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1、秋风清，秋月明,落叶聚还散,寒鸦栖复惊。范 文高 性 能 封 隔 器 胶 筒 研 制摘 要 ： 根 据 胶 筒 的 使 用 环 境 及 特 点 ， 针 对 目 前 市 场 上 小 直 径 特 殊 胶 筒 普 遍 存在 耐 压 差 低 、 寿 命 短 的 缺 点 ， 开 展 了 小 直 径 封 隔 器 胶 筒 的 胶 料 配 合 和 结 构 形 状研 究 。 结 果 显 示 ： 与 炭 黑 /NBR 体 系 相 比 ， 在 过 氧 化 物 硫 化 体 系 下 ， 甲 基 丙 稀 酸镁 可 以 有 效 补 强 丁 腈 橡 胶 ， MMg/NBR 硫 化 胶 的 邵 A 硬 度 、 拉 伸 强 度
2、、 扯 断 伸 长率 和 100%定 伸 强 度 均 较 高 ； 新 设 计 的 胶 筒 结 构 简 单 合 理 、 易 卸 模 、 成 品 率 高 ，并 通 过 模 拟 试 验 发 现 ， 新 的 结 构 形 状 可 以 有 效 改 善 胶 筒 的 抗 破 坏 性 能 ， 耐 压 差 性能 平 均 提 高 5MPa。 研 制 出 的 小 直 径 特 殊 胶 筒 性 能 指 标 达 到 了 耐 温 120 、 耐压 差 25MPa， 能 满 足 油 田 大 部 分 套 变 井 的 要 求 。关 键 词 ： 封 隔 器 胶 筒 ； 过 氧 化 物 ； 甲 基 丙 稀 酸 镁 ； 结 构 ； 模
3、拟 试 验目 录前 言 .11 封 隔 器 胶 筒 工 况 分 析 .21.1 简介 .21.2 工况分析 .21.3 胶筒性能的影响因素 .22 研 究 方 案 设 计 .42.1 技术路线 .42.2 技术方案 .43 配 方 实 验 .53.1 实验准备 .53.1.1 原材料选择 .53.1.2 仪器设备 .53.2 实验方案 .53.2.1 补强性能采用正交设计法进行配方设计 .53.2.2 防老化试验设计 .53.3 实验过程 .63.3.1 混炼 .63.3.2 硫化 .63.3.3 物化性能测试 .63.4 结果分析 .73.4.1 补强性能分析 .73.4.2 防老化性能分析
4、 .73.5 小结 .74 结 构 形 状 优 化 .84.1 尺寸设计 .84.2 端部形状设计 .85 加 工 工 艺 研 究 .95.1 填料方式 .95.2 胶筒壁厚对硫化时间及温度的影响 .96 封 隔 器 胶 筒 模 拟 试 验 .106.1 试验设备 .106.2 试验记录 .106.3 试验结果分析 .106.3.1 结构形状对胶筒性能的影响 .106.3.2 初始密封的座封力测定 .116.3.3 座封载荷和密封压差的关系 .11结 论 .12参 考 文 献 .13致 谢 .14前 言近 年 来 ， 中 原 油 田 的 开 发 已 进 入 高 含 水 阶 段 ， 井 况 恶
5、化 现 象 严 重 ， 各 种新 的 配 套 工 艺 措 施 不 断 出 现 ， 所 需 井 下 工 具 的 结 构 类 型 也 越 来 越 多 。 根 据 统计 ， 到 2003 年 底 中 原 油 田 有 各 类 套 管 损 坏 井 1121 口 ， 约 占 总 油 水 井 数 的24%， 其 中 ， 存 在 套 管 缩 径 变 形 问 题 的 有 720 口 ， 其 变 形 段 的 内 径 仅 有 108mm 或 者 更 少 。 常 规 的 51/2 井 下 工 具 的 外 径 一 般 在 113mm 115mm， 不 能 配 合 这 部 分 措 施 井 施 工 ， 导 致 部 分 油
6、水 井 停 产 ，给 油 田 带 来 了 巨 大 损 失 。 故 急 需 研 制 小 直 径 封 隔 器 来 满 足 现 场 施 工 需 求 ， 使这 部 分 油 水 井 恢 复 生 产 。 另 外 随 着 4 套 管 技 术 在 部 分 变 形 井 中 的 应 用 ，也 需 要 小 直 径 封 隔 器 来 配 合 现 场 施 工 。 两 种 封 隔 器 都 必 须 配 有 高 性 能 的 特 殊胶 筒 来 保 证 其 密 封 性 能 和 措 施 有 效 期 。（以 下 内 容 略 ）1 封 隔 器 胶 筒 工 况 分 析1.1 简介封 隔 器 胶 筒 一 般 由 弹 性 体 复 合 材 料
7、制 备 而 成 ， 可 分 为 强 制 型 、 自 封 型 和复 合 型 等 ， 强 制 型 中 的 压 缩 式 封 隔 器 胶 筒 是 用 的 最 为 普 遍 的 一 种 ， 本 课 题 研究 的 就 是 此 类 。 作 为 封 隔 器 的 关 键 的 弹 性 体 密 封 部 件 。 其 位 于 油 管 和 套 管 之间 ， 座 封 时 承 受 轴 向 载 荷 产 生 径 向 大 变 形 ， 胶 筒 外 壁 与 套 管 壁 产 生 接 触 压 力 ，封 隔 环 空 。 实 现 分 层 注 水 、 酸 化 、 压 裂 等 工 艺 措 施 。 其 质 量 的 好 坏 直 接 影 响到 井 下 工
8、 具 性 能 的 高 低 ， 影 响 到 增 产 措 施 的 成 败 。 据 保 守 估 计 ， 国 内 油 田 年消 耗 量 约 在 10 万 套 以 上 。1.2 工况分析封 隔 器 胶 筒 的 使 用 工 况 是 非 常 复 杂 和 苛 刻 的 ： 高 压 、 高 温 、 处 于 油 介 质中 、 同 时 还 受 到 硫 化 氢 、 蒸 汽 、 酸 等 的 侵 蚀 。 在 这 样 的 环 境 中 ， 弹 性 体 复 合材 料 将 会 发 生 油 溶 胀 、 老 化 、 过 度 交 联 等 现 象 ， 导 致 材 料 的 硬 度 上 升 、 强 度下 降 、 弹 性 下 降 、 抗 裂 口
9、 增 长 能 力 也 明 显 降 低 。 因 此 容 易 在 单 次 使 用 时 就 产生 早 期 破 坏 ， 导 致 密 封 失 败 。 同 时 ， 封 隔 器 胶 筒 的 “爆 炸 式 解 压 破 坏 ”模式 是 客 观 存 在 的 ， 它 将 容 易 发 生 在 胶 筒 的 重 复 使 用 情 况 下 。（以 下 内 容 略 ）1.3 胶筒性能的影响因素在 胶 筒 的 使 用 工 况 下 ， 各 种 橡 胶 的 拉 伸 结 晶 特 性 事 实 上 已 经 消 失 （ 即 已经 超 过 了 橡 胶 的 拉 伸 结 晶 熔 点 ） ， 常 温 下 表 现 的 高 强 度 特 性 完 全 不
10、复 存 在 ，实 验 表 明 ： 室 温 下 炭 黑 填 充 补 强 的 NBR 的 常 温 强 度 25MPa 以 上 ， 但 在150 下 ， 却 不 足 4MPa（ 见 图 1.1） 。 即 使 是 抗 热 氧 老 化 特 性 非 常 好 的 氢 化丁 腈 橡 胶 和 氟 橡 胶 ， 高 温 下 的 强 度 也 大 概 是 常 温 强 度 的 25%以 下 （ 见 表1.1） 。 如 此 低 的 强 度 无 法 满 足 高 压 密 封 需 要 ， 更 不 能 抵 制 “爆 炸 式 解 压破 坏 ”模 式 。 导 致 胶 筒 肩 部 出 现 裂 纹 、 裂 纹 扩 展 、 最 后 破 裂 失 效 。 表 1.2显 示 了 常 规 薄 壁 胶 筒 在 不 同 温 度 下 耐 压 差 性 能 的 变 化 。
