耐高温高压封隔器密封材料研究与应用

科技专论

耐高温高压封隔器密封材料研究与应用

【摘 要】封隔器是石油勘探开发中井下作业的重要工具之一，为确保层间封隔，顺利高效完成井下作业，封隔器上的密封元件——胶筒，是封隔器的核心部件。本项目皆在研究开发出耐高温（150℃~170℃）耐高压（35~55Mpa ）新型密封材料——封隔器胶筒。

【关键词】井下作业；封隔器；胶筒

引言

封隔器是石油勘探开发过程中井下作业的重要工具之一，封隔器在各油田的生产实践中广泛应用，其密封元件——胶筒，是封隔器的 核心部件。密封材料的性能决定了封隔器能否有效地实现层间封隔，并能适应不同地层条件下，如高温高压下长期使用。

上个世纪八十年代，我们针对江斯顿地层测试器胶筒进行开发研究，成功地研究出≤120℃的封隔器胶筒，广泛应用于各油田，替代了进口胶筒。

随着石油及天然气的勘探开发不断向深部地层进军，地层条件复杂、苛刻，对封隔器的密封元件——胶筒的耐高温高压的性能需求十分迫切。目前国内生产的封隔器胶筒大多只适用于温度≤120℃，压力≤25Mpa的条件，而能够适用于150℃、35Mpa以上的封隔器主要是从国外进口。这样不仅价格昂贵，而且由于供货不及时，在很大程度上影响油田的开发建设，我们针对这一市场需求，开展了耐高温高压封隔器胶筒的开发研究，并获得了成功。一．实践部分

1.设备：XK-150双滚筒炼胶机 XK-400双滚筒炼胶机 100T平板硫化机

2.仪器：（邵尔A）硬度计 高低温拉力试验机

3.原料：FKM、AcM、HNBR、Aflas、EPDM、补强剂、防老剂、硫化剂及其他助剂。

4.配方研究：

根据井下地质条件对封隔器密封元件性能的要求，我们对上述橡胶原料进行筛选，确定了以Aflas/HNBR作为主体材料，选择耐高

温硫化剂、防老剂、补强剂及其他助剂进行制样试验，并与进口原料试样对比，见表1

5.封隔器胶筒的结构设计

封隔器胶筒的耐温耐压的性能除与其密封胶料本身的性能有关外，还与胶筒的结构有关，为了更进一步提高封隔器胶筒的抗压、抗拉、抗撕裂性能，我们设计出胶筒的多层结构，见图1

6.生产工艺流程：

配料——塑炼混炼——下片——精炼——注压——硫化——启模——修边——检验——入库

二、现场应用部分

本产品开发研制成功以后，先后在大庆油田、胜利油田、大港油

田、华北油田、辽宁阜新石油工具厂等单位反复试用，

其性能达到设计要求，满足现场作业需求。兹例举如下：

在采油卡水措施中，大港沁丰科技发展有限公司使用我厂生产的高温封隔器胶筒，在大港油田板863井，井深3768米，井温153℃.工作压差32Mpa，井下工作116天，密封良好，仍继续工作。华北石油华艺技术开发有限公司在青海朶斯油田使用Y341-148、Y341-114封隔器，井深3878米，井温155℃，工作压差30Mpa，井下工作一年多，密封仍然良好。

在酸化压裂措施中，华北井下作业公司使用我厂生产的EA型、CS-1型封隔器密封件，在赵66井酸压，井深5400米，封隔器下深5264米，温度156℃.井口施工压力达82Mpa，密封良好。兴隆1井酸压作业，井深5100米，井温147℃施压80Mpa，封隔器密封效果良好。

在地层测试作业方面，胜利油田井下作业公司试油测试大队，用我厂生产的裸眼胶筒，最高测试井温170℃~177℃，测试压差48.7Mpa，密封良好。华北测试公司吐哈分公司玉门项目部，在玉门青西深井测试中，测试井段4056.9米~4148.3米，地层压力54.91Mpa，地层温度131℃，工作良好，用户特别满意。

三、结果与讨论

1.由表1的性能对比试验数据可见，本厂的1#、2#样品的耐高温物理性能均优于进口样品。

2.胶筒的结构设计采用多层防护结构是一种较好的选择，这样制成的胶筒受压时，护环张开均匀承压力高。

3.硫化剂、防老剂、补强剂及其他助剂的选择必须与主胶原料搭配合理，才能确保胶筒耐高温热氧老化，高抗撕裂性能，同时并能保证生产过程中胶料流动性好。

四、结论

1．通过现场应用2000套的实践证明耐高温高压封隔器的性能达到了耐温150℃~170℃，耐压35~55Mpa，并可长期使用。

2．本产品的研制成功，实现了国产化，可替代国外产品，且价格仅为国外同类产品的三分之一，具有较好经济效益的预期。李明晏 常静 李会雨 孟玉珍

华北石油管理局橡胶制品厂 河北任丘 062552

参考文献

[1]肖风亮.世界橡胶工业 第七期第33卷Therban TNBR在耐热和耐油密封件及垫片中的应用。

作者简介

李明晏（1957.11），男，汉，山东郓城人，华北石油管理局橡胶制品厂，助理工程师，中专。

表1 与进口高温胶筒性能对比

图1 封隔器胶筒的多层保护结构