RU2744283C1 - Водонабухающая эластомерная композиция - Google Patents

Водонабухающая эластомерная композиция Download PDF

Info

Publication number
RU2744283C1
RU2744283C1 RU2020127483A RU2020127483A RU2744283C1 RU 2744283 C1 RU2744283 C1 RU 2744283C1 RU 2020127483 A RU2020127483 A RU 2020127483A RU 2020127483 A RU2020127483 A RU 2020127483A RU 2744283 C1 RU2744283 C1 RU 2744283C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
swellable
composition
swelling
copolymer
Prior art date
Application number
RU2020127483A
Other languages
English (en)
Inventor
Светлана Сергеевна Лопатина
Марат Абдурахманович Ваниев
Николай Владимирович Сычев
Дмитрий Владимирович Демидов
Антон Александрович Черемисин
Иван Александрович Новаков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреж-дение 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 учреж-дение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреж-дение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ)
Priority to RU2020127483A priority Critical patent/RU2744283C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2744283C1 publication Critical patent/RU2744283C1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/16Elastomeric ethene-propene or ethene-propene-diene copolymers, e.g. EPR and EPDM rubbers
    • 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

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

Abstract

Изобретение относится к водо- и нефтенабухающим эластомерным материалам и может быть использовано при изготовлении резиновых набухающих уплотнительных элементов пакерного оборудования для высокотемпературных скважин. Водонабухающая эластомерная композиция, включает этилен-пропиленовый каучук, оксид цинка, стеариновую кислоту, наполнитель технический углерод, водонабухающие добавки и вулканизующий агент. Согласно изобретению композиция в качестве наполнителя дополнительно содержит коллоидную кремнекислоту, в качестве диспергирующего агента дополнительно содержит глицерин, в качестве водонабухающего полимера композиция содержит натрий-карбоксиметилцеллюлозу и сополимер акриламида с акрилатом калия, а в качестве вулканизующего агента –ди-(трет-бутилпероксиизопропил)бензол с содержанием на носителе 40 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: Этилен-пропиленовый каучук СКЭПТ-50 – 100,0; Коллоидная кремнекислота БС-120 – 10,0; Технический углерод П-234 – 30,0; Оксид цинка – 5,0; Стеарин – 1,0; Глицерин – 2,0; Ди-(трет-бутилпероксиизопропил)бензол с содержанием на носителе 40 мас.% – 7,0; Натрий-карбоксиметилцеллюлоза –100,0; Сополимер акриламида с акрилатом калия – 100,0. Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение степени набухания эластомерного материала в воде при повышенной температуре, а также увеличение его исходной твердости для улучшения способности к точению собранного и свулканизованного пакера. 2 табл.

Description

Изобретение относится к водо- и нефтенабухающим эластомерным материалам и может быть использовано при изготовлении резиновых набухающих уплотнительных элементов пакерного оборудования для высокотемпературных скважин.
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 E21B33/12, F16J15/02, опубл. 10.04.2016).
Недостатками данного изобретения является максимальное увеличение объема при набухании до 250 %, а также низкий уровень прочностных свойств эластомерного материала, который находится в пределах 15-35 кгс/см2.
Известна водонефтенабухающая термопластичная эластомерная композиция (Пат. RU №2690929, МПК C08L23/06, C08L23/12, C08L31/04, C09K3/10, E21B33/12, опубл. 06.06.2019) на основе этиленпропиленового каучука, содержащая полиолефиновый термопластичный полимер, сополимер этилена с винилацетатом с содержанием звеньев винилацетата от 33 до 70% и вулканизующую систему - комбинацию органического пероксида с триалилизоциануратом.
Недостатком такой эластомерной композиции является невысокие значения степени набухания в дистиллированной воде – 78 % по истечении 200 ч. экспозиции (пример №10).
Известна водонефтенабухающая эластомерная композиция на основе бутадиен-α-метилстирольного каучука, содержащая вулканизующий агент серу, ускорители вулканизации меркаптанового ряда, оксид цинка, диспергирующие агенты стеарин и глицерин, наполнитель коллоидную кремнекислоту и водонабухающий реагент натрий-карбоксиметилцеллюлозу (Пат. RU № 2685350, МПК C08L1/00, C08L9/06, E21B33/12, C08К3/04, C08К3/06, C08К3/22, C08K5/09, опубл. 06.06.2019).
Недостатком эластомерной композиции является невысокая степень набухания эластомерного материала в пресной воде (не более 79 %).
Известен высокотемпературный водонабухающий эластомер на основе бутадиен-нитрильного каучука (Набухание резин на основе бутадиен-нитрильных каучуков в водных растворах хлорида натрия при повышенной температуре / С.С. Лопатина, М.А. Ваниев, Н.В. Сычев, Я.Ю. Савченко, А.Д. Брук // Промышленное производство и использование эластомеров. – 2019, № 4. - С.20-24), включающий серу, 2-меркаптобензотиазол и дибензотиазолилдисульфид, оксид цинка, стеариновую кислоту, глицерин, наполнители белую сажу и технический углерод, модифицированный комбинацией натрий-карбоксиметилцеллюлозы и сополимера акриламида с акрилатом калия.
Согласно данному техническому решению такой эластомер при температуре 80 °С за 7 суток экспозиции в воде способен увеличиваться в объеме на 250 %, что для некоторых условий эксплуатации не является достаточным.
Наиболее близкой к предлагаемой композиции является резиновая смесь для водонефтенабухающих при 70 °С уплотнительных элементов (Пат. RU № 2700604, МПК C08L9/02, C08L31/04, E21B33/12, C09К3/10, C08К3/011, C08К3/013, C08K3/014, C08K3/22, C08K3/28, C08K5/09, C08K5/40, опубл. 18.09.2019), включающая каучук, вулканизующий агент - серу, диспергатор наполнителей - стеариновую кислоту, гидросорбционную добавку - полиакрилат натрия, наполнитель - технический углерод, активатор вулканизации оксид цинка, сополимер этилена с винилацетатом - сэвилен 11808-340, ускорители вулканизации - 2,2'- дибензтиазолдисульфид, гуанид Ф, противостаритель - ацетонанил Н, пластификатор - канифоль, наполнители - росил 175, тальк, тонкомолотый минеральный порошок из шунгита, гидросорбционные добавки - полиакриламид АК 639 и реагент «Комета-Р».
При температуре 70 °С за 10 суток данный эластомерный материал обладает повышенной способностью набухать в воде (до 330 об.%, пример 3), но его недостатком является невысокая исходная твердость резины, что затрудняет токарную обработку собранного пакера на заключительной стадии его изготовления с целью придания необходимого диаметра.
Задачей заявляемого изобретения является создание эластомерного материала с высокой способностью набухать в воде при повышенной температуре.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение степени набухания эластомерного материала в воде при повышенной температуре, а также увеличение его исходной твердости для улучшения способности к точению собранного и свулканизованного пакера.
Технический результат достигается за счет того, что водонабухающая эластомерная композиция, включающая этилен-пропиленовый каучук, оксид цинка, стеариновую кислоту, наполнитель технический углерод, водонабухающие добавки и вулканизующий агент, при этом в качестве наполнителя дополнительно содержит коллоидную кремнекислоту, в качестве диспергирующего агента дополнительно содержит глицерин, в качестве водонабухающего полимера композиция содержит натрий-карбоксиметилцеллюлозу и сополимер акриламида с акрилатом калия, а в качестве вулканизующего агента –ди-(трет-бутилпероксиизопропил)бензол с содержанием на носителе 40 масс. %, при следующем соотношении компонентов, масс. ч.: этилен-пропиленовый каучук СКЭПТ-50– 100,0; коллоидная кремнекислота БС-120 – 10,0; технический углерод П-234 – 30,0; оксид цинка – 5,0; стеарин – 1,0; глицерин – 2,0; ди-(трет-бутилпероксиизопропил)бензол с содержанием на носителе 40 масс. % – 7,0; натрий-карбоксиметилцеллюлоза –100,0; сополимер акриламида с акрилатом калия –100,0.
Согласно заявляемому изобретению в основе водонабухающей эластомерной композиции используют этилен-пропиленовый каучук, например, СКЭПТ-50 (ТУ 38.103252-92), полученный сополимеризацией этилена, пропилена и дициклопентадиена.
В качестве вулканизующего агента используют органический пероксид, например, пероксимон F-40 или его аналоги, содержащие 40 масс. % основного вещества ди-(трет-бутилпероксиизопропил)бензола на носителе, которым, как правило, выступает карбонат кальция в количестве 60 масс. %. В качестве диспергирующего агента используют стеариновую кислоту (ГОСТ 6484-96) и глицерин (ГОСТ 6259-75).
Роль усиливающего наполнителя в рецептуре выполняет коллоидная кремнекислота марки БС-120 (ГОСТ 18307-78) и технический углерод ТУ П234 (ГОСТ 7885-86).
В качестве водонабухающих реагентов используют натрий-карбоксиметилцеллюлозу (ТУ 2231-001-53535770-01) и сополимер акриламида с акрилатом калия (кажущаяся плотность 85-90 %; рН 8,1; емкость катионного обмена 4.6 мэкв/г; максимум абсорбции в деионизированной воде 400 г/г; влагоудерживание при рF1 980 мл/л), например, торговой марки AQUASORB 3005.
Образцы вулканизованного эластомерного материала подвергают экспозиции в воде при температуре 70 °С. Степень объемного набухания определяют в соответствии с ГОСТ 9.030-74.
Сущность изобретения заключается в совершенствовании рецептуры композиции на основе неполярного этилен-пропиленового каучука полярными гидрофильными реагентами, каковыми являются натрий-карбоксиметилцеллюлоза и сополимер акриламида с акрилатом калия. Заявляемые количественно-качественные соотношения ингредиентов обеспечивают повышенную твердость исходной резины и возможность получения эластомерного материала, обладающего повышенной способностью к набуханию в воде до 70 °С.
Рецептура композиции по заявляемому изобретению приведена в таблице 1.
Таблица 1
Ингредиенты композиций Содержание ингредиентов, масс.ч.
заявляемая композиция композиция по прототипу
Этилен-пропиленовый каучук
СКЭПТ-50
100,0 -
Этилен-пропиленовый каучук
СКЭПТ-40
- 40,0
Бутадиен-нитрильный каучук с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-20% - 10,0
Бутадиен-метилстирольный каучук СКМС-30АРК - 50,0
БС-120 10,0 -
ТУ П 234 30,0 -
ТУ П 514 - 10,0
Сэвилен 11808-340 - 25,0
Оксид цинка (цинковые белила) 5,0 3,0
Стеариновая кислота (стеарин) 1,0 1,0
Глицерин 2 -
Ди-(трет-бутилпероксиизопропил)бензол с содержанием на носителе 40 масс.% 7 -
Сера - 2,5
2,2´-дибензтиазолдисульфид - 2,0
Гуанид Ф - 1,0
Натрий-карбоксиметилцеллюлоза 100 -
Сополимер акриламида с акрилатом калия 100 -
Ацетонанил Н - 1,0
Росил 175 - 10,0
Тальк - 10,0
Тонкомолотый минеральный порошок из шунгита - 10,0
Канифоль - 5,0
Полиакриламид АК 639 - 50,0
Полиакрилат натрия - 65,0
Реагент «Комета-Р» - 5,0
Изготовление водонабухающей эластомерной композиции осуществляют с использованием высокоскоростного смесителя типа «Брабендер» и лабораторных вальцев по общепринятой в резиновой промышленности технологии.
Водонабухающий эластомерный материал изготавливают вулканизацией полученной композиции в гидравлическом прессе по оптимальному температурно-временному режиму, предварительно выявленному с помощью реометра. Физико-механические свойства стандартных образцов определяют на разрывной машине в соответствии с ГОСТ 270-75. Измерение твердости проводят по ГОСТ 263-75. Определение степени объемного набухания эластомеров в воде при 70 °С осуществляют в соответствии с ГОСТ 9.030-74.
Полученные значения по изменению степени набухания эластомерной композиции за время экспозиции 10 суток, представлены в таблице 2.
Анализ численных значений таблицы 2 свидетельствует о том, что по сравнению с прототипом полученный из заявленной водонабухающей композиции эластомерный материал характеризуется более высоким показателем исходной твердости, а также значениями степени набухания практически с самого начала экспозиции в воде. По истечении 10 суток степень объемного набухания указанного материала практически в 2 раза выше степени набухания резины по прототипу.
Таблица 2
Шифр образца
Показатель
Заявляемая композиция Композиция по прототипу (пример 3)
Свойства вулканизатов
Условная прочность при растяжении, МПа 5,7 6,9
Относительное удлинение при разрыве, % 266 580
Твердость, усл. ед. Шор А 87 64
Степень объемного набухания в воде при 70 °С, %
в течение 1 суток 223,0 100,6
в течение 3 суток 386,0 172,1
в течение 7 суток 492,2 268,5
в течение 10 суток 502,0 329,8
Таким образом, эластомерный материал, полученный из водонабухающей эластомерной композиции, включающей этилен-пропиленовый каучук, оксид цинка, стеариновую кислоту, наполнители технический углерод и коллоидную кремнекислоту, водонабухающий полимер – комбинацию натрий-карбоксиметилцеллюлозы и сополимера акриламида с акрилатом калия, диспергирующий агент глицерин, вулканизующий агент ди-(трет-бутилпероксиизопропил)бензол с содержанием на носителе 40 масс. %, при заявленных соотношениях, обладает твердостью 87 усл.ед. Шор А и способностью набухать в воде при 70 °С более чем на 500 %. Это предопределяет практические преимущества материала из заявляемой композиции на заключительной стадии изготовления пакера, а также при эксплуатации в условиях высокотемпературных скважин.

Claims (2)

  1. Водонабухающая эластомерная композиция, включающая этилен-пропиленовый каучук, оксид цинка, стеариновую кислоту, наполнитель технический углерод, водонабухающие добавки и вулканизующий агент, отличающаяся тем, что композиция в качестве наполнителя дополнительно содержит коллоидную кремнекислоту, в качестве диспергирующего агента дополнительно содержит глицерин, в качестве водонабухающего полимера композиция содержит натрий-карбоксиметилцеллюлозу и сополимер акриламида с акрилатом калия, а в качестве вулканизующего агента – ди-(трет-бутилпероксиизопропил)бензол с содержанием на носителе 40 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
  2. Этилен-пропиленовый каучук СКЭПТ-50 100,0 Коллоидная кремнекислота БС-120 10,0 Технический углерод П-234 30,0 Оксид цинка 5,0 Стеарин 1,0 Глицерин 2,0 Ди-(трет-бутилпероксиизопропил)бензол с содержанием на носителе 40 мас.% 7,0 Натрий-карбоксиметилцеллюлоза 100,0 Сополимер акриламида с акрилатом калия 100,0
RU2020127483A 2020-08-18 2020-08-18 Водонабухающая эластомерная композиция RU2744283C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127483A RU2744283C1 (ru) 2020-08-18 2020-08-18 Водонабухающая эластомерная композиция

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127483A RU2744283C1 (ru) 2020-08-18 2020-08-18 Водонабухающая эластомерная композиция

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2744283C1 true RU2744283C1 (ru) 2021-03-04

Family

ID=74857804

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020127483A RU2744283C1 (ru) 2020-08-18 2020-08-18 Водонабухающая эластомерная композиция

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2744283C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2819686C1 (ru) * 2023-09-25 2024-05-22 Общество с ограниченной ответственностью Предприятие повышения нефтеотдачи "СибБурМаш" Водонабухающий пакер

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6559219B2 (en) * 2000-04-27 2003-05-06 Jsr Corporation Rubber compositions
WO2017011699A1 (en) * 2015-07-14 2017-01-19 Weir Slurry Group, Inc. Swellable rubber compositions
RU2631301C2 (ru) * 2011-12-09 2017-09-20 Бэйкер Хьюз Инкорпорейтед Композиция разбухающего пакера с задержкой срабатывания
RU2700604C1 (ru) * 2019-03-22 2019-09-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Резиновая смесь

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6559219B2 (en) * 2000-04-27 2003-05-06 Jsr Corporation Rubber compositions
RU2631301C2 (ru) * 2011-12-09 2017-09-20 Бэйкер Хьюз Инкорпорейтед Композиция разбухающего пакера с задержкой срабатывания
WO2017011699A1 (en) * 2015-07-14 2017-01-19 Weir Slurry Group, Inc. Swellable rubber compositions
RU2700604C1 (ru) * 2019-03-22 2019-09-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Резиновая смесь

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2819686C1 (ru) * 2023-09-25 2024-05-22 Общество с ограниченной ответственностью Предприятие повышения нефтеотдачи "СибБурМаш" Водонабухающий пакер

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2653024C1 (ru) Водонабухающая резиновая смесь для пакерного оборудования
US4965323A (en) Method of vulcanizing rubber at pH 5 to 10
RU2715543C1 (ru) Водонабухающая эластомерная композиция для изготовления уплотнительных элементов пакерного оборудования
DE3541069C2 (de) Ölbeständige Kautschukmasse
RU2654029C1 (ru) Водонабухающая резиновая смесь для пакерного оборудования
RU2744283C1 (ru) Водонабухающая эластомерная композиция
RU2744341C1 (ru) Водонефтенабухающая эластомерная композиция
RU2632823C1 (ru) Способ получения нефтепромыслового набухающего в воде элемента
US3817952A (en) Branched epdm copolymers and a process for their manufacture
RU2690929C1 (ru) Водонефтенабухающая термопластичная эластомерная композиция
US5321073A (en) Rubber composition
RU2685350C1 (ru) Водонефтенабухающая эластомерная композиция
US5998531A (en) Vulcanizable rubber composition for use as hot-water seals
RU2683462C1 (ru) Водонабухающая эластомерная композиция
RU2744282C1 (ru) Водонабухающая эластомерная композиция
RU2786166C1 (ru) Резиновая смесь
US4737528A (en) Vulcanizable polymer mixtures, their production and use and vulcanizates obtained therefrom
RU2630562C1 (ru) Резиновая смесь
RU2747539C1 (ru) Морозостойкая резиновая смесь
Халдеева et al. INFLUENCE OF HINDERED PHENOLIC STABILIZERS ON THE CLIMATIC STABILITY OF RUBBERS BASED ON EPICHLOROHYDRIN CAOUTCHOUC
KR101230058B1 (ko) 신축성 및 내구성이 향상된 산기관 멤브레인 제조방법 및 이로 제조된 고효율 산기관 멤브레인
JPS5927931A (ja) ゴム組成物
JP2945772B2 (ja) エラストマー組成物およびその加硫ゴム
RU2775233C1 (ru) Резиновая смесь для перфорированных пластин
RU2828592C1 (ru) Вулканизируемая резиновая смесь