CN105694162A - 一种旋转控制头用耐高温胶芯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种旋转控制头用耐高温胶芯及其制备方法，所述旋转控制头用耐高温胶芯包括以下组分：氢化丁腈橡胶、氧化锌、喷雾炭黑、白炭黑、防老剂RD、TAIC、双-25硫化剂、甲基丙烯酸镁。本发明所述的旋转控制头用耐高温胶芯耐高温性能好，可以在120℃条件下长期使用，短期可以耐150℃，既可以用于水基泥浆也可以用于油基泥浆，完全可以替代进口。

Description

一种旋转控制头用耐高温胶芯及其制备方法
技术领域
本发明属于石油钻井工具所用密封件及其制备方法领域，尤其是涉及一种旋转控制头用耐高温胶芯及其制备方法。
背景技术
欠平衡钻井是在钻井工程中钻井液循环体系井底压力低于地层孔隙压力，使产层的流体有控制地进入井筒并将其循环到地面的一种技术，这项技术可以大幅度的提高机械钻速，延长钻头使用寿命，缩短建井周期，降低钻井综合成本，有效解决井漏问题，减少和避免压差卡钻等井下事故的发生，并且还能够保护和发现油气层，提高采收率。
旋转防喷器是欠平衡钻井的专用设备之一，分为主动式旋转防喷器和被动式旋转防喷器，被动式旋转防喷器又称旋转控制头，其中旋转控制头使用最为广泛，旋转控制头主要有壳体和旋转控制头轴承总成组成，其中轴承总成的上下端均需要安装胶芯。胶芯是用来密封钻柱和方钻杆的，它是旋转控制头最重要、最关键的部件之一。
胶芯的使用寿命一直是大家诟病的问题，在一些区块，有的胶芯下井很短时间就会开裂，这时就必须将钻具起到上层套管内进行更换胶芯作业，浪费了钻井时间，特别是当井下温度较高时，对胶芯的性能要求就更加严格，中国专利CN104403137A公开了一种天然橡胶、氢化丁腈橡胶共混胶芯，因为其主要成分为天然橡胶，耐高温和耐油性能受到了一定限制，随着钻井深度越来越大，井下温度越来越高，研制耐高温旋转控制头胶芯成了亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种旋转控制头用耐高温胶芯及其制备方法，以解决旋转控制头胶芯耐高温性能差的技术问题，该胶芯耐高温性能好，可以在120℃条件下长期使用，短期可以耐150℃，既可以用于水基泥浆也可以用于油基泥浆，完全可以替代进口。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种旋转控制头用耐高温胶芯，包括以下组分：氢化丁腈橡胶、氧化锌、喷雾炭黑、白炭黑、防老剂RD、TAIC、双-25硫化剂、甲基丙烯酸镁；
其中：所述氧化锌的添加量为氢化丁腈橡胶质量的3-15％；
所述喷雾炭黑的添加量为氢化丁腈橡胶质量的10-40％；
所述白炭黑的添加量为氢化丁腈橡胶质量的10-40％；
所述防老剂RD的添加量为氢化丁腈橡胶质量的1-5％；
所述TAIC的添加量为氢化丁腈橡胶质量的2-8％；
所述双-25硫化剂的添加量为氢化丁腈橡胶质量的1-10％；
所述甲基丙烯酸镁的添加量为氢化丁腈橡胶质量的1-6％。
进一步的，所述旋转控制头用耐高温胶芯，包括以下重量份数的组分：
氢化丁腈橡胶：100份；氧化锌：15份；喷雾炭黑：30份；白炭黑：20份；防老剂RD：5份；TAIC：6份；双-25硫化剂：7份；甲基丙烯酸镁：4份。
本发明的另一目的在于提出一种旋转控制头用耐高温胶芯的制备方法，包括如下步骤：
a.按比例称取原料组分备用；
b.将氢化丁腈橡胶投入开炼机中，并加入氧化锌、甲基丙烯酸镁、防老剂RD、喷雾炭黑、白炭黑、TAIC、双-25硫化剂，混炼均匀后薄通、打八把刀，以厚度15±0.1mm出片下辊停放至少24小时后得到混炼胶片；
c.将步骤b得到的混炼胶片按模具型腔尺寸大小进行裁切成型制得胶料半成品；
d.先用干净的棉纱清除模具型腔表面的污垢后，再用120#汽油对模具型腔表面进行清洗，并晾干；
e.将模具放入硫化机中预热至151±5℃后，将脱模剂均匀涂刷模具型腔表面，再次将模具预热至151±5℃后保温40min；
f.将步骤c裁切成型的胶料半成品装入在硫化机预热至151±5℃的模具型腔中进行合模硫化后脱模制得成品，所述硫化机为700mm×800mm平板硫化机，硫化时间为190-230min。
优选的，所述步骤c中胶料半成品的厚度为15±0.1mm，直径为370mm。
优选的，所述步骤a中开炼机的前辊温度不大于50℃、后辊温度不大于45℃。
优选的，所述脱模剂为硅油和汽油的总质量浓度为3％～5％的混合液。
相对于现有技术，本发明所述的旋转控制头用耐高温胶芯及其制备方法具有以下优势：
本发明所述的旋转控制头用耐高温胶芯经过密封承压试验(静压35MPa、动压17.5MPa)和抗高温、耐油起下钻测试(0#柴油)，取得了理想的试验结果，本发明完全适用于120℃泥浆条件，也可短期适用于150℃泥浆条件，既可以用于水基泥浆也可以用于油基泥浆，即在能够满足特殊工艺井和复杂井况时欠平衡钻井或控压钻井的需求，完全可以替代进口。
具体实施方式
除非另外说明，本文中所用的术语均具有本领域技术人员常规理解的含义，为了便于理解本发明，将本文中使用的一些术语进行了下述定义。
所有的数字标识，例如温度、时间、浓度，包括范围，都是近似值。要了解，虽然不总是明确的叙述所有的数字标识之前都加上术语“约”。同时也要了解，虽然不总是明确的叙述，本文中描述的试剂仅仅是示例，其等价物是本领域已知的。
本发明中所述的TAIC是指三烯丙基异氰脲酸酯；防老剂RD是指2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体；双-25硫化剂是指2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种旋转控制头用耐高温胶芯，由下列重量份数的组分制得：氢化丁腈橡胶：100份；氧化锌：3份；喷雾炭黑：10份；白炭黑：40份；防老剂RD：1份；TAIC：8份；双-25硫化剂：1份；甲基丙烯酸镁：1份。
上述旋转控制头用耐高温胶芯由以下制备方法制得：
a.按上述重量份数称取原料组分备用；
b.将氢化丁腈橡胶投入开炼机中，并加入氧化锌、甲基丙烯酸镁、防老剂RD、喷雾炭黑、白炭黑、TAIC、双-25硫化剂，开炼机的前辊温度为50℃、后辊温度为45℃，混炼均匀后薄通、打八把刀，以厚度15±0.1mm出片下辊停放24小时得到混炼胶片；
c.将步骤b得到的混炼胶片裁切成厚度15±0.1mm，直径为370mm的胶料半成品。
d.先用干净的棉纱清除模具型腔表面的污垢后，再用120#汽油对模具型腔表面进行清洗，并晾干；
e.将模具放入硫化机中预热至151℃后，用硅油和汽油的总浓度为3％的混合液均匀涂刷模具型腔表面，再次将模具预热至151℃后保温40min；
f.将步骤c中裁切成型的胶料半成品装入在硫化机预热至151℃的模具型腔中进行合模硫化后脱模制得成品，所述硫化机为700mm×800mm平板硫化机，硫化时间为210min。
实施例2
一种旋转控制头用耐高温胶芯，由下列重量份数的组分制得：氢化丁腈橡胶：100份；氧化锌：5份；喷雾炭黑：20份；白炭黑：30份；防老剂RD：2份；TAIC：2份；双-25硫化剂：10份；甲基丙烯酸镁：6份。
上述旋转控制头用耐高温胶芯由以下制备方法制得：
a.按上述重量份数称取原料组分备用；
b.将氢化丁腈橡胶投入开炼机中，并加入氧化锌、甲基丙烯酸镁、防老剂RD、喷雾炭黑、白炭黑、TAIC、双-25硫化剂，开炼机的前辊温度为48℃、后辊温度为43℃，混炼均匀后薄通、打八把刀，以厚度15±0.1mm出片下辊停放26小时得到混炼胶片；
c.将步骤b得到的混炼胶片裁切成厚度15±0.1mm，直径为370mm的胶料半成品。
d.先用干净的棉纱清除模具型腔表面的污垢后，再用120#汽油对模具型腔表面进行清洗，并晾干；
e.将模具放入硫化机中预热至155℃后，用硅油和汽油的总浓度为4％的混合液均匀涂刷模具型腔表面，再次将模具预热至155℃后保温40min；
f.将步骤c中裁切成型的胶料半成品装入在硫化机预热至155℃的模具型腔中进行合模硫化后脱模制得成品，所述硫化机为700mm×800mm平板硫化机，硫化时间为220min。
实施例3
一种旋转控制头用耐高温胶芯，由下列重量份数的组分制得：氢化丁腈橡胶：100份；氧化锌：15份；喷雾炭黑：30份；白炭黑：20份；防老剂RD：5份；TAIC：6份；双-25硫化剂：7份；甲基丙烯酸镁：4份。
上述旋转控制头用耐高温胶芯由以下制备方法制得：
a.按上述重量份数称取原料组分备用；
b.将氢化丁腈橡胶投入开炼机中，并加入氧化锌、甲基丙烯酸镁、防老剂RD、喷雾炭黑、白炭黑、TAIC、双-25硫化剂，开炼机的前辊温度为45℃、后辊温度为40℃，混炼均匀后薄通、打八把刀，以厚度15±0.1mm出片下辊停放27小时得到混炼胶片；
c.将步骤b得到的混炼胶片裁切成厚度15±0.1mm，直径为370mm的胶料半成品。
d.先用干净的棉纱清除模具型腔表面的污垢后，再用120#汽油对模具型腔表面进行清洗，并晾干；
e.将模具放入硫化机中预热至153℃后，用硅油和汽油的总浓度为3％的混合液均匀涂刷模具型腔表面，再次将模具预热至153℃后保温40min；
f.将步骤c中裁切成型的胶料半成品装入在硫化机预热至153℃的模具型腔中进行合模硫化后脱模制得成品，所述硫化机为700mm×800mm平板硫化机，硫化时间为230min。
实施例4
一种旋转控制头用耐高温胶芯，由下列重量份数的组分制得：氢化丁腈橡胶：100份；氧化锌：10份；喷雾炭黑：40份；白炭黑：10份；防老剂RD：3份；TAIC：4份；双-25硫化剂：4份；甲基丙烯酸镁：2份。
上述旋转控制头用耐高温胶芯由以下制备方法制得：
a.按上述重量份数称取原料组分备用；
b.将氢化丁腈橡胶投入开炼机中，并加入氧化锌、甲基丙烯酸镁、防老剂RD、喷雾炭黑、白炭黑、TAIC、双-25硫化剂，开炼机的前辊温度为49℃、后辊温度为44℃，混炼均匀后薄通、打八把刀，以厚度15±0.1mm出片下辊停放25小时得到混炼胶片；
c.将步骤b得到的混炼胶片裁切成厚度15±0.1mm，直径为370mm的胶料半成品。
d.先用干净的棉纱清除模具型腔表面的污垢后，再用120#汽油对模具型腔表面进行清洗，并晾干；
e.将模具放入硫化机中预热至149℃后，用硅油和汽油的总浓度为4％的混合液均匀涂刷模具型腔表面，再次将模具预热至149℃后保温40min；
f.将步骤c中裁切成型的胶料半成品装入在硫化机预热至149℃的模具型腔中进行合模硫化后脱模制得成品，所述硫化机为700mm×800mm平板硫化机，硫化时间为200min。
实施例5
一种旋转控制头用耐高温胶芯，由下列重量份数的组分制得：氢化丁腈橡胶：100份；氧化锌：7份；喷雾炭黑：35份；白炭黑：15份；防老剂RD：4份；TAIC：3份；双-25硫化剂：2份；甲基丙烯酸镁：3份。
上述旋转控制头用耐高温胶芯由以下制备方法制得：
a.按上述重量份数称取原料组分备用；
b.将氢化丁腈橡胶投入开炼机中，并加入氧化锌、甲基丙烯酸镁、防老剂RD、喷雾炭黑、白炭黑、TAIC、双-25硫化剂，开炼机的前辊温度为46℃、后辊温度为41℃，混炼均匀后薄通、打八把刀，以厚度15±0.1mm出片下辊停放30小时得到混炼胶片；
c.将步骤b得到的混炼胶片裁切成厚度15±0.1mm，直径为370mm的胶料半成品。
d.先用干净的棉纱清除模具型腔表面的污垢后，再用120#汽油对模具型腔表面进行清洗，并晾干；
e.将模具放入硫化机中预热至148℃后，用硅油和汽油的总浓度为5％的混合液均匀涂刷模具型腔表面，再次将模具预热至148℃后保温40min；
f.将步骤c中裁切成型的胶料半成品装入在硫化机预热至148℃的模具型腔中进行合模硫化后脱模制得成品，所述硫化机为700mm×800mm平板硫化机，硫化时间为225min。
实施例1-5的配比和方法制得的旋转控制头用耐高温胶芯的性能参数见下表：
表1旋转控制头用耐高温胶芯性能数据
从上表中可以得出本发明所述的旋转控制头用耐高温胶芯完全适用于用于高温(120℃)泥浆条件，能够满足特殊工艺井和复杂井况时欠平衡钻井或控压钻井的需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种旋转控制头用耐高温胶芯，其特征在于：该胶芯包括以下组分：氢化丁腈橡胶、氧化锌、喷雾炭黑、白炭黑、防老剂RD、TAIC、双-25硫化剂、甲基丙烯酸镁；其中：
所述氧化锌的添加量为氢化丁腈橡胶质量的3-15％；
所述喷雾炭黑的添加量为氢化丁腈橡胶质量的10-40％；
所述白炭黑的添加量为氢化丁腈橡胶质量的10-40％；
所述防老剂RD的添加量为氢化丁腈橡胶质量的1-5％；
所述TAIC的添加量为氢化丁腈橡胶质量的2-8％；
所述双-25硫化剂的添加量为氢化丁腈橡胶质量的1-10％；
所述甲基丙烯酸镁的添加量为氢化丁腈橡胶质量的1-6％。
2.根据权利要求1所述的旋转控制头用耐高温胶芯，其特征在于：该胶芯包括以下重量份数的组分：氢化丁腈橡胶：100份；氧化锌：15份；喷雾炭黑：30份；白炭黑：20份；防老剂RD：5份；TAIC：6份；双-25硫化剂：7份；甲基丙烯酸镁：4份。
3.根据权利要求1所述的旋转控制头用耐高温胶芯的制备方法，其特征在于：该制备方法包括如下步骤：
a.按比例称取原料组分备用；
b.将氢化丁腈橡胶投入开炼机中，并加入氧化锌、甲基丙烯酸镁、防老剂RD、喷雾炭黑、白炭黑、TAIC、双-25硫化剂，混炼均匀后薄通、打八把刀，以厚度15±0.1mm出片下辊停放至少24小时得到混炼胶片；
c.将步骤b得到的混炼胶片按模具型腔尺寸大小进行裁切成型制得胶料半成品；
d.先用干净的棉纱清除模具型腔表面的污垢后，再用120#汽油对模具型腔表面进行清洗，并晾干；
e.将模具放入硫化机中预热至151±5℃后，将脱模剂均匀涂刷模具型腔表面，再次将模具预热至151±5℃后保温40min；
f.将步骤c裁切成型的胶料半成品装入在硫化机预热至151±5℃的模具型腔中进行合模硫化后脱模制得成品，所述硫化机为700mm×800mm平板硫化机，硫化时间为190-230min。
4.根据权利要求3所述的旋转控制头用耐高温胶芯的制备方法，其特征在于：所述步骤a中开炼机的前辊温度不大于50℃、后辊温度不大于45℃。
5.根据权利要求3所述的旋转控制头用耐高温胶芯的制备方法，其特征在于：所述脱模剂为硅油和汽油的总质量浓度为3％～5％的混合液。
6.根据权利要求3-5中任一权利要求所述的旋转控制头用耐高温胶芯的制备方法，其特征在于：所述步骤c中胶料半成品的厚度为15±0.1mm，直径为370mm。
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