提高采油工具密封性能的研究

舒丽娟(中国石油辽河油田公司辽兴油气开发公司， 124010)

提高采油工具密封性能的研究

舒丽娟(中国石油辽河油田公司辽兴油气开发公司， 124010)

封隔器胶筒是采油井下工具中最重要的密封件之一。对其密封性能的研究有着非常重要的意义。本文研究了封隔器胶筒的密封性能，着重分析了氢化丁腈橡胶胶筒配方中、过氧化物交联体系对氢化丁腈胶筒性能的影响，测试了氢化丁腈胶筒的拉伸强度、定伸强度、断裂伸长率、硬度等力学性能，以及老化性能和静态压缩永久变形率。结果表明使用双－2，5过氧化物交联体系胶筒的拉伸强度和硬度均高，耐热、耐老化性能较好，扯断伸长率和压缩永久变形皆低。

封隔器胶筒；氢化丁腈；交联体系；耐高温性；压缩永久变形

0 引言

封隔器是油田采油工艺中重要井下工具之一，它被广泛的应用于各种情况下的作业中。封隔器作用位于油管和套管之间。当封隔器胶筒承受轴向载荷时，封隔器胶筒将产生径向大变形，使胶筒与套管之间产生接触压力，藉此封隔环空，隔绝产层，以控制产、注液，保护套管。因此，研究胶筒的密封性能是提高采油井下工具的重要途径，而对胶筒配方的研究便可以提高胶筒的密封性能。

近年来，辽河油田依靠常规开采方式一般难以获得较高的产能，必须进行各种热采方式进行开采，如：蒸汽吞吐和SAGD技术。由于开采的温度越来越高，对封隔器胶筒高温性能的要求也越来越高。本研究的目的在于开发研究出一种以通用氢化丁腈橡胶为原料，不但原有优异的耐油性和耐化学性能得以发挥，而且具有良好的高温性能和较低压缩永久变形，提高其综合性能。

2 实验数据分析

在相同的增强体系、防老体系和增塑体系下，对HNBR改变交联剂类型、用量以确定最佳的交联体系：过氧化物交联体系、树脂交联体系。

大量文献证明：随着交联剂双－2，5的用量增加，最大转距趋于一致，从交联密度确定交联剂的用量的增加已经对交联密度的提高起不了多大作用。因此，双-2，5 的用量确定在4份到5份之间。

由低硫高促进剂配合的硫磺硫化体系，其最大转距低于过氧化物交联体系。这说明硫磺硫化体系的交联密度较低，也与硫磺硫化体系的交联检类型有关。由于单硫键、双硫键和多硫键的键能低于碳-碳键，因此在抵抗拉力作用方面硫磺硫化体系远低于过氧化物交联体系。

表1 不同交联体系HNBR胶筒的性能对比

本组实验对于HNBR此种高饱和橡胶采用了三种交联体系进行对比：有机过氧化物交联体系、酚醛树脂交联体系和低硫高促进剂硫磺交联体系。

HNBR三种交联体系性能差异影响十分明显：使用双－2，5过氧化物交联体系胶筒的拉伸强度和硬度均高，耐热、耐老化性能较好，扯断伸长率和压缩永久变形皆低。 而低硫高促进剂体系由于单硫键、双硫键和多硫键体系的特点，胶筒的压缩永久变形较大，扯断伸长率较高，耐热、耐老化性能较一般。使用溴化酚醛树脂交联体系的各项性能介于过氧化物交联体系和硫磺硫化体系之间。

交联键的类型及交联密度是影响拉伸强度、撕裂强度、定伸强度、断裂伸长率、恒压缩永久变形等性能的因素。拉伸强度随交联密度的提高而出现峰值，交联键类型中多硫键的拉伸强度最高。原因是胶筒网络中的交联键分布是不规则不均匀的，交联点间的链段有长有短，当受外力作用而变形时，应力分布不均匀，易产生应力集中。其中强键将在较低伸长下断裂，导致分子流动，使应力不均匀程度增加，最后整个网构破坏。而弱键在较大应力集中情况下，很快脱开解除所受负荷，将应力分配给邻近的链段，使得变形的网构作为一个整体均匀承受较大的应力。拉伸结晶型橡胶：弱键早期破坏有利于分子主链的定向结晶。用硫磺硫化的橡胶撕裂强度最高，但是交联密度不宜过高。定伸强度越高。交联密度越高，定伸强度与交联键类型的关系为：—C—C—〉—C—S—C—〉—C—Sx—C—。

3 结果与讨论

经过上述实验数据的分析，说明氢化丁腈封隔器胶筒的配方采用双-2，5的过氧化物交联体系用量在5份至6份时的力学性能、老化性能和高温性能都比较优异。在实际应用中可以在150℃的高温下、21MPa的高压下长期使用寿命可达2年。

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舒丽娟(1982- ),女，辽宁盘锦人。工程师，2010年7月毕业于东北石油大学,现从事油田开发及油井增产等研究工作。