RU2683462C1 - Водонабухающая эластомерная композиция - Google Patents

Водонабухающая эластомерная композиция Download PDF

Info

Publication number
RU2683462C1
RU2683462C1 RU2018129268A RU2018129268A RU2683462C1 RU 2683462 C1 RU2683462 C1 RU 2683462C1 RU 2018129268 A RU2018129268 A RU 2018129268A RU 2018129268 A RU2018129268 A RU 2018129268A RU 2683462 C1 RU2683462 C1 RU 2683462C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
swelling
acrylamide
rubber
stearin
Prior art date
Application number
RU2018129268A
Other languages
English (en)
Inventor
Светлана Сергеевна Лопатина
Марат Абдурахманович Ваниев
Николай Владимирович Сычев
Евгений Викторович Брюзгин
Дмитрий Андреевич Нилидин
Иван Александрович Новаков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ)
Priority to RU2018129268A priority Critical patent/RU2683462C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2683462C1 publication Critical patent/RU2683462C1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L9/00Compositions of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons
    • C08L9/02Copolymers with acrylonitrile
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/06Sulfur
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L33/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L33/24Homopolymers or copolymers of amides or imides
    • C08L33/26Homopolymers or copolymers of acrylamide or methacrylamide
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/10Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
    • E21B33/12Packers; Plugs

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

Изобретение относится к водо- и нефтенабухающим эластомерным материалам и может быть использовано при изготовлении резиновых набухающих уплотнительных элементов пакерного оборудования. Техническим результатом является увеличение степени набухания эластомерного материала в 22% водном растворе натриевой соли, пресной воде и буровой системе Полиэконол-Флора. Водонабухающая эластомерная композиция на основе бутадиен-нитрильного каучука включает вулканизующий агент серу, ускорители вулканизации альтакс и каптакс, активаторы вулканизации оксид цинка и стеарин, диспергирующий агент глицерин, наполнитель коллоидную кремнекислоту БС-120 и водонабухающие реагенты натрий-карбоксиметилцеллюлозу и катионно-анионную полимерную смолу на основе акриламида Ультрарез DS, при следующем соотношении компонентов, масс. ч.: каучук каучук БНКС-28 - 100,0; БС-120 - 40,0; оксид цинка - 5,0; стеарин - 1,0; глицерин - 2,0; сера - 2,0; альтакс - 1,0; каптакс - 1,0; катионно-анионная полимерная смола на основе акриламида Ультрарез DS - 5,0-25,0; натрий-карбоксиметилцеллюлоза - 25,0-70,0. 2 табл.

Description

Изобретение относится к водо- и нефтенабухающим эластомерным материалам и может быть использовано при изготовлении резиновых набухающих уплотнительных элементов пакерного оборудования, применяемого в нефтегазодобывающей отрасли.
Известна водонабухающая эластомерная композиция на основе бутадиен-нитрильного каучука, модифицированного комбинацией акрилового сополимера с карбоксиметилцеллюлозой (Пат. WO №2010039131, МПК A61L 15/30, A61L 15/60, C08L 1/00, C08L 33/00, C08L 9/02, Е21В 33/12, опубл. 08.04.2010).
Недостатком таких резин является то, что для них характерна сравнительно высокая эффективность набухания только в водных растворах солей малой минерализации (3,5 - 6,0%), а также отсутствие сведений о набухании данных резин в буровой системе типа Полиэконол-Флора.
Известна применяемая при изготовлении пакеров водонабухающая эластомерная смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука, содержащая 7,0-10,0 масс. ч. вулканизующей группы, 250,0-451,0 масс. ч. сополимера акриламида и акрилата натрия со степенью сшивки в пределах m=0,01-0,05%, 35,0 масс. ч. наполнителя, 15,0-36,0 масс. ч. минерального волокна и 15,0 масс. ч. пластификатора (Пат. RU №2580564, МПК Е21В 33/12, F16J 15/02, опубл. 10.04.2016).
Недостатками данного изобретения является низкий уровень упруго-прочностных свойств эластомерного материала после контакта с водой, а также сложная технология его использования при производстве пакера.
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является водонабухающая резиновая смесь для пакерного оборудования на основе бутадиен-нитрильного каучука, содержащая вулканизующий агент серу, ускоритель вулканизации альтакс, активаторы вулканизации оксид цинка и стеарин, наполнитель технический углерод, асбестовые волокна и водонабухающие реагенты сшитый полиакриламид POLYSWELL и карбоксиметилцеллюлозу (Пат. RU №2653024, МПК C08L 9/02, C08L 33/26, C08K 3/04, C08K 3/06, C08K 3/22, C08K 5/47, Е21В 33/12, опубл. 04.05.2018).
Недостатком резиновой смеси является невысокая степень набухания эластомерного материала пакера в 22% солевом растворе, а также в буровом растворе, представляющем собой инвертную эмульсию с содержанием органофильной среды 70% (буровая система типа Полиэконол-Флора).
Задачей заявляемого изобретения является создание эластомерного материала с повышенной способностью к объемному набуханию в водном растворе соли высокой минерализации и инвертной эмульсии с содержанием органофильной среды 70%.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение степени набухания эластомерного материала в 22% водном растворе натриевой соли, пресной воде и буровой системе Полиэконол-Флора.
Технический результат достигается за счет того, что водонабухающая эластомерная композиция на основе бутадиен-нитрильного каучука, включающая вулканизующий агент серу, ускорители вулканизации меркаптанового ряда, активаторы вулканизации оксид цинка и стеарин, наполнитель и водонабухающие реагенты натрий-карбоксиметилцеллюлозу и полимер на основе акриламида, при этом дополнительно содержит диспергирующий агент глицерин, в качестве полимера на основе акриламида содержит катионно-анионную полимерную смолу на основе акриламида Ультрарез DS, а в качестве наполнителя коллоидную кремнекислоту БС-120, при следующем соотношении компонентов, масс, ч.: каучук БНКС-28 - 100,0; БС-120 - 40,0; оксид цинка - 5,0; стеарин - 1,0; глицерин - 2,0; сера -2,0; альтакс - 1,0; каптакс - 1,0; катионно-анионная полимерная смола на основе акриламида Ультрарез DS - 5,0-25,0; натрий-карбоксиметилцеллюлоза - 25,0-70,0.
Согласно заявляемому изобретению в основе водонабухающей эластомерной композиции используют полярный бутадиен-нитрильный каучук марки БНКС-28 АМН (ТУ 38.30313-2006) со средним содержанием звеньев нитрила акриловой кислоты 28%.
Вулканизующая группа включает: серу (ГОСТ 127-76); ускорители вулканизации - альтакс (дибензотиазолдисульфид) (ТУ 6-14-851-86), каптакс (2-меркаптобензтиазол) (ТУ 739-74). Активирующая система базируется на комбинации оксида цинка (ГОСТ 202-84) и стеарина (ГОСТ 6484-96). В качестве диспергирующего агента используют глицерин (ГОСТ 6259-75).
Роль гидрофильного усиливающего наполнителя в рецептуре выполняет коллоидная кремнекислота марки БС-120 (ГОСТ 18307-78).
В качестве водонабухающих реагентов используют натрий-карбоксиметилцеллюлозу (ТУ 2231-001-53535770-01) и катионно-анионную полимерную смолу на основе акриламида Ультрарез DS (ТУ 2453-008-88593806-2001). Главным звеном макромолекулы являются мономерные остатки акриламида, в которую сополимеризованы остатки мономеров диаллилдиметиламмония и итаконовой кислоты (Кожевников С.Ю. Получение катионно-анионного полиакриламидного связующего и повышение механических свойств макулатурного тарного картона: Автореф… дис. канд. техн. наук. - Архангельск: ФГАОУ ВПО С(А)ФУ, 2013. - 22 с, стр. 6-7).
Образцы готового эластомерного материала подвергались экспозиции в 22% водном растворе натриевой соли и буровой системе Полиэконол-Флора при температуре 23±2°С. Объемное набухание определяли в соответствии с ГОСТ 9.030-74 по методам А и В.
Сущность изобретения заключается в том, что в качестве водонабухающих реагентов в рецептуре резиновой смеси на основе полярного каучука используют заявленные сочетания натрий-карбоксиметилцеллюлозы с катионно-анионной полимерной смолой на основе акриламида Ультрарез DS. Сочетание указанных реагентов натуральной и синтетической природы в эластомерной композиции, обеспечивает высокую степень набухания эластомерного материала в водных растворах солей различной минерализации, а также в буровой системе Полиэконол-Флора.
При контакте полученного из заявленной водонабухающей эластомерной композиции эластомерного материала с этими средами ввиду специфики диффузионных процессов и полиэлектролитных взаимодействий обеспечивается синергетический эффект, заключающийся в более высокой степени объемного набухания по сравнению с прототипом. Определенный вклад в это вносит и применение в рецептуре резиновой смеси гидрофильного усиливающего наполнителя в виде коллоидной кремнекислоты.
Рецептуры композиций (примеры 1-3) по заявляемому изобретению приведены в таблице 1.
Figure 00000001
[
Изготовление водонабухающей эластомерной композиции осуществляют с использованием высокоскоростного смесителя типа «Брабендер» и лабораторных вальцев по общепринятой в резиновой промышленности технологии.
Водонабухающие эластомерные материалы изготавливали вулканизацией полученных композиций в гидравлическом прессе по оптимальному температурно-временному режиму, предварительно выявленному с помощью реометра Monsanto 3000 Professional. Физико-механические свойства стандартных образцов определяли на разрывной машине Zwick 5,0 kN в соответствии с ГОСТ 270-75. Объемное набухание эластомеров в 22% водном растворе натриевой соли, буровой системе Полиэконол-Флора и пресной воде осуществляли в соответствии с ГОСТ 9.030-74 (метод А). Физико-механические свойства образцов после набухания определяли на разрывной машине Zwick 5,0 kN в соответствии с ГОСТ 9.030-74 (метод В).
Полученные значения упруго-прочностных свойств и твердости, а также сравнительные данные по степени объемного набухания с прототипом за время экспозиции 200 ч, представлены в таблице 2.
Анализ численных значений таблицы 2 свидетельствует о том, что по сравнению с прототипом полученные из заявленной водонабухающей эластомерной композиции эластомерные материалы характеризуются более высокой степенью объемного набухания. После экспозиции в течении 200 ч в 22% водном растворе натриевой соли и в буровой системе Полиэконол-Флора степень набухания указанных материалов выше в 1,2-1,9 раз и в 2,5-5,7 раз, соответственно. Заграничные соотношения по минимальному и максимальному содержанию комбинации водонабухающих реагентов не обеспечивают достижения искомого технического результата и в этой связи не иллюстрируются примерами. Кроме этого, заявляемые водонабухающие эластомеры обладают способностью к большому объемному набуханию в пресной воде (до 206%) с сохранением приемлемого уровня физико-механических свойств.
Figure 00000002
Примечания: * - в числителе значения до контакта с пресной водой, в знаменателе - после экспозиции в пресной воде в течении 200 ч.
Таким образом, эластомерные материалы, полученные из водонабухающей эластомерной композиции на основе бутадиен-нитрильного каучука, включающей вулканизующий агент серу, ускорители вулканизации альтакс и каптакс, активаторы вулканизации оксид цинка и стеарин, диспергирующий агент глицерин, наполнитель коллоидную кремнекислоту БС-120 и водонабухающие реагенты натрий-карбоксиметилцеллюлозу и катионно-анионную полимерную смолу на основе акриламида Ультрарез DS, при заявленных соотношениях, обладают высокой степенью набухания в 22% водном растворе натриевой соли, пресной воде и буровой системе Полиэконол-Флора.

Claims (2)

  1. Водонабухающая эластомерная композиция на основе бутадиен-нитрильного каучука, включающая вулканизующий агент серу, ускорители вулканизации меркаптанового ряда, активаторы вулканизации оксид цинка и стеарин, наполнитель и водонабухающие реагенты натрий-карбоксиметилцеллюлозу и полимер на основе акриламида, отличающаяся тем, что композиция дополнительно содержит диспергирующий агент глицерин, в качестве полимера на основе акриламида содержит катионно-анионную полимерную смолу на основе акриламида Ультрарез DS, а в качестве наполнителя коллоидную кремнекислоту БС-120, при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:
  2. Каучук БНКС-28 100 БС-120 40,0 Оксид цинка 5,0 Стеарин 1,0 Глицерин 2,0 Сера 2,0 Альтакс 1,0 Каптакс 1,0 Катионно-анионная полимерная смола на основе акриламида Ультрарез DS 5,0 - 25,0 Натрий-карбоксиметилцеллюлоза 25,0 - 70,0
RU2018129268A 2018-08-09 2018-08-09 Водонабухающая эластомерная композиция RU2683462C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018129268A RU2683462C1 (ru) 2018-08-09 2018-08-09 Водонабухающая эластомерная композиция

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018129268A RU2683462C1 (ru) 2018-08-09 2018-08-09 Водонабухающая эластомерная композиция

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2683462C1 true RU2683462C1 (ru) 2019-03-28

Family

ID=66089986

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018129268A RU2683462C1 (ru) 2018-08-09 2018-08-09 Водонабухающая эластомерная композиция

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2683462C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2715543C1 (ru) * 2019-08-07 2020-02-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Водонабухающая эластомерная композиция для изготовления уплотнительных элементов пакерного оборудования

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2318842C1 (ru) * 2006-07-31 2008-03-10 Закрытое акционерное общество "Геоком" Резиновая смесь
US20080277109A1 (en) * 2007-05-11 2008-11-13 Schlumberger Technology Corporation Method and apparatus for controlling elastomer swelling in downhole applications
RU2433150C1 (ru) * 2010-03-19 2011-11-10 Учреждение Российской академии наук Институт прикладной механики (ИПРИМ РАН) Эластомерный материал
RU2499806C2 (ru) * 2011-12-28 2013-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Резиновая смесь
RU2559883C2 (ru) * 2013-12-05 2015-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Резиновая смесь
RU2653024C1 (ru) * 2017-06-22 2018-05-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Водонабухающая резиновая смесь для пакерного оборудования

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2318842C1 (ru) * 2006-07-31 2008-03-10 Закрытое акционерное общество "Геоком" Резиновая смесь
US20080277109A1 (en) * 2007-05-11 2008-11-13 Schlumberger Technology Corporation Method and apparatus for controlling elastomer swelling in downhole applications
RU2433150C1 (ru) * 2010-03-19 2011-11-10 Учреждение Российской академии наук Институт прикладной механики (ИПРИМ РАН) Эластомерный материал
RU2499806C2 (ru) * 2011-12-28 2013-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Резиновая смесь
RU2559883C2 (ru) * 2013-12-05 2015-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Резиновая смесь
RU2653024C1 (ru) * 2017-06-22 2018-05-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Водонабухающая резиновая смесь для пакерного оборудования

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2715543C1 (ru) * 2019-08-07 2020-02-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Водонабухающая эластомерная композиция для изготовления уплотнительных элементов пакерного оборудования

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2653024C1 (ru) Водонабухающая резиновая смесь для пакерного оборудования
RU2683462C1 (ru) Водонабухающая эластомерная композиция
WO2005092971A1 (ja) マスターバッチ組成物、これを含有してなるゴム組成物及び加硫物
RU2654029C1 (ru) Водонабухающая резиновая смесь для пакерного оборудования
RU2715543C1 (ru) Водонабухающая эластомерная композиция для изготовления уплотнительных элементов пакерного оборудования
JPWO2012124442A1 (ja) クロロプレンゴム組成物およびその加硫ゴム、並びに該加硫ゴムを用いたゴム型物、防振ゴム部材、エンジンマウントおよびホース
RU2685350C1 (ru) Водонефтенабухающая эластомерная композиция
BRPI1008718B1 (pt) composição de elastômero de policloropreno, método para produzir uma composição de elastômero de policloropreno, artigo vulcanizado, e, artigo moldado
RU2690929C1 (ru) Водонефтенабухающая термопластичная эластомерная композиция
RU2617101C1 (ru) Резиновая смесь
RU2688521C1 (ru) Резиновая смесь
RU2744282C1 (ru) Водонабухающая эластомерная композиция
RU2677139C1 (ru) Композиционная резиновая смесь для прокладок рельсовых скреплений
RU2744283C1 (ru) Водонабухающая эластомерная композиция
Karmanova et al. The composition and technological aspects of obtaining water-swelling elastomeric materials
Lopatina et al. Efficiency of Application of hydrolyzed polyacrylamide and copolymer acrylamide with potassium acrylate as a water-swelling agent in rubbers
RU2686202C1 (ru) Резиновая смесь
RU2755481C1 (ru) Эластомерная композиция и способ ее получения
RU2775233C1 (ru) Резиновая смесь для перфорированных пластин
RU2630562C1 (ru) Резиновая смесь
RU2675557C1 (ru) Резиновая смесь для изготовления шумопоглощающих покрытий
JP6374769B2 (ja) 水素化ニトリルゴム組成物とオイルシール
US4092303A (en) Polyacrylate elastomers with improved elasticity
RU2747539C1 (ru) Морозостойкая резиновая смесь
RU2796369C1 (ru) Композиционная резиновая смесь для вибродемпфирующих покрытий