HU183833B

HU183833B - Reinforced hose structure

Info

Publication number: HU183833B
Application number: HU82567A
Authority: HU
Inventors: George W Eisenzimmer; Robert C Schisler
Original assignee: Goodyear Tire & Rubber
Priority date: 1981-02-25
Filing date: 1982-02-24
Publication date: 1984-06-28
Also published as: JPH0321795B2; AU7979682A; MX158472A; GB2093559A; AU544701B2; GB2093559B; JPS57156240A; IT1151353B; US4688605A; BR8200816A; CA1189003A; IT8219708A0

Description

A találmány erősített tömlőszerkezetre vonatkozik.

A találmány tárgya közelebbről megjelölve olyan erősített tömlőszerkezet, amely nagynyomású fúrásnál, így forgó olajkútfúró gépeken alkalmazható, bár használata nem korlátozódik erre.

Viszonylag nagy átmérőjű, például 50—100 mm belső átmérőjű tömlőket hasznának általában fúrófolyadékok vagy fűróiszap szállítására vagy továbbítására kútfúró gépeken. Ezeknek a tömlőknek nagy, például 350—1400 kg/ cm² nyomást el kell viselniük és elég hajlékonynak kell lenniük ahhoz, hogy a fúrótorony vezércsövét hozzá lehessen kapcsolni a forgatórúdhoz, amely lefelé mozog a furócsőben és felemelkedik annak érdekében, hogy lehetővé tegye mindegyik fúrócsőszakasz csatlakozását. A jelenlegi tömlőfelépítési módszerek szerint ilyen és hasonlóan nagynyomású radiális terhelésre valamely rugalmas (elasztomer) anyagból készült lelket és egy vagy több textil erősítőréteget tartalmaznak. Ezek a rétegek megóvják a lelket attól, hogy kinyomódjék a tömlők főerősítő betéteinek sodronyai között, különösen ott, ahol a tömlő viszonylag kis sugárban hajlik, ennek következtében a föbetétek elhúzódnak egymáshoz képest a tömlő azon része mentén, amely a legnagyobb távolságban van a hajlat görbületi középpontjától.

A találmány szerinti erősített tömlőszerkezet nagymértékben leegyszerűsített szerkezet az ismert tömlőszerkezetekhez viszonyítva. A találmány szerinti tömlőszerkezet megfelel a forgó fúróműveleteknél jelentkező és megkívánt szigorú követelményeknek.

A találmány szerinti tömlőszerkezetet a mellékelt rajzon mutatjuk be, ahol az 1. ábra a találmány szerinti erősített tömlőszerkezet keresztmetszeti nézetét mutatja.

Az 1. ábra a találmány szerinti 10 tömlőszerkezet egy előnyös kiviteli alakját szemlélteti. A tömlő belsejétől kifelé a 11 hosszanti tengelyhez legközelebb helyezkedik el egy 12 rugalmas (elasztomer) anyagú lélek, amely a később ismertetésre kerülő tulajdonságokkal rendelkezik. Sugárirányban a 12 lélektől kifelé legalább két, 15 acélsodronyból álló, 16 és 18 réteg következik. A 16 és 18 rétegek 14 elasztomer anyagba vannak beágyazva. A csavarvonalban haladó 15 acélsodronyokból álló 16, 18 réteget egy vagy több 20 gumizott textilréteg borítja. A 20 textilrétegeket 22 rugalmas (elasztomer) anyag fedi, amely a tömlő legkülső felületét alkotja.

A forgó fúrótömlő általában nagy, váltakozó nyomások, koptató fúróiszap, levegő, víz és folyékony szénhidrogének hatásának van kitéve. Ezeket a tényezőket mind számításba kell venni annak az elasztomernek a megválasztásánál, amelyből a 12 lelket készítjük. Valamely akrilnitril/butadién kaucsuk alapú elasztomer különösen alkalmas erre a célra, bár más elasztomerek, így akrilnitril-izoprén- kopolimerek, sztirol-butadién-kopolimerek, poliizoprének, polikloroprének vagy ezek elegyei is használhatók, a szállítandó folyadék természetétől és a csövet alkotó elasztomer kémiai ellenállásától függően.

A12 lélek rugalmas (elasztomer) anyagának a szakítószilárdsága legalább 42 kg/cm² 20 %-os nyúlásnál ASTM D—412 módszer szerint mérve és a szakadási nyúlása legalább 150% ugyancsak ASTM D—412 módszerrel mérve, és a Young-modulus legalább 140 kg/cm²ASTM D—1053 módszer szerint mérve kedvező esetben. Az elasztomer szakítószilárdsága előnyösen legalább körülbelül 70 kg/cm² 20%-os nyúlásnál ASTM D—412 módszerrel mérve, szakadási nyúlása előnyösen 200% ugyancsak ASTM D—412 módszerrel mérve és Young2 modulusa legalább 245 kg/cm² ASTM D—1053 módszerrel mérve.

A nagy nyomású forgó fúróberendezéshez alkalmas tömlőben lévő 12 lélek vastagságának legalább 4,76 mm-nek kell lennie a 10 tömlő sugara mentén mérve a 11 hosszanti tengelytől indulva. A 12 lélek elasztomer anyagának a kívánt fizikai tulajdonságait az előzőekben megadott elasztomer alapú vegyületekkel biztosíthatjuk, olyan reaktív gyantarendszerrel kombinációban, amely képes in situ bepolimerizálódni ezekbe a vegyületekbe. A gyantarenszert a későbbiekben ismertetjük.

Valamely, a találmány szerinti tömlőben 12 lélekként való használatra alkalmas anyag kívánt fizikai tulajdonságait biztosító kompozíció összetétele a következő: 75—100 súlyrész akrilnitril-butadién-kopolimer vagy akrilnitrilizoprén-kopolimer legalább 20 súly% akrilnitriltartalommal és 25—0 súlyrész elasztomer, mégpedig sztirol-butadién-kopolimer, polikloroprén vagy poliizoprén; és minden 100 súly rész elasztomerre körülbelül 10—50súlyrész, előnyösen körülbelül 25—35 súlyrész körülbelül 1—3 mm hosszúságú, ragasztóanyaggal kezelt cellulóz-szál, amelynek a hossz/átmérő aránya körülbelül 100—200, például Santoweb K néven forgalmazott szál; körülbelül 10—50 súlyrész, előnyösen körülbelül 20—30 súlyrész, olyan reaktív fenolformaldehid-gyanta, amely képes polimerizálódni hexametiléntetraminnal, így Durez 12 686 néven forgalmazott gyanta; körülbelül 0,5-5,0 súlyrész, előnyösen körülbelül 1,6-2,4 súlyrész hexametiléntetramin, körülbelül 25—100 súlyrész, előnyösen 40—75 súlyrész erősítő töltőanyag, például ASTM N—330 gázkorom és/vagy hidratált szilíciumdioxid; körülbelül 0,5-2,0 súlyrész antioxidáns, például polimerizált

2,2,4-trimetil-l,2-dihidrokinon; körülbelül 3—10 súlyrész cinkoxid; körülbelül 0,5-2,0 súlyrész sztearinsav; körülbelül 10—40 súlyrész gumi-plasztifikáló anyag, például dioktilftalát és valamely jellegzetes vulkanizáló és gyorsító rendszer, így körülbelül 0,5—30 súlyrész kénből és körülbelül 0,5-2,0 súlyrész szulfénamidból, például Noxidietilén-2-benzotiazilszulfénamidból, álló anyag.

Más jól ismert gumi-plasztifikáló anyagok, például poliéterek, adipátok, és azelátok is használhatók a választott elasztomertől vagy elasztomer-keveréktől függően. A plasztifikáló anyag megválasztása és a plasztifikáló anyag mennyiségének a megállapítása a szakember számára nem jelent nehézséget.

A reaktív fenolgyanták olyan anyagok, amelyek képesek polimerizálódni valamely metiléndonorral, például hexametiléntetraminnal, tetraetiléntetraminnal, hexametoximetilmelaminnal.

A 12 lélek elasztomer anyagához megfelelő reaktív fenolgyanták tartalmaznak hexametiléntetramint vagy a hexametiléntetramint hozzáadjuk a kompozícióhoz. A gyanták olvadáspontja vagy lágyuláspontja 121 °C alatt van. Kereskedelmi forgalomban lévő ilyen gyanták az Arofene, Durez, Alnovol néven ismert gyanták.

Jóllehet a reaktív fenolgyanta-rendszerekelőnyösek, mivel összeférnek a kénbázisú vulkanizáló rendszerekkel, azonban más reaktív gyantarendszereket is használhatunk a fenolgyanták helyett (a „reaktív” megjelölés azt jelenti, hogy a gyanta polimerizációra képes), ilyenek például a következő rendszerek:

sellak+cinkoxid;

rezorcinol-aldehid-gyanták+metiléndonor, így hexametiléntetramin;

183 833 katechol-aldehid-gyanták+metiléndonor, így hexametiléntetramin; monomereket tartalmazó izocianurátok+szerves peroxidok;

monomereket tartalmazó akrilátok+szerves peroxidok;

monomereket tartalmazó allilos kettőskötésű anyagok+szerves peroxidok.

A találmány szerinti gyakorlatban használható monomerek például a következők:

allilmetakrilát, diallilfumarát, trietilénglikol-dimetakrilát,

1.3- butilénglikol-diakrilát, 1,6-hexándiol-dimetakriIát, pentaeritritol-tetraakrilát, etoxilezett bisz-fenol A-dimetakrilát, trimetilolpröpán-trimetakrilát, triallil-cianurát, triallil-izocianurát, triallil-trimellitát, diallil-ftalát.

A találmány szerinti gyakorlatban használható szerves peroxidok például a következők:

dikumil-peroxid, di-terc-butil-peroxid,

2.4- pentándion-péroxid,

2.5- dimetil-2,5-bisz(benzoilperoxi)hexán, n-butil-4,4-bisz(terc-butilperoxi)valerát, l,l-di-terc-butilperoxi-3,3,5-trimetilciklohexán.

Úgy véljük, hogy a fent felsorolt gyantarendszerek mind alkalmasak arra, hogy biztosítsák a 12 lelket magában foglaló, találmány szerinti tömlőben használt elasztomerek erősítését, bár a reaktív gyantarendszerre — az előzőekben említett általános összetételben — megadott tartomány ettől eltér, ha más elasztomert vagy gyantarendszert választunk. A reaktív gyantarendszer mennyiségének a megállapítása az e.területen járatos szakember számára nem okoz nehézséget. A példaképpen említett más összetételeknél a ragasztóanyaggal kezelt cellulózszálak alkalmazása nem követelmény ugyan, bár használatuk előnyös forgó fúrótömlőkben, mivel ezek a szálak olyan erősítő mechanizmust képeznek, amely jó biztonsági tűrést ad az anyagnak.

A példákban különböző összetételeket ismertetünk, amelyek mindegyike biztosítja a leírt és megkívánt fizikai tulajdonságokat. A súlyarányokat az összetételekben részekben számítva adjuk meg, 100 rész elasztomerre számítva.

1. példa

100 akrilnitril/butadién-kopolimer (32 súly % akrilnitril-tartalommal),

ASTM N—330 gázkorom, hidratált szilíciumoxid, dioktilftalát, antioxidáns, cinkoxid, sztearinsav, ragasztóanyaggal kezelt celiulózszál (Santoweb K), fenol-formaldehid-gyanta (Durez 12 686), hexametiléntetramin,

1,5 kén, szulfénamid-gyorsító.

A fenti komponenseket összekeverjük és 60 percig

146 °C-on vulkanizáljuk a keveréket, így a következő fizikai tulajdonságú anyagot kapjuk.
Vizsgálat megjelölése	Vizsgálati mód	Érték
szakítószilárdság 20%
nyúlásnál	D— 412	70 kg/cm^{1 2}
szakadási nyúlás	D— 412	290%
Young-modulus	D—1053	260 kg/cm²

2. példa

A következő kompozíció kevésbé alkalmas forgó fúrótömlőkhöz, mivel kevésbé ellenáll ásványolaj-alapú fiúrófolyadékokkal szemben, jól használható azonban nagynyomású víztömlőkben.

100 sztirol-butadién-kopolimer (23 súly% sztiroltartalommal),

ASTM N—330 gázkorom, aromás ásványolaj-alapú olaj, antioxidáns, cinkoxid, sztearinsav, fenolgyanta (Alnovol VPN—16),

1,6 hexametiléntetramin,

1,8 kén,

1,2 szulfénamid akcelátor.

A fenti komponenseket összekeverjük és 60 percig

146 °C-on vulkanizáljuk a keveréket, így a következő fizikai tulajdonságú anyagot kapjuk.
Vizsgálat megjelölése	Vizsgálati mód	Érték
szakítószilárdság 20%
nyúlásnál	D— 412	52 kg/cm²
szakadási nyúlás	D— 412	260%
Young-modulus	D—1053	501 kg/cm²

3. példa

100 akrilnitril-butadién-kopolimer (39 súly% akrilnitril-tartalommal), cinkoxid, sztearinsav,

ASTM N—550 gázkorom, trimetilolpropán-trimetakrilát, közömbös hordozóra felvitt 40%-os dikumilperoxid (Di-Cup 40C).

A fenti alkotóanyagokat összekeverjük és 30 percig 154 °C-on vulkanizáljuk a keveréket, így a következő fizikai tulajdonságú anyagot kapjuk:

Vizsgálat megjelölése	Vizsgálati mód	Érték
szakítószilárdság 20%
nyúlásnál	D— 412	56 kg/cm²
szakadási nyúlás	D— 412	160%
Young-mudulus	D—1053	176 kg/cm²

Forgó kútfúró tömlő vagy hasonló felhasználási területre alkalmas tömlő esetében nagy akrilnitril-tartalmú elasztomert kell használni. Az elasztomer akrinitriltartalma 17—50 súly% tartományban van, a szükséges vegyszerállóság mértékétől függően, legalább 20 súly% akrilnitril-tartalom előnyös.

A 15 főerősítő betétek sodronyainak 14 ágyazó rétegét úgy választjuk meg, hogy biztosítsa az adhéziót az acélsodronyokhoz és a tömlő keresztmetszetében attól befelé elhelyezkedő, elasztomer anyagú 12 lélekhez, valamint a kifelé lévő 20 gumizott textil réteghez. Erre a célra alkal3

183 833 más kompozíciók ismertek a szakterületen járatos szakemberek előtt, ezért a továbbiakban ezzel nem foglalkozunk.

Az elasztomer anyagú 22 külső borítás a 20 textilrétegekkel együtt védelmet biztosít a 15 fő erősítőbetétek számára.

A példákban bemutatott kiviteli alakok csupán a találmány szemléltetésére szolgálnak, de a találmány keretein belül más változatok is léteznek, és ezért ezek megvalósításai szintén a találmány körébe tartoznak.

Claims

Szabadalmi igénypontok

1. Erősített tömlőszerkezet, azzaljellemezve hogy belülről kifelé (a) elasztomer anyagú 20% nyúlásnál ASTM D—412 módszerrel mérve legalább 42 kg/cm² szakítószilárdságú és ASTM D—412 módszerrel mérve legalább 150% szakadási nyúlású, valamint ASTM D—1053 módszerrel mérve legalább 140 kg/cm² Young-modulusú lelket;

(b) két, spirálisan felvezetett erősítő réteget — ahol a szomszédos rétegek elemei ellentétes irányban vannak felvezetve a tömlő hossztengelyéhez viszonyítva — és e rétegek elasztomer ágyazó rétegbe vannak beágyazva;

és .

(c) egy elasztomer alapú fedőréteget — amely a tömlő keresztmetszetében a legkülső felületet képezi — tartalmaz.
2. Az 1. igénypont szerinti tömlőszerkezet kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a lélek vastagsága legalább 4,76 mm és a lélek elasztomer anyagának szakítószilárdsága legalább 70 kg/cm² 20% nyúlásnál ASTM D—412 módszerrel mérve, szakadási nyúlása legalább 200% ASTM D—412 módszerrel mérve és Young-modulusa legalább 245 kg/cm² ASTM D-1053 módszerrel mérve.
3. Az 1. igénypont szerinti tömlőszerkezet kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a lélek elasztomer anyaga akrilnitril-butadién-kopolimer, akrilnitril-izoprén-kopolimer, sztirol-butadién-kopolimer, poliizoprén, polikloroprén vagy ezek keveréke, és az 1. igénypontban megadott fizikai tulajdonságok biztosításához elegendő mennyiségű reaktív gyantarendszert foglal magában, amely sellak+cinkoxid, rezorcinol-aldehidgyanta+metilén-donor, katecholaldehidgyanta+metilén-donor, párokból kerül ki; valamely monomert tartalmaz, amely allil-metakrilát, di-allil-fümarát, trietilénglikol-dimetakrilát,

1,3-buténglikol-diakrilát,

1,6-hexándiol-dimetakrilát, pentaeritritol-tetraakrilát, etoxilezett bisz-fenol A-dimetakrilát, trimetilolpropán-trimetakrilát, triallil-cianurát, triallil-izocianurát, triallil-trimellitát vagy, diallil-ftalát, valamely szerves peroxiddal kombinációban, amely dikumil-peroxid, di-terc-butil-peroxid,

2.4- pentándion-peroxid,

2.5- dimetil-2,5-bisz(benzoilperoxid)hexán,

5 n-butil-4,4-bisz(terc-butilperoxi)valerát vagy l,l-di-terc-butilperoxi-3,3,5-trimellitciklohexán lehet.
4. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti tömlőszerkezet kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a lélek elasztomer anyaga

10 minden száz súlyrész akrilnitril-butadién vagy akrilnitrilbutadién+sztirol-butadién elasztomerre számítva 10—50 súlyrész reaktív fenolgyantát, 0,5-5,0 súlyrész hexametilén-tetramin, tetraetilén-tetramin vagy hexametoxi-metilamin metiléndonort, 25—100 súlyrész gázkorom vagy hid15 rátáit szilíciumoxid erősítő töltőanyagot, 10—40 súlyrész gumi-plasztifikátort, 0,5-2,0 súlyrész antioxidánst, 3—10 súlyrész cinkoxidot, 0,5-2,0 súlyrész sztearinsavat, 0,5-3,0 súlyrész kenet és 0,5-2,0 súlyrész szulfénamidgyorsítót tartalmaz.

20 5. A 4. igénypont szerinti tömlőszerkezet kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a lélek elasztomer anyaga minden száz súlyrész elasztomerre még 10—50 súlyrész ragasztóanyaggal kezelt 1—3 mm hosszúságú cellulózszálat, amelynél a hossz/átmérő arány 100—200, is tartalmaz.

25 6. Tömlőszerkezet, azzaljellemezve, hogy belülről kifelé haladva:

elasztomer anyagú lelket;

két réteg, spirálisan felvezetett acélsodrony réteget, ahol a szomszédos rétegek sodronyai ellentétes irányúak a tömlő

30 hossztengelyéhez viszonyítva és a sodronyok elasztomer ágyazó anyagba vannak beágyazva; és egy elasztomer fedőréteget tartalmaz; e lélek elasztomer anyagának a szakítószilárdsága legalább 70 kg/cm² 20 % nyúlásnál ASTM D—412 módszerrel

35 mérve, szakadási nyúlása legalább 200% ASTM D—412 módszerrel mérve, Young-modulusa legalább 245 kg/cm²és vastagsága legalább 4,76 mm;

a lélek elasztomer anyaga 75—100 súly rész legalább egy akrilnitril-butadién- vagy akrilnitril-izoprén-kopolimert,

40 amely legalább 20 súlyrész akrinitril-tartalmú és 25—0 súlyrész sztirol-butadién-kopolimert, polkloroprént vagy poliizoprént és minden 100 súlyrész össz-elasztomerre 25—35 súlyrész ragasztóval kezelt 1—3 mm hosszúságú és 100—200 hossz/átmérő arányú cellulózszálat, 20—30

45 súlyrész reaktív fenol-formaldehidgyantát, amely a hexametiléntetraminnal képes polimerizálódni, 1,6-2,4 súlyrész hexametiléntetramint és 40—75 súlyrész ASTM N—330 gázkorom, hidratált szilíciumdioxid vagy ezek keverékéből álló erősítő töltőanyagot tartalmaz.

50 7. Az 1., 2., 3. vagy 6. igénypont szerinti tömlőszerkezet kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az elasztomer bevonatú textilrétegek a spirálisan felvezetett erősítő elemeknek a tömlő keresztmetszetét tekintve legkülső rétege és a tömlő radiálisán nézve legkülső felülete között vannak elhe55 lyezve.