氢化丁腈橡胶及其在油田中的应用_陈德铨

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1、第?期兰化科技一?个白色的硬疙状物?均为肉眼可见?,由此说明机械杂质和硬 疤状物是引起样条提前断裂的 重要因素?硬疤状物究竟是什么,还有待于进一步研究?。由此对生产装 置 而言,进料系统 加装过滤 网是必要 的,而在树脂 的出料口前,加过滤网也是 必要的。因为只有这样,才能避免某 些材料?如转动部位的填料?磨损而进入系统所带来的后果。与支持,取龙棋、吴健夫同 志提供了电镜照片,黄巍同志参加了工作。在 此一并表示谢意。,考文做?产,?【致谢】本项工 作得到谢洪才、包季欣、蔡永露、李显臣、黄宝兴等有关领 导的组织朱文炫、叶樟铺,“橡胶增韧塑料的进展”,及旦大学高分子教研组?内 部 资料?,? ?

2、? ? !?卢光朗,“合成树脂及塑料, ,?,? !?兰化合成橡胶厂,“高冲 聚乙烯操作指南”,?力部资料?,? ? ?。氢化丁睛橡胶及其在油田中的应用冻德公胡炳辘介山石化 公 司研鱿 院?兰注公司开发处?匕曰呀山?一随看石油 工业的发展和钻井深度 的不断提高,对 密封材料橡胶制品的 要求越来越苛刻。通常大量? 吏用 的丁睛橡胶已不能满足 要 ,求了。? ?年?公司推出了商品名为? ? ?的氢化丁睛橡胶新产品?。这种产品在 结构上 保留了丁 睛橡胶 的氰基极性侧链,但 主干都变成了饱和的碳氢结构。由于结构上 的这一特点,使氢化丁蜻橡胶显示出了非常优异 的耐油性、耐候性、耐腐蚀性和高温下的耐磨性

3、。氮,一厂肠橡玫时基弘性沈性能一、氢化丁睛橡胶的基本性能目前,已经商业化的氢化丁睛橡胶有三个牌号,因氰含量 不 同,有? ? ? ? ?和? ? ? ? !,另外还有一种含硫可交联的牌号。氢化丁睛橡胶的基本性能如表?所示。为了进一 步说明氢化丁睛橡胶的性能,表?将?, ?丁 ? ?与几种油田中常用的硬度?邵氏?址断强度?定伸强度? ?人?入 ? ?伸长率,与回弹率,?压缩永久变形,加小日寸,与室温时? ?“?若耗? ?。? ? ? ? ? ? ?密封材料进 行了对比。表中?为吩类交联的一种氟橡胶?为过氧化 物交联的一种氟橡胶,?为过氧化物交联 的 一 种氟 橡 胶,? ?为丁 腊橡胶,? ?为

4、 卤化丁睛橡胶。氢 化一精橡 胶的加 工性能难?几走星反?兰化科技第?卷名氢化丁硝胶与? ?、?和? ?物性比较人?下?一物性单位?氢化丁石青? ,橡胶? ? ?人豆化一?一厅与橡佼与? 、? ? 和?低温性能比较 ? ? ? ? ? ? ? 姗一训? ? 价度伸长伸长率定伸强 度硬度回弹率抗撕裂 强度吸缩永久变形?。? ?。? ?。公耗克?厘米。?氢化丁睛 橡胶 ?五? ? ?。? ? ? “?。“?了?月七,几,二, 自 ? 一?一?跪?, ?, 自十一? ? ?扭矩入?。? ?月? ,卜八?, 山,曰?一? ?玻璃化面 度“? ? ? ? ? ?,脆点“?一?资? ?一?一?艺?达?月恤

5、,?, 一?任,生?,一?七, ?目了? ?, ? ?,?卜? ?土?八刁?,? ,三?, 公,口,几义一, 自? 撇队?恤?一二役什么变 化。若填加 浅 色填料,结 果会更好,因此,它 的配 合物可允许在 汉?一? ? 下使 用。在实际 应用中,氢化丁 腊橡 胶硫化后的高温机械性能甚至可以和含氟的高聚物相比二“一弓。不过,在热空气中的稳 定性不如? ?好。图?描述了氢化丁胎橡 胶 与? ?,? ?,? ?和? 入 ?在? ?毛蒸汽中的性能。从图?可以看 出,氢 化丁睛橡 胶仅次于?,而远优于?。门?、?内?一?, 曰尸? ? 八?月妇,上一匕?一飞 ?哎? ? ?今妇?上,?九万?坦?映,总

6、 的讲,它吝 易与各组分 混合,混 合后的贮存稳定性较好,且所有的 加工都可在现有的通用设备中进行。, ?妞二、氢化丁睛橡胶 在油田中的应用性能从氢化丁清 橡胶的基 不性能方圆还右不 出它的 优异性,但 在油田刻 苛环境的应用方 面 却显示出了它 独特的优点。概括 地讲,用于 油田的橡 胶制品除与石油 及其制 品经常接触外,还可能接 触硫化氢等 酸性气体,也可能 接触到含胺 的 化一 合物。由于油田所处地理位置不同,可能接触到零下几十 度的低温,同时 随钻探 深度的增加,也可能遇 到高温高压 的不利环境,随着 油田技术的不断发展,一般的丁睛橡 胶是满 足不了这些特 殊 要求 的?、。但 氢化丁

7、腊橡佼却显示了它 能在油田甲应用的许多优良特 性。?优良的耐温性能表?列举了氢化丁腊橡胶 与几种油田常用材料 的 低温性能。从表?可以看出,氢 化丁脯橡胶 的 低温性 能明显优于 其它几种 油田常用橡胶材料一。氢化丁睛橡胶还 共有很 好 的耐高温性。在?动一?热空气 中?至少需要 ? ? 天,伸长手,妇丰主原来值则一半,?盯这期间的抗伸强 度? 目?到? ? ?与?五 ?、?入?、?砚?耐? ?蒸汽性能比较还需要 指 出的是,简温下,氢化丁 睛橡胶仍具 有 良好的耐磨性。图?是 油田常用的几 种材料在? ?及? ?下 的 耐磨 性能比较。常温下几 种材料耐磨不相上下,当温度升 高时,氢化丁 睛

8、橡 胶几平 不变,其余几种则 有了明显下 降。第?期兰化科技? ?一?曾设计了一种仪器专门评仃?这种现象?。图?是氢化丁睛橡胶和? ? ?含氰? ? ?两种材料稳定性的对比。由图?可以看出,高压下,氢化丁腊橡 胶的性能显然 要优越得多。刁? ? ? ? ?一?墓二生?二不 之 宁 性盛了?乐火准丁?,保特不飞 ?下叉?毛?人? ?, ? ,:!, 5 :。;图2T herban一与F K入笠、NBR和 X N BR的耐磨书:室温和150OC )2.耐 化学品的腐蚀 性膜拟 油田的某 些条件,对氢化丁睛橡胶、FKM、NBR和X N B R进行了一系列的实验结 果如图3所示。FKM ,尸, . R

9、,| |BNXR E N下玉 1乙k 卜人X姜4对 甲烷/C O:了H:O猛烈 降压稳定性比较150OC, 20MPa /290oPSi月口仁书!l刊|,月月 4月州.洲竹J, 胡曰,未老化一一7天4.对括烈压 降 的耐 受性应 用于石油工 业的橡胶制 品,当处于扁压环境下,往往能 溶解一些低 分子 烃及 极少量的气体。当外界压力突然下降时,洛于制品内部的 低分 子 烃 及气体呈现强烈逸出的倾向,而压降大到 一定 程度,甚至会引起制品内部的破坏。而 氢化丁腊橡胶 则表现了很强的耐 受性。川川目广|. |!1tlll |产滚赵搜东乏次)译母它飞, .图3又丁酸气/柴泪/水旧稳定性(150 C),

10、lR D N.二. . .口. . . . . . . . . . . .凸目卜已娜烹试验介质为酸性 气 体/水/柴 油,共中酸性气体的组成为20%HZS、 65%CH4、15%CO:;试验 温 度i5Oc C,最高压 力10M Pa。另外,系统 中还 加入某些含胺 基的防蚀剂。几 种材料经过7天 的腐蚀 之后,氢化丁 睛橡胶比其它几种 材料显 示出良好的 耐腐蚀能力。此外,氢化丁腊橡胶的硫化胶具有良好的耐酸、耐碱性。在10 0C的2 5%苛性钠 或在 5 0的稀盐酸中,均 具有较好的稳 定性。3.高压 下 的外形德定性很多橡胶制品在承受 高压 之后,而产 生某种“流动”, ) )、而失 去了

11、原 有的几 何尺J“,造成制况:偏离原来的位置。厂一:二。:。、:。万T卜 工 E R B 人N17。丁; J图5The rban和N B R耐挤压比较图5是 氢 化丁脂橡 胶T herban,。 5多u氢化的丁睛橡胶、丁睛橡胶、FKM、ECOEPDM几种材 料对压力降耐受倩况沟对比。所用的 气体是9了乳(休 积 ) 甲烷 和3甄(体积)的二 氧 化碳考 核的指数 是看是呀别现气i包,损坏 或有无物性(伸长、硬度等)方 面的变化。从实验结果看T he比a n最好,而氢化度低 些的氢化丁情橡胶就 和E P D M相当了,一般的N B R则出现破坏 的现象。另外,还采 用 过酸性气体/柴 油/水的

12、混合系 统,在150和10MPa/1450P S i下进行试验,各种 材料 的 耐受趋势和前者相 同,只是条件变苛刻 后,EPDM也遭到破坏了。三、氢化丁睛橡胶在石油工业 中的应 用1.0型及其 它耐油密封像胶制品在 勘探和采 油 过程中,使用大量 的O型 密封环及其它 密 封环、密封圈,它们不仅与高温高压 的石油接触,还要承 受原油中所含各种 酸、碱性物 质 及采油所用 化学品(如清蜡剂等)的腐蚀。以往,多采 用丁腊橡胶作密封件的材料,改用氢化丁睛橡 胶可使 制品的使 用寿命大人延长,为减 少油井停产 次数创造了条件。2.抽气活塞过去在 抽 气 工艺甲夕往往 采用致基丁睛像胶 作 抽 气活塞

13、的原 料,但 耐磨性、稳定 性都不够理 想。采用氛 化丁腊橡 胶后,使用寿命有明显的 延长。3.海底 输 送管庄海上 采油时,为使油井和平台 相联结,需采 用 有一定 挠 曲性的管束代替钢订夕但这 种 挠性 管必须耐 高压、猛烈压降、腐蚀 等 各种 苛刻的条 件。目前 采用氢化丁 睛像胶作这 种挠性管的第一 内层,这种新型 输送管目前正在 油田试用中。4.防裸器油田中常用的防爆器有活 塞型 和环型两科技第5卷种。氢 化丁腊橡胶的良好伸长率和定伸强度正好 使它适用于这 两 类防爆器中的橡胶制品。将丁腊橡胶换成氢化丁腊橡胶后,使防爆器 的可靠性和耐用性有很大改善,这对油田的安全生 产具有重要意义。

14、5.其 它由于氢 化丁睛橡胶 的优良性能,原来在油田中使用 丁腊橡胶等材料不甚胜任 的地方都可考虑以它来代替。目前正在考虑的还有勘 探系统的定 子,勘 探管 的保 护套等。总之,尽管这种 试用才开 始,但已显示出氢化丁睛橡胶的许多独特优点。四、一点建议我 国的丁腊橡胶已投产了二十几年,品种很少,石油工业对橡胶材料有许多新的 要求。但都得不到落实。我们建议,类暇氢 化丁睛橡胶这样的 新品种 国内是 完全可以开发成功 的,应该 及早组织这件工 作,一旦有丁批量的试 产品,必受 到石油工业的热烈欢迎。.考文做1T hne rme r.J.et。 a l.Kaustse h.Gu m.iKuntst,

15、 354,26,一2丁.里(1 98 3).名Ende rD.H,入lateria!5Pe rfo rmaneo.145,3136(1975).二3MirzaJ.T hoerme r.J.Paper, 52二.,ACSRubberDivisionzZsthMeetingr1985。少二4T ho erme rJ.,cl.al.RubberandPlastiesNews.APPril,23, 1820(1 984)石3Watkzn s人 I.J.En ergyRubbe rGroup.Meeting,Jan. 26, (1984)6S hell.R。 L.Rubber Chemistryan dTee h五olog y, 53 5.12391260( 19 80)7T ho rme r.,et。 a l, Elastomerics118(9),28一32(1986)。.侧. 卜.门目