皮碗封隔器胶筒验

皮碗封隔器胶筒验

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皮碗封胶筒实验山东大东联石油设备公司

皮碗封隔器胶筒优化试验

一、实验目的：

优选皮碗封隔器胶筒材料，提高胶筒耐磨、承压性能。

二、实验思路：

根据皮碗封隔器现场应用效果，优选胶筒材料和硬度，通过胶筒磨损实验、胶筒强度实验，优选胶筒。

三、试验工具Z331型皮碗式封隔器

（一）特点及用途

Z331型皮碗式封隔器是一种靠皮碗与套管的过盈和井内压差密封油套环空的自封式封隔器，坐封时不需动管柱或打压，皮碗可对装（保持来自两个方向的压力），也可同向（向上或向下）安装。

适用于试油、采油、找水、酸化、防砂、洗井等工艺。

（二）结构

Z331型皮碗式封隔器由上接头、皮碗、中心管等组成，

（三）工作原理

采用自封型式密封。

（四）技术参数

Z331型皮碗式封隔器主要技术参数见表。

Z331型皮碗式封隔器主要技术参数

型号Z331-102 Z331-115 Z331-150 Z331-208 502 552 633 651

总长度，

mm

102 115 150 208

钢体最大

外径。Mm

51 62 76 90

最小内通

经，mm

5 5 5 5

工作压

差，Mpa

107~115.2 117.1~127.7 153.8~163.8 220.5~228.5 适用套管

内径，mm

2 7／8TBG 2 7／8TBG 2 7／8TBG

3 1／2TBG

两端连接

螺纹

（本试验选用Z331-150型皮碗式封隔器）

四、皮碗封隔器胶筒优化方案

（一）胶筒优化设计

根据2008年、2009年现场应用效果及材料性能对比分析，胶筒材料选择了常规胶筒材料丁腈橡胶（井内温度≤120℃）和耐高温材

料氢化丁腈橡胶（井内温度≥120℃）两类。

1. 丁睛橡胶特性分析：

丁腈橡胶的结构：

CH 2CH 2CH 2CH 2CH 2

CH

CH

CH CH CH CN

x

z

y 结构式

1．丙烯腈含量与丁腈橡胶的极性：

丙烯腈的典型含量为34%。随着ACN 含量的增加，大分子极性增加，带来一系

列性能的变化：内聚能密度增加、溶解度参数增加、极性增加，耐低温性差，耐油性增加。。

2．丁腈橡胶的聚集态结构：

丁腈橡胶的两种结构单元是无规共聚的，其中丁二烯以反1,4-结构聚合，是非结晶的无定形高聚物，玻璃化转变温度随ACN 的增加而线性提高。

丁腈橡胶的性能（与极性和不饱和性有关）

1．强度低

NBR 为非结晶性橡胶。纯胶硫化胶强度为3~4.5MPa ，炭黑补强后拉伸强度为25~30MPa 。

2．优秀的耐油、耐非极性溶剂性能。（与ACN 含量有关）

3．耐热性、耐臭氧性比NR 、SBR 好，但比EPM 、IIR 、CR 差。长期使用温度为100℃。 4．抗静电性在通用橡胶中是独一无二的，可以作导电橡胶，如纺织皮辊。 5．气密性好，仅次于IIR 。 6．弹性、耐寒性差。

7．与极性物质如PVC 、酚醛树脂、尼龙的相容性好。

胶筒外径：φ127mm 和φ131mm 两种；

皮碗座包裹皮碗部位加长到：φ131加长到29.5mm ，φ127加长到45 mm 。

胶筒硬度：75A 、85 A 、90A 。

（二） 实验设备设计

1. 磨损实验设备：满足封隔器在套管内做往复运动实验设备一套（偏心刚性扶正器2套（扶正块高23mm、23mm、20mm，互成60°）、5½in套管一根(长

2.7m，内径124.3mm)、往复动力机一台（活塞行程1m，缸体外径110 mm））。

2. 强度实验设备：满足封隔器在套管内加温加压实验设备一套（液压加压设备一套（排量133l/min、出口压力45MPa）、5 ½in套管简易承压实验装置一套）。

（三）室内实验

1.磨损实验步骤：

1)将加工好的皮碗安装在封隔器上;

2)在承压实验装置上对胶筒打压10 MPa；

3)将封隔器与偏心刚性扶正器相连接（偏心刚性扶正器+封隔器+

偏心刚性扶正器）；

4)将实验管串置于磨损实验套管内；

5)连接动力，做往复摩擦实验，胶筒累计运行距离800m。

2.强度实验步骤：

1)耐磨性实验结束后，将实验管串置于强度实验套管内；

2)对实验管串在偏心状态进行加压（偏心刚性扶正器+封隔器+

偏心刚性扶正器）；

3)对实验管串去掉偏心扶正器进行加压，加压大于10MPa，稳压

30min，压降小于0.5MPa。实验介质为水，温度为常温和60℃。

（四）实验结果及分析：

表1 皮碗常温承压实验数据记录表

材料丁腈橡胶氢化丁腈橡胶

外径

（mm

）

φ127 φ131 φ127 φ131

硬度

（A）

75 85 90 75 85 90 75 85 90 75 85 90 压力

（MP

a)

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 温度

（℃）室

温

室

温

室

温

室

温

室

温

室

温

室

温

室

温

室

温

室

温

室

温

室

温

30mi

n压

降

0.2 0.3 0.3 0.1 0.2 0.1 0.1 0.3 0.3 0.1 0.2 0.2