CN104744748A - 一种等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶，它由以下质量份数的原料制成：丁腈橡胶100份，氧化锌5-10份，硬脂酸1-2份，炭黑50-80份，增塑剂5-20份，防老剂3-5份，硫化剂2-4份，促进剂0.5-1.5份，防焦剂0.3-1份。该橡胶具有良好的耐油性能，且胶料门尼粘度低，能够满足等壁厚螺杆钻具定子单侧注胶工艺要求，克服了由于丙烯腈含量增加导致橡胶门尼粘度增大、橡胶流动性差的问题。

Description

一种等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶
技术领域
本发明属于橡胶材料及其制备领域，涉及一种等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶材料及其制备方法。
背景技术
随着岩页气井的开采规模越来越大，油基泥浆在钻井过程中得到越来越广泛的使用。目前开发出的等壁厚螺杆钻具定子橡胶材料在水基泥浆中的使用寿命较长，但在含有大量柴油成分的油基泥浆环境下，这种定子橡胶材料会产生较大的体积膨胀，物理机械性能下降，下井工作时钻具的寿命会大大缩短，甚至会导致定子橡胶的迅速失效，因此，迫切需要开发出具有良好耐油性能的定子橡胶材料。虽然，提高橡胶材料中丙烯腈含量，可以提高橡胶的耐油性能，而丙烯腈含量增加，橡胶门尼粘度会增大，橡胶的工艺性能不能满足等壁厚螺杆钻具马达定子橡胶的单侧注胶工艺要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶，该定子橡胶耐油性能好、有较长的使用寿命，且胶料门尼粘度较低、焦烧时间长，工艺性能满足等壁厚螺杆钻具定子单侧注胶工艺要求。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶，其由以下质量份数的原料制成：丁腈橡胶100份，氧化锌5-10份，硬脂酸1-2份，炭黑50-80份，增塑剂5-20份，防老剂3-5份，硫化剂2-4份，促进剂0.5-1.5份，防焦剂0.3-1份。
按上述方案，所述丁腈橡胶为丙烯腈含量为31％-43％(质量分数)的生胶。
按上述方案，所述炭黑种类很多，例如炭黑N330、炭黑N550和炭黑N774等均能适用于本发明。
按上述方案，所述增塑剂为分子量大于350的酯类增塑剂，例如增塑剂DINP、TP-95和NB-4等均能适用于本发明。
按上述方案，所述防老剂为胺类防老剂，例如防老剂RD、防老剂4020和防老剂4010NA等。
按上述方案，所述硫化剂为硫磺。
按上述方案，所述促进剂种类也很多，例如促进剂CZ、促进剂DM和促进剂D等均能适用于本发明。
按上述方案，所述防焦剂为防焦剂PVI。
上述等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶的制备方法，包括如下步骤：
1)按质量份数比称取以下原料，丁腈橡胶100份、氧化锌5-10份、硬脂酸1-2份、炭黑50-80份、增塑剂5-20份、防老剂3-5份、硫化剂2-4份、促进剂0.5-1.5份、防焦剂0.3-1份；
2)将丁腈橡胶塑炼120-150秒，加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、硫化剂混炼90-120秒，然后加入炭黑和增塑剂混炼180-240秒，再加入促进剂、防焦剂，混炼温度达到105-110℃时排胶，即得到混炼胶；
3)将步骤2)所得混炼胶经落盘、打三角包、打卷、下片、停放后，进行硫化，然后裁量为合适的尺寸和形状，即得到等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶。
按上述方案，所述炭黑和增塑剂加入时，分为两次加入，先加入炭黑和增塑剂总量的1/3-1/2，再加入余量部分，有利于炭黑和增塑剂的分散。
按上述方案，所述落盘的条件为开炼机辊距为0～1mm。
按上述方案，所述打三角包和打卷的条件为开炼机辊距为0～2mm。
按上述方案，所述下片的条件分别为开炼机辊距为4～5mm。
按上述方案，所述停放的条件为：标准实验室环境下停放至少16h。
按上述方案，所述硫化的条件为160℃×25min，压力10～15MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明所述等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶，胶料门尼粘度较低、焦烧时间长，不易发生早期硫化的现象，工艺性能满足等壁厚螺杆钻具定子单侧注胶工艺要求；
2)本发明所述等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶中，丁腈橡胶选择丙烯腈含量为31％-43％的生胶，丙烯腈含量高于31％，橡胶极性大，与非极性芳香烃不互溶，腈基易形成氢键，丙烯腈含量越高，分子间作用力增大，分子连接紧密，阻碍了橡胶的溶胀，橡胶耐油性能好；但并不是丙烯腈含量越高越好，丙烯腈含量高于43％，橡胶动态力学性能较差，橡胶易产生热滞后失效；
3)本发明所述等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶中，增塑剂采用分子量大于350的酯类增塑剂，不仅增加了该耐油定子橡胶在热油中的稳定性，而且降低了其的体积膨胀，提高了耐油性能，有较长的使用寿命。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶，其由以下质量份数的原料制成：丁腈橡胶N230S100份，氧化锌5份，硬脂酸1份，炭黑N33060份，增塑剂DINP 15份，防老剂RD 3份、防老剂40202份，硫黄2份，促进剂DM 1份，防焦剂PVI 0.5份。
上述等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶的制备方法，包括如下步骤：
1)按上述质量份数比称取原料，包括丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、炭黑、增塑剂、防老剂、硫化剂、促进剂、防焦剂；
2)将丁腈橡胶置于捏炼机中塑炼120-150秒，加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、硫化剂混炼90-120秒，然后加入二分之一的炭黑和二分之一的增塑剂混炼90-120秒，再加入余量的炭黑和增塑剂混炼90-120秒，最后加入促进剂、防焦剂，混炼温度达到105-110℃时排胶，即得到混炼胶；
3)将步骤2)所得混炼胶置于辊距为0～1mm的开炼机上，落盘1次，打三角包3次，打卷3次；然后把辊距调大到2mm，打三角包3次，打卷3次；再把辊距调大到4～5mm，下片；下片后的混炼胶在标准实验室环境下停放至少16h；然后采用平板硫化机对混炼胶进行硫化，硫化条件：160℃×25min，压力10～15MPa，最后把硫化得到的胶试片在切片机上裁成标准哑铃型试样，即为等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶。
将本实施例所制备的等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶进行性能测试，测试数据如表1所示。其中，门尼粘度按GB/T 1232.1规定测定；焦烧时间按GB/T 16584规定测定；硬度按GB/T 531.1的规定测定；拉伸强度、扯断伸长率按GB/T528-1998的规定测定；撕裂强度(直角形)按GB/T 529的规定测定；耐油性能按GB/T 1690的规定测定。
表1
由表1可知，本实施例所制备的耐油定子橡胶的门尼粘度低、焦烧时间长，不易发生早期硫化的现象，原始硬度、拉伸强度、扯断伸长率和撕裂强度高；在100℃0#柴油中浸泡48h后本实施例所制备的耐油定子橡胶的体积变化率小，硬度、拉伸强度变化率小、扯断伸长率和撕裂强度变化率小，耐油性能较好。
通常，国产耐油螺杆钻具平均使用时间在100小时左右，采用上述该耐油定子橡胶生产的HY5LZ165×7.0-3.5DW0.75°等壁厚螺杆钻具，在水平段、油基泥浆环境下使用了246.5小时并完钻，使用时间已达到国内领先水平。
实施例2
一种等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶，其由以下质量份数的原料制成：丁腈橡胶NBR3606100份，氧化锌5份，硬脂酸1份，炭黑N33040份，炭黑N55020份，增塑剂TP-9510份，防老剂4010NA 3份、防老剂40202份，硫黄2份，促进剂CZ 1份，防焦剂PVI 0.5份。
上述等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶的制备方法，包括如下步骤：
1)按上述质量份数比称取原料，包括丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、炭黑、增塑剂、防老剂、硫化剂、促进剂、防焦剂；
2)将丁腈橡胶置于捏炼机中塑炼130秒，加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、硫化剂混炼90-120秒，然后加入二分之一的炭黑和二分之一的增塑剂混炼110秒，再加入余量的炭黑和增塑剂混炼100秒，最后加入促进剂、防焦剂，混炼温度达到100℃时排胶，即得到混炼胶；
3)将步骤2)所得混炼胶置于辊距为0～1mm的开炼机上，落盘1次，打三角包3次，打卷3次；然后把辊距调大到2mm，打三角包3次，打卷3次；再把辊距调大到4～5mm，下片；下片后的混炼胶在标准实验室环境下停放18h；然后采用平板硫化机对混炼胶进行硫化，硫化条件：160℃×25min，压力13MPa，最后把硫化得到的胶试片在切片机上裁成标准哑铃型试样，即为等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶。
将本实施例所制备的等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶进行性能测试，测试数据如表2所示。门尼粘度按GB/T 1232.1规定测定；焦烧时间按GB/T 16584规定测定；硬度按GB/T531.1的规定测定；拉伸强度、扯断伸长率按GB/T528-1998的规定测定；撕裂强度(直角形)按GB/T 529的规定测定；耐油性能按GB/T 1690的规定测定。
表2
由表2可知，本实施例所制备的耐油定子橡胶的门尼粘度较高、焦烧时间长，原始硬度、拉伸强度、扯断伸长率和撕裂强度高；在100℃0#柴油中浸泡48h后，该耐油定子橡胶的体积变化率较大，硬度、拉伸强度变化率小、扯断伸长率和撕裂强度变化率较大，耐油性能较好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶，其特征在于它由以下质量份数的原料制成：丁腈橡胶100份，氧化锌5-10份，硬脂酸1-2份，炭黑50-80份，增塑剂5-20份，防老剂3-5份，硫化剂2-4份，促进剂0.5-1.5份，防焦剂0.3-1份。
2.根据权利要求1所述的一种等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶，其特征在于所述丁腈橡胶为丙烯腈含量为31％-43％的生胶。
3.根据权利要求1所述的一种等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶，其特征在于所述增塑剂为分子量大于350的酯类增塑剂。
4.根据权利要求1所述的一种等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶，其特征在于所述防老剂为胺类防老剂。
5.根据权利要求1所述的一种等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶，其特征在于所述硫化剂为硫磺。
6.根据权利要求1所述的一种等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶，其特征在于所述促进剂为促进剂CZ、促进剂DM和促进剂D中一种或几种按任意比例的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶，其特征在于所述防焦剂为防焦剂PVI。
8.权利要求1-7之一所述的等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)按质量份数比称取以下原料，包括丁腈橡胶100份、氧化锌5-10份、硬脂酸1-2份、炭黑50-80份、增塑剂5-20份、防老剂3-5份、硫化剂2-4份、促进剂0.5-1.5份、防焦剂0.3-1份；
2)将丁腈橡胶塑炼120-150秒，加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、硫化剂混炼90-120秒，然后加入炭黑和增塑剂混炼180-240秒，再加入促进剂、防焦剂，混炼温度达到105-110℃时排胶，即得到混炼胶；
3)将步骤2)所得混炼胶经落盘、打三角包、打卷、下片、停放后，进行硫化、裁量，即得到等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶。
9.根据权利要求8所述的等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶的制备方法，其特征在于所述硫化的条件为160℃×25min，压力10～15MPa。
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