周面に圧力
   をかけ該リングを外方に膨張させるとともに前記
   環状押出し開口を介して前記外周面をケーシング
   の対向壁面に環状に密封係合させるための前記凹
   部に通ずる液圧流体用通路とを設けたことを特徴
   とするパツカー。 ２ 前記凹所に並置したダイス面が設けられ、該
   ダイス面は前記円周押出し開口に向け半径方向に
   外向きに互いに向けて傾斜しており、前記金属リ
   ングは台形の断面形状を有してその表面がダイス
   面に密封係合して居り、前記リングへの液圧付与
   が前記リングの塑性変形と前記金属リングの一部
   分の前記環状押出し開口を介しての押出しを行う
   請求の範囲第１項のパツカー。 ３ 押出しダイスの並んだ押出し面の総傾斜角度
   が50゜以下である請求の範囲第２項のパツカー。 ４ 前記本体は前記環状押出し開口が形成されて
   いる円筒形外面を有する細長い管状形状であり長
   い管列に取り付けるため前記本体の各端部に継手
   構造を有している請求の範囲第１項ないし第３項
   のいずれか１項のパツカー。 ５ 前記ケーシング壁面に対するシールの有効性
   を高めるための手段を前記リングの外周面に設け
   た請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項
   のパツカー。 ６ 前記リングの金属はアルミニウム、チタンお
   よびそれらの合金から選択される請求の範囲第１
   項ないし第５項のいずれか１項のパツカー。 ７ 前記金属リングの半径方向断面幅が前記本体
   の外面と前記ケーシングの壁面との間のスペース
   より大きく、前記凹所の半径方向断面幅が前記金
   属リングの半径方向断面幅より大である請求の範
   囲第１項ないし第６項のいずれか１項のパツカ
   ー。 ８ 前記金属リングより大きな延性を有し、前記
   金属リングの内側で前記凹所内に配置される補助
   的リングを設けた請求の範囲第１項ないし第８項
   のいずれか１項のパツカー。 ９ 前記リングが軟かい金属からなる内側環状構
   成要素と硬い金属からなる外側環状構成要素とを
   備える請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか
   １項のパツカー。 １０ 前記内側環状構成要素が、台形断面形状で
   あり、前記外側環状構成要素が矩形断面形状であ
   る請求の範囲第９項のパツカー。 １１ 前記内側環状構成要素はアルミニウム製で
   あり、前記外側環状構成要素はチタン製である請
   求の範囲第１０項のパツカー。