第
30卷 第
1期
2009年
2月特种橡胶制品
SpecialPurposeRubberProductsVol.30
No.1 February2009
制 品
耐高温高压封隔器胶筒的研制
赵志祥
,陈春娟
,马国富
,王 江
(中国航天科技集团公司四十二所
,湖北襄樊
441003)
摘 要
:采用
HNBR作为耐高温高压封隔器胶筒的主体材料
,确定了制品配方。胶筒在模拟井下工作状态
(柴油、
150℃)试验中密封压差达
35MPa,经过
2个疲劳循环试验后胶筒完好
,耐油、耐压和密封性能满足油
田作业要求。
关键词
:封隔器胶筒
;密封压差
;疲劳循环试验
中图分类号
:TQ3361
4+
2 文献标识码
:A 文章编号
:1005-4030(
2009)
01-0049-02
收稿日期
:2008-12-25
作者简介
:赵志祥(
1977-)
,男
,河南南阳人
,工程师
,主要从事特
种橡胶制品的研究工作。 封隔器是油田采油作业时井下使用的重要部
件
,在油田分层开采作业中应用广泛
,胶筒作为封
隔器核心组件
,其质量好坏直接影响封隔器的使
用效果和寿命
,在封隔器中起着决定性作用。随
着油井深度的增加
,胶筒的耐温耐压性能要求越
来越高
,开发耐高温高压封隔器胶筒成为目前紧
迫且重要的课题。本工作针对目前封隔器在油田
中的使用现状
,研制了一种耐高温
150℃
,密封压
差
35MPa的压缩式封隔器胶筒。
1 实验
1.1 原材料
氢化丁腈橡胶(
HNBR)
,4367,德国拜耳公
司
;氧化锌
,水口山矿务局第
2冶炼厂
;硬脂酸
,上
海油脂
1厂
;硫黄、硫化剂
DCP,国药集团上海化
学试剂公司
;促进剂
TMTD,促进剂
M,中国石油
兰州化学工业公司
;其他配合剂均为市售橡胶工
业助剂。
1.2 设备与仪器
开放式炼胶机
,XK-250,上海橡胶机械
1
厂
;橡胶注压成型机
,XZB/2000N,华液机器制造
有限公司
;邵氏橡胶硬度计
,LX—
A,莱州华银实
验仪器有限公司
;橡胶电子万能材料试验机
,IN2
STRON—
5567,美国进口
;老化试验箱
,401B,上
海实验仪器总厂。1.3 性能测试
硫化胶物理性能按相应国家标准测试
;井下
模拟试验由江汉油田井下工具研究所依据相关标
准进行。
2 结果与讨论
2.1 配方设计
依封隔器使用工况
,胶筒需耐高温(
150℃)、
高压差(
35MPa)、油和一些腐蚀性液体的化学浸
蚀。符合使用条件的主体材料主要有氢化丁腈橡
胶(
HNBR)和氟橡胶(
FKM)。与
FKM(
26B)相
比
,HNBR的物理机械性能较高、工艺性能较好、
价格比较低
,因此选用
HNBR作为胶筒主体材
料。硫化体系综合硫黄和过氧化物的优点
,采用
两者并用体系。经过多次对比试验
,确定制品配
方为
:HNBR4367,100;氧化锌
,5;硬脂酸
,1;防老
剂
MB,2;炭黑
N330,40;炭黑
N550,40;促进剂
TMTD,0.8;促进剂
DM,0.5;硫黄
,1.5;DCP,3;
操作助剂
DOS,5。硫化胶物理机械性能为
:邵尔
A硬度
,92度
;拉伸强度
,26.0MPa;拉断伸长率
,
220%;撕裂强度
,60kN/m;压缩永久变形(压缩
率
30%,150℃×
70h)
,55%。
2.2 胶筒结构设计
胶筒在高温油中承受高压力差时
,胶筒肩部
容易突出增大
,甚至破裂
,致使密封失效
,从而导
致封隔器的耐压性降低
,使用寿命缩短。胶筒的
耐温性能与选用材料密切相关
,而耐压性能主要
与是否采用合理结构的“防突”装置有关
,目前使50 特种橡胶制品第
30卷 第
1期
用的“防突”装置主要有铜碗固化型和钢网或钢带
固化型
2种结构。应用表明
,这
2种结构对提高封隔器的耐压能力有一定成效
,但由于胶筒与铜
皮、钢网在硬度、变形量等方面存在着较大差异
,
压缩过程中“防突”装置易与胶筒分离
,甚至割裂
胶筒
,从而造成封隔器使用时间短
,更换频繁[1]
。
本文采用专利技术[2]
,在胶筒的一端添加一
个用尼龙
10制作的塑料“防突”装置———护肩
,该
护肩和胶筒一起硫化成型
,牢固地粘在一起
,见图
1。护肩在高温下具有很高的强度
,较好的延展性
和一定的弹性
,可对胶筒进行全面保护
,有效地解
决了胶筒在承压过程中肩部易突出拉裂的弊病
,
提高了胶筒承受高压的能力和密封稳定性
,延长
了胶筒使用寿命。
图
1 封隔器胶筒结构示意
1-护肩
;2-胶筒。
2.3 生产工艺
2.3.1 混炼工艺
胶料在开炼机上混炼。工艺过程为
:HNBR
塑炼→氧化锌、硬脂酸、防老剂
MB→补强剂、增
塑剂
DOS→促进剂、硫化剂→打三角包
4次、薄
通
8次→调大辊距出片。2.3.2 硫化工艺
由于混炼胶硬度较高
,流动性不好
,为提高胶
筒的致密性和表面质量
,增加胶筒与塑料保护件
的粘接作用
,胶筒采用注压法硫化成型。将塑料
保护件的内壁涂上
CH205,晾置
30min,在
200t
平板硫化机上硫化成型
,硫化条件为
:一段硫化
160℃×
20MPa×
20min,二段硫化
150℃×
4h(烘
箱加热)。
2.4 模拟试验
模拟井下试验是检验封隔器胶筒成品性能的
唯一手段。在江汉油田井下工具研究所进行胶筒
(
YS—
113—
15—
35)模拟试验
,模拟井下工作条
件为柴油、
150℃
,进行胶筒坐封、密封性能试验。
胶筒坐封力为
15MPa,密封压差为
35MPa,试验
时胶筒保压稳定
,经
2个疲劳试验后胶筒状态完
好。结果表明
,胶筒的耐油、耐压和密封性能满足
油田作业的要求。
3 结论
研制的耐高温高压压缩式封隔器胶筒以
HNBR为主体材料
,其综合物理性能优异。在胶
筒端部添加一个由耐高温塑料制作的保护件
,避
免了胶筒在高温受压时破裂
,胶筒具有良好的耐
温和密封性能。模拟井下试验表明
,在
150℃、密
封压差
35MPa条件下
,该胶筒满足油田作业的使
用要求。
参考文献
:
[1] 侯宗
,毛道华
,朱建民
,等
.封隔器压缩胶筒“防突”新结构
[J].石油机械
,2002,30(
9)
:49～
50.
[2] 马国富
,赵志祥
,陈春娟
.一种耐高温高压压缩式封隔器胶
筒
[P].CN:ZL200520128741.2007.
TheDevelopmentoftheclosedRubberBobbinwith
hightemperatureresistant2
blowoffproof
ZHAOZhi2
xiang,CHENChun2
juan,MAGuo2
fu,WANGJiang
(
ChinaAerospaceScienceandTechnologyGroupCompany,Xiangfan
441003,China)
Abstract:Theformulaoftheclosedrubberbobbinwithhightemperatureresistant2
blowoffproof
wasdeterminedbyusingHNBRasthemainmaterialoftheproduct.Thesealingheadlossoftheprod2
uctwas35MPaatthesimulatedworkingconditionsintheoilwells.Theproductwasgoodafterthe2
testsoffatigue2
circulation,thatwasindicatedthattheoilresistance,blowoffproofandseslingproper2
tiesoftheproductsmettherequirementsintheoilwells.
Keywords:closedrubberbobbin;sealingheadloss;testoffatigue2circulation