RU2669640C1 - Method of obtaining elastomer material for lining stator of screwdrive motor engine or screw pump - Google Patents
Method of obtaining elastomer material for lining stator of screwdrive motor engine or screw pump Download PDFInfo
- Publication number
- RU2669640C1 RU2669640C1 RU2017135692A RU2017135692A RU2669640C1 RU 2669640 C1 RU2669640 C1 RU 2669640C1 RU 2017135692 A RU2017135692 A RU 2017135692A RU 2017135692 A RU2017135692 A RU 2017135692A RU 2669640 C1 RU2669640 C1 RU 2669640C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- mixing
- rubber
- minutes
- temperature
- Prior art date
Links
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 title claims description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 title description 7
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 title description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 49
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 claims abstract description 25
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 claims abstract description 22
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims abstract description 15
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 13
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 claims abstract description 11
- 239000013536 elastomeric material Substances 0.000 claims abstract description 11
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 9
- KPAPHODVWOVUJL-UHFFFAOYSA-N 1-benzofuran;1h-indene Chemical compound C1=CC=C2CC=CC2=C1.C1=CC=C2OC=CC2=C1 KPAPHODVWOVUJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract 3
- 239000005060 rubber Substances 0.000 claims description 47
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- 239000006057 Non-nutritive feed additive Substances 0.000 claims description 2
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N Butadiene Chemical class C=CC=C KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims 1
- 229920006168 hydrated nitrile rubber Polymers 0.000 claims 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 abstract description 16
- 239000003921 oil Substances 0.000 abstract description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 abstract description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 7
- IRLQAJPIHBZROB-UHFFFAOYSA-N buta-2,3-dienenitrile Chemical compound C=C=CC#N IRLQAJPIHBZROB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 abstract description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 abstract description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 abstract description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 9
- OUBMGJOQLXMSNT-UHFFFAOYSA-N N-isopropyl-N'-phenyl-p-phenylenediamine Chemical compound C1=CC(NC(C)C)=CC=C1NC1=CC=CC=C1 OUBMGJOQLXMSNT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- KUAZQDVKQLNFPE-UHFFFAOYSA-N thiram Chemical compound CN(C)C(=S)SSC(=S)N(C)C KUAZQDVKQLNFPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 235000014692 zinc oxide Nutrition 0.000 description 8
- 239000004594 Masterbatch (MB) Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- -1 Germany) Chemical compound 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- UTDCGTAAWGJIOW-UHFFFAOYSA-N 2h-indeno[1,2-g][1]benzofuran Chemical compound C1=C2C=CC=CC2=C2C1=C1OCC=C1C=C2 UTDCGTAAWGJIOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- ZNRLMGFXSPUZNR-UHFFFAOYSA-N 2,2,4-trimethyl-1h-quinoline Chemical compound C1=CC=C2C(C)=CC(C)(C)NC2=C1 ZNRLMGFXSPUZNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004808 2-ethylhexylester Substances 0.000 description 3
- 229920013648 Perbunan Polymers 0.000 description 3
- 229920006170 Therban® Polymers 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- LGRFSURHDFAFJT-UHFFFAOYSA-N phthalic anhydride Chemical compound C1=CC=C2C(=O)OC(=O)C2=C1 LGRFSURHDFAFJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- KRADHMIOFJQKEZ-UHFFFAOYSA-N Tri-2-ethylhexyl trimellitate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=C(C(=O)OCC(CC)CCCC)C(C(=O)OCC(CC)CCCC)=C1 KRADHMIOFJQKEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N adipic acid Chemical compound OC(=O)CCCCC(O)=O WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002528 anti-freeze Effects 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- DMBHHRLKUKUOEG-UHFFFAOYSA-N diphenylamine Chemical compound C=1C=CC=CC=1NC1=CC=CC=C1 DMBHHRLKUKUOEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 2
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000010059 sulfur vulcanization Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YHMYGUUIMTVXNW-UHFFFAOYSA-N 1,3-dihydrobenzimidazole-2-thione Chemical group C1=CC=C2NC(S)=NC2=C1 YHMYGUUIMTVXNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UDQCDDZBBZNIFA-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-1,3-dihydrobenzimidazole-2-thione Chemical compound CC1=CC=CC2=C1NC(=S)N2 UDQCDDZBBZNIFA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BWGNESOTFCXPMA-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen disulfide Chemical compound SS BWGNESOTFCXPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 235000011037 adipic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000001361 adipic acid Substances 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 150000001338 aliphatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000002929 anti-fatigue Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- UEZWYKZHXASYJN-UHFFFAOYSA-N cyclohexylthiophthalimide Chemical compound O=C1C2=CC=CC=C2C(=O)N1SC1CCCCC1 UEZWYKZHXASYJN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 description 1
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- FEIWNULTQYHCDN-UHFFFAOYSA-N mbba Chemical compound C1=CC(CCCC)=CC=C1N=CC1=CC=C(OC)C=C1 FEIWNULTQYHCDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- CAXJFBOSFXRPOJ-UHFFFAOYSA-N n-phenyl-n-(trichloromethylsulfanyl)benzenesulfonamide Chemical compound C=1C=CC=CC=1S(=O)(=O)N(SC(Cl)(Cl)Cl)C1=CC=CC=C1 CAXJFBOSFXRPOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000009931 pascalization Methods 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000005077 polysulfide Substances 0.000 description 1
- 229920001021 polysulfide Polymers 0.000 description 1
- 150000008117 polysulfides Polymers 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000013040 rubber vulcanization Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 description 1
- APSBXTVYXVQYAB-UHFFFAOYSA-M sodium docusate Chemical group [Na+].CCCCC(CC)COC(=O)CC(S([O-])(=O)=O)C(=O)OCC(CC)CCCC APSBXTVYXVQYAB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- QAZLUNIWYYOJPC-UHFFFAOYSA-M sulfenamide Chemical compound [Cl-].COC1=C(C)C=[N+]2C3=NC4=CC=C(OC)C=C4N3SCC2=C1C QAZLUNIWYYOJPC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000035900 sweating Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 229960002447 thiram Drugs 0.000 description 1
- 125000005591 trimellitate group Chemical group 0.000 description 1
- UKRDPEFKFJNXQM-UHFFFAOYSA-N vinylsilane Chemical class [SiH3]C=C UKRDPEFKFJNXQM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012936 vulcanization activator Substances 0.000 description 1
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
- E21B4/02—Fluid rotary type drives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/34—Silicon-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K5/00—Use of organic ingredients
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L15/00—Compositions of rubber derivatives
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
- F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
- F04C2/107—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к получению эластомерного материала, который может быть использован при изготовлении обкладки статора винтового забойного двигателя (ВЗД), предназначенного для бурения наклонно-направленных, глубоких, вертикальных, горизонтальных и других скважин, разбуривания песчаных пробок, цементных мостов в нефтегазовой и нефтегазодобывающей областях, а также винтового насоса (ВН), предназначенного для перекачивания жидкостей различной степени вязкости. ВЗД или ВН представляет собой объемный роторный гидравлический механизм, преобразующий давление нагнетаемой в полость статора жидкости (бурового раствора, пластовой или другой жидкости) во вращательное движение выходного вала.The invention relates to the production of an elastomeric material that can be used in the manufacture of a stator liner for a downhole motor (VZD) for drilling directional, deep, vertical, horizontal and other wells, drilling sand plugs, cement bridges in the oil and gas and oil and gas producing fields as well as a screw pump (HV), designed for pumping liquids of various degrees of viscosity. The VZD or VN is a volumetric rotary hydraulic mechanism that converts the pressure of the fluid pumped into the stator cavity (drilling fluid, formation or other fluid) into the rotational movement of the output shaft.
Основными рабочими деталями ВЗД и ВН являются статор и ротор («рабочая пара»). Статор выполнен в виде стального корпуса, к внутренней поверхности которого привулканизирована резиновая обкладка, имеющая винтовые зубья левого направления. Стальной ротор имеет наружные винтовые зубья также левого направления, число которых на единицу меньше, чем у статора. Ось ротора смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета, равную половине высоты зуба. Зубья ротора и статора, находясь в непрерывном контакте, образуют замыкающие на длине шага статора единичные рабочие камеры. Буровой раствор, поступающий в двигатель от насосов, может пройти к долоту только в том случае, если ротор двигателя проворачивается внутри обкладки статора, обкатываясь по его зубьям под действием неуравновешенных гидравлических сил. В связи с этим образуются полости высокого и низкого давления и осуществляется рабочий процесс движения. Конструктивная схема («рабочая пара») ВЗД и ВН показана на рис. 1.The main working parts of the VZD and VN are the stator and rotor ("working pair"). The stator is made in the form of a steel case, the rubber lining having helical teeth of the left direction is vulcanized to the inner surface of which. The steel rotor also has external helical teeth of the left direction, the number of which is one less than that of the stator. The rotor axis is offset relative to the stator axis by an eccentricity equal to half the height of the tooth. The teeth of the rotor and stator, being in continuous contact, form single working chambers closing at the length of the stator pitch. Drilling fluid entering the engine from the pumps can only go to the bit if the rotor of the engine rotates inside the stator shell, rolling around its teeth under the influence of unbalanced hydraulic forces. In this regard, cavities of high and low pressure are formed and the working process of movement is carried out. The design diagram (“working pair”) of the air-tightness and high-voltage devices is shown in Fig. one.
Условия эксплуатации подобных ВЗД и ВН являются чрезвычайно жесткими - воздействие повышенных температур при забое (до 200-210°С), высокого гидростатического давления (более 60 МПа), агрессивных скважинных жидкостей (высокое содержание нефти, соли, низкая степень очистки рабочих жидкостей) с плотностью до 2000 кг/м3, включая аэрированные растворы с содержанием песка 1-3% по весу, максимальным размером частиц не более 1 мм, применение азотсодержащих и кислотосодержащих буровых растворов, перепад давления, высокая скорость скольжения (4-5 м/с).The operating conditions of such VZD and VN are extremely harsh - the impact of elevated temperatures during bottomhole (up to 200-210 ° C), high hydrostatic pressure (more than 60 MPa), aggressive well fluids (high oil, salt, low degree of purification of working fluids) with density up to 2000 kg / m 3 , including aerated solutions with sand content of 1-3% by weight, maximum particle size not more than 1 mm, the use of nitrogen-containing and acid-containing drilling fluids, pressure drop, high sliding speed (4-5 m / s) .
Все вышеперечисленные эксплуатационные факторы негативно влияют на физико-механические, динамические, сорбционные свойства и износостойкость резиновой обкладки, что, как следствие, приводит к снижению энергетических характеристик и ресурса работы двигателя, в критических случаях - полному выходу его из строя. Наиболее распространенными материалами благодаря повышенной их маслобензостойкости, хорошим механическим показателям и устойчивости к воздействию высоких температур для обкладки статоров являются полимерные композиции на основе сополимера бутадиена-1,3 и нитрила акриловой кислоты (бутадиен-нитрильный каучук) или гидрированного бутадиен-нитрильного каучука.All of the above operational factors negatively affect the physicomechanical, dynamic, sorption properties and wear resistance of the rubber lining, which, as a result, leads to a decrease in energy characteristics and engine life, in critical cases - its complete failure. The most common materials due to their increased oil and gas resistance, good mechanical properties and high temperature resistance for stators are polymer compositions based on a copolymer of butadiene-1,3 and nitrile of acrylic acid (nitrile butadiene rubber) or hydrogenated nitrile butadiene rubber.
Известна резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука, включающая бутадиен-нитрильный каучук, вулканизующую систему на основе серы с ускорителями, наполнители, в том числе технический углерод, оксид цинка, фенолформальдегидную смолу, антиоксиданты, пластификаторы (US 6905319).Known rubber mixture based on nitrile butadiene rubber, including nitrile butadiene rubber, a vulcanizing system based on sulfur with accelerators, fillers, including carbon black, zinc oxide, phenol formaldehyde resin, antioxidants, plasticizers (US 6905319).
Наиболее близким к заявленному является способ получения эластомерного материала для буровой техники, в т.ч. для статора винтового забойного двигателя, из композиции, включающей бутадиен-нитрильный каучук, вулканизующую систему на основе серы с ускорителями, наполнители, в том числе технический углерод, оксид цинка, фенолформальдегидную смолу, сложноэфирный пластификатор, антиоксиданты, инден-кумароновую смолу, путем перемешивания всех компонентов, заливки резиновой смеси в пресс-форму и вулканизации с получением изделий требуемых размеров (ЕР 1892416 А1). Недостатками известного способа являются невысокие прочностные показатели и недостаточная термо- агрессиво- и износостойкость получаемых вулканизатов. Техническим результатом заявленного способа является повышение упруго-прочностных, динамических свойств, термостабильности, абразивной износостойкости, усталостной выносливости, устойчивости к воздействию агрессивных рабочих жидкостей, улучшение технологических свойств эластомерного материала для буровой техники и увеличение срока эксплуатации и надежности буровой техники с его использованием, в т.ч. резинометаллических статоров ВЗД и ВН.Closest to the claimed is a method of obtaining an elastomeric material for drilling equipment, including for a stator for a downhole screw motor, from a composition comprising nitrile butadiene rubber, a sulfur-based vulcanizing system with accelerators, fillers, including carbon black, zinc oxide, phenol-formaldehyde resin, ester plasticizer, antioxidants, indene-coumarone resin, by mixing all components, pouring the rubber compound into the mold and vulcanization to obtain products of the required size (EP 1892416 A1). The disadvantages of this method are the low strength indicators and insufficient thermo-aggressive and wear resistance of the resulting vulcanizates. The technical result of the claimed method is to increase the elastic-strength, dynamic properties, thermal stability, abrasive wear resistance, fatigue resistance, resistance to aggressive working fluids, improve the technological properties of the elastomeric material for drilling equipment and increase the operating life and reliability of drilling equipment using it, in t .h. rubber-metal stators VZD and VN.
Достижение технического результата обеспечивается тем, что в способе получения эластомерного материала для обкладки статора винтового забойного двигателя или винтового насоса из композиции, включающей бутадиен-нитрильный каучук, вулканизующую группу на основе серы и ускорителей вулканизации, наполнитель - технический углерод, оксид цинка, сложноэфирный пластификатор, инден-кумароновую смолу, стеариновую кислоту, антиоксидант, путем перемешивания компонентов и вулканизации полученной смеси, используют комбинацию бутадиен-нитрильного каучука - БНК и гидрированного бутадиен-нитрильного каучука - ГБНК, где БНК содержит нитрила акриловой кислоты - НАК от 33 до 40 масс. %, а ГБНК - со степенью гидрирования 92-96% и содержанием НАК от 33 до 43 масс. %, в соотношении, масс. %: указанный БНК 60-90, указанный ГБНК 10-40, и дополнительно - дополнительно высокодисперсный оксид кремния, фенолформальдегидную смолу, антискорчинг и технологическую добавку, перемешивание осуществляют в две стадии - сначала перемешивают 8-10 минут в смесителе все ингредиенты, кроме вулканизующей группы, при температуре смеси в конце смешения не более 115-118°С, затем после охлаждения смеси до 60-65°С вводят вулканизующую группу, перемешивают 5-8 мин при температуре смеси в конце смешения не более 110°С, вулканизацию осуществляют под давлением 7,4 МПа при температуре 150°С в течение 30 минут, при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:The achievement of the technical result is ensured by the fact that in the method for producing an elastomeric material for the stator lining of a downhole screw motor or a screw pump from a composition comprising nitrile butadiene rubber, a sulfur vulcanizing group and vulcanization accelerators, a filler is carbon black, zinc oxide, an ester plasticizer, an indene-coumarone resin, stearic acid, an antioxidant, by mixing the components and vulcanizing the resulting mixture, a combination of butadiene-nitrile is used Go rubber - BNK and hydrogenated nitrile butadiene rubber - GBNA, where the BNK contains nitrile of acrylic acid - NAC from 33 to 40 mass. %, and GBNK - with a degree of hydrogenation of 92-96% and the content of NAC from 33 to 43 mass. %, in the ratio, mass. %: the indicated BNA 60-90, the indicated GBNA 10-40, and additionally, finely divided silica, phenol-formaldehyde resin, anti-scorching and processing aid, mixing is carried out in two stages - first, all ingredients except the vulcanizing group are mixed for 8-10 minutes in a mixer , at a temperature of the mixture at the end of mixing no more than 115-118 ° C, then after cooling the mixture to 60-65 ° C, a vulcanizing group is introduced, stirred for 5-8 minutes at a temperature of the mixture at the end of mixing no more than 110 ° C, vulcanization is carried out under pressure 7.4 MPa at a temperature of 150 ° C for 30 minutes, in the following ratio of components, mass. hours:
Указанный БНК - 60,0-90,0Specified BNK - 60.0-90.0
Указанный ГБНК - 10,0-40,0Specified GBNK - 10.0-40.0
Технический углерод - 50,0-85,0Carbon black - 50.0-85.0
Высоко дисперсный оксид кремния - 5,0-10,0Highly dispersed silica - 5.0-10.0
Оксид цинка - 3,0-7,0Zinc Oxide - 3.0-7.0
Антиоксиданты - 1,2-3,0Antioxidants - 1.2-3.0
Антискорчинг - 0,8-1,5Anti-scoring - 0.8-1.5
Сложноэфирный пластификатор - 5,0-13,0Ester plasticizer - 5.0-13.0
Фенолформальдегидная смола - 10,0-25,0Phenol formaldehyde resin - 10.0-25.0
Инден-кумароновая смола - 8,0-13,0Indene-Coumarone Resin - 8.0-13.0
Стеариновая кислота - 0,5-1,2Stearic acid - 0.5-1.2
Вулканизующая группа:Vulcanizing group:
Сера - 1,8-2,8Sulfur - 1.8-2.8
Ускорители вулканизации - 1,0-2,3Vulcanization accelerators - 1.0-2.3
Технологические добавки - 1,0-3,5Technological additives - 1.0-3.5
По заявленному изобретению резиновую композицию используют в качестве материала для обкладки статоров буровых винтовых забойных двигателей и винтовых насосов, наносимого на внутреннюю поверхность статора методом литья под давлением с последующей вулканизацией в ваннах открытого типа с полиэтиленгликолем в качестве теплоносителя или вулканизационных котлах.According to the claimed invention, the rubber composition is used as a material for lining stators of downhole screw motors and screw pumps, applied to the inner surface of the stator by injection molding followed by vulcanization in open baths with polyethylene glycol as a heat carrier or vulcanization boilers.
Резинометаллический статор, изготовленный с использованием разработанного способа, может применяться в нефтегазодобывающей отрасли для бурения нефтяных и газовых скважин в условиях повышенной агрессивности эксплуатационной среды и допустимой температурой на забое до 135°С.A rubber-metal stator made using the developed method can be used in the oil and gas industry for drilling oil and gas wells in conditions of increased aggressiveness of the operating environment and an admissible bottom temperature of up to 135 ° C.
При увеличении количественного соотношения указанных в предлагаемом рецепте фенолформальдегидной смолы и технического углерода резиновые смеси характеризуются повышенной твердостью, вязкостью и склонны к подвулканизации, что затрудняет их переработку на технологическом оборудовании. В то же время, увеличение концентрации сложноэфирного пластификатора приведет к снижению упруго-прочностных свойств, повышению показателя изменения массы и объема при воздействии агрессивных сред и снижению абразивостойкости резиновой обкладки. В качестве базового материала выбран сополимер бутадиена-1,3 и нитрила акриловой кислоты (НАК), бутадиен-нитрильный каучук (БНК) с содержанием НАК 33-40 мол. %. С увеличением содержания НАК более 40% повышаются прочностные характеристики, стойкость к воздействию алифатических углеводородов, масел, топлив, а также стойкость к тепловому старению, однако существенно ухудшаются динамические свойства, морозостойкость резин и повышается теплообразование при многократных деформациях. Примеры бутадиен-нитрильного каучука с содержанием НАК от 33% до 40%, применяемого для создания резиновой композиции: Perbunan 3430F (содержание НАК 34 +/- 1%), Perbunan 3445F (содержание НАК 34 +/- 1%), Perbunan 3945F (содержание НАК 39 +/- 1%) (Lanxess, Deutschland GmbH), Nipol DN3380 (содержание НАК 33%), Nipol 9025 (содержание НАК 35%) (Zeon Chemicals L.P., USA), БНКС-40 АМН (содержание НАК 36-40%) (ОАО «Красноярский завод СК», Россия).With an increase in the quantitative ratio of phenol-formaldehyde resin and carbon black indicated in the proposed recipe, rubber compounds are characterized by increased hardness, viscosity and are prone to vulcanization, which complicates their processing on technological equipment. At the same time, an increase in the concentration of ester plasticizer will lead to a decrease in the elastic strength properties, an increase in the rate of change in mass and volume when exposed to aggressive environments, and a decrease in the abrasion resistance of the rubber lining. A copolymer of butadiene-1,3 and nitrile of acrylic acid (NAC), butadiene-nitrile rubber (BNK) with a content of NAC of 33-40 mol. % With an increase in NAC content of more than 40%, strength characteristics, resistance to aliphatic hydrocarbons, oils, fuels, as well as resistance to heat aging increase, however, dynamic properties, frost resistance of rubbers are significantly worsened, and heat generation during repeated deformations increases. Examples of nitrile butadiene rubber with a NAC content of 33% to 40% used to create a rubber composition: Perbunan 3430F (NAC content 34 +/- 1%), Perbunan 3445F (NAC content 34 +/- 1%), Perbunan 3945F ( NAC content 39 +/- 1%) (Lanxess, Deutschland GmbH), Nipol DN3380 (NAC content 33%), Nipol 9025 (NAC content 35%) (Zeon Chemicals LP, USA), BNKS-40 AMN (NAC content 36- 40%) (OJSC Krasnoyarsk Plant SK, Russia).
Бутадиен-нитрильные каучуки имеют такие недостатки как низкая стойкость к сероводороду, различным присадкам и повышенным температурам, обусловленные большим содержанием в каучуках данного типа остаточных двойных связей. В связи с этим резиновые смеси изготовлены на основе комбинации бутадиен-нитрильного каучука с гидрированным бутадиен-нитрильным каучуком со степенью гидрирования 92-96% и содержанием НАК от 34% до 40%.Butadiene-nitrile rubbers have such disadvantages as low resistance to hydrogen sulfide, various additives and elevated temperatures, due to the high content of residual double bonds in rubbers of this type. In this regard, the rubber compounds are made on the basis of a combination of nitrile butadiene rubber with hydrogenated nitrile butadiene rubber with a hydrogenation degree of 92-96% and NAC content from 34% to 40%.
Примеры гидрированного бутадиен-нитрильного каучука с содержанием НАК от 33% до 43 мас. % и степенью гидрирования 92-96%, применяемого для создания резиновой композиции: Zetpol 2020 (содержание НАК 36%, степень гидрирования 92%), Zetpol 2010 (содержание НАК 36%, степень гидрирования 96%) (Zeon Chemicals), Therban С3467 (содержание НАК 34 +/- 1%, степень гидрирования 94,5%), Therban 3446 (содержание НАК 34%, степень гидрирования 96%, Lanxess, Deutschland GmbH), Therban 4369 (содержание НАК 43%, степень гидрирования 94,5%).Examples of hydrogenated nitrile butadiene rubber with a NAC content of from 33% to 43 wt. % and the degree of hydrogenation of 92-96% used to create the rubber composition: Zetpol 2020 (NAC 36%, hydrogenation 92%), Zetpol 2010 (NAC 36%, 96% hydrogenation) (Zeon Chemicals), Therban C3467 ( the content of NAC 34 +/- 1%, the degree of hydrogenation 94.5%), Therban 3446 (the content of NAC 34%, the degree of hydrogenation 96%, Lanxess, Deutschland GmbH), Therban 4369 (the content of NAC 43%, the degree of hydrogenation 94.5% )
Исследование условий и среды эксплуатации статоров ВЗД и ВН показало, что они работают в крайне сложных условиях, поэтому для придания резиновой обкладке повышенных усталостной выносливости, абразивной износостойкости в сочетании с высокой твердостью, прочностью и эластичностью, а также высокой термостойкости, агрессивостойкости, прочности крепления резины к металлу статора в условиях воздействия высоких температур и пара, предлагаемая композиция содержит фенолформальдегидную смолу.The study of the operating conditions and operating conditions of the VZD and VN stators showed that they work in extremely difficult conditions, therefore, to give the rubber lining increased fatigue resistance, abrasion resistance combined with high hardness, strength and elasticity, as well as high temperature resistance, aggressive resistance, and rubber fastening strength to the metal of the stator under conditions of exposure to high temperatures and steam, the proposed composition contains phenol-formaldehyde resin.
Примеры фенолформальдегидньгх смол, применяемых для создания эластомерного материала: S-1055, S-6700 (Qingdao Scienoc Chemicals Со, LTD, Китай), Ribetak R7515P, Ribetak 7529E (SI Group Ink., США), Melres A (Melrob Group, Великобритания). Для получения резиновой смеси с улучшенными динамическими и физико-механическими свойствами в качестве вулканизующей в предлагаемой эластомерной композиции используется «полуэффективная» сшивающая система - вулканизация серой в присутствии ускорителей. В качестве ускорителей серной вулканизации использованы тетраметилтиурамдисульфид (TMTD, Accelerator TMTD, Тиурам Д) в комбинации с N-циклогексил-2-бензтиазолилдисульфидом (Accelerator CBS, Сульфенамид Ц), обеспечивающая достаточно широкое плато вулканизации и высокую технологическую надежность резиновой смеси при переработке, а структура вулканизата, отличающаяся набором поперечных связей различной полисульфидности, обуславливает высокие физико-механические свойства и довольно хорошие показатели теплостойкости. Для повышения активности ускорителей необходимо введение активаторов вулканизации таких как оксид цинка (Белила цинковые БЦ-ОМ), а также применение стеариновой кислоты.Examples of phenol-formaldehyde resins used to create the elastomeric material: S-1055, S-6700 (Qingdao Scienoc Chemicals Co., LTD, China), Ribetak R7515P, Ribetak 7529E (SI Group Ink., USA), Melres A (Melrob Group, United Kingdom) . To obtain a rubber mixture with improved dynamic and physico-mechanical properties, a “semi-effective” crosslinking system — sulfur vulcanization in the presence of accelerators — is used as the cure in the proposed elastomeric composition. Tetramethylthiuram disulfide (TMTD, Accelerator TMTD, Tiuram D) in combination with N-cyclohexyl-2-benzothiazol disulfide (Accelerator CBS, Sulfenamide C) is used as sulfur vulcanization accelerators, which provides a fairly wide vulcanization plateau and a high technological reliability of the rubber composition during processing vulcanizate, characterized by a set of cross-links of different polysulfide, determines high physical and mechanical properties and fairly good heat resistance. In order to increase the activity of accelerators, it is necessary to introduce vulcanization activators such as zinc oxide (Zinc White, BC-OM), as well as the use of stearic acid.
В связи с тем, что резиновая смесь должна обладать достаточно высокой твердостью (75-80 ед. Шор А), износостойкостью, прочностью при сохранении высоких эластических показателей, а также должна быть при этом технологичной при изготовлении изделий, в качестве наполнителя выбран высокоизносоустойчивый технический углерод марки HAF N-339 в комбинации с техническим углеродом средней активности марки SRF N-772. Другим активным наполнителем по изобретению является высокодисперсный оксид кремния (сильногидратированная кремнекислота, белые сажи). Применение белых саж в качестве наполнителя улучшает теплостойкость и маслостойкость резины. Введение в резиновую смесь бифункционального силана значительно повышает взаимодействие неорганического наполнителя (белые сажи) с органическим полимером (каучуком), улучшая механические свойства последних, особенно в условиях повышенных температур. Возможно также применение модифицированной винилсиланами осажденной кремнекислоты, при этом дополнительное использование силанов можно исключить. Примеры осажденных кремнекислот, применяемых для создания эластомерного материала: БС-100 (ОАО «Сода», Россия), Ultrasil VN2, Coupsil VP 6508 (Degussa, Германия), Vulkasil С (Lanxess, Deutschland GmbH).Due to the fact that the rubber mixture should have a sufficiently high hardness (75-80 Shore A units), wear resistance, strength while maintaining high elastic parameters, and should also be technologically advanced in the manufacture of products, a highly wear-resistant carbon black should be selected as a filler brand HAF N-339 in combination with carbon black medium activity brand SRF N-772. Another active filler according to the invention is highly dispersed silica (highly hydrated silicic acid, white soot). The use of white soot as a filler improves the heat resistance and oil resistance of rubber. The introduction of a bifunctional silane into the rubber mixture significantly increases the interaction of an inorganic filler (white soot) with an organic polymer (rubber), improving the mechanical properties of the latter, especially at elevated temperatures. It is also possible to use a precipitated silicic acid modified by vinylsilanes, while the additional use of silanes can be excluded. Examples of precipitated silicas used to create an elastomeric material: BS-100 (Soda OJSC, Russia), Ultrasil VN2, Coupsil VP 6508 (Degussa, Germany), Vulkasil C (Lanxess, Deutschland GmbH).
При эксплуатации изделий в агрессивной среде происходит изменение физических, химических и механических свойств резины. Для защиты резиновой обкладки ВЗД и ВН от разрушительного действия кислорода, высоких температур и предотвращения процессов термической и термоокислительной деструкции необходимо использование антиоксидантов и противоутомителей. Наиболее эффективными стабилизаторами для резин на основе бутадиен-нитрильного каучука является 2-меркаптобензимидазол (MBI, Vulkanox MB-2/MG (Lanxess, Deutschland GmbH), комбинация 4,4-бис(1,1-диметилбензил)дифениламин (Alchem МВРА (Safic-Alcan, UK Limited), Naugard 455 (Chemtura Corp.) + цинковая соль 4(5)-Метил-2-Меркаптобензимидазола (ZMMB.I, Vulkanox ZMB-2/C-5 (Lanxess, Deutschland GmbH), 2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолин полимеризованный (Ацетонанил H, Vulkanox HS/LG (RheinChemie, Deutschland GmbH), Antioxidant TMQ), N-изопропил-N'-фенил-n-фенилендиамин (IPPD, Диафен ФП, Santoflex IPPD (ChemPartners Orient, Китай). Причем, при использовании системы противоутомитель Santoflex IPPD + антиоксидант Vulkanox ZMB-2/C-5 наблюдается синергический эффект.When products are used in an aggressive environment, the physical, chemical, and mechanical properties of rubber change. To protect the rubber lining of the VZD and VN from the destructive effect of oxygen, high temperatures and to prevent the processes of thermal and thermooxidative degradation, the use of antioxidants and anti-fatigue agents is necessary. The most effective rubber stabilizers based on nitrile butadiene rubber is 2-mercaptobenzimidazole (MBI, Vulkanox MB-2 / MG (Lanxess, Deutschland GmbH), a combination of 4,4-bis (1,1-dimethylbenzyl) diphenylamine (Alchem MBPA (Safic -Alcan, UK Limited), Naugard 455 (Chemtura Corp.) + 4 (5) -Metyl-2-Mercaptobenzimidazole zinc salt (ZMMB.I, Vulkanox ZMB-2 / C-5 (Lanxess, Deutschland GmbH), 2.2 , 4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline polymerized (Acetonanil H, Vulkanox HS / LG (RheinChemie, Deutschland GmbH), Antioxidant TMQ), N-isopropyl-N'-phenyl-n-phenylenediamine (IPPD, Diafen FP, Santoflex IPPD (ChemPartners Orient, China.) Moreover, when using the San anti-skimmer system toflex IPPD + antioxidant Vulkanox ZMB-2 / C-5 has a synergistic effect.
Для повышения пластичности резиновой смеси при приготовлении, переработке и последующей эксплуатации, а также для снижения вязкости и температуры текучести, целесообразно вводить сложноэфирные пластификаторы. В качестве пластификаторов для БНК со средним-высоким содержанием НАК рекомендуется использовать сложные эфиры с высокой молекулярной массой, обладающие низкой летучестью при высокой температуре и склонностью к экстракции в рабочих жидкостях. С увеличением концентрации более 13 масс. ч. наблюдается выпотевание пластификатора на поверхность резиновых листов, а также ухудшение прочностных показателей резины. Возможны пластификаторы различного химического строения: диоктилсебацинат (ДОС, молекулярная масса 430), три(2-этилгексил)тримеллитат (ТОТМ, молекулярная масса 550), полиэфир адипиновой кислоты (Paraplex G-50, The HallStar Company, США, молекулярная масса 6000).To increase the ductility of the rubber mixture during preparation, processing and subsequent operation, as well as to reduce the viscosity and pour point, it is advisable to introduce ester plasticizers. It is recommended to use esters with high molecular weight, low volatility at high temperature and a tendency to extraction in working fluids as plasticizers for BNKs with medium-high NAC content. With an increase in concentration of more than 13 mass. hours there is sweating of the plasticizer on the surface of the rubber sheets, as well as the deterioration of the strength characteristics of rubber. Plasticizers of various chemical structures are possible: dioctyl sebacinate (DOS, molecular weight 430), three (2-ethylhexyl) trimellitate (TOTM, molecular weight 550), adipic acid polyester (Paraplex G-50, The HallStar Company, USA, molecular weight 6000).
Введение технологических добавок в рецептуру резиновой смеси способствует более равномерному диспергированию наполнителей в матрице каучука, снижению вязкости и, следовательно, улучшению пластоэластических и реологических свойств резиновой смеси. Наилучший эффект был достигнут при использовании в качестве технологических добавок безводных насыщенных эфиров жирных кислот (Aflux 42, Aflux 54 (RheinChemie, Deutschland GmbH), Struktol WB222 (Struktol Company, США), а также могут быть использованы смеси сложных эфиров и цинковых солей жирных кислот (Struktol WA 48 (Struktol Company, USA), Aktiplast T (RheinChemie, Deutchland GmbH).The introduction of technological additives in the formulation of the rubber compound contributes to a more uniform dispersion of the fillers in the rubber matrix, lower viscosity and, therefore, improve the plastoelastic and rheological properties of the rubber compound. The best effect was achieved when anhydrous saturated fatty acid esters (Aflux 42, Aflux 54 (RheinChemie, Deutschland GmbH), Struktol WB222 (Struktol Company, USA) were used as technological additives, and mixtures of esters and zinc salts of fatty acids can also be used (Struktol WA 48 (Struktol Company, USA), Aktiplast T (RheinChemie, Deutchland GmbH).
Применение индено-кумароновых смол улучшает обрабатываемость смесей, увеличивает клейкость, адгезию к металлу, повышает сопротивление раздиру и разрастанию трещин вулканизатов.The use of indeno-coumarone resins improves the workability of the mixtures, increases the stickiness, adhesion to the metal, and increases the tear and crack growth of vulcanizates.
Примеры марок индено-кумароновых смол, применяемых для создания эластомерного материала: ИКС (Китай), Suprmix Cumar Р-10, Suprmix Cumar Р-25 (The HallStar Company, США).Examples of grades of indeno-coumarone resins used to create an elastomeric material: ICS (China), Suprmix Cumar P-10, Suprmix Cumar P-25 (The HallStar Company, USA).
В связи с тем, что композиция получаемого материала содержит высокоактивный технический углерод, полуэффективную вулканизующую систему (группу), увеличивающие скорость вулканизации, возрастает опасность подвулканизации резиновой смеси при литье под давлением. Для снижения риска преждевременной вулканизации на стадии переработки резиновой смеси, особенно в случаях изготовления длинномерных статоров, заливка которых может достигать 30-40 минут, добавляют антискорчинг (замедлитель подвулканзации). Примеры антискорчингов: Vulkalent В/С, Vulkalent G, Vulkalent Е/С (Lanxess, Deutschland GmbH), Santogard PVI (Китай). Примеры выполнения изобретения.Due to the fact that the composition of the obtained material contains highly active carbon black, a semi-effective vulcanizing system (group) that increase the vulcanization rate, the risk of vulcanization of the rubber mixture during injection molding increases. To reduce the risk of premature vulcanization at the stage of processing the rubber mixture, especially in cases of manufacturing long stators, the filling of which can reach 30-40 minutes, add anti-scorching (retardation vulcanization). Examples of anti-scorchings: Vulkalent B / C, Vulkalent G, Vulkalent E / C (Lanxess, Deutschland GmbH), Santogard PVI (China). Examples of the invention.
Пример 1.Example 1
Содержание компонентов, масс. ч.:The content of components, mass. hours:
1. Бутадиен-нитрильный каучук с содержанием НАК 33% - 80,01. Nitrile butadiene rubber with a NAC content of 33% - 80.0
2. Гидрированный бутадиен-нитрильный каучук со степенью гидрирования 96% и содержанием НАК 34% - 20,02. Hydrogenated nitrile butadiene rubber with a degree of hydrogenation of 96% and a NAC content of 34% - 20.0
3. Технический углерод марки N-339 - 50,03. Carbon black brand N-339 - 50.0
4. Технический углерод марки N-772 - 15,04. Carbon black brand N-772 - 15.0
5. Высоко дисперсный оксид кремния Vulkasil С - 10,05. Highly dispersed silica Vulkasil C - 10.0
6. Белила цинковые БЦ-ОМ - 5,06. Whitewash zinc BC-OM - 5.0
7. Стеариновая кислота - 0,87. Stearic acid - 0.8
8. Сложноэфирный пластификатор Paraplex G-50 - 10,08. Paraplex G-50 ester plasticizer - 10.0
9. Антиоксидант (Vulkanox ZMB-2/C-5) - 1,09. Antioxidant (Vulkanox ZMB-2 / C-5) - 1.0
10. Противоутомитель (Santoflex IPPD) - 2,010. Antifreeze (Santoflex IPPD) - 2.0
11. Фенолформальдегидная смола Ribetak R7515P - 12,011. Phenol-formaldehyde resin Ribetak R7515P - 12.0
12. Индено-кумароновая смола Cumar Р-25 - 5,012. Indeno-coumarone resin Cumar R-25 - 5.0
13. Вулканизующая группа (система):13. Vulcanizing group (system):
Сера - 2,3Sulfur - 2.3
Accelerator TMTD - 0,8Accelerator TMTD - 0.8
Accelerator CBS - 1,3Accelerator CBS - 1.3
14. Технологическая добавка Struktol WB222 - 1,514. Technological additive Struktol WB222 - 1,5
15. Антискорчинг Vulkalent В/С - 1,0.15. Anti-scorching Vulkalent B / C - 1.0.
Получение эластомерной композиции было произведено в промышленных условиях в резиносмесителе с роторами типа «Интермикс» со свободным объемом камеры 55 л совместно с вальцами.The elastomeric composition was obtained under industrial conditions in a rubber mixer with Intermix rotors with a free chamber volume of 55 l together with rollers.
По изобретению резиновую смесь изготавливали в две стадии. Процесс смешения маточной смеси (стадия I) в резиносмесителе со свободным рабочим объемом камеры 55 л, коэффициентом заполнения камеры 68% (45 кг) и скорости роторов 35 об/мин выполнялся в следующей последовательности:According to the invention, the rubber mixture was made in two stages. The process of mixing the masterbatch (stage I) in a rubber mixer with a free chamber working volume of 55 l, a chamber filling factor of 68% (45 kg) and rotor speeds of 35 rpm was carried out in the following sequence:
1. загрузка каучуков, их переработка 30 сек;1. loading rubbers, their processing 30 sec;
2. загрузка белил цинковых, кислоты стеариновой, Vulkanox ZMB-2/C-2, Santoflex IPPD, Vulkalent В/С, Cumar P-25, Vulkasil С, перемешивание в течение 120 сек;2. loading of zinc oxide, stearic acid, Vulkanox ZMB-2 / C-2, Santoflex IPPD, Vulkalent B / C, Cumar P-25, Vulkasil C, stirring for 120 seconds;
3. введение N-339, смолы Ribetak R7515P, Struktol WB222, перемешивание в течение 100 сек;3. the introduction of N-339, resin Ribetak R7515P, Struktol WB222, stirring for 100 seconds;
4. введение N-772, пластификатора Paraplex G-50, перемешивание в течение 100 сек;4. the introduction of N-772, plasticizer Paraplex G-50, stirring for 100 seconds;
5. опускание плунжера;5. lowering the plunger;
6. перемешивание в течение 120 сек при температуре в конце смешения 105-110°С;6. stirring for 120 seconds at a temperature at the end of mixing 105-110 ° C;
7. выгрузка маточной смеси.7. Unloading the masterbatch.
Для исключения подвулканизации смеси, введение вулканизующей системы (Сера, Accelerator CBS, Accelerator TMTD) проводилось на стадии II на вальцах после ее охлаждения до температуры 60-65°С. После окончания введения ингредиентов 5-6 раз пропускали свернутую в рулон резиновую смесь при минимально возможном тонком зазоре между валками. Затем, увеличив зазор между валками, выпустили смесь в виде ленты заданного калибра. Температура смеси в конце смешения не более 110°С. Цикл смешения стадии I - 8-10 мин, стадии II - 8 мин. Охлаждение лент - водяное с разделительным агентом.To exclude the vulcanization of the mixture, the introduction of a vulcanizing system (Sulfur, Accelerator CBS, Accelerator TMTD) was carried out in stage II on rollers after it was cooled to a temperature of 60-65 ° С. After the introduction of the ingredients was completed, the rolled rubber mixture was passed 5-6 times with the smallest possible thin gap between the rolls. Then, increasing the gap between the rollers, the mixture was released in the form of a tape of a given caliber. The temperature of the mixture at the end of mixing is not more than 110 ° C. The mixing cycle of stage I is 8-10 minutes, stage II is 8 minutes. Cooling tapes - water with a release agent.
Вулканизацию стандартных образцов из резиновой смеси по изобретению проводили на вулканизационном гидравлическом прессе с электрическим обогревом при температуре 150°С, давлении 7,4 МПа в течение 30 минут.Vulcanization of standard samples from the rubber mixture according to the invention was carried out on a hydraulic curing press with electric heating at a temperature of 150 ° C, a pressure of 7.4 MPa for 30 minutes.
Пример 2Example 2
С учетом того, что в резиносмешении допускается, а иногда и рекомендуется ускорители замедленного действия, если позволяет температура, вводить в начале смешения, по изобретению возможно в данном случае ускоритель Accelerator CBS поскольку температура позволяет (т.к. температура при смешении на первой стадии не превышает 120-123°С) вводить в начале смешения для лучшего его диспергирования. Accelerator TMTD - ультраускоритель, может вызвать подвулканизацию резины, поэтому его вводили во вторую стадию совместно с серой.Given that rubber accelerators are allowed, and sometimes recommended, delayed action accelerators, if the temperature allows, to be introduced at the beginning of mixing, according to the invention it is possible in this case Accelerator CBS accelerator because the temperature allows (since the temperature during mixing at the first stage does not exceeds 120-123 ° C) to enter at the beginning of mixing for its best dispersion. Accelerator TMTD is an ultra-accelerator that can cause rubber vulcanization, so it was introduced into the second stage together with sulfur.
Содержание компонентов, масс. ч.:The content of components, mass. hours:
1. Бутадиен-нитрильный каучук с содержанием НАК 33% - 60,01. Nitrile butadiene rubber with a NAC content of 33% - 60.0
2. Гидрированный бутадиен-нитрильный каучук с степенью гидрирования 96% и содержанием НАК 36% - 40,02. Hydrogenated nitrile butadiene rubber with a degree of hydrogenation of 96% and a NAC content of 36% - 40.0
3. Технический углерод марки N-339 - 40,03. Carbon black brand N-339 - 40.0
4. Технический углерод марки N-772 - 25,04. Carbon black brand N-772 - 25.0
5. Высокодисперсный оксид кремния Vulkasil С - 8,05. Highly dispersed silica Vulkasil C - 8.0
6. Белила цинковые БЦ-0М - 5,06. Whitewash zinc BTs-0M - 5.0
7. Стеариновая кислота - 1,07. Stearic acid - 1.0
8. Сложноэфирный пластификатор ТОТМ - 8,58. TOTM ester plasticizer - 8.5
9. Антиоксидант (Vulkanox ZMB-2/C-5) - 1,09. Antioxidant (Vulkanox ZMB-2 / C-5) - 1.0
10. Противоутомитель (Santoflex IPPD) - 2,010. Antifreeze (Santoflex IPPD) - 2.0
11. Фенолформальдегидная смола Ribetak R7515P - 12,011. Phenol-formaldehyde resin Ribetak R7515P - 12.0
12. Индено-кумароновая смола Cumar Р-25 - 5,012. Indeno-coumarone resin Cumar R-25 - 5.0
13. Вулканизующая система: Сера - 2,013. Vulcanizing system: Sulfur - 2.0
Accelerator TMTD - 0,5Accelerator TMTD - 0.5
Accelerator CBS - 1,5Accelerator CBS - 1.5
14. Технологическая добавка Struktol WB222 - 1,514. Technological additive Struktol WB222 - 1,5
15. Антискорчинг Vulkalent G - 0,8.15. Anti-scorching Vulkalent G - 0.8.
Получение эластомерной композиции было произведено в промышленных условиях в резиносмесителе с роторами типа «Интермикс» со свободным объемом камеры 55 л совместно с вальцами.The elastomeric composition was obtained under industrial conditions in a rubber mixer with Intermix rotors with a free chamber volume of 55 l together with rollers.
По изобретению резиновую смесь изготавливали в две стадии. Процесс смешения маточной смеси (стадия I) в резиносмесителе со свободным рабочим объемом камеры 55 л, коэффициентом заполнения камеры 68% (45 кг) и скорости роторов 35 об/мин, выполнялся в следующей последовательности, причем один из ускорителей вулканизующей группы вводился в первую стадию для лучшего его диспергирования в маточной смеси:According to the invention, the rubber mixture was made in two stages. The process of mixing the masterbatch (stage I) in a rubber mixer with a free chamber working volume of 55 l, a chamber filling factor of 68% (45 kg) and rotor speeds of 35 rpm was carried out in the following sequence, and one of the vulcanizing group accelerators was introduced into the first stage for its best dispersion in the masterbatch:
1. загрузка каучуков, их переработка 60 сек;1. loading rubbers, their processing 60 sec;
2. загрузка белил цинковых, кислоты стеариновой, Vulkanox ZMB-2/C-2, Santoflex IPPD, Vulkalent G, Accelerator CBS, Cumar P-25, Vulkasil С, перемешивание в течение 120 сек;2. loading of zinc oxide, stearic acid, Vulkanox ZMB-2 / C-2, Santoflex IPPD, Vulkalent G, Accelerator CBS, Cumar P-25, Vulkasil C, stirring for 120 seconds;
3. введение N-339, смолы Ribetak R7515P, Struktol WB222, перемешивание в течение 100 сек;3. the introduction of N-339, resin Ribetak R7515P, Struktol WB222, stirring for 100 seconds;
4. введение N-772, пластификатора ТОТМ, перемешивание в течение 100 сек;4. the introduction of N-772, TOTM plasticizer, mixing for 100 seconds;
5. опускание плунжера;5. lowering the plunger;
6. перемешивание в течение 80 сек при температуре в конце смешения 104-107°С;6. stirring for 80 seconds at a temperature at the end of mixing 104-107 ° C;
7. выгрузка маточной смеси.7. Unloading the masterbatch.
Температура маточной смеси в камере резиносмесителя не более 100-105°С. Для исключения подвулканизации смеси введение вулканизующей агентов (Сера, Accelerator TMTD) проводилось на стадии II на вальцах после ее охлаждения до температуры 60-65°С. После окончания введения ингредиентов 5-6 раз пропускали свернутую в рулон резиновую смесь при минимально возможном тонком зазоре между валками. Затем, увеличив зазор между валками, выпустили смесь в виде ленты заданного калибра. Температура смеси в конце смешения не более 110°С. Цикл смешения стадии I 8-10 мин, стадии II - 8 мин. Охлаждение лент - водяное с разделительным агентом. Сравнительные технические характеристики резиновых композиций (стандартные образцы):The temperature of the masterbatch in the chamber of the rubber mixer is not more than 100-105 ° C. To exclude the vulcanization of the mixture, the introduction of vulcanizing agents (Sulfur, Accelerator TMTD) was carried out in stage II on rollers after it was cooled to a temperature of 60-65 ° C. After the introduction of the ingredients was completed, the rolled rubber mixture was passed 5-6 times with the smallest possible thin gap between the rolls. Then, increasing the gap between the rollers, the mixture was released in the form of a tape of a given caliber. The temperature of the mixture at the end of mixing is not more than 110 ° C. The mixing cycle of stage I is 8-10 minutes, stage II is 8 minutes. Cooling tapes - water with a release agent. Comparative technical characteristics of rubber compositions (standard samples):
Результаты наработки статоров вертикального бурения (длина двигателя 5400 мм, заходность секции рабочих органов 7/8) с применением разработанного эластомера (условия вулканизации: температура 150°С в течение 120 минут):The results of the production of vertical drilling stators (engine length 5400 mm, starting section of working bodies 7/8) using the developed elastomer (vulcanization conditions: temperature 150 ° C for 120 minutes):
На основании полученных результатов можно утверждать, что разработанный способ обеспечивает лучшие результаты по физико-механическим испытаниям полученного материала, изменению показателей после воздействия высоких температур и агрессивных сред, а также высокие адгезию материала к металлу (даже после воздействия высоких температур) и износоустойчивость, что позволяет использовать материал для обкладки резинометаллических статоров с обеспечением повышения долговечности ВЗД и ВН при бурении в агрессивной скважинной среде и забойной температуре до 135°С.Based on the results obtained, it can be argued that the developed method provides the best results in physicomechanical testing of the obtained material, a change in performance after exposure to high temperatures and aggressive media, as well as high adhesion of the material to the metal (even after exposure to high temperatures) and wear resistance, which allows use the material for the lining of rubber-metal stators with the provision of increasing the durability of VZD and VN when drilling in an aggressive well environment and downhole temperature to 135 ° C.
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017135692A RU2669640C1 (en) | 2017-10-06 | 2017-10-06 | Method of obtaining elastomer material for lining stator of screwdrive motor engine or screw pump |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017135692A RU2669640C1 (en) | 2017-10-06 | 2017-10-06 | Method of obtaining elastomer material for lining stator of screwdrive motor engine or screw pump |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2669640C1 true RU2669640C1 (en) | 2018-10-12 |
Family
ID=63862290
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017135692A RU2669640C1 (en) | 2017-10-06 | 2017-10-06 | Method of obtaining elastomer material for lining stator of screwdrive motor engine or screw pump |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2669640C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115053046A (en) * | 2019-12-19 | 2022-09-13 | 斯伦贝谢技术有限公司 | Under-cured stator for mud motor |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1426407B1 (en) * | 2002-12-05 | 2011-08-17 | Lanxess Inc. | Adhesive compositions |
RU2522622C2 (en) * | 2008-09-12 | 2014-07-20 | Ленксесс Корпорейшн | Hnbr compositions with very high levels of content of filling agents, possessing excellent processability and resistance to aggressive liquids |
RU2622655C2 (en) * | 2011-10-11 | 2017-06-19 | Арланксео Дойчланд Гмбх | Vulcanized compositions based on epoxy-containing group of nitrile rubber |
-
2017
- 2017-10-06 RU RU2017135692A patent/RU2669640C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1426407B1 (en) * | 2002-12-05 | 2011-08-17 | Lanxess Inc. | Adhesive compositions |
RU2522622C2 (en) * | 2008-09-12 | 2014-07-20 | Ленксесс Корпорейшн | Hnbr compositions with very high levels of content of filling agents, possessing excellent processability and resistance to aggressive liquids |
RU2622655C2 (en) * | 2011-10-11 | 2017-06-19 | Арланксео Дойчланд Гмбх | Vulcanized compositions based on epoxy-containing group of nitrile rubber |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115053046A (en) * | 2019-12-19 | 2022-09-13 | 斯伦贝谢技术有限公司 | Under-cured stator for mud motor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5629686B2 (en) | Novel elastomeric composition with improved heat resistance, compression set, and processability | |
JP5551679B2 (en) | Sulfur modified chloroprene elastomer composition, blend and vulcanized product | |
CN104685271A (en) | Lip seal for water pump | |
CN103688062A (en) | Lip seal for water pump | |
CA2925928A1 (en) | Rubber compositions and uses thereof | |
KR102123984B1 (en) | Cross-linking of carboxylated nitrile rubbers by means of cross-linking systems containing resol | |
JP5117738B2 (en) | Curable rubber mixture containing silica | |
CN112480497B (en) | Composition for preparing rubber material, rubber material and preparation method thereof, and blowout preventer | |
EP2334722B2 (en) | Hnbr compositions with very high filler levels having excellent processability and resistance to aggressive fluids | |
JP2012153865A (en) | Method for manufacturing rubber composition for tire | |
RU2669640C1 (en) | Method of obtaining elastomer material for lining stator of screwdrive motor engine or screw pump | |
CN104817739B (en) | A kind of automobile gearbox converter preparation method of soft NBR sealing member materials | |
KR101305441B1 (en) | Method for manufacturing of Starch/rubber Latex Compound Using Coupling reagent | |
JP5150920B2 (en) | Rubber composition and sealing material | |
JP2017031381A (en) | Rubber composition for coating fiber | |
JP2005075888A (en) | Rubber composition for steel coating | |
JP7453500B2 (en) | Rubber composition for adhering steel cords and conveyor belts | |
CN107325349A (en) | A kind of belting and preparation method thereof | |
CN109749139A (en) | A kind of engineering tire rubber composition for tire tread and application | |
US3644590A (en) | Diene/nitrile elastomeric blends | |
CN111690179A (en) | Rubber composition for bonding steel cord and conveyor belt | |
JP2005054188A (en) | Hydrogenated nitrile rubber composition having improved flowability | |
JP2007314649A (en) | Rubber composition for heavy-load tire tread | |
CN115746422B (en) | Rubber composition, equal-wall-thickness screw drilling tool stator and drilling tool | |
RU2786014C1 (en) | Elastomer composition |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201007 |