CN104177737A - 垂直钻井工具用压力补偿器橡胶囊及其制备方法 - Google Patents

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周振良
付宝强
汝大军
王海岩
马哲
李晓鹏
杨文龙
吴世民
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KAI DI NORTHWEST RUBBER CO Ltd
CNPC Bohai Drilling Engineering Co Ltd
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KAI DI NORTHWEST RUBBER CO Ltd
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Abstract

本发明公开了一种垂直钻井工具用压力补偿器橡胶囊及其制备方法，包括下述质量份数的原料：二元双酚硫化体系的氟橡胶G-373为100、炭黑5～50、金属氧化物1.0～15.0、吸酸剂1.0～15.0、耐高温蜡0.5～5.0、加工助剂1.0。本发明的压力补偿器胶囊安装在内部为美孚ATF220或者SCH524的液压油，外部为钻井液的使用环境中，在压力140MPa，温度150℃的条件下，可以安全运行200小时，完全满足了垂直钻井工具对密封件的要求。

Description

垂直钻井工具用压力补偿器橡胶囊及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种石油钻井工具所用密封件的制备方法，具体是安装在垂直钻井工具上的压力补偿器橡胶囊的制备方法，属于橡胶胶囊制造技术领域。
背景技术
在复杂断块深井钻井过程中，高陡构造防斜打快是一个世界性的难题，已成为钻井工程的技术“瓶颈”，采用常规的纠斜钻具组合均无法有效解决这些地区的防斜打快技术难题，目前国际上解决此问题的最佳工具为垂直钻井系统。
国外在垂直钻井技术方面有代表性的是斯伦贝谢公司的Power-V垂直钻井系统、贝克休斯公司Verti-Track垂直钻井系统和哈里伯顿公司的V-Pilot垂直钻井系统。渤海钻探工程公司工程技术研究院经过多年来的科技攻关，终于研制出了适应于171/2″和16″井眼的BH-VDT5000垂直钻井系统。但该垂直钻井系统的核心密封件之一的压力补偿器橡胶囊存在着耐高温、耐液压油、耐钻井液性能差、使用寿命短等技术问题，严重影响着垂直钻井工具的有效使用，不能满足钻井生产的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种垂直钻井工具用的压力补偿器橡胶囊制造工艺，用本发明的制造工艺制造的垂直钻井工具用压力补偿器橡胶囊耐高温、耐液压油、耐钻井液性能好、使用寿命长，可以克服现有技术存在的不足，保证垂直钻井工具长期有效工作。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种垂直钻井工具用压力补偿器橡胶囊，包括下述质量份数的原料：
所述耐高温蜡为棕榈蜡。
所述炭黑为中粒子热裂炭黑。
所述金属氧化物为活性氧化镁。
所述吸酸剂为氢氧化钙。
所述加工助剂为德国WS280。
上述的垂直钻井工具用压力补偿器橡胶囊的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：主体胶料加工工艺
先将生胶二元双酚硫化体系的氟橡胶G-373进行薄通压合，再加入少许炭黑和按质量份数加入金属氧化物进行薄通压合，再加入剩余炭黑、耐高温蜡和加工助剂，进行翻炼，均匀下片；
步骤2：橡胶囊制造
按照橡胶囊的尺寸对胶片下料，缠绕在橡胶囊模具芯模上，合好上下模具；进行硫化：压力10-15MPa，温度15-170℃，时间40-90min；
步骤3：橡胶囊二段硫化：室温→150℃×1小时→200℃×(15-24)小时。
本发明的有益效果是：本发明的压力补偿器胶囊安装在内部为美孚ATF220或者SCH524的液压油，外部为钻井液的使用环境中，在压力140MPa，温度150℃的条件下，可以安全运行200小时，完全满足了垂直钻井工具对密封件的要求。
附图说明
图1本发明的垂直钻井工具用压力补偿器橡胶囊的结构示意图；
图2本发明的垂直钻井工具用压力补偿器橡胶囊模具结构图。
图中，1-橡胶囊模具上模，2-橡胶囊模具下模，3-橡胶囊模具芯模4-定位环。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1、2所示，本发明的垂直钻井工具用压力补偿器橡胶囊，包括下述质量份数的原料：
所述耐高温蜡为棕榈蜡。
所述炭黑为中粒子热裂炭黑。
所述金属氧化物为活性氧化镁。
所述吸酸剂为氢氧化钙。
所述加工助剂为德国WS280。
上述的垂直钻井工具用压力补偿器橡胶囊的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：主体胶料加工工艺
先将生胶二元双酚硫化体系的氟橡胶G-373进行薄通压合，再加入少许炭黑和按质量份数加入金属氧化物进行薄通压合，再加入剩余炭黑、耐高温蜡和加工助剂，进行翻炼，均匀下片；
步骤2：橡胶囊制造
按照橡胶囊的尺寸对胶片下料，缠绕在橡胶囊模具芯模上，合好上下模具；进行硫化：压力10-15MPa，温度15-170℃，时间40-90min；
步骤3：橡胶囊二段硫化：室温→150℃×1小时→200℃×(15-24)小时。
日本大金工业株式会社所属大金氟化工(中国)有限公司用当前尖端聚合设备及独特的高温预混工程设备生产的高品质的二元双酚硫化体系的氟橡胶G-373(即添加了硫化剂和硫化促进剂的预混胶产品)，G-373具有优越的压缩久变形性能和伸长率；炭黑为中粒子热裂炭黑；金属氧化物活性氧化镁；吸酸剂为氢氧化钙；加工助剂系德国WS280，有机硅氧烷组分/惰性填料(75％/25％)。
本发明采用氟橡胶整体模压制造工艺。胶料配方主体选用耐热性能和耐油性能优异的氟橡胶，设计选择了采用炭黑补强填充，具有比较全面的性能和较好的填充能力，胶料粘度较低，具有良好的模内流动性能；使用耐高温蜡，保证了制品的脱模性能。设计了半开放式模具，填胶容易，定位准确，容易排气，脱模便利，可以保证产品的质量。
使用时，压力补偿器橡胶囊的密封环嵌入垂直钻井工具金属容腔密封凹槽内，经压缩橡胶部分产生预应力，在内部压力作用下，对橡胶施加环状挤压，橡胶变形，堵塞间隙，从而起到密封作用。
下面结合具体实施例进行说明，实施例1-5的配方见表1
表1压力补偿器胶囊实施例1-5配方(质量份数)
胶料配方 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
氟橡胶 100 100 100 100 100
活性氧化镁 15 1 5 10 8
氢氧化钙 1 15 10 5 3
棕榈蜡 5 3.5 2 1 0.5
炭黑 5 40 20 30 10
加工助剂 1 1 1 1 1
注：氟橡胶为日本大金工业株式会社所属大金氟化工(中国)有限公司用当前尖端聚合设备及独特的高温预混工程设备生产的高品质的二元双酚硫化体系的氟橡胶G-373(即添加了硫化剂和硫化促进剂的预混胶产品)，炭黑为中粒子热裂炭黑；；加工助剂系德国WS280，有机硅氧烷组分/惰性填料(75％/25％)。
实施例1：
步骤1：主体胶料制造
按表1实施例1配方进行配料。先将生胶进行薄通压合，再加入少许炭黑和活性氧化镁按质量分数加入进行薄通压合，再加入剩余炭黑、棕榈蜡和加工助剂，进行翻炼，均匀下片。
步骤2：橡胶囊制造
(1)胶片制造
主体胶料，厚度2.2mm，长方形，长760mm，宽120mm1块；主体胶料，厚度2.2mm，长方形，长760mm，宽100mm1块；主体胶料，厚度2.2mm，长方形，长760mm，宽60mm1块。
(2)填胶
取上述制造好的胶片3块，居中缠绕在橡胶囊模具芯模3上，合好上下模具。
(3)硫化
用平板硫化机进行硫化。压力：12MPa；温度：160℃；时间：80min。
步骤3：胶囊二段硫化
室温→150℃×1小时→200℃×19小时
实施例2：
按表1实施例2配方进行配料。
重复步骤1-步骤3。
实施例3：
按表1实施例3配方进行配料。
重复步骤1-步骤3。
实施例4：
按表1实施例4配方进行配料。
重复步骤1-步骤3。
实施例5：
按表1实施例5配方进行配料。
重复步骤1-步骤3。
经试验，实施例1-5压力补偿器胶囊胶料物理机械性能见表2。
表2压力补偿器胶囊胶料物理机械性能
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种垂直钻井工具用压力补偿器橡胶囊，其特征在于，包括下述质量份数的原料：
2.根据权利要求1所述的垂直钻井工具用压力补偿器橡胶囊，其特征在于，所述耐高温蜡为棕榈蜡。
3.根据权利要求1所述的垂直钻井工具用压力补偿器橡胶囊，其特征在于，所述炭黑为中粒子热裂炭黑。
4.根据权利要求1所述的垂直钻井工具用压力补偿器橡胶囊，其特征在于，所述金属氧化物为活性氧化镁。
5.根据权利要求1所述的垂直钻井工具用压力补偿器橡胶囊，其特征在于，所述吸酸剂为氢氧化钙。
6.根据权利要求1所述的垂直钻井工具用压力补偿器橡胶囊，其特征在于，所述加工助剂为德国WS280。
7.如权利要求1所述的垂直钻井工具用压力补偿器橡胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：主体胶料加工工艺
先将生胶二元双酚硫化体系的氟橡胶G-373进行薄通压合，再加入少许炭黑和按质量份数加入金属氧化物进行薄通压合，再加入剩余炭黑、耐高温蜡和加工助剂，进行翻炼，均匀下片；
步骤2：橡胶囊制造
按照橡胶囊的尺寸对胶片下料，缠绕在橡胶囊模具芯模上，合好上下模具；进行硫化：压力10-15MPa，温度15-170℃，时间40-90min；
步骤3：橡胶囊二段硫化：室温→150℃×1小时→200℃×(15-24)小时。
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