耐高温高压封隔器胶筒的研制

第30卷　第1期2009年2月特种橡胶制品

Special Purpose Rubber Products Vol.30　No.1　February 2009

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:TQ33614+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TM TD ,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,L X —A ,莱州华银实验仪器有限公司;橡胶电子万能材料试验机,IN 2STRON —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(35M Pa )、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(F KM )。与F KM (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TM TD ,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,26.0M Pa ;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

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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C H205,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℃×20M Pa ×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15M Pa ,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 :ZL 200520128741.2007.

The Development of the closed Rubber Bobbin with

high temperature resistant 2blow off proof

Z H A O Zhi 2x i ang ,C H EN Chun 2j uan ,M A Guo 2f u ,W A N G J i ang

(China Aero space Science and Technology Group Company ,Xiangfan 441003,China )Abstract :The formula of t he closed rubber bobbin wit h high temperat ure resistant 2blow off proof was determined by using HNBR as t he main material of t he p roduct.The sealing head loss of t he prod 2uct was 35M Pa at t he simulated working conditions in t he oil wells.The product was good after t he 2test s of fatigue 2circulation ,t hat was indicated t hat t he oil resistance ,blow off p roof and sesling proper 2ties of t he product s met t he requirement s in t he oil wells.

K ey w ords :clo sed rubber bobbin ;sealing head loss ;test of fatigue 2circulation