基本信息
- 項目名稱：
- 油田深采封隔器用新型橡膠復(fù)合材料制備的關(guān)鍵技術(shù)
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本項目在過去的研究基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種新型復(fù)合的氫化丁腈復(fù)合材料，研究了該材料的加工性能和力學(xué)性能，評價了材料的高溫高壓密封效果，旨在開發(fā)出滿足在高溫高壓下可長期密封的材料，以提高工具的密封性能、降低應(yīng)用成本、提高施工成功率，進而提高油田油水井的密封技術(shù)水平。
- 詳細介紹：
- 本論文分別以炭黑、有機蒙脫土以及ZnMA為填充劑對HNBR進行補強，研究了HNBR的硫化性能，考察了增強劑種類、補強劑并用比對HNBR硫化膠物理機械性能的影響。考察了DCP用量對硫化膠物理機械性能的影響。并評價了補強劑并用增強HNBR制得的封隔器膠筒的高溫高壓密封性能。結(jié)果表明，OMMT部分替代炭黑補強HNBR硫化膠的拉伸強度、撕裂強度和硬度都有所提高，相比于炭黑，ZnMA增強的HNBR的焦燒時間和正硫化時間均大幅度縮短，最大扭矩大幅度提高；常溫下炭黑的粒徑越小，其填充HNBR硫化膠的物理機械性能越好，但劣于ZnMA填充的橡膠，ZnMA/炭黑填充HNBR硫化膠的拉伸強度比純ZnMA填充HNBR硫化膠低，但同時永久變形也降低；在高溫下，ZnMA/炭黑增強HNBR硫化膠的拉伸強度和撕裂強度具有較高的保持率，且隨著溫度的升高，降低速率低于純ZnMA增強HNBR硫化膠，但前者的扯斷伸長率高于后者，而永久變形小于后者；ZnMA/炭黑增強HNBR硫化膠具有優(yōu)異的耐熱空氣老化性能，且以其制得的封隔器膠筒能夠在180℃、30Mpa的壓差下保持較好的密封效果。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的和基本思路： 通過有機補強劑與炭黑協(xié)同并用增強橡膠復(fù)合材料的新型增韌機制，改善橡膠復(fù)合材料的耐高溫性能和高溫使用性能的工程技術(shù)難題，制備出滿足深井采油封隔器使用要求的橡膠復(fù)合材料。 本項目包含以下2個科學(xué)創(chuàng)新點： 1、首次通過固相自由基聚合反應(yīng)，得到“原位”納米氧化鋅化學(xué)交聯(lián)增強的離子聚合物接枝氫化丁腈分子主鏈的新型復(fù)合結(jié)構(gòu)，進一步提高氫化丁腈主鏈的飽和度，改善其高溫力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。 2、首次聯(lián)合原位變溫紅外和變溫力學(xué)性能分析測試方法，研究溫度對結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。
科學(xué)性、先進性
- 作品的科學(xué)先進性: 與現(xiàn)有氫化丁腈橡膠的加工技術(shù)相比，作品采用固相自由基聚合反應(yīng)，制備出“原位”納米氧化鋅化學(xué)交聯(lián)增強的離子聚合物接枝氫化丁腈分子主鏈的新型復(fù)合結(jié)構(gòu)，在硫化工藝中通過提高氫化丁腈分子主鏈的飽和度的關(guān)鍵技術(shù)，大大改善其高溫力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性；以炭黑和甲基丙烯酸鹽協(xié)同增強的高性能橡膠復(fù)合材料的力學(xué)性能達到43MPa（文獻未見報道），加工的封隔器膠筒，在座封壓力16噸、檢測溫度180℃、壓差30MPa的條件下可以長期工作，能夠滿足深采封隔器的使用要求，超過美國3M公司同類產(chǎn)品的性能。該課題的研究成果達到國際先進水平。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1、該作品相關(guān)技術(shù)成果于2010年4月24日通過了山東省科技廳組織的鑒定，鑒定評語為國際先進。 2、該作品的相關(guān)技術(shù)于2010年4月27日通過中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局專利申請受理，專利公開號為：CN 201010152487.7。 3、作品的基礎(chǔ)為山東省科技攻關(guān)計劃（2008GG10003008），項目名稱為“油井用耐高溫高壓長壽命密封材料關(guān)鍵技術(shù)研究”，已鑒定完成。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 已經(jīng)在東營百花石油股份有限公司中試加工，聯(lián)合開發(fā)。
作品可展示的形式
- 實物
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 該項目完成后，課題組將獲得擁有自主知識產(chǎn)權(quán)制備油田深采封隔器用橡膠復(fù)合材料的關(guān)鍵技術(shù)，突破國外在該領(lǐng)域技術(shù)的壟斷，加工的新型橡膠復(fù)合材料可以承受高于160℃的溫度，同時承載30～40MPa的壓差、且經(jīng)受油、水、CO2、H2S酸性氣體混合介質(zhì)的腐蝕和破壞。該技術(shù)使埋深大于3000 m，小于4000 m，儲層溫度在130～180℃的碳酸鹽巖難動用油藏和大于3000 m的難動用低滲透油藏得到開發(fā)利用，對提高我國石油產(chǎn)量具有重要的意義。
同類課題研究水平概述
- 氫化丁腈橡膠作為一種綜合性能良好的膠種是現(xiàn)在國內(nèi)外學(xué)者研究的重點之一，他們通過運用不同的填充體系對氫化丁腈橡膠進行了深入的研究，并總結(jié)出了不少成功的經(jīng)驗。 黃安民等通過實驗研究了常規(guī)補強劑（炭黑、白炭黑）、蒙脫土（普通蒙脫土、有機蒙脫土）以及不飽和羧酸鹽（ZDMA、MgMA）三類補強劑對HNBR物理性能和老化性能的影響，并采用掃描電鏡、透射電鏡等方法對其進行了表征。 J．Thormer等在試驗中通過采用兩種不同的硫化體系—過氧化物硫化體系和硫磺硫化體系—驗證了硫化體系對氫化丁腈橡膠的加工性能和使用性能的影響。 H?G Dikland在實驗中證明助交聯(lián)劑與過氧化物配合將抑制分子鏈裂解副反應(yīng)，并提高其共交聯(lián)性，而且這些助交聯(lián)劑可以改善膠料的耐熱性、模量、拉伸強度、撕裂強度和磨耗性等物理性能，在降低門尼粘度的同時相應(yīng)增加硫化膠的硬度，并顯著改善膠料的壓縮永久變形。譚湘等就 MPBM和TMPTA在氫化丁腈橡膠過氧化物硫化過程中起的作用進行了研究,探討了助交聯(lián)劑MPBM和TMPTA對氫化丁腈橡膠過氧化物硫化體系的硫化特性和橡膠的耐熱氧老化、臭氧老化以及熱降解性能的影響?？麻L顥等[13]對比研究了助交聯(lián)劑HVA-2，TAIC和1,2-PB在過氧化物硫化體系中對氫化丁腈橡膠的硫化特性和硫化膠性能的影響。 R.J.Pazur等證明了活性劑的種類和用量取決于所需膠種的性能。所有的活性劑都提高了膠料的總體性能，但性能之間有明顯的差別。 白樺棟等人實驗得出增加過氧化物硫化劑2,5—二甲基—2,5 雙（叔丁基過氧基）己烷的用量，以及在較小用量下添加TAIC，可以降低橡膠的壓縮永久變形。并證明N330的補強效果最好，當填充量為35phr時，可獲得綜合性能均衡的氫化丁腈硫化膠料。 上述文獻無論從增強機理或從增強材料的分子結(jié)構(gòu)都與本作品采用的增強材料不同，傳統(tǒng)橡膠復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)也與作品的新型結(jié)構(gòu)不相同，故文獻報道的力學(xué)性能均低于該作品的力學(xué)性能。該作品得到的新型復(fù)合材料的綜合性能最優(yōu)，能夠承受高于160℃的溫度，承載30～40MPa的壓差、且經(jīng)受油、水、CO2、H2S酸性氣體混合介質(zhì)的腐蝕和破壞，滿足新型采油工程工藝的需求。
